地面塌陷防治工程设计研究

导语：地面塌陷防治工程设计研究一文来源于网友上传，不代表本站观点，若需要原创文章可咨询客服老师，欢迎参考。

1塌陷区地质环境概况

1.1地形地貌。塌陷区为溶蚀丘陵地貌，地势整体东、南两侧较高，东北侧较低，工作区海拔在82.5~131.6m，最高点位于东北部山坡顶，标高131.6m，最低点位于西北部农田区，标高82.5m；区内地形坡度5～15°。塌陷坑所在位置微地貌为一丘包上，海拔在92.6~108.5m。场地区内及周边区域以工矿厂区、农田、水塘、荒地和林地为主。1.2气象水文。塌陷区位于宁乡县煤炭坝镇境内，属大陆性季风湿润气候。年平均气温16.1~17.8℃之间。多年平均降雨量为1358.0mm。根据调查，区内地表径流条件较好，周围地表水系不发育，但人工沟渠、山塘等较多，山塘面积均较小，一般为600m2以内。塌陷区属于群英河流域，群英河发源于煤炭坝镇的金泉山一带，该河河床塌陷、河水漏失问题严重，特别是塌陷区东北部3~4km（煤炭坝镇的贺石桥村与富家村交界处）地段，河床中和两岸地面塌陷极为发育，河水漏失严重，河水几乎断流，全部渗入地下。1.3地层岩性。根据搜集分析地质资料及钻孔揭露，塌陷区及周边出露的地层上部为第四系残坡积含碎石粉质粘土，下伏基岩为二叠系上统长兴组（P2ch）、二叠系上统龙潭组（P2lt）、二叠系下统茅口组（P1m）。其中茅口组厚层状灰岩及泥质灰岩在塌陷区大量分布，并且也是煤炭坝地区岩溶发育最强的地层岩组，裂隙、溶洞较发育。1.4地质构造与地震。塌陷区位于煤炭坝复式向斜西北翼，该向斜为向南西突出，向北东敞开的弧形构造，形似马蹄。较为复杂的地质构造条件一方面使得塌陷区基岩节理裂隙更加发育加速了下伏基岩岩溶发育，另一方面使得塌陷区的水文地质条件更加复杂，因此区内的地质构造为地面塌陷发育的基础条件的形成起到明显的促进作用。根据建筑抗震设计规范，塌陷区为建筑抗震设防Ⅵ度区，地震动峰值加速度为0.05g，地震动反应谱特征周期0.35s。区域地壳是基本稳定的。1.5人类工程活动。区内人类活动强烈，原有开采矿山主要有两个，塌陷区北西侧为宁乡县斑鸠凼采石场、塌陷区范围及东南侧为青山煤矿二工区，分别开采二叠系下统茅口组（P1m）灰岩和二叠系上统龙潭组煤层，均为地下开采，先已停产。1.6岩溶发育特征。本次验证实施的5个钻孔，钻孔岩溶见洞率40%，在二叠系茅口组开孔的每个勘查钻孔均遇溶洞。岩溶的发育形态主要为溶洞、溶槽及岩溶裂隙。钻孔揭露的茅口组灰岩为厚层状构造，主要成分以方解石为主，岩芯多呈短柱状，柱长约为5~10cm，可见方解石脉，岩体岩溶裂隙发育，表面多见溶蚀孔洞，溶洞、溶沟、溶槽发育。参考以往工程类报告，本次塌陷区属于斜极强烈岩溶发育区。质纯且岩溶强烈发育茅口组（P1m）灰岩为塌陷区地面塌陷的形成提供了基础物质条件。

2地面塌陷稳定性分析及治理的必要性

2.1地面塌陷基本特征塌陷区地表呈圆形，直径平均约100m，面积约7850m2；剖面上呈漏斗形，最大塌陷深度约59.74m；塌陷平均深约51.45m，下塌方量约134627.5m3。塌陷坑的西侧和南侧，距离塌陷坑约12m和14m的水泥地面上出现多条弧形裂隙，裂隙内部土层已极不稳定，随时都有垮落、崩塌的可能。塌陷坑地层由第四系（Q）残、坡积粘土和二叠系上统龙潭组（P2l）黑色炭质页岩，粉砂质页岩、泥质黄铁矿组成，结构松散，现场可见塌陷坑四周仍在继续垮落、崩塌，塌陷坑有继续扩大的潜在危险。2.2地面塌陷稳定性分析塌陷坑自发生到10月5日再次调查期间，陆续发生西侧厂区公路、厂门开裂加剧，水位上升，最后连水泥厂入口处厂门、西侧厂区公路及公路旁部分厂房都掉入塌陷坑。可知塌陷坑仍处于不稳定状态。2.3地面塌陷治理的必要性地面塌陷的发生破坏了自然环境，目前仍处于缓慢变形阶段，威胁周边人居环境安全和周边3个建材厂生产生活，为确保当地居民正常的生产生活，恢复与当地生态环境相协调，从安全角度和生态环境角度进行治理是必要的。

