時間：2023-12-04 10:01:35
序論：在您撰寫露天煤礦巖土工程勘察規范時，參考他人的優秀作品可以開闊視野，小編為您整理的7篇范文，希望這些建議能夠激發您的創作熱情，引導您走向新的創作高度。
【關鍵詞】填矸地基；基礎設
【Abstract】In the area with old coal mines there are always a lot of abandoned coal gangue which occupied much land. With the devolopement of the citys and villages in our country the source of land becomes more and more scarce. So， the problem how to build on the ground with long-term filled coal gangue after suitable modification for construction ground or how to utilize the ground as conctruction ground should be paid attentions by management department， research department， design department and investigation department and be researched as a project. In this paper the problems on design of foundation on the ground with long-term filled coal gangue are presented and the author's experience about these problems are shown as the referenc for engineerings.
【Key words】 ground with filled coal gangue；design of foundation
1. 引言遼寧省阜新市城區是一個歷史久遠的煤礦礦區。在市區周圍，有很多土地都被多年煤炭生產中開采出來的廢棄物、煤炭洗選分離出來的廢棄物、露天開采剝離出來的廢棄物，統稱為煤矸石堆占著。各處堆積的厚度不等，少則幾米，多的達幾十米（阜新市厚的有60多米）。僅以2005年終產報廢的海州露天煤礦排土場為例，占據面積就超過13.40平方公里。如果加上終產報廢的新邱煤礦、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、早期自燃發火等現象，長期以來人們不敢涉足在這些場地上興建永久建筑物。隨著我國現代化的進程和城鄉建設事業的發展，城鄉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，能否經適當改造或者說是如何按其特性開發利用成建設場地，已經成為了這類城區建設發展面臨的問題。事實上，近十幾年來，已經有人在研究開發利用這些場地。但目前大多數仍以植樹綠化、林果種植、養殖復墾為其主要目的，還未發展到如何開發利用成為居住區、商業區、文化教育或工業生產園區的深度。即使這樣，就是以農業、林業、養殖、種植的開發事業中，也已經遇到了相應配套的場區辦公用房、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，在阜新礦區已經遇到；在其它老煤礦礦區也會遇到，因此，研究和探討這個問題，就具有一定的社會意義和經濟意義。筆者在阜新礦區工作過30多年 ，在這個課題上積累過一些經驗；考察過 一些情況；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，各界同仁的重視和討論。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）翻卸堆積形成的地層；并且用來作為建筑物地基的一類特殊地基。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堆積的。堆積過程中無規則、無分層、無碾壓；沒有采取過為在若干年后要作建筑地基而采取的任何技術措施。
2.3這種地基堆積過程的時間和堆積后靜置的時間很長，地基在正常自然條件下已經完成了自重固結。根據筆者的觀察和工程實踐，在遼寧阜新地區，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，對這類地基如采取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，也不同于以工業廢渣為主的雜填土地基。它具有如下特點：
