0 引言

随着对砼骨料需求量的增加，河道砂卵石被开采的越来越多，对河道及周边的影响也越来越大，特别是无序采砂活动对原生土体结构破坏的影响极大。在长江上游红灯碛滩（雷淳宇和王誉寰， 2022），因挖砂影响凸显后引起航道整治建筑物功能减弱、航道条件恶化、威胁通航安全问题。在新疆昌吉市大沙河（胡源源，2016），因河道过度采砂引起河势稳定性差、行洪能力不足、堤防及桥梁建筑物安全性不足等问题。这些大规模的河道采砂不仅破坏天然河床结构，改变河道正常的物质输运过程和冲淤规律，干扰河流自然演变，还对相关涉水建筑物及河流生态系统产生影响（王国栋和杨文俊，2013）。采砂活动给河岸既有建筑物及工程建设均带来极大影响，由于采砂活动历时长、范围广、开采规律性不强，故对采砂区的勘察、评价及处理方案的深入研究具有较大的社会和经济意义。

采砂区勘察目前没有相应的规范或指南作为依据，可参考的依据仅为填土的勘察技术要求（中华人民共和国建设部，2007，2011；中华人民共和国交通运输部，2011，2013；国家铁路局，2019）。目前采砂区勘察多采用以钻探、原位测试、室内试验为主的常规勘察方法，也有少量研究采用物探、工程地质调查等综合勘察方法（杨文强，2018；吕超等， 2022）及基于图像识别技术并结合智能追踪技术 （汤文华等，2021）的新的勘察手段，实现对陆域采砂区范围变化进行识别。采砂区的处治目前主要借鉴对人工填土、沙坑的处治方法（中华人民共和国住房和城乡建设部，2012；蒋力等，2019）。这些规范、研究成果多对地形变化明显的采砂区勘察较适用，但对地形变化不明显及岩性差异较小、物质组成类似的采砂区（如采取卵石后又回填卵石）则较难区分。

本文以新建的张家坝码头为例，该码头由作业平台和陆域组成，作业平台采用桩基框架梁板结构，平台长 333 m，宽 35 m；后方陆域主要布置有挡墙、堆场区、仓库区，陆域长438 m，纵深240~312 m。由于工程区位于采砂区，采砂区具有隐蔽性强、危害性大的特点，且存在挡墙及堆场区地基持力层不满足设计要求；因此需查明采砂区的空间分布、特征及对地基影响，并提供处理方案，以保证工程安全。本文采砂区勘察实践中，在查明采砂区空间分布的基础上，分区进行地基土处治，并将建筑基础型式优化为浅基础，较原设计深基础（桩基础）方案大大降低了工程造价。

1 地质概况

研究区位于川北的沙溪航电枢纽库区，地貌单元为嘉陵江右岸的Ⅰ级阶地，阶面高程 366.3~371. 0 m，高出现河水位（364. 0 m）2.3~7. 0 m。由于受采砂的影响，该区内的原始地层结构受到严重破坏，形成一个面积约 17870 m² 的近椭圆形的采砂水坑。场地覆盖层主要由人工填土、含卵石粉质黏土、卵石、粉土等组成，厚度一般 10.8~17.6 m。基岩为下白垩统苍溪组粉砂质泥岩、砂岩。

研究区属川西褶带与川中褶带交接部位，构造上位于苍溪向斜南东翼约 6 km 处。场地基本地震动峰值加速度为 0. 05 g（全国地震标准化技术委员会，2015），对应的地震基本烈度为Ⅵ度。

2 采砂区类型

无序采砂区是指在采砂过程中没有规划开采程序，随意开采、随意堆放、随意回填、随意排放弃土，且多次、反复开采回填等无规律的采砂区。

（1）开采方式

据现场调查：场地采砂复杂，按开采次数将开采方式分为单采式和回填复采式。

①单采式：是指对一个地方的砂进行一次性挖采，采后形成采砂坑。

②回填复采式：是指对同一个地方的砂先挖采形成采砂坑，再从其他地方运砂将坑填满，后又挖采回填的砂，如此反复。

（2）采砂区类型

项目勘察期间原地貌发生了变化，调查和访问结果显示：场地内的采砂加工厂从2013年初开始采砂，于2018年初结束采砂。受采砂加工厂长期无序采砂影响，研究区采砂平面范围和深度边界模糊，仅能确定的是采砂区平面范围大于现有采砂坑（大水坑）。采砂区由两部分组成：

