多年填矸地基上的基礎設計問題_工程管理

1、多年填矸地基上的基礎設計問題在老的煤礦礦區(qū)，通常都會有多年廢棄的煤矸石占據(jù)大面積土地。隨著我國城鄉(xiāng)建設事業(yè)的 進展 ，國土資源越來越緊缺。因此，在老礦區(qū)城市建設中，如何適當改造并按其特性把它用來做建筑場地，或者說是如何利用這些場地作建筑場地的問題，應當引起建設主管部門、科研部門、設計部門、勘察部門共同關注，并把它作為一個課題來進行討論。本文著重闡述多年填矸地基上的基礎設計問題，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 歷史 久遠的煤礦礦區(qū)。在市區(qū)四周，有許多土地都被多年煤炭生產(chǎn)中開采出來的廢棄物、煤炭洗選分別出來的廢棄物、露天開采剝離出來的廢棄物

2、，統(tǒng)稱為煤矸石堆占著。各處積累的厚度不等，少則幾米，多的達幾十米(阜新市厚的有60多米)。僅以2022年終產(chǎn)報廢的海州露天煤礦排土場為例，占據(jù)面積就超過13.40平方公里。假如加上終產(chǎn)報廢的新邱煤礦、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。這些多年煤矸石場地，具有 自然 下沉、遇水下陷、早期自燃發(fā)火等現(xiàn)象，長期以來人們不敢涉足在這些場地上興建永久建筑物。隨著我國 現(xiàn)代 化的進程和城鄉(xiāng)建設事業(yè)的進展，城鄉(xiāng)建設所需的土地資源越來越缺。那些已被多年煤矸石堆占的場地，能否經(jīng)適當改造或者說是如何按其特性開發(fā)利用成建設場地，已經(jīng)成為了這類城區(qū)建設進展面臨的問題。

3、事實上，近十幾年來，已經(jīng)有人在討論開發(fā)利用這些場地。但目前大多數(shù)仍以植樹綠化、林果種植、養(yǎng)殖復墾為其主要目的，還未進展到如何開發(fā)利用成為居住區(qū)、商業(yè)區(qū)、文化 訓練 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)遇到了相應配套的場區(qū)辦公用房、宿舍、食堂、庫房等中小型建筑物，在這樣的地基上如何進行基礎設計的問題。這樣問題，在阜新礦區(qū)已經(jīng)遇到;在其它老煤礦礦區(qū)也會遇到，因此，討論和探討這個問題，就具有肯定的社會意義和 經(jīng)濟 意義。筆者在阜新礦區(qū)工作過30多年 ，在這個課題上積累過一些閱歷;考察過 一些狀況;有一些自己的看法。本文將集中作一些闡述，以圖引起有關部門

4、，各界同仁的重視和爭論。這個課題，擬名為多年填矸地基上的基礎設計問題。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的巖土廢棄物);由運輸工具(自卸汽車、自卸礦車、傳輸皮帶)翻卸積累形成的地層;并且用來作為建筑物地基的一類特別地基。這個定義中有三個要點：2.1形成地基的土層是煤矸石或煤礦開采出來的廢棄物。2.2是由機械或人工自然積累的。積累過程中無規(guī)章、無分層、無碾壓;沒有實行過為在若干年后要作建筑地基而實行的任何技術(shù)措施。2.3這種地基積累過程的時間和積累后靜置的時間很長，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踐，在遼寧阜新地區(qū)，這個“多年”，我們把它界定在30年以上;這個“填矸地基”，是指填矸層的厚度已經(jīng)超過基底附加應力影響深度，或者就擬建的建筑物而言，對這類地基如實行全部換填施工方法難度太大，在工程費用上也不合算的填矸地基。3. 多年填矸地基的主要特點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：3.1組成物甚為簡單：在以礦井生產(chǎn)開采出來的多年填矸地基中，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，有極易風化或已經(jīng)風化

6、的泥質(zhì)巖、玄武巖等;也有不易風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電鎬挖掘出來的巖塊，最大塊徑有1米多的頑石。以煤炭洗選加工出來的煤矸石為主的多年填矸地基，則以含碳量極高的泥質(zhì)頁巖塊為主，其塊徑較小，也比較勻稱，大部份已風化并呈鱗片狀。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)過自燃會變成陶粒類的燒結(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砂或粉沙層。3.2孔隙比大，密實度極不勻稱

