多年填矸地基上的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)問(wèn)題_工程管理

1、多年填矸地基上的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)問(wèn)題在老的煤礦礦區(qū)，通常都會(huì)有多年廢棄的煤矸石占據(jù)大面積土地。隨著我國(guó)城鄉(xiāng)建設(shè)事業(yè)的 進(jìn)展 ，國(guó)土資源越來(lái)越緊缺。因此，在老礦區(qū)城市建設(shè)中，如何適當(dāng)改造并按其特性把它用來(lái)做建筑場(chǎng)地，或者說(shuō)是如何利用這些場(chǎng)地作建筑場(chǎng)地的問(wèn)題，應(yīng)當(dāng)引起建設(shè)主管部門、科研部門、設(shè)計(jì)部門、勘察部門共同關(guān)注，并把它作為一個(gè)課題來(lái)進(jìn)行討論。本文著重闡述多年填矸地基上的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)問(wèn)題，介紹了筆者在這方面的一些既往閱歷，可供各路同行 參考 。1. 引言遼寧省阜新市城區(qū)是一個(gè) 歷史 久遠(yuǎn)的煤礦礦區(qū)。在市區(qū)四周，有許多土地都被多年煤炭生產(chǎn)中開采出來(lái)的廢棄物、煤炭洗選分別出來(lái)的廢棄物、露天開采剝離出來(lái)的廢棄物

2、，統(tǒng)稱為煤矸石堆占著。各處積累的厚度不等，少則幾米，多的達(dá)幾十米(阜新市厚的有60多米)。僅以2022年終產(chǎn)報(bào)廢的海州露天煤礦排土場(chǎng)為例，占據(jù)面積就超過(guò)13.40平方公里。假如加上終產(chǎn)報(bào)廢的新邱煤礦、新邱露天煤礦、高德煤礦、東梁煤礦等的煤矸石占據(jù)土地，總占地面積就有25平方公里以上。這些多年煤矸石場(chǎng)地，具有 自然 下沉、遇水下陷、早期自燃發(fā)火等現(xiàn)象，長(zhǎng)期以來(lái)人們不敢涉足在這些場(chǎng)地上興建永久建筑物。隨著我國(guó) 現(xiàn)代 化的進(jìn)程和城鄉(xiāng)建設(shè)事業(yè)的進(jìn)展，城鄉(xiāng)建設(shè)所需的土地資源越來(lái)越缺。那些已被多年煤矸石堆占的場(chǎng)地，能否經(jīng)適當(dāng)改造或者說(shuō)是如何按其特性開發(fā)利用成建設(shè)場(chǎng)地，已經(jīng)成為了這類城區(qū)建設(shè)進(jìn)展面臨的問(wèn)題。

3、事實(shí)上，近十幾年來(lái)，已經(jīng)有人在討論開發(fā)利用這些場(chǎng)地。但目前大多數(shù)仍以植樹綠化、林果種植、養(yǎng)殖復(fù)墾為其主要目的，還未進(jìn)展到如何開發(fā)利用成為居住區(qū)、商業(yè)區(qū)、文化 訓(xùn)練 或 工業(yè) 生產(chǎn)園區(qū)的深度。即使這樣，就是以農(nóng)業(yè)、林業(yè)、養(yǎng)殖、種植的開發(fā)事業(yè)中，也已經(jīng)遇到了相應(yīng)配套的場(chǎng)區(qū)辦公用房、宿舍、食堂、庫(kù)房等中小型建筑物，在這樣的地基上如何進(jìn)行基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的問(wèn)題。這樣問(wèn)題，在阜新礦區(qū)已經(jīng)遇到;在其它老煤礦礦區(qū)也會(huì)遇到，因此，討論和探討這個(gè)問(wèn)題，就具有肯定的社會(huì)意義和 經(jīng)濟(jì) 意義。筆者在阜新礦區(qū)工作過(guò)30多年 ，在這個(gè)課題上積累過(guò)一些閱歷;考察過(guò) 一些狀況;有一些自己的看法。本文將集中作一些闡述，以圖引起有關(guān)部門