3.1組成物甚為復雜：在以礦井生產開采出來的多年填矸地基中，主要組成物有天然物，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，有極易風化或已經風化的泥質巖、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，已成碎粒或砂粒；也有塊徑很大（300～400mm）。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頁巖塊為主，其塊徑較小，也比較均勻，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，經過自燃會變成陶粒類的燒結物或半燒結物。但不論什么情況，本文闡述的多年填矸地基，都不含生活垃圾、工業廢渣，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，密實度極不均勻：多年填矸地基在堆積過程中，未經分層和碾壓，全靠自重堆積，所以有很大的孔隙率，而且極不均勻。在露天剝離物堆積的多年填矸地基中，會有許多由于巖塊相互擱置形成的空洞。在鉆探中，可能出現“掉鉆”現象。只有以洗選加工出來的多年填矸地基中，沉積才比較均勻，但其孔隙比也在0.9～1.20范圍內。
3.3具有一定的濕陷性。多年填矸地基由于形成過程中是自由的、松散的堆積，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碎，或者了接觸點面，巖塊之間重新疊合，這樣就會出現濕陷。同時，當填矸中有大量可燃性矸石時，矸石在自燃中也會發生分解，釋放出氣體，形成空隙，一遇到水也會發生濕陷。這種濕陷在填矸地基堆積初期十分明顯。隨著堆積年限的增加，經多年風霜雨雪和自重作用，也會穩定。從阜新礦區現有多年填矸地塊來看，日偽時期以及建國以后50年代和60年代初期形成的地基，已經完成了自重濕陷；新近堆積的填矸地基，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：在阜新地區的多年填矸地基中，其組成物都不具明顯的酸堿性。在現有為數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情況。但在基坑開挖到陶?；虬胩樟Ｍ林校l現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，這種地基本身不可能有上層滯水，也沒有潛水。只有當填矸堆積在盆形場地時，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《巖土工程勘察規范》GB50021-2001進行。由于多年填矸地基無規則、不分層，有些勘探方法（如觸探）不完全適用，因此勘察工作必須從實際出發，注意吸收一些從事過這方面探討的專家的經驗，力使勘察成果更具有適用性和可靠性。 多年以來，筆者在阜新礦區工作中，接觸過一些多年填矸地基的勘察，其主要方法是現場踏勘、雨后觀察和坑探、槽探。就一般低層、多層建筑基礎設計而言，勘察工作的主要內容是調查填矸地基的堆積年限、堆積深度、表層風化程度、植被發育情況，挖掘若干個探坑勘察其主要組成物情況，煤矸石自燃程度等。其主要經驗如下：
4.1調查堆積年限主要是為了判定填矸地基是否已完成了自重固結。調查的方法可查閱檔案資料，亦可咨詢當地人或當事人。堆積年限數據不一定能了解得完全準確，大體能確切到30年以上，50年以上，100年以上就可以進行判定。
4.2調查堆積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。如果影響深度超過填矸深度，則應對原地表土層狀況進行了解；如果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情況了。調查方法也可以查閱檔案資料、咨詢當地人或當事人。必要時用鉆探來解決。
4.3現場踏勘填矸地基表層風化程度和植被情況，主要是為了證實或判定填矸地基是否已完成了自重固結。當填矸表層大塊矸石已完全破碎，形成魚鱗式薄片，或者泥質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，一般堆積年限都已超過30年，填矸地基也已完成了自重固結。
4.4在現場踏勘時還有一項重要內容是調查煤矸石的自燃狀況。在矸石堆上仍在自燃著火冒煙的，堆積年限都不太長，它具有較強濕陷性，這種場地不能作建筑地基。另外一種情況，是填矸地基中的煤矸石雖然已經熄滅了自燃，現場看不到冒煙，但表層植被很少發育，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。如果有條件，觀察者能在當地下暴雨前后對比觀察，看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判斷就更清楚了。
4.5鑒于填矸地基的不分層、無規則，觸探方法所得的錘擊次數差異很大，往往難以據此推斷地基承載力和沉積可靠程度，因此坑（槽）探應當是填矸地基的主要勘探方法?？犹絺€數無需太多，一般沿建筑物縱向每30～50米一個，沿橫向每20～30米一個?？犹降纳疃瓤纱笾峦诘筋A計的基礎底面下1米即可，坑探結果應當繪出柱狀圖作出描述。主要查看填矸的組成物及堆積情況，空隙是否特多特大；有沒有在一定深度內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堆積在一起，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鑒于填矸地基的復雜性，筆者建議建設單位在委托勘察時，應同時確定設計單位，并要求兩個單位共同配合，商定勘察目的、勘察內容、勘察方法、勘察結果，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《巖土工程勘察規范》GB50021-2001的要求，進行詳細勘察，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，首先必須對地基自重固結情況進行判定。對于已經完成自重固結的多年填矸土，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。