3防治工程设计

3.1设计范围和位置。设计范围为皂家组地面塌陷及影响范围，属宁乡市煤炭坝镇富家村管辖范围，中心点地理坐标：东经112°23′44″、北纬28°15′57″。3.2设计总体思路本次设计的思路是围绕消除设计区存在的安全隐患，对塌陷坑采取综合回填的方式，最大限度保障塌陷区村民的人身安全，保护当地村民的财产安全，保护地质环境和生态环境。3.3单项工程设计。3.3.1反滤层工程。1）设计与作用：首先在塌陷坑内填入废弃厂房混凝土梁、板等建筑垃圾，先填直径较大的，后填直径较小的，再填块石、碎石做成反滤层。目的是减轻水流潜蚀作用对回填“土体”的破坏。2）施工方法：采用破碎锤配合切割机、大型液压刨机对塌陷坑东北侧废弃水泥厂进行拆除，将拆除的混凝土梁、板等建筑垃圾采用挖掘机装车运至塌陷坑附近后采用装载机填入塌陷坑内，先填直径较大的，对塌陷坑口填埋形成骨架，后填直径较小的混凝土碎块，直至水面以上1m（+63.65），再铺设块石、碎石90cm做成反滤层。3）技术要求：（1）在塌陷区范围外推20m用栅栏围堵，并挂警示牌。（2）在地表塌陷坑垮塌边界5m以外采用挖机往塌陷坑内回填拆除的混凝土板、梁等混凝土块。（3）回填运输路线按照平面总布置图所示拆除物回填路线。3.3.2钢筋混凝土现浇板工程。1）设计与作用：在反滤层上浇筑钢筋混凝土预制板，钢筋混凝土板基础落在塌陷坑两侧稳定的基岩上。目的是对塌陷坑进行跨越，避免塌陷危害。2）施工方法：清除在塌陷坑四周虚土直至基岩面，对回填的碎石进行人工平整，浇筑C15垫层10cm；浇钢筋混凝土板，采用C35砼现浇，板厚度为1.0m，板采用顶底面双层钢筋，轴线方向上层采用Φ25HRB400满铺，间距15cm，下层采用Φ28HRB400满铺，间距15cm，垂直轴线方向上下层均采用Φ22HRB400满铺，间距20cm，垂直轴线方向平均布置18个封闭箍筋，箍筋采用Φ10HRB400，沿轴线方向间距20cm；混凝土采用100cm厚C35砼。3）技术要求：（1）平整坑内场地、绑扎钢筋、浇筑混凝土时，施工人员应沿着修建的临时人行便道到达塌陷坑底部。（2）钢筋绑扎后，浇筑所需混凝土宜采用商品混凝土，并采用泵车从地表泵送至塌陷坑底部，并人工振捣密实。3.3.3粘土回填工程。（1）设计与作用：待钢筋混凝土板养护达到28天之后，用挖机将塌陷坑周边开裂区域内的松土清除填入塌陷坑内。在混凝土表面填筑粘性土、建筑垃圾等，直到设计标高。以保证当地正常的生产生活得以恢复。（2）施工方法：回填用土来源根据煤炭坝政府要求从塌陷坑东侧工业园区取土，距离约为2km，粘性土回填达到5m以上后可采用北侧水泥厂废弃钢筋混凝土梁、板继续回填直至设计标高，为利于塌陷坑处排水，回填时西北侧回填后标高较东南侧应略高，坡度不小于2%。（3）技术要求：参照反滤层工程。3.3.4附属工程。（1）设计与作用：因塌陷坑壁过陡，且地面到坑口的高差太大，工人无法直接到达坑口处施工，故建议沿塌陷坑壁相对稳定区域设置人行施工便道。（2）施工方法：沿塌陷坑壁相对稳定区域修建人行施工便道，便道宽1.5m，长120m，采用人工开挖平整。

4结束语

该项目已于2019年8月已完成施工，并通过专家组现场验收，从现场情况来看，该项目的施工质量及效果已达到设计的要求，起到了消除安全隐患，确保一方平安和恢复生态环境的目的。

参考文献

[1]李瑜，朱平，雷明堂，等.岩溶地面塌陷监测技术与方法[J].中国岩溶，2005，24（2）:103-108.

[2]袁道先，高勇军.现代岩溶学[M].北京：科学出版社，2016.

[3]程星.岩溶塌陷机理及其预测与评价研究[M].北京：地质出版社，2006.

[4]左岩岩，李金娜，温京.浅析岩溶塌陷的治理措施[J].河北建筑工程学院学报，2014（4）:33-35

作者:宾楒源 曾 嵘 曾慧敏 单位:湖南省煤田地质局物探测量队