某礦坑回填方案研究

褚方平

（上海市政工程設計研究總院（集團）有限公司，上海市 2 00092）

某礦坑回填方案研究

褚方平

（上海市政工程設計研究總院（集團）有限公司，上海市 2 00092）

以海南三亞某礦坑回填為實例，從填方土源、回填方案、回填施工方法、回填土質量的控制等多個方面進行分析并得出相關結論，可為以后類似的深坑回填設計參考。

礦坑；深坑回填；土方平衡；水下回填；填筑方法

0 引 言

2010年伊始，隨著國際旅游島上升為國家戰略，海南特別是三亞的旅游發展迎來前所未有的契機，三亞市城市總體規劃亦對未來發展預期做出了回應和調整。為積極響應部隊國防建設、安置拆遷居民，以及協助解決村民搬遷安置后的就業問題，政府特批福海苑安置區作為田獨鎮新的居住中心和旅游區，并承擔亞龍灣后勤服務基地的功能。

1 工程概況

三亞福海苑安置區位于海南省三亞市田獨鎮東北方，周邊現狀以農田、水庫和山體為主，零星點綴有少量村莊。片區東部與南部地形復雜，高差較大，整體呈南高北低之勢。基地中央有一解放前開礦遺留下來的廢棄礦坑（見圖1），東西長387 m，南北寬246 m，其面積達7.4 hm2；礦坑水面標高為10.58 m，平均水深20.2 m，最大水深35.75 m；按地面標高32.0 m計，礦坑最大深度達57 m左右。

根據《三亞市田獨鎮安置區控制性詳細規劃》的“土地利用規劃”和“旅游項目規劃”可知，廢棄礦坑近期規劃為公園用地，建成為以“黎族風情”為主題、富含黎族風格建筑觀賞、黎族文化體驗、黎族特色餐飲等多個項目的民俗風情園。同時，礦坑北側配套有規劃新建的3號路，南側為同步新建的1號路，西側為規劃新建的6號路，東側為規劃新建的5號路，見圖2、圖3。

圖1 廢棄礦坑現狀圖

為形成足夠的規劃用地，同時為減少廢棄礦坑對規劃新建道路邊坡穩定性的影響，現需對區域內的廢棄礦坑進行回填。

2 土方

2.1 土方平衡分析

以1號路、3號路、5號路及6號路為界，廢棄礦坑及地塊地形起伏較大；礦坑回填時綜合考慮自身區格地塊的場地平整，地塊標高與周邊道路標高銜接平順。現按廢棄礦坑地塊周邊標高與周邊道路中心線標高相一致考慮進行場地平整。根據現狀地形圖及礦坑測量平面圖，地塊區格內自身土方統計見表1。

圖2 現狀礦坑功能規劃圖

圖3 現狀礦坑周邊道路規劃圖

表1 礦坑地塊內填挖方統計表

同時根據1號路道路設計，按道路邊坡坡腳距道路邊線1.5 m，邊坡坡度為1∶1.5考慮，1號路土方填挖方情況見表2。

表2 擬建1號路填挖方統計表

按以上統計，僅考慮1號路與礦坑地塊的土方平衡，總計土方缺口約62萬m3，場地以缺方為主。

2.2 土方補給來源

本工程土方缺口約62萬m3，考慮1號路南側有一現狀山體以及三亞靠海、海砂資源較為豐富的特點，本工程土方補給可通過以下兩種方式解決：

（1）通過1號路南側山體的繼續開挖補給；

（2）外購海砂或土方予以補給。

本工程礦坑地塊總平面積較大、約200畝，同時南北向長度和東西向長度相當，地塊整體呈四方之勢，若作為商業用地或公共住宅用地，能產生較大的經濟效益。因此結合礦坑地塊近期作為綠地的功能、并考慮為后續商業開發發展預留空間，擬對以上兩種補給源進行比選。

2.2.1 方案一

就地取材，利用地塊自身土方、1號路施工廢棄土方及1號路周邊山體繼續開挖取材的石方進行回填；其中水下部分以石方回填為主，水面以上部分采用土方、石方相結合的方式，其土方平衡分析見表3。

表3 方案一所需土方量統計表

由表4可知，場地內需繼續開挖山體的土石方為62.14萬m3，其中石方為37.28萬m3、土方為24.86萬m3。該方案的優點是填筑性能較為穩定、就地取材、工程進度易保證，下拋填后無需任何處理即可滿足近期規劃土地利用的要求。最大的缺點為當地塊遠期開發布置一些體量較大、對地基承載力要求較高的高層或多層建筑物、或有抗浮要求的地下空間需設樁基時，下臥最厚約36 m的拋石層對樁基的施工將造成很大的影響。