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5.3判定多年填矸土是否完成了自重固結，可以采取如下方法：
5.3.1堆積年限推定法：一般30年以上可以判定為己經完成自重固結。
5.3.2重型動力觸探法：當鉆孔各控制深度內各點觸探擊數平均大于5擊，可判定為已完成自重固結。
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。
5.4工程地質勘察時報告判定地基承載力特征值主要依據為重力觸探擊數結果，并按照規范GB50021-2001表F.0.4-1進行判定。目前，在尚未取得大量科研測試數據以前，建議多年填矸地基承載力特征值介定在130～190KPa之間。對于表F.0.4-1列N63.5中9～17的數據，我們在實際工程中，尚未遇到，這類情況，應當慎用。對于建造乙類建筑物的地基，尚應進行靜載試驗，且不應少于3處。
5.5對于需要進行變形驗算的地基，工程地質勘察報告應當提供土的變形模量E0 。值可根據矸石堆積年限，以動力觸探平均擊數、填矸土的主要成份、勘查時掌握的地基離散情況和靜載試驗結果來綜合判定。根據我們以往的工程經驗，阜新地區多年填矸地基的E0值，可介定在10.00～14.50 MPa之間。
6. 多年填矸地基上的基礎設計
6.1基礎設計的基本原則：
6.1.1在對多年填矸地基特征值未作系統試驗研究以前，這類地基上不應建造甲級建筑物；應當慎重建造乙級建筑物；在有勘察資料，且有以往設計經驗可參照情況下，應當允許建造丙類工業及民用建筑物。在為節約土地資源，合理開發利用多年填矸地基場地的情況下，應當提倡建筑丙類建筑物，適當建造乙類建筑物。
6.1.2建筑設計力求平面及造型簡單，高低差不大（不超過總高的1/3，不超過二層，不超過8米）。
6.1.3主體結構設計應按照相關設計規范采取適當的防止不均勻沉陷的措施。6.1.4基礎設計應當遵循《地基及基礎設計規范》GB50007-2002（以下簡稱《規范》）的有關規定。其中基礎設計等級按《規范》第3.0.1條，一般定為丙級。
6.2基礎設計中的技術要點：
6.2.1基礎埋置深度應遵循《規范》第5.1.1條規定。填矸地基一般不含水，可稱為不凍土。但填矸地基由于孔隙特大，冬季雨雪易滲入結凍，因此基礎的埋深在一般情況下，應該大于或等于該地區的標準凍深。
6.2.2基礎的底面壓力計算，可按《規范》第5.2節規定。但由于多年填矸土的內聚力小，有偏心荷載作用時，建議設計基底寬度尺寸時不應出現偏心矩e＞b/6的情況。
6.2.3當基礎寬度大于3m或埋置深度大于0.5m時，填矸地基的承載力特征值可以也應當修正，并按《規范》5.2.4式進行計標。其修正系數可參照表5.2.4中的“中砂，粗砂和碎石土”類的取值再適當降低10～30%取用。
6.2.4當需要進行變形驗算時，多年填矸地基的勘察報告應當提出地基的Es值。設計人應對勘探報告提出的Es值進行核定。
6.3基礎設計的構造細節：
6.3.1對于砌體結構下的條形基礎?；A材料應盡量選用毛石砼基礎，不用或慎用漿砌毛石基礎。當低層（三層及三屋以下）砌體結構選用漿砌毛石基礎更加經濟合算時，應當在毛石基礎上加鋼筋砼地梁。
6.3.2對于柱下鋼筋砼獨立基礎，可按正常條件下進行計算和設計，但當荷載較大，基底尺寸較大（大于2.0×2.0m時），建議對素砼墊層選用C15砼，并將厚度定為150mm，以改善基底接觸面條件。
6.3.3對于荷載特大，特別集中，需要采用樁基礎更為合適時，建議選用載體樁基礎，不用予制摩擦樁、鉆孔灌注樁等樁基型式。
6.3.4對于大面積荷載或其他需要提高多年填矸地基承載力特征值時，應當試用高壓旋噴加固地基，而慎用碎石樁、灰土樁、復合樁等方式如固地基。
7. 多年填矸地基上基礎設計的幾個實例近30多年來，因礦區生產生活需要，曾經在上述多年填矸地基上建造過一些建筑物，現就筆者設計、指導設計或參與設計的一些工程簡況，介紹如下：
7.1海州露天煤礦東開閉所：1978年8月建設，為一單層磚混結構，高4.50米，進深5.70米，長33.40米。場地是海州礦排土場，填矸高度約45米。基礎設計為漿砌毛石基礎，加設240高鋼筋砼地梁?？辈旃ぷ魇怯晒P者在現場基槽開挖后判定的。地基承載力按當時設計規范定為10T/m2，，建成后正常使用?，F該工程已隨著海州礦終產報廢拆除。
7.2海州礦集體公司煤矸石磚廠。1978年～1982年建設。該磚廠設有兩條24萬塊/年隧道窯兩條。建設中除隧道窯之外，還配有原料磨機房、窯頭機房、變電所、水塔、輔助廠房等多項工程。地基為海州露天煤礦開工建設時“拉溝”的填土地基，堆積厚度約20～40米，堆積年度為1953～1957年，沉積年限為30余年。設計依勘察報告按承載力12T/m2設計，采取了一些防止不均勻沉陷措施。建成后各類建筑物使用情況基本正常。特別是25m高200m3磚支筒水塔安然無恙，未出現不均勻沉陷或傾斜情況。在這群建筑物中，也曾有其中一處單層磚砌體木屋蓋結構輔助廠房，因為有一夜自來水管跑水，致使一個磚垛沉陷約200毫米，木屋蓋局部變形，經停水后修復仍維持使用?，F該磚廠因經營不善早于1988年停產報廢，大部分工程拆除，但多年停用的水塔還在。
