基于某礦山不穩(wěn)定邊坡的防治方案研究

張 偉

（江西省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局九一二大隊，江西 鷹潭 335000）

1 地質(zhì)災(zāi)害隱患體特征及穩(wěn)定性

1.1 隱患體基本特征

隱患體邊坡：最高處約57m，坡向325°，坡度40°～45°，切坡總長約105m，坡體巖性為強-中風(fēng)化泥質(zhì)粉砂質(zhì)千枚巖，節(jié)理發(fā)育，地層產(chǎn)狀232°∠45°，順向裂隙L1:產(chǎn)狀340°∠75°，延伸長0.3m，裂面粗糙；裂隙L2:產(chǎn)狀73°∠52°，延伸長1 m，裂面粗糙。切坡面及坡頂出現(xiàn)零星臨空體，在持續(xù)強降雨的影響下，邊坡存在局部失穩(wěn)的可能。據(jù)勘查資料數(shù)據(jù)，潛在滑坡方量約1500m3，潛在經(jīng)濟(jì)損失近1600 萬元。邊坡北東側(cè)邊坡下部簡易干砌擋墻出現(xiàn)明顯外傾變形，墻面出現(xiàn)張拉裂縫，主要誘因推測為未設(shè)置反濾層及泄水管造成土體孔隙水壓力增大引起，該側(cè)坡體坡高約30m，坡度約29°，整體滑動可能性較小。

1.2 成因機制分析

據(jù)現(xiàn)場勘查分析，區(qū)內(nèi)不穩(wěn)定邊坡主要受以下幾個因素影響。

（1）地層巖性因素。地層巖性是構(gòu)成邊坡的物質(zhì)基礎(chǔ)，巖性決定了巖土體的強度、抗風(fēng)化能力、遇水軟化度等性質(zhì)，這些都會直接影響邊坡的穩(wěn)定性?？辈閰^(qū)邊坡主要由泥質(zhì)粉砂質(zhì)千枚巖組成，夾第四系松散碎石土組成，巖石表層風(fēng)化較強烈，基巖完整程度較差、節(jié)理裂隙較發(fā)育、多組裂隙切割形成不穩(wěn)定楔形體；上覆殘坡積層主要為碎石土，孔隙率較大，透水性好，不利于邊坡的穩(wěn)定性[1]。

（2）地形地貌因素。項目區(qū)屬剝蝕崗地地貌，斜坡坡度20°～30°，局部達(dá)45°，局部坡度陡高差大，人類工程活動使坡腳地帶形成陡坡，坡體前緣局部臨空；坡面裸露，破壞了斜坡上原有植被和表層覆蓋物的結(jié)構(gòu)，微地貌破壞較嚴(yán)重，是影響邊坡穩(wěn)定的重要因素。

（3）大氣降水因素。區(qū)內(nèi)汛期雨量充沛，強降雨過程中大量地表水滲入土層及裂隙中，使下水位迅速抬升，孔隙水壓力和浮托力驟然增大，與此同時，巖土界面、裂隙面和巖土體內(nèi)部應(yīng)力集中區(qū)的軟弱界面在地下水的作用下，物理力學(xué)強度降低，從而大大降低了邊坡的穩(wěn)定性。因此，集中持續(xù)的強降雨是導(dǎo)致該區(qū)發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害的主控因素之一。

（4）采礦工程活動因素。當(dāng)?shù)仄髽I(yè)在采礦過程中對坡體進(jìn)行了切坡，切坡改變了原斜坡的平衡條件。

在上述因素的共同作用下，自重加暴雨使坡面巖土體層內(nèi)部錯動產(chǎn)生滑動，使巖體沿組合結(jié)構(gòu)面組合形成的不穩(wěn)定楔形體等產(chǎn)生崩滑，從而引發(fā)形成了地質(zhì)災(zāi)害。