表4 方案一地塊土方供給表

2.2.2方案二

考慮礦坑地塊后續商業發展的可能性、減小后續地塊開發的施工難度，按礦坑水下部分采用海砂回填，水上部分分區分塊按每區塊的利用發展需要分別采用土方、石方回填。其土方平衡分析見表5。

表5 方案二所需土方量統計表

方案二地塊土方供給見表6。

表6 方案二地塊土方供給表

由表6可知，方案二土方的具體情況有以下特點：

（1）礦坑地塊及1號路挖方量能夠滿足礦坑水面以上填方量需求；

（2）需外購104.4萬m3海砂以滿足礦坑水面以下填方量需求；

（3）礦坑地塊及1號路挖方量在滿足礦坑水面以上填方需求后將產生42.26萬m3多余土石方，該部分土石方需外運另作他用。

方案一、方案二的優缺點比較見表7。

表7 土方補給來源對比表

考慮遠期地塊開發的可能性并結合當地海砂的供給情況，本工程土方補給源采用方案二作為推薦方案，即水下部分采用外購海砂作為填方土源、水上部分采用礦坑本身以及南側1號路的挖方作為填方土源。

3 回填方案分析[1-6]

3.1 回填方案的確定

按常規，一般此類深坑采用先抽水、修筑施工便道、干回填的方法進行回填；考慮現狀礦坑水深較深，且部分區域出現土體及巖體滑坡的現象、邊坡整體穩定處于極限狀態，若先抽水必將對邊坡產生更不利的影響。因此擬對水面以下部分采用水下回填、邊抽水邊回填；水面以上部分采用干施工、分層填筑，以維持邊坡的穩定、保證施工的安全。

3.2 回填施工方法的選擇

3.2.1 水下回填

現有深坑回填方法多種多樣，對于水下部分，可采用坑頂拋填、開底船拋填、浮橋推移拋填、纜車吊運、“筑堤”法、溜槽—浮筒輸送帶施工法等方法。各方法優缺點如下所述：

（1）坑頂拋填法：即將集料運至坑頂后，直接用挖掘機、推土機等機械設備將集料推至湖中。這是最為直接，最為快速，也是最為省資的辦法。但是，由于礦坑湖泊面積很大且礦坑深度較深，此方法不能將集料拋至湖中的任意一點，只能在機械吊臂所及范圍內進行拋填；同時現狀邊坡局部處于失穩臨界狀態，為保證施工的安全，施工前需結合邊坡的實際情況，選取邊坡較為穩定處的坡頂設置投料點。

（2）開底船拋填法：即將集料運至水邊碼頭，裝入開底船的船艙，然后在預定的位置把艙底打開，將集料拋入湖中。

該方法的優點在于可以控制拋填位置，能夠使湖底任意一點得到集料的惠及；問題在于如何將集料從岸上運至“碼頭”、再駁運至船上。為滿足集料堆放及駁運的需求，需預先建設若干條從坑口至湖面斜坡的道路，該道路必須具有料場碼頭堆料的功能且還需滿足車輛調頭的要求；考慮調頭回車場地是隨著水位的不斷上漲而不斷后退的，故該道路全線須變成一定寬幅的路面，方可滿足交通暢行、集料轉運雙重功能的要求。同時現狀礦坑為獨立封閉的湖面、不與外界水系連通，如何將開底船運至湖內也是一個較大問題。

（3）浮橋推移拋填法：其原理同開底船拋填相似，關鍵問題也是如何將岸上（坑口）的集料送至浮橋上，同時浮橋必須具有自由轉運移位的功能。

（4）纜車吊運法：沿礦坑南北方向設置跨湖纜繩吊車，將坑口集料裝入吊斗中，運至湖面上空進行拋填。該方法的優點是能夠連續作業，一根纜繩上可以懸掛多個吊斗，但是該方案缺點明顯：一是拋填位置受限，只能在纜繩垂線下較窄的寬度內進行回填；二是一個吊斗最大容量僅1t，考慮礦坑土方回填量巨大，施工時間較長；三是纜繩的裝置安全性能要求高，同時礦坑周邊山體較矮，抗拉“鉚墩”的設置也有一定困難。

