破損山體治理新思路

孫廷仁，張聞璟

(1.山東省魯南地質(zhì)工程勘察院，山東濟(jì)寧272100;2.山東省華魯工程總公司，山東濟(jì)寧272100)

地質(zhì)災(zāi)害防治與環(huán)境保護(hù)工程

破損山體治理新思路

孫廷仁1，2，張聞璟1，2

(1.山東省魯南地質(zhì)工程勘察院，山東濟(jì)寧272100;2.山東省華魯工程總公司，山東濟(jì)寧272100)

經(jīng)濟(jì)的粗獷發(fā)展形成了大量破損山體，造成周邊環(huán)境惡化，治理難度大。目前，對(duì)破損山體主要治理方式為覆土綠化、生態(tài)重建，需要耗費(fèi)大量資金，甚至?xí)茐目屯猎吹厣鷳B(tài)環(huán)境。山東省嘉祥縣紙坊鎮(zhèn)南武山區(qū)廢棄石灰?guī)r礦山經(jīng)過改造設(shè)計(jì)和施工，建設(shè)山地光伏電站，為破損山體改造提供了新思路。主要采用削坡排險(xiǎn)、危石撬除、主動(dòng)網(wǎng)鋪設(shè)、被動(dòng)網(wǎng)架設(shè)等方法，有效減少了崖面崩塌的可能性和影響范圍，為光伏設(shè)施布設(shè)騰出了大量場(chǎng)地。另外發(fā)明了簡(jiǎn)易運(yùn)輸工具，解決了崖頂材料運(yùn)輸問題。

破損山體;高陡邊坡;地災(zāi)治理;成本造價(jià);材料運(yùn)輸;光伏發(fā)電

0 引言

近幾十年我國(guó)經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，帶動(dòng)了房地產(chǎn)的繁榮，建材需求的急劇增加，造成采礦業(yè)畸形發(fā)展、山體破損嚴(yán)重。隨著近幾年國(guó)家“綠色經(jīng)濟(jì)理念”的逐步貫徹深入，在山區(qū)城市及景區(qū)周邊可視范圍內(nèi)，由地方國(guó)土資源等部門主導(dǎo)，部分破損山體已進(jìn)行了修復(fù)。傳統(tǒng)的修復(fù)方法大多采用覆土及景觀營(yíng)造［1－2］，取得了較好的生態(tài)效益，但是需國(guó)家投入大量財(cái)政資金;多數(shù)地區(qū)所需的碎石土及耕植土源數(shù)量較大且在短距離內(nèi)難尋，為了進(jìn)行覆土綠化，不得不遠(yuǎn)距離裝運(yùn)，這樣對(duì)異地的環(huán)境不可避免地造成了破壞。目前，城市遠(yuǎn)郊或不可視區(qū)域現(xiàn)在還存在大量的破損山體，由于國(guó)家及地方財(cái)力等原因，至今尚未得到治理。因此，筆者通過對(duì)山東省嘉祥縣紙坊鎮(zhèn)南武山區(qū)破損山體治理設(shè)計(jì)及施工方法探討，意求為破損山體治理模式提供了一個(gè)新思路。

1 項(xiàng)目由來

嘉祥南武山位于嘉祥縣紙坊鎮(zhèn)南4 km，S252公路西側(cè)約2 km，破損山體占地面積約1.7 km2，江蘇愛康實(shí)業(yè)集團(tuán)有限公司(以下簡(jiǎn)稱愛康集團(tuán))于2015年在此區(qū)域建設(shè)20 MW光伏發(fā)電項(xiàng)目。因項(xiàng)目所在地山體巖性為石灰?guī)r，經(jīng)過前幾十年的無序開采，現(xiàn)有山體破損嚴(yán)重，崖體高陡，落差最高可達(dá)90多米，坡度大多呈80多度，局部甚至呈倒立狀態(tài)，隨時(shí)會(huì)有危石掉落(見圖1)，若布設(shè)光伏發(fā)電裝置，會(huì)對(duì)崖下光伏板等設(shè)施及人員生命造成威脅?；诖?，愛康集團(tuán)委托我院對(duì)光伏發(fā)電設(shè)施周邊高陡破損山體進(jìn)行排險(xiǎn)加固治理設(shè)計(jì)及施工工作。