4、，各界同仁的重視和爭(zhēng)論。這個(gè)課題，擬名為多年填矸地基上的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)問(wèn)題。2. 多年填矸地基的定義多年填矸地基系指在煤礦生產(chǎn)中挖掘或洗選出來(lái)的各種巖土碎塊或不同粒度的煤矸石等廢棄物(包括露天開采剝離出來(lái)的巖土廢棄物);由運(yùn)輸工具(自卸汽車、自卸礦車、傳輸皮帶)翻卸積累形成的地層;并且用來(lái)作為建筑物地基的一類特別地基。這個(gè)定義中有三個(gè)要點(diǎn)：2.1形成地基的土層是煤矸石或煤礦開采出來(lái)的廢棄物。2.2是由機(jī)械或人工自然積累的。積累過(guò)程中無(wú)規(guī)章、無(wú)分層、無(wú)碾壓;沒有實(shí)行過(guò)為在若干年后要作建筑地基而實(shí)行的任何技術(shù)措施。2.3這種地基積累過(guò)程的時(shí)間和積累后靜置的時(shí)間很長(zhǎng)，地基在正常自然條件下已經(jīng)完成了自重固結(jié)

5、。依據(jù)筆者的觀看和工程實(shí)踐，在遼寧阜新地區(qū)，這個(gè)“多年”，我們把它界定在30年以上;這個(gè)“填矸地基”，是指填矸層的厚度已經(jīng)超過(guò)基底附加應(yīng)力影響深度，或者就擬建的建筑物而言，對(duì)這類地基如實(shí)行全部換填施工方法難度太大，在工程費(fèi)用上也不合算的填矸地基。3. 多年填矸地基的主要特點(diǎn)多年填矸地基就地基分類屬于雜填土地基。這類雜填土地基它既不同于以擾動(dòng)土、城市建筑垃圾、生活垃圾為主的雜填土地基，也不同于以工業(yè)廢渣為主的雜填土地基。它具有如下特點(diǎn)：3.1組成物甚為簡(jiǎn)單：在以礦井生產(chǎn)開采出來(lái)的多年填矸地基中，主要組成物有自然物，有各種巖石及其碎快，有各種含碳量的煤矸石和各類土。就巖石而言，有極易風(fēng)化或已經(jīng)風(fēng)化

6、的泥質(zhì)巖、玄武巖等;也有不易風(fēng)化的砂巖及其它巖漿巖;有些塊徑很小，已成碎?；蛏傲?也有塊徑很大(300400mm)。在以海州露天煤礦用蘇制4m3電鎬挖掘出來(lái)的巖塊，最大塊徑有1米多的頑石。以煤炭洗選加工出來(lái)的煤矸石為主的多年填矸地基，則以含碳量極高的泥質(zhì)頁(yè)巖塊為主，其塊徑較小，也比較勻稱，大部份已風(fēng)化并呈鱗片狀。上述不同組成成份多年填矸地基，比較共性的是大都攙夾有煤塊或半煤巖塊。這些成份在阜新天干少雨的氣候條件，經(jīng)過(guò)自燃會(huì)變成陶粒類的燒結(jié)物或半燒結(jié)物。但不論什么狀況，本文闡述的多年填矸地基，都不含生活垃圾、工業(yè)廢渣，也不具有流沙夾層，更不具有可液化的細(xì)砂或粉沙層。3.2孔隙比大，密實(shí)度極不勻稱

7、：多年填矸地基在積累過(guò)程中，未經(jīng)分層和碾壓，全靠自重積累，所以有很大的孔隙率，而且極不勻稱。在露天剝離物積累的多年填矸地基中，會(huì)有很多由于巖塊相互擱置形成的空洞。在鉆探中，可能消失“掉鉆”現(xiàn)象 。只有以洗選加工出來(lái)的多年填矸地基中，沉積才比較勻稱，但其孔隙比也在0.91.20范圍內(nèi)。3.3具有肯定的濕陷性。多年填矸地基由于形成過(guò)程中是自由的、松散的積累，巖塊之間相互擱置形成空隙，在正常條件下能形成平衡，但一遇水，就可能加快巖塊的崩析破裂，或者潤(rùn)滑了接觸點(diǎn)面，巖塊之間重新疊合，這樣就會(huì)消失濕陷。同時(shí)，當(dāng)填矸中有大量可燃性矸石時(shí)，矸石在自燃中也會(huì)發(fā)生分解，釋放出氣體，形成空隙，一遇到水也會(huì)發(fā)生濕陷