7.3運輸部斜槽選煤廠。1983～1984年建設。該廠為一條手選皮帶廊和一座篩分樓，用以篩選回收各礦遺棄的煤矸石中的雜煤顆粒，年產約10萬噸。建筑場地為阜新高德東山矸石堆上。該處矸石堆高約60m，堆積年限30~40年，大部份煤矸石都已經自燃燒成陶粒狀。結構設計皮帶廊為磚混結構，篩分樓為現澆框架結構。兩項工程都體型甚小，設計取用地基容許承載力按當時設計規范為10T/㎡。建成后使用情況正常。使用十年后因煤矸石拋卸地點轉移而終產報廢。
7.4新邱露天煤礦自翻車檢修廠房。1981～1984年建設。廠房為雙跨予制鋼筋砼排架結構，T形鋼屋架加大型屋面板。主跨18.00m，設一臺10T橋式吊車，吊車軌面標高7.20m。附跨9.00m，T形薄腹梁加大型面板，不設吊車。該廠房主跨排架柱基礎持力層為粘土，地基容許承載力為15T/㎡(按當時規范)，而附跨外柱基礎落到了該露天礦早年開溝后返填的煤矸在層上，深約20米，堆積年限愈30年，開挖后尚可見黑土狀煤矸石廠成堆聚成分。設計采用了加大柱基底面積（矸石地基承載力按8T/㎡計標），T形薄腹梁與主跨柱上牛腿連結采用了滾支座等兩項措施，建成后使用情況良好。
7.5海州露天殘煤公司坑底選煤廠房。2005年建設。該廠房為鋼框架結構，寬7.00米，長31.50米，高14.30米，三層。廠房內裝設兩臺振動篩及附屬設備，設計年處理毛煤煤量約15萬噸。該廠房建造在海天露開煤礦采掘大坑-260米左右水平，基底為采掘廢棄物拋填的大溝，堆積深約14米，堆積年限約20年左右?；A設計采取了：（1）加大基底面積，取地基承載力特征值為100KPa計算；（2）加大埋深為-4.00米；（3）設置構架式地梁等三項措施。這項工程自投產使用后至今未出現異常。在以上幾個工程實例中，最后一個是在堆置年限不足30年的填矸地基上建成的，至今雖未見異常，但我們認為應當盡量避免這種情況。
8. 結語
8.1實踐證明，將多年填矸地基（30年及以上）直接作為丙類建筑的地基，在經過慎重勘察、處理和適當的結構措施后，也可作為乙類建筑物地基，這種這作法對多年以煤礦生產為主的城市，節約國土資源，發展地方經濟將有很大的意義。這也是我國現在以大規模開發礦產， 換取資金建設小康社會所必須解決的可持續發展的問題。
8.2在多年填矸地基上修建建筑物，應當掌握規律性。勘察和設計單位在接受這類項工程任務時，應當認真吸取有一定實踐經驗的部門和專家的指導或咨詢意見，防止出現重大失誤。
8.3多年填矸地基上的基礎設計課題，目前研究還很不夠。這個課題應當引起有關政府部門重視，組織各方面的力量，適當投入并列入科研課題，進行必要的檢測、試驗和研究。并在試驗的基礎上，制定出必要的行業規程或條例，來倡導這項課題的實際應用。
參考文獻
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北京
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2002年 北京
［5］《巖土工程勘察規范》GB50021-2001
中國建筑工業出版社
2002年 北京
春節前《建筑創作》雜志社再獲BIAD年度特殊貢獻獎，同時榮獲北京市新聞出版先進集體及先進個人獎勵。我以為這些連同2009年獲得的一系列獎項成為本刊跨躍式發展，提升競爭力的關鍵。2010年1月中旬，胡總書記來到依托原上海汽車制動器公司一片閑置廠房開發而成的“8號橋”創意園區時說：“創意產業蘊藏著巨大發展潛力”。本刊作為建筑文化創意產業的耕耘者，近年來已經在建筑設計大獎，建筑圖書出版及獎項，建筑與藝術書刊季度排名，中國建筑設計年度報告評介，中國建筑攝影作品及文化諸方面有了先期的發展，問題是我們需靠改制所綻放的魅力去創新文化的生產與傳播。由美國設計界權威人士馬特，馬圖斯(Matt Mattus)著《設計趨勢之上》2009年9月中文版出版，這個有”趨勢獵人”美譽之稱創意人士，研究領域從文化運動到當代藝術，從電影到建筑，從時尚到經典給設計界頗多新啟示。我以為它啟示我們培育獨創性，反對墨守成規；文化創造者要成為取悅真實元素的倡導者；文化創造者需高強度的東西刺激感覺，擁有永不衰竭的好奇心：文化創造者有好學精神，可辨別每一次影響的細微差別，文化創造者的創意是無所畏懼的，無畏的人所作的貢獻也許會改變傳統并構建新天地：文化創造者不僅是研究家，更要有追求完善的激情，他們愿冥思苦想且忠實執行他們創新的設計品質。