①显型采砂区：对比原始场地出现的地貌变化区，主要集中在地形“凹”坑（大水坑）处，开采方式为单采式。

②隐型采砂区：位于显型采砂区周围，开采方式以回填复采式为主，现地面高程与原始地面高程基本一致，从地貌上无法判断。

3 显型采砂区勘察

（1）总体思路

抓住显型采砂区是对地面形态重塑这一特征，采用“地形对比法、断面法”勘察方法，通过前后地形变化（主要为不同时期的地形图）比对测算采砂区平面范围，通过断面比对探明采砂深度，从而查明显型采砂区的空间分布。

（2）采用地形图比对查明采砂区平面范围

地形图是工程勘察必需的基础要件，故提高地形图成果的精度是一项重要的工作。可采用无人机航测技术（劳海波，2019）提高测量精度，改变传统测量技术中高程精度不高的问题。

2016年12月勘察时阶地地貌已发生了变化，针对地貌明显变化区，本次地形图测量时采用无人机航测技术进行地形图测量。同时收集到采砂区开采之前的原始地形图（2012年8月测量）。最后进行开采前、开采后地形图对比分析，由于工程区位于库区内，两次地形图测量时水边线高程基本一致，本文对水边线平面位置进行对比分析，结果表明 （图1）：采砂后场地水边线有长度约130 m发生了明显大变化，形成显型采砂区（大水坑）面积约 17870. 09 m²。

（3）采用断面法查明采砂深度

断面法是工程建设中土石方工程计量使用较多的一种计量方法，是把施工路段划分为多个平行的横截面，由前后两个断面的平均面积和断面间距计算出断面间土方量。

为查明显型采砂区（水坑区）采深，勘察采用不同时期的断面（2纵3横共5条断面）进行比对，各断面比对后的高程变化见表1。比对结果显示：采砂后复测的地面线均位于采砂原始地面线以下，深度相差 0.50~11.13 m。说明在采砂活动中各部位采砂厚度不均，这与调查访问的结果相一致。

4 隐型采砂区勘察

4.1 总体思路

针对隐型采砂区平面范围的勘察，采用“地→ 空→天→地”方法进行勘察。首先进行地表调查访问，初步了解采砂区的采砂历史；然后采用航空测量技术获得采砂区的地形图对比分析；再采用不同时期的卫星图片比对，发现采砂场地的历史变化，找到隐型采砂区的范围。考虑到卫星时效性问题，最后采用地面坑槽探的方式进行采砂区边界的复核验证。

针对隐型采砂区深度的勘察，采用由“表→里” 及“不同岩性→同一岩性”方法进行勘察。首先采用常用的断面法查明浅表的采砂深度；再利用物探方法（高密度、面波）初步查明深部不同岩性（非卵石）、同一岩性（卵石）的采砂深度。最后采用钻探、动探分别进一步精准确定深部不同岩性（非卵石）、同一岩性（卵石）的采砂深度。

4.2 隐型采砂区平面勘察

（1）调查访问

调查访问是地质调察最基础、最重要的方法，通过调查走访当地居民（特别是长期在勘察场地居住且年龄较长者）可以了解到场地地貌历史变化及场地地形变化情况。调访结果表明：采砂区存在隐型采砂区，但因情况复杂，当地居民很难确定隐型采砂区的具体范围，勘察难度极大。

（2）地形图比对

通过两次地形图比对发现：除显型采砂区外，两次地形图的差异较小（仅局部地形有差异），较难确定隐型采砂区的范围。

（3）利用卫片资料

航天遥感技术是近年新发展出的勘察技术，其能提供地物或地球环境的各种丰富资料。可通过同一位置不同时期的卫片资料比对，掌握采砂区场地的历史变化过程。

在采砂前后地形图比对确定显型采砂区的基础上，对隐型采砂区运用卫星遥感技术获得的多期卫片资料进行对比分析，结果表明：因有 2013— 2016 年采砂期间场地发生过采砂后再回填的区域 （隐型采砂区）存在，场地实际采砂区的面积远大于显型采砂区面积；通过查找隐型采砂区最大变化时期的卫片（图2），得到实际采砂区总面积约 30013.53 m²，其中隐型采砂区面积约 12143.44 m²，占总面积的40.5%。

