寧鄉市煤炭壩鎮富家村皂家組地面塌陷的防治工程設計與研究

賓楒源 曾 嶸 曾慧敏

0 前言

寧鄉市煤炭壩鎮富家村皂家組于2018 年1 月19 日發生地面塌陷，塌陷位置處共有3 家工廠，此次災害共造成數棟廠房全毀，約50 m 廠區公路嚴重損毀，直接經濟損失上100 萬元。目前地面塌陷仍處于蠕動變形階段，3 家工廠在發災后已經停工，附近村民約60 人臨災避險，暫時搬遷。嚴重威脅周邊3 個建材廠的生產生活安全及當地居民的生命財產安全。潛在經濟損失達1000 萬元以上。

1 塌陷區地質環境概況

1.1 地形地貌

塌陷區為溶蝕丘陵地貌，地勢整體東、南兩側較高，東北側較低，工作區海拔在82.5～131.6 m，最高點位于東北部山坡頂，標高131.6 m，最低點位于西北部農田區，標高82.5 m；區內地形坡度5～15°。塌陷坑所在位置微地貌為一丘包上，海拔在92.6～108.5 m。場地區內及周邊區域以工礦廠區、農田、水塘、荒地和林地為主。

1.2 氣象水文

塌陷區位于寧鄉縣煤炭壩鎮境內，屬大陸性季風濕潤氣候。年平均氣溫16.1～17.8℃之間。多年平均降雨量為1 358.0 mm。

根據調查，區內地表徑流條件較好，周圍地表水系不發育，但人工溝渠、山塘等較多，山塘面積均較小，一般為600 m2以內。塌陷區屬于群英河流域，群英河發源于煤炭壩鎮的金泉山一帶，該河河床塌陷、河水漏失問題嚴重，特別是塌陷區東北部3～4 km（煤炭壩鎮的賀石橋村與富家村交界處）地段，河床中和兩岸地面塌陷極為發育，河水漏失嚴重，河水幾乎斷流，全部滲入地下。

1.3 地層巖性

根據搜集分析地質資料及鉆孔揭露，塌陷區及周邊出露的地層上部為第四系殘坡積含碎石粉質粘土，下伏基巖為二疊系上統長興組（P2ch）、二疊系上統龍潭組（P2lt）、二疊系下統茅口組（P1m）。其中茅口組厚層狀灰巖及泥質灰巖在塌陷區大量分布，并且也是煤炭壩地區巖溶發育最強的地層巖組，裂隙、溶洞較發育。

1.4 地質構造與地震

塌陷區位于煤炭壩復式向斜西北翼，該向斜為向南西突出，向北東敞開的弧形構造，形似馬蹄。較為復雜的地質構造條件一方面使得塌陷區基巖節理裂隙更加發育加速了下伏基巖巖溶發育，另一方面使得塌陷區的水文地質條件更加復雜，因此區內的地質構造為地面塌陷發育的基礎條件的形成起到明顯的促進作用。

根據建筑抗震設計規范，塌陷區為建筑抗震設防Ⅵ度區，地震動峰值加速度為0.05 g，地震動反應譜特征周期0.35 s。區域地殼是基本穩定的。

1.5 人類工程活動

區內人類活動強烈，原有開采礦山主要有兩個，塌陷區北西側為寧鄉縣斑鳩凼采石場、塌陷區范圍及東南側為青山煤礦二工區，分別開采二疊系下統茅口組（P1m）灰巖和二疊系上統龍潭組煤層，均為地下開采，先已停產。

1.6 巖溶發育特征

本次驗證實施的5 個鉆孔，鉆孔巖溶見洞率40%，在二疊系茅口組開孔的每個勘查鉆孔均遇溶洞。巖溶的發育形態主要為溶洞、溶槽及巖溶裂隙。鉆孔揭露的茅口組灰巖為厚層狀構造，主要成分以方解石為主，巖芯多呈短柱狀，柱長約為5～10 cm，可見方解石脈，巖體巖溶裂隙發育，表面多見溶蝕孔洞，溶洞、溶溝、溶槽發育。

參考以往工程類報告，本次塌陷區屬于斜極強烈巖溶發育區。質純且巖溶強烈發育茅口組（P1m）灰巖為塌陷區地面塌陷的形成提供了基礎物質條件。

時光是最易逝的，也是一去就無法挽回的，所以我們每個人都應珍惜時光，盡量做到不虛度年華、不浪費光陰。眼看著2018年就要離去了，在這一年你又許下了什么諾言？定下了什么目標？到年底了回頭看看，那些錚錚誓言實現了幾分？距離年初的目標又還有多遠呢？但不管最后完成了多少，總的來說，我們還是向前進步的。在2018年，我國的食品行業又有哪些進步呢？

2 地面塌陷穩定性分析及治理的必要性

2.1 地面塌陷基本特征

塌陷區地表呈圓形，直徑平均約100 m，面積約7 850 m2；剖面上呈漏斗形，最大塌陷深度約59.74 m；塌陷平均深約51.45 m，下塌方量約134 627.5 m3。塌陷坑的西側和南側，距離塌陷坑約12 m 和14 m 的水泥地面上出現多條弧形裂隙，裂隙內部土層已極不穩定，隨時都有垮落、崩塌的可能。塌陷坑地層由第四系（Q）殘、坡積粘土和二疊系上統龍潭組（P2l）黑色炭質頁巖，粉砂質頁巖、泥質黃鐵礦組成，結構松散，現場可見塌陷坑四周仍在繼續垮落、崩塌，塌陷坑有繼續擴大的潛在危險。