圖1 項(xiàng)目區(qū)部分需治理山體狀況

2 設(shè)計(jì)思路

通過與愛康集團(tuán)有關(guān)人員對(duì)接，了解光伏發(fā)電的特點(diǎn):光伏板布設(shè)需要較為平整場(chǎng)地，并安裝成一定角度，才能充分接收太陽光能;每塊光伏板能產(chǎn)值固定，需要足夠面積才能達(dá)到設(shè)計(jì)發(fā)電量;光伏板屬于易碎物品，發(fā)電需并網(wǎng)連接，若一塊受損，整組(8塊)就不能發(fā)電。由筆者牽頭，組織了院地質(zhì)、巖土工程、水文地質(zhì)、測(cè)量等相關(guān)方面人員到現(xiàn)場(chǎng)多次踏勘，分析總結(jié)了工區(qū)情況及設(shè)計(jì)施工方案如下。

2.1 工區(qū)地層巖性及工程地質(zhì)特征

(1)張夏組盤車溝頁巖段(－∈jP)。主要出露于崖頂，巖性主要為黃綠、灰綠頁巖與薄層灰?guī)r互層，殘留厚度1.5～6.5 m，巖石破碎，裂隙發(fā)育;

(2)張夏組下灰?guī)r段(－∈jI)。區(qū)內(nèi)廣泛出露，主要巖性為白云質(zhì)灰?guī)r、鮞?；?guī)r，原巖呈厚、巨厚層產(chǎn)出，巖石裂隙不發(fā)育，為微風(fēng)化至未風(fēng)化地層。治理區(qū)整體巖層傾向?yàn)?80°～290°，傾角為15°～20°。

2.2 設(shè)計(jì)主要治理方法

不穩(wěn)定邊坡的綜合治理方法一直受到學(xué)者關(guān)注和探討［3－4］，治理區(qū)擬建光伏場(chǎng)地位于山體陽面，場(chǎng)地較為平整但倚靠的崖面巖石松動(dòng)破碎，崖頂部有薄層泥巖與灰?guī)r互層的強(qiáng)風(fēng)化層，崖下大面積場(chǎng)地屬于危險(xiǎn)區(qū)域，若不治理，光伏發(fā)電量難以達(dá)到設(shè)計(jì)要求;山體巖性和產(chǎn)狀決定自然崩塌可能性低，但因爆破開采崖體淺表層裂隙發(fā)育。本設(shè)計(jì)目的是通過治理不穩(wěn)定崖面，縮小以至消除其下危險(xiǎn)地段范圍，為光伏設(shè)施布置提供更多場(chǎng)地，但整體削坡不切實(shí)際，掛網(wǎng)植綠難以實(shí)施，錨噴加固費(fèi)用過高，均不可采用。

結(jié)合國(guó)內(nèi)外類似破損山體治理經(jīng)驗(yàn)，本項(xiàng)目設(shè)計(jì)主要治理方法為:

(1)人工或機(jī)械削除上部破碎頁巖邊坡;

(2)人工撬除陡崖面危巖體，局部勾縫注漿;

(3)局部混凝土噴面;

(4)坡(崖)面上部鋪設(shè)主動(dòng)網(wǎng)，離底部8.0 m坡(崖)面上架設(shè)與崖面形成70°的被動(dòng)網(wǎng);

(5)在崖根處3.0 m以外壘砌擋石墻，崖頂安裝防護(hù)欄及擋石墻。

3 施工工藝

根據(jù)本工程特點(diǎn)及治理設(shè)計(jì)方案，制定了合理的施工順序，主要步驟如下。

(1)用挖掘機(jī)對(duì)坡頂破碎頁巖及薄層灰?guī)r進(jìn)行削排。

(2)在坡頂進(jìn)行掛網(wǎng)噴面，以徹底消除坡頂破碎巖石掉落的危險(xiǎn)。

(3)人工清除崖面破碎巖石，較大巖石采用千斤頂、撬棍相結(jié)合的方式清理。主要針對(duì)坡面上較大的對(duì)掛網(wǎng)及坡面安全存在一定影響及安全隱患的塊石、碎石土。

(4)局部進(jìn)行勾縫注漿，按設(shè)計(jì)要求配制M10的普通硅酸鹽水泥砂漿，配制的水泥砂漿充分?jǐn)嚢璩蓾獬頎詈笥猛叩兜裙ぞ咄磕ㄓ诹严秲?nèi)，裂縫較寬位置，表面用碎石砌筑。待勾縫后水泥砂漿強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)的75%或5 d后，使用M10水泥砂漿進(jìn)行注漿。