（4）坑探细化平面边界

坑探是勘探常用的一种手段，在岩土工程勘探中占有一定的地位。有利于勘察人员直接观察地质结构，具有准确可靠、便于分析判断的特点。

在卫片资料比对初步圈定隐型采砂区范围的基础上，为较准确地确定采砂区的平面边界，并考虑到表层采砂区与非采砂区地层岩性的变化特征。在采砂区边界附近有针对性地布置了 15 个坑探（图3）。

根据采砂区与非采砂区地层岩性的不同来进行边界的判别，如典型的探坑（编号TC01）（图4）：其 ①层深度0. 0~1. 0 m，以卵砾石为主，夹块石及少量塑料袋等生活垃圾；②层深度 1. 0~4. 0 m，以粉土、粉砂混杂物为主，质较纯，局部含少量卵石；③层深度4. 0~5. 0 m，以卵石、块石、砼及少量建筑垃圾等混合物为主。故将TC01所处位置判定为隐型采砂区。

根据探坑揭示的岩性情况（表2），结果表明：

①隐型采砂区：有 11 个坑反映出深度范围内 （2.5~5. 0 m）存在地层的物质成分较杂，主要以粉土、淤泥质粉土、粉砂、卵石、块石、砼及少量建筑垃圾、塑料袋等混合物组成。

②非采砂区：有4个坑反映出地层主要为卵石，质均较纯，颗粒间充填物密实，无架空现象，开挖时难度较大，坑壁较稳定。

通过坑探进一步细化了采砂边界，揭示的采砂区面积增加了 4578.48 m² （图3），采砂区总面积 34592. 01 m²，增加比例约13.2%。

4.3 隐型采砂区采深勘察

（1）断面法初定浅表部位采深界线

通过两次不同时期的断面比对，结果显示：两次断面线差异较小（仅局部有差异）。

（2）物探法初定深部采深界线

高密度电阻率法是使用非常广泛的一种物探方法，是地质工作中经常使用的一种技术手段；根据岩土结构与矿物成分之间电阻率存在的差异，判断出不同电阻率对应的不同岩性。面波（瑞利波） 是地震波的一种，其短轴的走向与波的前进方向一致，长轴则垂直于地面；采用 P、SV波测定不同频率的面波速度V_R，计算得出剪切波速值。

高密度物探通过电阻率的差异可初步确定覆盖层厚度及岩土分层（武中华等，2019；于江龙等， 2022；任长安，2023），但不能对土的密实度进行判别。而面波物探通过计算的剪切波速值可进行岩土分层及土的密实度判别（王建能和魏国团，2014； 殷成和柴绪令，2022），勘察效果较好。

针对采砂区中岩性不同的特点，垂直于河流方向布置 4条（W1~W4）高密度测线，根据不同的电阻率进行分层（典型断面见图5）。再利用面波测定土的面波速度 V_R，并计算出相应岩土的剪切波速值，在物探成果上初步判断出岩土层的界线（表3）。

结果表明：隐型采砂区的分界线以电法解译分出岩土分界，面波法剪切波曲线 Vs 明显变化处为界，初步确定了隐型采砂区采深界线。

①采砂区：按相邻土层的电阻率 Ω 和剪切波速差异、层内数据起伏大为特征，在物探剖面上进行分层，以含卵石粉质黏土、粉细砂、粉土、松散的卵石、人工填土为主。

②非采砂区：按相邻土层的电阻率 Ω 和剪切波速差异、层内数据起伏小为特征，在物探剖面上进行分层，以中密卵石为主。

（3）钻孔精准确定深部（非卵石）采深界线

钻探是勘察中常用的方法，可获取地层的剖面实况，具有勘探深度大、直观判别、从三维角度描述地层条件、撷取实体样本等特点，常与物探等勘察手段结合使用。

在物探初步确定场地内不同岩性分布特征的基础上，采用钻孔取心法验证。根据钻探成果：将人工填土、淤泥质粉土判断为采砂回填物，将最深部卵石初定为第四系一般沉积卵石层（后续再采用动探进一步区分）。

典型的钻孔（BZK09）岩心显示：0~2. 00 m 以卵石为主，粒径一般为2~8 cm，卵石含量50%~55%，级配差，存在一定架空现象，充填物松散，分布无规律，有翻填搅动痕迹，钻探进尺时快时慢；2. 00~7.90 m 以粉土、含卵石粉土为主，局部夹淤泥质粉土，且在 6.67~7.90 m 见棕褐色腐殖质；7.90~10.30 m为卵石，灰色，包含物以砾石、砂为主，局部见沉积分层现象，级配相对较好，充填物紧密，密实度较好，钻探进尺较平稳。从岩性上可判断采砂深度为7.90 m。