2.2 地面塌陷穩定性分析

塌陷坑自發生到10 月5 日再次調查期間，陸續發生西側廠區公路、廠門開裂加劇，水位上升，最后連水泥廠入口處廠門、西側廠區公路及公路旁部分廠房都掉入塌陷坑。可知塌陷坑仍處于不穩定狀態。

2.3 地面塌陷治理的必要性

地面塌陷的發生破壞了自然環境，目前仍處于緩慢變形階段，威脅周邊人居環境安全和周邊3 個建材廠生產生活，為確保當地居民正常的生產生活，恢復與當地生態環境相協調，從安全角度和生態環境角度進行治理是必要的。

圖1 皂家組地面塌陷治理工程平面圖

3 防治工程設計

3.1 設計范圍和位置

設計范圍為皂家組地面塌陷及影響范圍，屬寧鄉市煤炭壩鎮富家村管轄范圍，中心點地理坐標：東經112°23′44″、北緯28°15′57″。

3.2 設計總體思路

本次設計的思路是圍繞消除設計區存在的安全隱患，對塌陷坑采取綜合回填的方式，最大限度保障塌陷區村民的人身安全，保護當地村民的財產安全，保護地質環境和生態環境。

3.3 單項工程設計

3.3.1 反濾層工程

1）設計與作用：首先在塌陷坑內填入廢棄廠房混凝土梁、板等建筑垃圾，先填直徑較大的，后填直徑較小的，再填塊石、碎石做成反濾層。目的是減輕水流潛蝕作用對回填“土體”的破壞。

2）施工方法：采用破碎錘配合切割機、大型液壓刨機對塌陷坑東北側廢棄水泥廠進行拆除，將拆除的混凝土梁、板等建筑垃圾采用挖掘機裝車運至塌陷坑附近后采用裝載機填入塌陷坑內，先填直徑較大的，對塌陷坑口填埋形成骨架，后填直徑較小的混凝土碎塊，直至水面以上1 m（+63.65），再鋪設塊石、碎石90 cm 做成反濾層。

3）技術要求：（1）在塌陷區范圍外推20 m 用柵欄圍堵，并掛警示牌。（2）在地表塌陷坑垮塌邊界5 m 以外采用挖機往塌陷坑內回填拆除的混凝土板、梁等混凝土塊。（3）回填運輸路線按照平面總布置圖所示拆除物回填路線。

3.3.2 鋼筋混凝土現澆板工程

1）設計與作用：在反濾層上澆筑鋼筋混凝土預制板，鋼筋混凝土板基礎落在塌陷坑兩側穩定的基巖上。目的是對塌陷坑進行跨越，避免塌陷危害。

2）施工方法：清除在塌陷坑四周虛土直至基巖面，對回填的碎石進行人工平整，澆筑C15 墊層10 cm；澆鋼筋混凝土板，采用C35 砼現澆，板厚度為1.0 m，板采用頂底面雙層鋼筋，軸線方向上層采用Φ25HRB400 滿鋪，間距15 cm，下層采用Φ28HRB400 滿鋪，間距15 cm，垂直軸線方向上下層均采用Φ22 HRB400 滿鋪，間距20 cm，垂直軸線方向平均布置18 個封閉箍筋，箍筋采用Φ10 HRB400，沿軸線方向間距20 cm；混凝土采用100 cm 厚C35 砼。

3）技術要求：（1）平整坑內場地、綁扎鋼筋、澆筑混凝土時，施工人員應沿著修建的臨時人行便道到達塌陷坑底部。（2）鋼筋綁扎后，澆筑所需混凝土宜采用商品混凝土，并采用泵車從地表泵送至塌陷坑底部，并人工振搗密實。

3.3.3 粘土回填工程

（1）設計與作用：待鋼筋混凝土板養護達到28 天之后，用挖機將塌陷坑周邊開裂區域內的松土清除填入塌陷坑內。在混凝土表面填筑粘性土、建筑垃圾等，直到設計標高。以保證當地正常的生產生活得以恢復。

（2）施工方法：回填用土來源根據煤炭壩政府要求從塌陷坑東側工業園區取土，距離約為2 km，粘性土回填達到5 m 以上后可采用北側水泥廠廢棄鋼筋混凝土梁、板繼續回填直至設計標高，為利于塌陷坑處排水，回填時西北側回填后標高較東南側應略高，坡度不小于2%。

（3）技術要求：參照反濾層工程。

3.3.4 附屬工程

（1）設計與作用：因塌陷坑壁過陡，且地面到坑口的高差太大，工人無法直接到達坑口處施工，故建議沿塌陷坑壁相對穩定區域設置人行施工便道。

（2）施工方法：沿塌陷坑壁相對穩定區域修建人行施工便道，便道寬1.5 m，長120 m，采用人工開挖平整。

4 結束語

該項目已于2019 年8 月已完成施工，并通過專家組現場驗收，從現場情況來看，該項目的施工質量及效果已達到設計的要求，起到了消除安全隱患，確保一方平安和恢復生態環境的目的。