7、：多年填矸地基在積累過程中，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，或者潤滑了接觸點面，巖塊之間重新疊合，這樣就會消失濕陷。同時，當填矸中有大量可燃性矸石時，矸石在自燃中也會發(fā)生分解，釋放出氣體，形成空隙，一遇到水也會發(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)多年風霜雨雪和自重作用，也會穩(wěn)定。從阜新礦區(qū)現(xiàn)有多年填矸地塊來看，日偽時期以及建國以后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20年限，也基本完成了自重濕陷。3.4化學特性與含水特性：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中，尚未了解到遭化學性腐蝕基礎的狀況。但在基坑開挖到陶?；虬胩樟Ｍ林?，發(fā)覺過一些呈灰白色的石灰類(碳酸鈣)小塊。這些小塊尚不足以對建筑物基礎造成危害。多年填矸地基由于空隙比大，透水性強，這種地基本身不行能有上層滯水，也沒有

9、潛水。只有當填矸積累在盆形場地時，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，原則上應遵循巖土工程勘察規(guī)范GB50021-2022進行。由于多年填矸地基無規(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際動身，留意汲取一些從事過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，筆者在阜新礦區(qū)工作中，接觸過一些多年填矸地基的勘察，其主要方法是現(xiàn)場踏勘、雨后觀看和坑探、槽探。就一般低層、多層建筑基礎設計而言，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、表層風化程度、植被發(fā)育狀況，挖掘若干個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，亦可詢問當?shù)厝嘶虍斒氯恕７e累年限數(shù)據(jù)不肯定能了解得完全精確，大體能準確到30年以上，50年以上，100年以上就可以進行判定。4.2調(diào)查積累深度是為了更便于在設計時確定基礎型式，選用淺基礎還是不能用淺基礎。用淺基礎時，要判定一下基底壓力影響深度是否已超過填矸深度。假如影響深度超過填矸深度，則應對原地表土層狀況進行了解;假如影響深度沒有超過填矸深度，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、詢問當?shù)厝嘶虍斒氯?。必要時用鉆探來解決。4.3現(xiàn)場踏勘填矸地基表層風化程度和植

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)頁巖類矸石已風化成粘土類土，場地表層已雜草叢生，甚至生長出各類小樹，一般積累年限都已超過30年，填矸地基也已完成了自重固結(jié)。4.4在現(xiàn)場踏勘時還有一項重要內(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，它具有較強濕陷性，這種場地不能作建筑地基。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)場看不到冒煙，但表層植被很少發(fā)育，說明煤矸石自燃終止年限不長，這種填矸地基也會有濕陷性，用作建筑地基應慎重對待。假如有條件，觀看者能在當?shù)叵卤┯昵昂髮Ρ扔^看，看

12、看地層表面在暴雨前后有無陷坑，那對填矸地基有無濕陷性推斷就更清晰了。4.5鑒于填矸地基的不分層、無規(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)探應當是填矸地基的主要勘探方法。坑探個數(shù)無需太多，一般沿建筑物縱向每3050米一個，沿橫向每2030米一個。坑探的深度可大致挖到估計的基礎底面下1米即可，坑探結(jié)果應當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。必要時可作一兩個坑的浸水試驗;重要的建筑物，應作靜力荷載試驗。4.6鑒于

13、填矸地基的簡單性，筆者建議建設單位在托付勘察時，應同時確定設計單位，并要求兩個單位共同協(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，原則應當依照巖土工程勘察規(guī)范GB50021-2022的要求，進行具體勘察，并按素填類土進行判定。 5.2判定多年填矸地基承載力特征值，首先必需對地基自重固結(jié)狀況進行判定。對于已經(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，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重型動力觸探法：當鉆孔各掌握深度內(nèi)各點觸探擊數(shù)平均大于5擊，可判定為已完成自重固結(jié)。5.3.3靜載試驗法：當按靜載試驗得到的地基承載力特征值大于100KPa時，可判定已完成自重固結(jié)。5.4工程地質(zhì)勘察時報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進行判定。目前，在尚未取得大量科研測試數(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。對于表F.0.4-1列N