（4）动探精准确定深部（卵石）采深界线

对于采砂区中的卵石，采用钻探不能有效确定其密度程度，而动探是相应有效的勘察手段。动探也称为圆锥动力触探 DPT，根据探头每贯入土中 10 cm 时所需要的锤击数，判断土的密实度及力学特性。

本文在物探初步确定深部卵石采深的基础上采用动力触探测试进行卵石的密实度分类。由于原地貌为阶地，原生沉积的卵石在动探曲线上由浅到深会呈现松散到密实的规律，其动探曲线上相邻点出现“深锯齿”现象极少，异常数据少，同一时期沉积层数据变异系数小；而采砂区为新近回填，成分不一，即使全部卵石回填，因其不具分选性，因此密实度也会呈现出同一高程上高低不同的特点，动探曲线上相邻点出现“深锯齿”现象多，异常数据多，数据变异系数大。以此在动探曲线上综合确定深部卵石采砂界线是适合的。

根据动力触探测试曲线岩土分层（图6）及锤击数统计（表4）可知：

①采砂区（人工卵石）：采砂区人工填筑的（卵石）因卵石含量、粒径大小等差异，密实度分布不均，动探曲线上相邻点出现“深锯齿”现象达多处，异常数据多，数据变异系数大（0.43~0.79），修正后动探击数多位于1.93~9.28击，总体密实度低（松散 —稍密），在动探曲线上综合判定为采砂区。

②非采砂区（原生卵石）：由于原地貌为阶地，动探曲线上没有相邻点出现“深锯齿”现象，异常数据极少，数据变异系数小（0.13~0.30），修正后的动探击数多位于 10.50~27.24 击，卵石密实度高（中密），在动探曲线上综合判定为非采砂区。

5 场地采砂区总体空间分布

经过前述的综合勘察手段的运用，最终查明了采砂区的空间分布：

（1）采砂区平面分布：采砂区平面总面积约 34592. 01 m²，其中显型采砂区面积 17870. 09 m²，隐型采砂区面积16721.92 m²（各占比见图7）。

（2）采砂区立面分布：采砂区采砂深度为0.50~13.12 m，平均深度约7.5 m。

6 采砂区岩土工程评价及处治

6.1 岩土工程评价

采砂区内土体力学性质较差，对拟建建筑物影响较大，需进行特殊处治。参考工程分类标准（中华人民共和国建设部，2007）的有关规定，并结合采砂区内土体的成分、密实度、物理力学特征等将采砂区土体分为巨粒土、粗粒土、细粒土。由于采砂区内粗粒土、细粒土以松散结构为主，力学指标相差不大，故将其合并。最终将采砂区分为水坑区、巨粒土区、粗细粒土区、混合区共 4 个区（图8，表5）。

6.2 采砂区地基处治

根据原位测试成果，采砂区地基土经换算后承载力值为120~260 kPa，达不到设计要求的280 kPa，故需对地基土进行处理。根据采砂区各不同岩土工程区的特点，结合场地建筑物的特点，尽可能的节约造价，可按全换填、浅部换填、碾压 3 种方式进行处治。

（1）全换填：由于1区（水坑区）的坑内主要为积水及淤泥，承载力极低。地基处治首先清除积水，再用卵石土回填碾压，采用碾压后的回填卵石土作为建筑物基础持力层，并采用浅基础。

回填砂卵石应分层夯实，每层填料厚度对于人工夯实不大于 0.2 m，机械夯实不大于 0.4 m，确保砂卵石回填基础的承载力设计值不小于280 kPa。

（2）浅部换填：由于3区（粗细粒土）岩性主要为含卵石粉土、含卵石粉质黏土、粉土，结构松散—稍密，地基承载力不满足设计要求。地基处治采用表层卵石土换填（换填厚度2 m），填料分层碾压密实，每层填料厚度不大于 0.4 m，最大粒径不大于 20 cm，压实度 90%~95%，以换填碾压后的卵石土作为建筑物基础持力层，并采用浅基础。