(5)對(duì)崖面中部局部地段邊坡存留大量碎石土的情況進(jìn)行掛網(wǎng)噴面，以消除大氣降水等原因造成其碎石土滾落現(xiàn)象。

(6)主動(dòng)網(wǎng)鋪設(shè)。錨桿孔位間距4.5 m×4.5 m，錨桿孔鉆鑿孔徑為50 mm，錨桿與水平面的夾角為15°，依據(jù)錨桿孔位的巖石情況確定孔深，巖石若松散破碎，需加大深度，確保達(dá)到穩(wěn)定性巖層，孔深為1.5～3.0 m。注漿并插入錨桿，確保注漿體強(qiáng)度后自上而下安裝縱橫向支撐繩，使用縱橫交錯(cuò)的?16 mm橫向支撐繩和?12 mm縱向支撐繩與4.5m×4.5 m正方形模式布置的鋼絲繩錨桿相連接并進(jìn)行預(yù)張拉，支撐繩構(gòu)成的每個(gè)掛網(wǎng)單元內(nèi)先后鋪設(shè)小網(wǎng)孔的 SO/2.2/50型格柵網(wǎng)和 DO/08/300/ 4.0×4.0 m型鋼絲繩網(wǎng)，每張鋼絲繩網(wǎng)與四周支撐繩間用縫合繩縫合連接并拉緊。待格柵網(wǎng)和鋼絲繩安裝完畢后，進(jìn)一步張拉緊固支撐繩和縫合繩，確保支撐繩緊勒巖體，縫合繩能夠緊密連接鋼絲繩和支撐繩。

(7)被動(dòng)網(wǎng)架設(shè)。安裝高度為高于崖底地面8.0 m位置，架設(shè)網(wǎng)寬為6.0 m，網(wǎng)面與崖面角度為70°，相鄰錨桿孔間距8.0 m，其他與主動(dòng)網(wǎng)錨桿施工方法相同。錨桿安裝完工后，把長(zhǎng)6 m、?108 mm ×3.5 mm無縫鋼管的上、下兩端10 cm處各打?20 mm的小孔2個(gè)。在鋼管上端適當(dāng)位置緊系?18 mm鋼絲繩作為上支撐繩，在靠近鋼管位置懸掛減壓環(huán)，接口用?19 mm輕型繩卡固定。DO/08/150/ 6×8 m菱形勾花鋼絲網(wǎng)，用?8 mm縫合繩將鋼絲網(wǎng)與鋼管和上支撐繩連接并拉緊。在鋼絲網(wǎng)上鋪設(shè)小網(wǎng)孔的SO/2.2/50型格柵網(wǎng)，以阻止小尺寸巖塊的崩落。用?16 mm鋼絲繩將鋼管下端與錨桿連接，松緊程度以鋼管不橫向偏離過大、縱向可繞錨桿轉(zhuǎn)動(dòng)為宜，調(diào)整好后用繩卡固定。用?18 mm鋼絲繩作為上拉錨繩與鋼管上端連接，用?19 mm輕型繩卡固定，拉扯上拉錨繩使得被動(dòng)防護(hù)網(wǎng)與崖壁呈70°夾角，固定錨繩另一端于巖體上。

(8)機(jī)械清除崖面底部因上部撬石削坡等施工掉落的碎石土。

(9)崖根砌擋石墻，根據(jù)崖高確定擋墻位置，并進(jìn)行平整，確保擋墻基礎(chǔ)落在完整基巖上。

(10)崖頂安裝防護(hù)欄，安裝在坡頂邊線2.0 m以外，安裝完成后所有鋼管涂刷防銹漆。

圖2為現(xiàn)場(chǎng)部分施工工藝照片，圖3為治理建設(shè)中的項(xiàng)目全景。施工過程中，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)特點(diǎn)，項(xiàng)目部制定了詳細(xì)的施工方案，并通過大膽的改革及創(chuàng)新，原計(jì)劃工期4個(gè)月，實(shí)際只用了2.5個(gè)月，節(jié)約成本55%。

圖2 現(xiàn)場(chǎng)部分施工工藝照片

4 主要難點(diǎn)