8、。這種濕陷在填矸地基積累初期非常明顯。隨著積累年限的增加，經(jīng)多年風(fēng)霜雨雪和自重作用，也會(huì)穩(wěn)定。從阜新礦區(qū)現(xiàn)有多年填矸地塊來(lái)看，日偽時(shí)期以及建國(guó)以后50年月和60年月初期形成的地基，已經(jīng)完成了自重濕陷;新近積累的填矸地基，如已超過(guò)20年限，也基本完成了自重濕陷。3.4化學(xué)特性與含水特性：在阜新地區(qū)的多年填矸地基中，其組成物都不具明顯的酸堿性。在現(xiàn)有為數(shù)很少的填矸地基上建筑物基礎(chǔ)中，尚未了解到遭化學(xué)性腐蝕基礎(chǔ)的狀況。但在基坑開挖到陶?；虬胩樟Ｍ林校l(fā)覺過(guò)一些呈灰白色的石灰類(碳酸鈣)小塊。這些小塊尚不足以對(duì)建筑物基礎(chǔ)造成危害。多年填矸地基由于空隙比大，透水性強(qiáng)，這種地基本身不行能有上層滯水，也沒有

9、潛水。只有當(dāng)填矸積累在盆形場(chǎng)地時(shí)，這種地基才可能有潛水。4. 多年填矸地基的勘察 多年填矸地基的勘察工作，原則上應(yīng)遵循巖土工程勘察規(guī)范GB50021-2022進(jìn)行。由于多年填矸地基無(wú)規(guī)章、不分層，有些勘探方法(如觸探)不完全適用，因此勘察工作必需從實(shí)際動(dòng)身，留意汲取一些從事過(guò)這方面探討的專家的閱歷，力使勘察成果更具有適用性和牢靠性。 多年以來(lái)，筆者在阜新礦區(qū)工作中，接觸過(guò)一些多年填矸地基的勘察，其主要方法是現(xiàn)場(chǎng)踏勘、雨后觀看和坑探、槽探。就一般低層、多層建筑基礎(chǔ)設(shè)計(jì)而言，勘察工作的主要內(nèi)容是調(diào)查填矸地基的積累年限、積累深度、表層風(fēng)化程度、植被發(fā)育狀況，挖掘若干個(gè)探坑勘察其主要組成物狀況，煤矸石

10、自燃程度等。其主要閱歷4.1調(diào)查積累年限主要是為了判定填矸地基是否已完成了自重固結(jié)。調(diào)查的方法可查閱檔案資料，亦可詢問(wèn)當(dāng)?shù)厝嘶虍?dāng)事人。積累年限數(shù)據(jù)不肯定能了解得完全精確，大體能準(zhǔn)確到30年以上，50年以上，100年以上就可以進(jìn)行判定。4.2調(diào)查積累深度是為了更便于在設(shè)計(jì)時(shí)確定基礎(chǔ)型式，選用淺基礎(chǔ)還是不能用淺基礎(chǔ)。用淺基礎(chǔ)時(shí)，要判定一下基底壓力影響深度是否已超過(guò)填矸深度。假如影響深度超過(guò)填矸深度，則應(yīng)對(duì)原地表土層狀況進(jìn)行了解;假如影響深度沒有超過(guò)填矸深度，就可以不去考慮原地表土層賦存狀況了。調(diào)查方法也可以查閱檔案資料、詢問(wèn)當(dāng)?shù)厝嘶虍?dāng)事人。必要時(shí)用鉆探來(lái)解決。4.3現(xiàn)場(chǎng)踏勘填矸地基表層風(fēng)化程度和植