1.3 穩(wěn)定性定性分析

（1）邊坡特征。坡體總長105m，高約57m，坡向325°，坡度40°～45°，坡體巖性為強-中風(fēng)化泥質(zhì)粉砂質(zhì)千枚巖，節(jié)理發(fā)育，地層產(chǎn)狀232°∠45°，屬逆向坡。邊坡分為三級，一級坡高約15m，坡度38°，二級坡高約16m，坡度41°，三級坡高約14m，坡度44°，局部陡峭，坡面較粗糙。

（2）邊坡結(jié)構(gòu)面發(fā)育特征：節(jié)理裂隙發(fā)育，主要節(jié)理裂隙有三組：①J1 產(chǎn)狀340°∠75°，延伸長度約0.3m，閉合狀，裂面粗糙，無充填，線密度2～3 條/米；②J2 產(chǎn)狀73°∠52°，延伸長度1m，閉合狀，裂面粗糙，無充填，線密度1～2 條/米；③J3產(chǎn)狀232°∠45°，延伸長度大于3m，閉合狀，裂面粗糙，無充填，線密度2～3 條/米。

綜上，根據(jù)《巖土工程勘察規(guī)范》，結(jié)構(gòu)面發(fā)育2～3 組，間距0.5m～1m，主要結(jié)構(gòu)面為裂隙和層面，結(jié)合程度好，坡體結(jié)構(gòu)類型為塊狀結(jié)構(gòu)，巖石屬于較完整程度[2]。

（3）邊坡失穩(wěn)模式分析

圖1 結(jié)構(gòu)面赤平極射投影圖

從赤平投影分析圖1 可以看出，邊坡為坡向320°的塊狀坡，發(fā)生整體滑動的可能性較小，但由于邊坡高陡，內(nèi)部存在由J1、J2 和J3 組成的楔形體，在暴雨和特大暴雨條件下，容易產(chǎn)生楔形滑移破壞形成崩塌，其中J1 和J2 為側(cè)向割裂面，J3 為后緣割裂面及滑動面，失穩(wěn)體單塊規(guī)模較小。

綜上所述，可以判定邊坡存在小規(guī)模楔形破壞的可能，在不利工況下，邊坡的局部穩(wěn)定較差，易形成崩塌災(zāi)害。

2 防治工程方案設(shè)計

依據(jù)邊坡穩(wěn)定性分析結(jié)果，設(shè)計邊坡采用“局部放坡+錨桿格構(gòu)+截排水溝+坡面綠化”的綜合治理措施進(jìn)行治理。

2.1 放坡工程

根據(jù)施工需要對斜坡局部較陡峭段進(jìn)行適當(dāng)放坡，并進(jìn)行坡面修整，采取三級放坡，根據(jù)邊坡現(xiàn)狀，設(shè)計一級切坡高約15m，坡比一般1:1.25，平臺寬約2m；二級切坡高約16m，坡比一般1:1.25，平臺寬約2m；三級切坡高14m，坡比一般1:1.25，其上與自然斜坡相接（部分坡段坡比略有調(diào)整，詳見剖面圖）。

2.2 格構(gòu)錨桿

框架格構(gòu)總面積約7200m2，對邊坡采用矩形錨桿格構(gòu)進(jìn)行防護(hù)，放坡坡率1:1.25～1.15，格構(gòu)網(wǎng)格內(nèi)采用鋪草皮治理，格梁截面尺寸統(tǒng)一采用400mm×400mm，格梁寬400mm，格構(gòu)梁刻入邊坡300mm，外露100mm。格構(gòu)梁混凝土強度等級采用C30，在格梁的最下緣作一排水凸緣，使格梁兼作排水作用，排出坡面流水。格構(gòu)骨架水平間距為3m，主骨架寬40cm，主骨架兩側(cè)各設(shè)寬5cm、高出坡面6cm 的C10 砼預(yù)制塊形成泄水槽，拱頂下緣設(shè)高出坡面6cm 的C10 砼預(yù)制塊形成匯水槽，格構(gòu)內(nèi)植草護(hù)坡。