4.1 成本造價(jià)問題

常規(guī)工藝在垂直崖面上勾縫注漿、噴面、錨桿、主動(dòng)網(wǎng)、被動(dòng)網(wǎng)等施工時(shí)，為確保施工人員安全，需用到長(zhǎng)臂作業(yè)臺(tái)車或在崖壁進(jìn)行架子管搭設(shè)，有學(xué)者發(fā)明了高陡坡錨固設(shè)備［5］，這種設(shè)備具有一定優(yōu)點(diǎn)，但需要根據(jù)錨固作業(yè)面位置和范圍預(yù)設(shè)錨固點(diǎn)，而本工程崖面高陡、水平延伸距離長(zhǎng)、工作面多處在中上部，若也如此進(jìn)行，在錨固點(diǎn)選擇和施工、設(shè)備移動(dòng)和使用、架子管搭設(shè)等方面耗時(shí)費(fèi)力，工期不允許且造價(jià)太高。因此經(jīng)過現(xiàn)場(chǎng)踏勘，最終決定在崖頂上部先每隔4～5 m施工一錨桿，錨桿長(zhǎng)度2.5 m。錨桿用鋼絞線制成，用水泥砂漿灌注，鋼絞線對(duì)折處留在外面約20 cm。待錨桿灌漿10 d后，施工人員系上與牢固拴在崖頂已施工的錨桿之上的保險(xiǎn)繩連接在一起的保險(xiǎn)帶，即可在崖壁面上自上而下進(jìn)行危石撬除、錨桿施工、主動(dòng)網(wǎng)鋪設(shè)、被動(dòng)網(wǎng)鋪設(shè)、噴面、注漿等工作，這樣使得工期大大提前，施工費(fèi)用大大降低，且還避免了傳統(tǒng)的在架子上施工時(shí)人工撬除的危石掉落，砸壞架子管，影響施工人員的安全問題。

圖3 治理建設(shè)中的項(xiàng)目全景

4.2 材料運(yùn)輸問題

邊坡施工材料運(yùn)輸直接影響到工期和成本，有學(xué)者對(duì)其進(jìn)行了探討研究，索道建筑是其中一種比較便利高效的運(yùn)輸方式［6－8］。本項(xiàng)目山高坡陡，底部向崖頂?shù)穆氛叶福蜓马斶M(jìn)行材料運(yùn)輸?shù)脑?，運(yùn)輸車輛無法上去，人工運(yùn)輸又不可能。因此，經(jīng)過研究，我們?cè)诂F(xiàn)場(chǎng)制造了向上運(yùn)輸?shù)乃鞯?見圖4)，索道主要由3部分組成:頂部立柱、卷揚(yáng)機(jī)、空中吊籃。

圖4 材料運(yùn)輸索道示意圖

具體做法及步驟如下:

(1)在崖頂巖石完整處施工一直徑50 mm、孔深1.5 m，用1.7 m長(zhǎng)C32的鋼筋作為錨桿桿體的錨桿(此錨桿外露0.5 m，內(nèi)灌水泥砂漿)。

(2)在此錨桿外圍(遠(yuǎn)離崖壁側(cè))3.0～3.5 m與此錨桿相互形成60°夾角施工兩錨桿，此兩錨桿長(zhǎng)度≮1.5 m，且底部進(jìn)入完整巖石不少于1.0 m。此兩錨桿桿體用對(duì)折后的型號(hào)為1×7－15.2－1860預(yù)應(yīng)力鋼絞線制成，鋼絞線對(duì)折處留在外面約20 cm，如圖2所示。

(3)對(duì)稱錨桿施工完畢10 d后，在6.0 m長(zhǎng)?108 mm×10 mm無縫鋼管頂部下0.2、1.0 m處各鉆一對(duì)直徑為30 mm鉆孔。

(4)桿體為C32的錨桿插入鋼管底部。

(5)用一根6×19－9.3－170鋼絲繩穿過無縫鋼管頂部下0.2 m處，孔徑為30 mm的孔眼。此鋼絲繩兩端分別與已施工好的互成60°夾角的兩錨桿牢固連接。

(6)無縫鋼管下1.0 m處，用11×19－15.0－170、長(zhǎng)度為1.5 m鋼絲繩穿過兩孔，兩繩交接0.5 m并用3個(gè)直徑為12 mm的鋼絲繩夾牢固擰緊。