11、被狀況，主要是為了證明或判定填矸地基是否已完成了自重固結(jié)。當(dāng)填矸表層大塊矸石已完全破裂，形成魚鱗式薄片，或者泥質(zhì)頁(yè)巖類矸石已風(fēng)化成粘土類土，場(chǎng)地表層已雜草叢生，甚至生長(zhǎng)出各類小樹，一般積累年限都已超過(guò)30年，填矸地基也已完成了自重固結(jié)。4.4在現(xiàn)場(chǎng)踏勘時(shí)還有一項(xiàng)重要內(nèi)容是調(diào)查煤矸石的自燃狀況。在矸石堆上仍在自燃著火冒煙的，積累年限都不太長(zhǎng)，它具有較強(qiáng)濕陷性，這種場(chǎng)地不能作建筑地基。另外一種狀況，是填矸地基中的煤矸石雖然已經(jīng)熄滅了自燃，現(xiàn)場(chǎng)看不到冒煙，但表層植被很少發(fā)育，說(shuō)明煤矸石自燃終止年限不長(zhǎng)，這種填矸地基也會(huì)有濕陷性，用作建筑地基應(yīng)慎重對(duì)待。假如有條件，觀看者能在當(dāng)?shù)叵卤┯昵昂髮?duì)比觀看，看

12、看地層表面在暴雨前后有無(wú)陷坑，那對(duì)填矸地基有無(wú)濕陷性推斷就更清晰了。4.5鑒于填矸地基的不分層、無(wú)規(guī)章，觸探方法所得的錘擊次數(shù)差異很大，往往難以據(jù)此推斷地基承載力和沉積牢靠程度，因此坑(槽)探應(yīng)當(dāng)是填矸地基的主要勘探方法?？犹絺€(gè)數(shù)無(wú)需太多，一般沿建筑物縱向每3050米一個(gè)，沿橫向每2030米一個(gè)。坑探的深度可大致挖到估計(jì)的基礎(chǔ)底面下1米即可，坑探結(jié)果應(yīng)當(dāng)繪出柱狀圖作出描述。主要查看填矸的組成物及積累狀況，空隙是否特多特大;有沒有在肯定深度內(nèi)灌漿沖填必要和可能;還有沒有殘留的煤塊和可燃的煤矸石積累在一起，形成自燃的可能性等。必要時(shí)可作一兩個(gè)坑的浸水試驗(yàn);重要的建筑物，應(yīng)作靜力荷載試驗(yàn)。4.6鑒于

13、填矸地基的簡(jiǎn)單性，筆者建議建設(shè)單位在托付勘察時(shí)，應(yīng)同時(shí)確定設(shè)計(jì)單位，并要求兩個(gè)單位共同協(xié)作，商定勘察目的、勘察內(nèi)容、勘察方法、勘察結(jié)果，以達(dá)到事半功倍的效果。5. 多年填矸地基承載力特征值的判定5.1多年填矸地基承載力特征值的判定，原則應(yīng)當(dāng)依照巖土工程勘察規(guī)范GB50021-2022的要求，進(jìn)行具體勘察，并按素填類土進(jìn)行判定。 5.2判定多年填矸地基承載力特征值，首先必需對(duì)地基自重固結(jié)狀況進(jìn)行判定。對(duì)于已經(jīng)完成自重固結(jié)的多年填矸土，可以判定它的承載力特征值;對(duì)于沒有完成自重固結(jié)的多年填矸土，不能判定它的承載力特征值，也就是說(shuō)，這類多年填矸土，尚不能作建筑物地基。期刊文章分類查詢,盡在期刊圖書館5.3判定多年填矸土是否完成了自重固結(jié)，可以實(shí)行如下方法：5.3.1積累年限推定法：一般30年以上可以判定為己經(jīng)完成自重固結(jié)。5.3.2重型動(dòng)力觸探法：當(dāng)鉆孔各掌握深度內(nèi)各點(diǎn)觸探擊數(shù)平均大于5擊，可判定為已完成自重固結(jié)。5.3.3靜載試驗(yàn)法：當(dāng)按靜載試驗(yàn)得到的地基承載力特征值大于100KPa時(shí)，可判定已完成自重固結(jié)。5.4工程地質(zhì)勘察時(shí)報(bào)告判定地基承載力特征值主要依據(jù)為重力觸探擊數(shù)結(jié)果，并根據(jù)規(guī)范GB50021-2022表F.0.4-1進(jìn)行判定。目前，在尚未取得大量科研測(cè)試數(shù)據(jù)以前，建議多年填矸地基承載力特征值介定在130190KPa之間。對(duì)于表F.0.4-1列N