根据规范要求（中华人民共和国建设部，2011； 中华人民共和国住房和城乡建设部，2012），换填厚度需满足下卧层承载力及沉降的要求。以挡墙为例进行计算，墙高 6.5 m，采用衡重式结构，并采用理正岩土6.5软件进行计算，计算结果见表6。计算结果表明：换填深度为2 m后，其地基土的承载力及沉降指标均能满足设计要求。

（3）碾压：主要为 2 区和 4 区。2 区（巨粒土区） 岩性为卵石，成分以卵石为主，局部夹少量漂石，系砂石堆填物或施工回填物。结构松散—稍密，厚度变化大，地基承载力值多为 150~260 kPa；4区（混合区）岩性由有机质粉土、粉砂、含卵石粉土、卵砾石组成，其中粉砂、含卵石粉土等软弱土层厚 1.20~6.74 m，表层均为卵石土，卵石土存在分布不均匀的情况。

为充分发挥浅表层卵石土的作用，地基处理采用对其进行碾压，以碾压后的地基土作为建筑物基础持力层，并采用浅基础。

（4）碾压处治优化：由于碾压处治面积大，直接采用工程碾压处治费用高。本文通过调整施工顺序优化碾压处治：先将 1 区集水坑等凹地形填至设计地面标高，再对 3 区（粗细粒土）浅部土体用卵石换填，然后在采砂区划定多个施工通道区，通过区内施工重载车辆运输的自然碾压代替工程处治碾压，达到减少处治费用的目的。

7 勘察处治验证

7.1 勘察成果验证

施工揭示，工程区共进行采砂区处治面积 35156.5 m²，与勘察成果的面积相差 1.63%。采砂区的平面范围与勘察结论基本一致，特别是隐型采砂区的边界和面积。从施工抽检的钻孔发现，采砂区的深度与勘察成果的差异在 0.2~0.5 m，属勘察允许误差范围内，与勘察结果基本保持一致。

因采砂区在现有勘察规范中未有相关要求，参照岩土工程勘察规范（中华人民共和国建设部， 2009）填土勘察精度对该采砂区进行勘探，勘探间距15~30 m，共需布置96个钻孔，而本文利用创新型综合勘察手段，巧妙设计勘察方案，仅布置 47 个钻孔，辅以动探、坑探、物探等，共节约钻探工作量约 51. 0%，同时也大大缩短了勘察工期。

7.2 处理方案验证

为保证处治效果及工程安全，对处治后的地基土进行现场载荷试验检测（四川济通工程试验检测有限公司，2019^①），检测成果统计见表7。

从表7 中可知，处治后的地基土承载力值均满足设计要求的280 kPa，处治区以挡墙、堆场、仓库为主，且挡土墙每隔18.5 m设置一道沉降缝及挡墙下方设置60 cm厚钢筋混凝土底板。以达到防沉降及差异沉降的目的。整个工程完工后，关键部分未发现有地基下沉、失稳等现象，建筑物安全、稳定，运行效果良好（图9）。

采砂区工程于 2020 年底施工处治完成。原设计因考虑采砂区地形地质条件的复杂性，码头前缘拟采用桩基础方案，后根据勘察成果及建议，改为挡墙方案，节约造价约300万元。

可见，采砂区综合勘察手段的巧妙使用具有技术上的可靠性，在经济上也凸显其优势。

8 结语

（1）对采砂区按采砂次数分为单采型和回填复采型，并根据地貌变化分为显型、隐型 2 种采砂类型。

（2）对于显型采砂区采用“地形对比法、断面法”查明其空间分布。

（3）对于隐型采砂区，采用“地→空→天→地” 的方式查明隐型采砂区（含历史采砂）的平面范围。采用由“表→里”及“不同岩性→同一岩性”的方式查明隐型采砂区表层、深部不同岩性（非卵石）、深部同一岩性（卵石）的采砂界线，最终确定了采砂区的空间分布。

（4）结合采砂区内地形变化、岩性特征等将采砂区分4个区（水坑区、巨粒土区、粗细粒土区、混合区）进行岩土工程评价，为后续处治利用提供基础支撑。

（5）根据采砂区各不同岩土工程分区特点，提出按全换填、浅部换填、碾压3种处治方法。并通过调整施工顺序+施工便道+重载车辆自然碾压对采砂区地基土处治利用，节约造价。最后采用现场载荷试验验证是可行的，后期运营效果良好也佐证了方案的可靠性。

注释

① 四川济通工程试验检测有限公司 .2019. 地基承载力检测（浅层平板载荷试验）报告[R].

参考文献