（5）“筑堤”法：沿礦坑南北方向修建一條寬約8 m的輸料便道至湖區狹窄處，利用狹窄地段距近的優越位置，將礦坑南北兩岸填成浮出水面的“陸橋”，然后利用“陸橋”寬闊的作業區域，用推土機、挖掘機等機械向“陸橋”左右兩側進行拋填，不斷增寬“陸橋”的范圍。同時，由于湖面標高隨著拋填量的增加而逐漸增高，“陸橋”的標高也隨之增高，按此進行拋填而達到填湖的目的。

該方法具有簡便、快速、投入設備較少的優點。但是，該方法只能回填“陸橋”兩側的部分水域，不能惠顧整個湖區。

（6）溜槽—浮筒輸送帶法：在礦坑四周選擇若干合適位置，安裝溜槽，將已屯在坑口的集料，用挖掘機將填料送至溜槽，集料在槽內自行下滑入浮筒輸送帶，待浮筒輸送帶填裝完畢后將集料運至預定的地點進行拋填。

該方法具有快速、安全的特點，能使集料投放到湖中任意一點，且隨著湖面增長，可以連續施工等優點；其缺點是浮筒輸送帶成本較高，移動較遲緩。

綜合以上各種水下回填方法并結合礦坑實際情況，對于礦坑水下回填部分擬采用坑頂拋填法、“筑堤”法、溜槽—浮筒輸送帶法相結合的拋填方法進行回填。同時，拋填過程中采用大功率揚程抽水泵，將坑內的積水泵送至周邊湖泊以及水庫中，將水位始終保持在原水位標高。

3.2.2 水上回填

水位以上部分回填為干施工，填筑時水下部分已施工完成，相對填筑深度較淺，施工難度較小，按常規可采用周邊修建臨時便道至坑底，采用土方車運送材料至坑底即可。

3.3 回填土質量的保證措施

現狀礦坑近期規劃土地性質為公園用地。按近期規劃的性質其土體的回填質量要求相對較低，可采用一些施工較為簡單、造價較低的方法即可滿足其要求。具體方法根據按水下、水上部分予以區分。

（1）水下部分

本工程水下部分采用海砂填筑，其性能較為穩定，后續地基處理的適應性強，回填質量取決于顆粒中水的消散；施工時需通過設一些深井排水固結以保證水下部分的填筑質量。

（2）水上部分

本工程水上部分采用礦坑本身以及南側1號路的挖方（土方+石方）作為填方土源；為滿足近期規劃用地性質對填土質量的要求，可采用強夯法、分層碾壓法等多種回填處理方法選用。

a.強夯法

強夯法是用很大的沖擊能使土中出現沖擊波（壓縮波、剪切波和瑞雷波）和很大的應力，迫使土體運動、孔隙壓縮、局部液化，在夯點周圍產生裂隙，土體內部形成樹枝狀排水道路，使孔隙水順利逸出，從而促使土體迅速固結達到設計要求。處理后近期就能保證土體較好的密實度，但相對造價較高。

b.分層碾壓法

分層碾壓法是將土、石方分成水平層次，逐層向上填筑，填一層碾壓一層，分層壓實。對于較厚填土層，處理后相對效果較差，但造價較低。

考慮地塊近期僅作為綠地使用，對填土質量要求較低，水上部分擬采用造價相對較低的分層碾壓法進行回填處理，以滿足地塊對回填土質量的要求。

4 結 論

本文從礦坑區域近期功能需求出發、同時為遠期商業開發預留空間，通過對填方土源、回填方案、回填施工方法、回填土質量的控制等多個方面進行分析，得出以下結論：

（1）本工程礦坑回填水下部分采用外購海砂作為填方土源，水上部分采用礦坑本身以及南側1號路的挖方作為填方土源。

（2）礦坑回填時水面以下部分采用水下回填，邊抽水邊回填；水面以上部分采用干施工，分層填筑。

（3）本工程礦坑水下部分采用坑頂拋填法、“筑堤”法、溜槽—浮筒輸送帶法相結合的拋填方法進行回填；水上部分采用周邊修建臨時便道、土方車運送材料至坑底進行干施工。

（4）本工程水下部分采用設深井排水固結以保證填筑質量；水上部分采用造價相對較低的分層碾壓法進行處理以滿足地塊近期對回填土質量的要求。

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TD163

B

1009-7716（2017）01-0170-05

10.16799/j.cnki.csdqyfh.2017.01.049

2016-11-10

褚方平（1984-），男，江蘇常州人，工程師，從事結構設計工作。