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3.3具有一定的濕陷性。多年填矸地基由于形成過程中是自由的、松散的堆積,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碎,或者了接觸點面,巖塊之間重新疊合,這樣就會出現濕陷。同時,當填矸中有大量可燃性矸石時,矸石在自燃中也會發生分解,釋放出氣體,形成空隙,一遇到水也會發生濕陷。這種濕陷在填矸地基堆積初期十分明顯。隨著堆積年限的增加,經多年風霜雨雪和自重作用,也會穩定。從阜新礦區現有多年填矸地塊來看,日偽時期以及建國以后50年代和60年代初期形成的地基,已經完成了自重濕陷;新近堆積的填矸地基,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:在阜新地區的多年填矸地基中,其組成物都不具明顯的酸堿性。在現有為數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情況。但在基坑開挖到陶?；虬胩樟Ｍ林?發現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,這種地基本身不可能有上層滯水,也沒有潛水。只有當填矸堆積在盆形場地時,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《巖土工程勘察規范》GB50021-2001進行。由于多年填矸地基無規則、不分層,有些勘探方法(如觸探)不完全適用,因此勘察工作必須從實際出發,注意吸收一些從事過這方面探討的專家的經驗,力使勘察成果更具有適用性和可靠性。
多年以來,筆者在阜新礦區工作中,接觸過一些多年填矸地基的勘察,其主要方法是現場踏勘、雨后觀察和坑探、槽探。就一般低層、多層建筑基礎設計而言,勘察工作的主要內容是調查填矸地基的堆積年限、堆積深度、表層風化程度、植被發育情況,挖掘若干個探坑勘察其主要組成物情況,煤矸石自燃程度等。其主要經驗如下:
4.1調查堆積年限主要是為了判定填矸地基是否已完成了自重固結。調查的方法可查閱檔案資料,亦可咨詢當地人或當事人。堆積年限數據不一定能了解得完全準確,大體能確切到30年以上,50年以上,100年以上就可以進行判定。
4.2調查堆積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。如果影響深度超過填矸深度,則應對原地表土層狀況進行了解;如果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情況了。調查方法也可以查閱檔案資料、咨詢當地人或當事人。必要時用鉆探來解決。
4.3現場踏勘填矸地基表層風化程度和植被情況,主要是為了證實或判定填矸地基是否已完成了自重固結。當填矸表層大塊矸石已完全破碎,形成魚鱗式薄片,或者泥質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,一般堆積年限都已超過30年,填矸地基也已完成了自重固結。
4.4在現場踏勘時還有一項重要內容是調查煤矸石的自燃狀況。在矸石堆上仍在自燃著火冒煙的,堆積年限都不太長,它具有較強濕陷性,這種場地不能作建筑地基。另外一種情況,是填矸地基中的煤矸石雖然已經熄滅了自燃,現場看不到冒煙,但表層植被很少發育,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。如果有條件,觀察者能在當地下暴雨前后對比觀察,看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判斷就更清楚了。
4.5鑒于填矸地基的不分層、無規則,觸探方法所得的錘擊次數差異很大,往往難以據此推斷地基承載力和沉積可靠程度,因此坑(槽)探應當是填矸地基的主要勘探方法?？犹絺€數無需太多,一般沿建筑物縱向每30～50米一個,沿橫向每20～30米一個?？犹降纳疃瓤纱笾峦诘筋A計的基礎底面下1米即可,坑探結果應當繪出柱狀圖作出描述。主要查看填矸的組成物及堆積情況,空隙是否特多特大;有沒有在一定深度內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堆積在一起,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鑒于填矸地基的復雜性,筆者建議建設單位在委托勘察時,應同時確定設計單位,并要求兩個單位共同配合,商定勘察目的、勘察內容、勘察方法、勘察結果,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《巖土工程勘察規范》GB50021-2001的要求,進行詳細勘察,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,首先必須對地基自重固結情況進行判定。對于已經完成自重固結的多年填矸土,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。
5.3判定多年填矸土是否完成了自重固結,可以采取如下方法:
5.3.1堆積年限推定法:一般30年以上可以判定為己經完成自重固結。
5.3.2重型動力觸探法:當鉆孔各控制深度內各點觸探擊數平均大于5擊,可判定為已完成自重固結。
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。
5.4工程地質勘察時報告判定地基承載力特征值主要依據為重力觸探擊數結果,并按照規范GB50021-2001表F.0.4-1進行判定。目前,在尚未取得大量科研測試數據以前,建議多年填矸地基承載力特征值介定在130～190KPa之間。對于表F.0.4-1列N63.5中9～17的數據,我們在實際工程中,尚未遇到,這類情況,應當慎用。對于建造乙類建筑物的地基,尚應進行靜載試驗,且不應少于3處。