(7)豎起無縫鋼管并與地面垂直，鋼絲繩與錨桿穿過后，再與鋼絲繩用直徑為20 mm鋼絲繩夾牢固擰緊。

(8)把一拉力為20 kN、有防脫鉤裝置的定滑輪掛鉤掛在于無縫鋼管頂部1.0 m穿過的鋼絲繩上。

(9)在崖面底部平臺(tái)上施工4根錨桿，間距2.0 m，每根錨桿孔深1.5 m，孔徑9000 mm，內(nèi)插對(duì)折的型號(hào)為1×7－15.2－1860預(yù)應(yīng)力鋼絞線，鋼絞線對(duì)折處留在外面約20 cm。

(10)待錨桿灌漿10 d后，可把JM2t的卷揚(yáng)機(jī)與此4根錨桿間用6×19－9.3－170鋼絲繩拉緊，并用鋼絲繩夾牢固擰緊。

(11)用一根6×19－9.3－170鋼絲繩分別繞過崖頂立柱上的定滑輪和下部的卷揚(yáng)機(jī)輪，此鋼絲繩一端掛一吊籃，一端與卷揚(yáng)機(jī)輪用兩直徑32 mm的鋼絲繩夾擰緊固定。

(12)卷揚(yáng)機(jī)接入電源即可啟動(dòng)纜車運(yùn)行。

固定錨桿和立柱結(jié)構(gòu)見圖5、圖6。

圖5 固定錨桿結(jié)構(gòu)大樣圖

圖6 立柱結(jié)構(gòu)大樣圖

索道運(yùn)輸材料不僅大大節(jié)省了人力，減輕了勞動(dòng)強(qiáng)度，且大大提高了運(yùn)輸效率，保證了運(yùn)輸過程中的安全。

5 結(jié)語

城市的周邊山區(qū)由于多年的無序開采，存在眾多大大小小的破損山體。由于原來的開采責(zé)任主體已滅失，國(guó)家要想在較短的時(shí)間內(nèi)全部治理需投入巨量資金，這對(duì)國(guó)家和地方政府的財(cái)政都是一個(gè)很大的負(fù)擔(dān)。通過本次項(xiàng)目的治理可得到一個(gè)新思路，即地方政府可以通過租賃或拍賣形式，對(duì)連片的破損山體區(qū)由拍得方治理后，按政府規(guī)劃作為工業(yè)、商業(yè)、倉儲(chǔ)等用地。這在城市用地越來越緊張，對(duì)城鎮(zhèn)化水平、對(duì)城市環(huán)境要求越來越高的現(xiàn)在及將來，解決經(jīng)濟(jì)發(fā)展與用地緊張、環(huán)境保護(hù)的矛盾不失為一種好的方法。

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/SUN Ting-ren1，2，ZHANG Wen-jing1，2(1.Shandong Provincial Lunan Geo-engineering Exploration Institute，Jining Shandong 272100，China;2.Shandong Provincial Hualu Engineering Corporation，Jining Shandong 272100，China)

New Method of Damaged Mountain Treatment

The rough economic development has led to a large number of damaged mountains and resulted in deterioration of the surrounding environment，it is difficult to resume.At present，the main ways for treatment of the damaged mountains are earth sheltered plantation and ecological reconstruction，which need to spend a lot of money，even destroy the ecological environment of borrowed soil source area.The project presented in this paper is the design and construction of transforming abandoned limestone mine to photovoltaic power station on mountain，mainly by slope zonecutting，dangerous stone prying out，active network laying，passive network erecting and some other methods，the possibility of cliff surface collapse and the influence scope are effectively reduced to prepare a lot of space for photovoltaic facilities.Furthermore，a simple means of transportation is invented，which can solve the cliff top material transportation.

damaged mountain;high-steep slopes;geological disaster control;cost;materials transportation;photovoltaic power generation

P642.2

A

1672－7428(2017)03－0053－05

2016－08－05;

2016－11－29

孫廷仁，男，漢族，1966年生，總工程師，高級(jí)工程師，水文地質(zhì)與工程地質(zhì)專業(yè)，從事基坑工程、破損山體治理設(shè)計(jì)及施工工作，山東省濟(jì)寧市兗州區(qū)建設(shè)東路272號(hào)，suntingren@163.com。