5.5對于需要進行變形驗算的地基,工程地質勘察報告應當提供土的變形模量E0 。值可根據矸石堆積年限,以動力觸探平均擊數、填矸土的主要成份、勘查時掌握的地基離散情況和靜載試驗結果來綜合判定。根據我們以往的工程經驗,阜新地區多年填矸地基的E0值,可介定在10.00～14.50 MPa之間。
6. 多年填矸地基上的基礎設計
6.1基礎設計的基本原則:
6.1.1在對多年填矸地基特征值未作系統試驗研究以前,這類地基上不應建造甲級建筑物;應當慎重建造乙級建筑物;在有勘察資料,且有以往設計經驗可參照情況下,應當允許建造丙類工業及民用建筑物。
在為節約土地資源,合理開發利用多年填矸地基場地的情況下,應當提倡建筑丙類建筑物,適當建造乙類建筑物。
6.1.2建筑設計力求平面及造型簡單,高低差不大(不超過總高的1/3,不超過二層,不超過8米)。
6.1.3主體結構設計應按照相關設計規范采取適當的防止不均勻沉陷的措施。
6.1.4基礎設計應當遵循《地基及基礎設計規范》GB50007-2002(以下簡稱《規范》)的有關規定。其中基礎設計等級按《規范》第3.0.1條,一般定為丙級。
6.2基礎設計中的技術要點:
6.2.1基礎埋置深度應遵循《規范》第5.1.1條規定。填矸地基一般不含水,可稱為不凍土。但填矸地基由于孔隙特大,冬季雨雪易滲入結凍,因此基礎的埋深在一般情況下,應該大于或等于該地區的標準凍深。
6.2.2基礎的底面壓力計算,可按《規范》第5.2節規定。但由于多年填矸土的內聚力小,有偏心荷載作用時,建議設計基底寬度尺寸時不應出現偏心矩e>b/6的情況。
6.2.3當基礎寬度大于3m或埋置深度大于0.5m時,填矸地基的承載力特征值可以也應當修正,并按《規范》5.2.4式進行計標。其修正系數可參照表5.2.4中的“中砂,粗砂和碎石土”類的取值再適當降低10～30%取用。
6.2.4當需要進行變形驗算時,多年填矸地基的勘察報告應當提出地基的Es值。設計人應對勘探報告提出的Es值進行核定。
6.3基礎設計的構造細節:
6.3.1對于砌體結構下的條形基礎?；A材料應盡量選用毛石砼基礎,不用或慎用漿砌毛石基礎。當低層(三層及三屋以下)砌體結構選用漿砌毛石基礎更加經濟合算時,應當在毛石基礎上加鋼筋砼地梁。
6.3.2對于柱下鋼筋砼獨立基礎,可按正常條件下進行計算和設計,但當荷載較大,基底尺寸較大(大于2.0×2.0m時),建議對素砼墊層選用C15砼,并將厚度定為150mm,以改善基底接觸面條件。
6.3.3對于荷載特大,特別集中,需要采用樁基礎更為合適時,建議選用載體樁基礎,不用予制摩擦樁、鉆孔灌注樁等樁基型式。
6.3.4對于大面積荷載或其他需要提高多年填矸地基承載力特征值時,應當試用高壓旋噴加固地基,而慎用碎石樁、灰土樁、復合樁等方式如固地基。
7. 多年填矸地基上基礎設計的幾個實例
近30多年來,因礦區生產生活需要,曾經在上述多年填矸地基上建造過一些建筑物,現就筆者設計、指導設計或參與設計的一些工程簡況,介紹如下:
7.1海州露天煤礦東開閉所:1978年8月建設,為一單層磚混結構,高4.50米,進深5.70米,長33.40米。場地是海州礦排土場,填矸高度約45米。基礎設計為漿砌毛石基礎,加設240高鋼筋砼地梁?？辈旃ぷ魇怯晒P者在現場基槽開挖后判定的。地基承載力按當時設計規范定為10T/m2,,建成后正常使用。現該工程已隨著海州礦終產報廢拆除。
6.2海州礦集體公司煤矸石磚廠。
1978年～1982年建設。該磚廠設有兩條24萬塊/年隧道窯兩條。建設中除隧道窯之外,還配有原料磨機房、窯頭機房、變電所、水塔、輔助廠房等多項工程。地基為海州露天煤礦開工建設時“拉溝”的填土地基,堆積厚度約20～40米,堆積年度為1953～1957年,沉積年限為30余年。設計依勘察報告按承載力12T/m2設計,采取了一些防止不均勻沉陷措施。建成后各類建筑物使用情況基本正常。特別是25m高200m3磚支筒水塔安然無恙,未出現不均勻沉陷或傾斜情況。在這群建筑物中,也曾有其中一處單層磚砌體木屋蓋結構輔助廠房,因為有一夜自來水管跑水,致使一個磚垛沉陷約200毫米,木屋蓋局部變形,經停水后修復仍維持使用。現該磚廠因經營不善早于1988年停產報廢,大部分工程拆除,但多年停用的水塔還在。
7.3運輸部斜槽選煤廠。
1983～1984年建設。該廠為一條手選皮帶廊和一座篩分樓,用以篩選回收各礦遺棄的煤矸石中的雜煤顆粒,年產約10萬噸。建筑場地為阜新高德東山矸石堆上。該處矸石堆高約60m,堆積年限30~40年,大部份煤矸石都已經自燃燒成陶粒狀。結構設計皮帶廊為磚混結構,篩分樓為現澆框架結構。兩項工程都體型甚小,設計取用地基容許承載力按當時設計規范為10T/。建成后使用情況正常。使用十年后因煤矸石拋卸地點轉移而終產報廢。
7.4新邱露天煤礦自翻車檢修廠房。
1981～1984年建設。廠房為雙跨予制鋼筋砼排架結構,T形鋼屋架加大型屋面板。主跨18.00m,設一臺10T橋式吊車,吊車軌面標高7.20m。附跨9.00m,T形薄腹梁加大型面板,不設吊車。
該廠房主跨排架柱基礎持力層為粘土,地基容許承載力為15T/(按當時規范),而附跨外柱基礎落到了該露天礦早年開溝后返填的煤矸在層上,深約20米,堆積年限愈30年,開挖后尚可見黑土狀煤矸石廠成堆聚成分。設計采用了加大柱基底面積(矸石地基承載力按8T/計標),T形薄腹梁與主跨柱上牛腿連結采用了滾支座等兩項措施,建成后使用情況良好。
7.5海州露天殘煤公司坑底選煤廠房。
2005年建設。該廠房為鋼框架結構,寬7.00米,長31.50米,高14.30米,三層。廠房內裝設兩臺振動篩及附屬設備,設計年處理毛煤煤量約15萬噸。該廠房建造在海天露開煤礦采掘大坑-260米左右水平,基底為采掘廢棄物拋填的大溝,堆積深約14米,堆積年限約20年左右?；A設計采取了:(1)加大基底面積,取地基承載力特征值為100KPa計算;(2)加大埋深為-4.00米;(3)設置構架式地梁等三項措施。這項工程自投產使用后至今未出現異常。
在以上幾個工程實例中,最后一個是在堆置年限不足30年的填矸地基上建成的,至今雖未見異常,但我們認為應當盡量避免這種情況。
8. 結語
8.1實踐證明,將多年填矸地基(30年及以上)直接作為丙類建筑的地基,在經過慎重勘察、處理和適當的結構措施后,也可作為乙類建筑物地基,這種這作法對多年以煤礦生產為主的城市,節約國土資源,發展地方經濟將有很大的意義。這也是我國現在以大規模開發礦產, 換取資金建設小康社會所必須解決的可持續發展的問題。
8.2在多年填矸地基上修建建筑物,應當掌握規律性。勘察和設計單位在接受這類項工程任務時,應當認真吸取有一定實踐經驗的部門和專家的指導或咨詢意見,防止出現重大失誤。
8.3多年填矸地基上的基礎設計課題,目前研究還很不夠。這個課題應當引起有關政府部門重視,組織各方面的力量,適當投入并列入科研課題,進行必要的檢測、試驗和研究。并在試驗的基礎上,制定出必要的行業規程或條例,來倡導這項課題的實際應用。
參考文獻
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[文章編號]1006-7619(2010)02-01-67
關鍵詞：軟硬互層；場地勘察；基礎設計
中圖分類號：TU4 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2012）18-0088-02
0 引言
對軟硬互層的研究方法有數學物理和概率統計這兩種。對于它的考察采取的技術手段有調查、鉆探、物理勘測和化學技術、各種觀測和試驗技術、各種地下水模擬技術、同位素技術等。本文僅就巖土工程勘察及基礎設計中所涉及的部分關鍵點提出一些看法。
1 巖芯采取率、軟弱層的詳細產狀特征及主要的物理力學性質和變形特性及相關的基礎設計
1.1 巖芯采取率的現狀 巖芯采取率對于一般巖石不低于80%，對于軟巖、破碎巖石應不低于65%。工程地質勘察的鉆探工作中普遍采用的是回轉鉆進或者沖擊鉆進的方法，如果設備選擇不當或者取芯操作不當會引起對巖芯的擾動和磨損、泥漿對巖芯的沖蝕和局部篩選，造成取芯質量較低。同時，取出的巖芯因泥漿污染，會影響技術人員對巖芯和對地層狀況的準確分析，在較復雜或存在頻繁夾層的地質條件下，會使判斷誤差增大，進而影響到工作結論的正確性和可靠性。對軟硬互層場地的基礎設計也有負面影響。
1.2 提高巖芯采取率應該采取的主要方法和有效措施 提高巖芯采取率，提高鉆孔質量，確保地層的準確劃分，進行準確的地層承載力計算，按時完成勘察任務。如因巖層地質構造復雜，斷裂帶厚度從幾米到十幾米，巖性為碳質板巖、泥質板巖、千枚巖等，場地地層破碎、地層軟硬互層頻繁，鉆探施工難度大，巖心采取率低，鉆孔的質量難以保證，經常需要進行補心工作，費時費力，并出現報廢進尺現象，嚴重影響到工程的順利完成。為確研究保質保量如期完工，把提高復雜地層巖芯采取率作為重點攻關。也有助于軟硬互層的基礎設計。
1.2.1 主要方法 干鉆卡取法：該方法要結束時，不供水干鉆一段時間，干鉆進尺一般為20～30cm，利用未排除的巖粉擠塞住巖芯，通過回轉將其扭斷提出。
卡簧卡取法：要結束時，稍稍往上挪鉆具，利用鉆頭上部的卡簧取芯裝置把巖芯卡住并扭斷。
卡料卡取法：用于鉆金剛石或鉆鋼粒，在硬及中硬的、完整、致密的巖層中使用。
沉淀卡取法：要結束時，不適用沖洗液，利用巖芯管內懸浮巖粉的沉淀，擠塞卡牢巖芯。
1.2.2 有效措施 軟硬互層地層鉆探必須縮小回次進尺；在硬層鉆進中不宜提動鉆具，回次進尺宜控制在0.5~1.0m；提鉆應輕穩；宜用鉆壓700~800N/塊，轉速150~180r/min，泵量60~100L/min。在軟層中鉆進應大壓力、低轉速，回次進尺應控制在0.3~0.4m，有利提高巖心采取率。
另外，松散、破碎地層中采用SD鉆具和植物膠沖洗液也可提高巖芯采取率；植物膠沖洗液護壁對提高巖心質量也有重要意義意義；鉆具和植物膠配合使用可有效提高巖心采取質量。
1.3 軟弱層特征 軟弱夾層的性狀特征受地層巖性、地質構造發育程度和地下水的控制。如在地下水水循環條件較好的巖溶發育區、構造發育地段，軟弱夾層較發育，且性狀較差。各類軟弱夾層的主要化學成分基本相同，含量存在明顯差異。比如（河源市）希爾頓酒店場地中為的丘陵臺地，低洼段水量豐富，擬建38層，采用人工挖孔樁；場地中出現砂礫巖、粉砂巖單斜地層，局部地段出現連續軟弱互層，部分地段無此現象，也證實了這個問題。
2 在工作過程中應詳細了解巖層的水理性、可鉆性及準確劃分風化層及相關的基礎設計
巖層的水理性、可鉆性及準確劃分風化層，對軟硬互層場地勘察及基礎設計有著至關重要的作用。為軟硬互層的基礎設計做鋪墊。
2.1 地層的概述 相近的特性構成的巖土層，由兩個平行或近于平行的界面所限制的層狀巖石在形成過程中，由于自然因素（如季節、氣候等）的周期性變化，引起巖土介質等發生改變，使巖土成分、結構、顏色在垂直、水平上發生變化，從而在巖層內部顯示出成層的一種變化現象。
2.2 它的水理性 軟硬互層的吸水率決定在巖土所含孔隙、裂隙的數量和大小、開閉程度及其分布情況，和互層的性質有關。如沉積巖普遍吸水率較大，巖體的吸水會導致強度的降低，也會加快軟硬互層的風化速度。在施工期間應尤為注意。
2.3 可鉆性 用來表示鉆眼或爆破巖石的難度。常用工藝指標來表示，互層容易被鉆頭破碎，往里鉆時，鉆的速度就高，我們通常就說它可鉆能性好，反之，我們就說它的可鉆性能差?？摄@性能反映軟硬互層在孔內對抗鉆頭損壞的強弱。關于互層的可鉆性能的類別有兩種不同方法：一個方法有生產工藝的指標決定，另一個分類方向由互層的機械性質決定?；涌摄@性并不是巖土原來的屬性，不但有互層的特性來決定性，而且還決定于鉆進技術工藝條件的高低它受巖土特性的影響。另外在影響互層可鉆性的力學性質中，巖石的硬度、彈塑性和研磨性、鉆進技術工藝條件也起決定作用。
2.4 風化層的確定和劃分 在地震勘探中是指地面以下的疏松層，即地震波的低速帶，地球表面經各種風化作用而形成的疏松堆積層。從上到下，物質逐漸變粗，終至于互層。它的形成有熱力風化作用：由于白天和晚上存在溫差導致互層的溫度錯在差異容易產生崩裂。如冰劈（冰楔）作用：互層孔隙中的水應為結成冰而產生膨脹，只是它的體積增加，其所產生的壓強也隨之增加。鹽分結晶的撐裂作用：由于互層得水吸收了很多的鹽類，如果它的水分產生蒸發，剩下的鹽類水一旦到了飽和，就會使它再結晶，體積也隨之變大，膨脹力也是。巖石卸荷而引起的剝離作用：上邊的互層沒有了，壓力也就隨之變小了，下邊的膨脹就會導致互層的破裂。
近年來，波速原位測試技術是軟硬互層勘察中一種發展很快的技術，在各個方面都有應用?？疾鞎r要給大量的軟硬互層的物理學參數和化學參數，用傳統的方法分析這些參數不但工序復雜、時間長、成本高，而且不確保精度。而采用波速原位測試新方法則能以較低成本，快速提供有一定精度的互層的物理力學參數。所有軟硬互層的考察都與它的物理特征息息相關，而它的物理力學特性與物理參數又有著相互聯系。針對他們之間的聯系可研究多種物理性質和化學性質及其相關參數；如利用剪切波速值劃定軟硬互層的全風化層和強風化層。軟硬互層的形成過程，風化層可達幾十米。根據經驗可認為其為全風化層，但其強度又較大，這樣全風化層和強風化層的劃定就極易混淆，也給場地軟硬互層的考察判定工作造成諸多不便。一般情況下，軟硬互層和它的波速有很大關系，互層越密，波速越高，這時波速測試就可作為判定風化層的有力的判別依據。
3 基礎設計時必須充分考慮軟弱層的承載力、硬層沖切、水文地質條件
軟弱層的承載力、硬層沖切、水文地質條件，都應合理分析，精確的分析，確保其準確性，對軟硬互層場地勘察和基礎設計有重要作用。
3.1 軟弱層承載力 考慮到驗證方法的合理性和互層周圍的環境，分析具有合理性和表征性的數據，以及它實際受力的情況，結合同類工程巖土特性參數反分析結果來選取工程特性指標，把合理性和表征性確定下來其軟弱層的承載力；有條件時可以進行原位靜載和深層靜載試驗，測試軟硬層承載力；確保其合理性、準確性！同時也有利于軟硬互層的基礎設計。
3.2 硬層沖切 當互層的上下軟硬不同時，在強度上須同時考慮持力層的沖切破壞和軟下臥層的強度破壞。這兩種破壞的機理和條件互不相同。當前有關規范，對軟下臥層的強度驗算已給出了明確的公式，但對硬持力層的沖切驗算則未提供驗算方法，僅硬性規定了“當存在軟下臥層時，互層以下的硬持力層厚度一般不應過小”。此規定的根據“主要是考慮到互層硬持力層太薄，會使互層發生沖切破壞而承載力明顯降低”。也不利于軟硬互層的基礎設計。同樣較為穩妥有效辦法是作必要的測試，綜合測試巖層強度。
3.3 水文地質條件 水文地質指自然界中地下水的各種變化和運動的現象。地下水的分布和形成規律是考察的對象，地下水的物理、化學成分及其合理利用，地下水的不利因素將影響工程建設及其防治等。隨著科學的發展和生產建設的需要，水文地質學由區域水文地質學、地下水動力學、水文地球化學、供水水文地質學、礦床水文地質學、土壤改良水文地質學等分支學科組成。近年來，地熱、地震、環境地質等方面的研究與水文地質學和相互滲透，又形成了若干新領域。在軟硬互層勘察中和基礎設計過程中，水文地質問題一直是一個極為重要有容易被忽視的問題。由于沒有足夠的注重。招致地下水的各種危害時有發生。所以，在軟硬互層勘察中查明軟硬互層水文地質的問題，考慮到它的作用和影響是很重要的。對基礎設計也是有益的。
4 總結
在軟硬互層場地的勘察中，必須注意巖芯采取率、軟弱層的詳細產狀特征及主要的物理力學性質和變形特性。為了進一步提高巖芯采取率，保證巖芯的質量，正確選取巖芯采取方法、SD鉆具和植物膠沖洗液配合使用以及縮短回次進尺等，都應該是比較好的方案。
在工作過程中還應詳細了解巖層的水理性、可鉆性及準確劃分風化層。
基礎設計時必須充分考慮軟弱層的承載力、硬層沖切、水文地質條件；在軟硬互層場地的勘察中，地下水問題占有相當重要的位置，精確合理地查明地下水位，在軟硬互層的場地勘察中一定要仔細考察水文地質問題，查明地下水對地基的危害。隨著勘察的開展，其必將遭到越來越普遍的注重，實在做好水文地質工作將對軟硬互層場地的勘察和基礎設計有著極為重要的作用。
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