錨桿采用HRB400 級鋼筋，鋼筋長度5m，錨固長度3m，自由端長度2m，錨固段位于強風(fēng)化層，鋼筋直徑為32mm。錨桿桿體材料可使用普通鋼材，灌漿材料使用普通硅酸鹽水泥，外加劑使用量需根據(jù)試驗確定，漿體材料28d 的無側(cè)限抗壓強度不應(yīng)低于25MPa，錨具應(yīng)采用鋼材或塑料制作加工，并應(yīng)具有補償張拉和松弛的功能，套管、防腐材料使用應(yīng)符合相應(yīng)規(guī)范要求[3]。

2.3 護(hù)面墻

設(shè)計采用仰斜式重力擋土墻對邊坡進(jìn)行支護(hù)，擋墻材料采用M7.5 漿砌塊（毛）石，塊（毛）石強度不低于MU30。擋土墻長8m，墻高1.5m，以天然地基為基礎(chǔ)，基礎(chǔ)埋深0.5m，擋墻高度可根據(jù)地形作適當(dāng)調(diào)整。墻體每5m 設(shè)一道變形伸縮縫，縫寬2cm；擋土墻設(shè)置泄水孔，水平間距為1m，豎向間距1m，梅花形布置，孔徑100mm，墻后設(shè)厚30cm 反濾層，上下夯填30cm 的粘土封閉。

2.4 截排水溝

在平臺內(nèi)側(cè)、坡腳及邊坡外緣設(shè)置截排水溝，并將防治工程截排水工程與周邊排水系統(tǒng)銜接，設(shè)計截排水溝總長度約610m。

2.4.1 坡面地表水流量計算

（1）產(chǎn)流分析：在設(shè)計確定坡面排水流量時，僅考慮少量的地表水下滲和蒸發(fā)。

（2）坡面地表排水流量的確定：本設(shè)計采用中國公路科學(xué)研究提出的經(jīng)驗公式計算確定截排水溝地表水匯流量，設(shè)計頻率按50 年一遇選取。

流量經(jīng)驗公式為：

式中：Qp——設(shè)計頻率地表水匯流量（m3/s）。φ——徑流系數(shù)；本次設(shè)計取0.7。SP——設(shè)計降雨強度（mm/h），取50。F——匯水面積（Km2）。

截排水溝的設(shè)計參數(shù)見下表。

表1 截排水溝工程流量表

2.4.2 截排水溝水力計算

根據(jù)各段溝渠的溝底縱坡率及設(shè)計排水量，進(jìn)行了水利計算和溝渠的水利設(shè)計。由于坡面坡降較大，溝渠水流均為急速，在進(jìn)行渠道水力設(shè)計時，削能和跌水控制是首要考慮的因素。由于排水溝渠的修筑材料根據(jù)實際施工條件采用漿砌片石，而對于漿砌石渠道，其最大抗沖能力為3.0m/s，本設(shè)計中排水溝渠的流速設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)取為3.0m/s。

采用勻速流公式計算各項水力要素：

根據(jù)以上水力計算結(jié)果，考慮最佳水力斷面時的寬深比，可得出截排水溝斷面設(shè)計指標(biāo)（表2）。

表2 截排水溝水力計算結(jié)果及斷面設(shè)計表

2.4.3 截排水溝結(jié)構(gòu)設(shè)計

（1）溝渠的襯砌：水力計算的設(shè)計流速控制在3.0m/s 以內(nèi)，溝渠采用現(xiàn)澆砼制作。

（2）溝渠分縫：為防止溫差裂縫和溝渠基礎(chǔ)不均勻沉陷造成的溝渠裂縫，所有襯砌設(shè)置伸縮縫，采用間距15m 設(shè)置一道伸縮縫?？p寬為2cm，縫內(nèi)填塞瀝青麻絲。

（3）溝渠開挖：為保障溝渠穩(wěn)定，所有新建溝渠均座落于挖方之上，開挖深度應(yīng)大于溝底厚度與側(cè)墻高度之和。襯砌兩側(cè)進(jìn)行回填和夯實、削坡處理。

2.5 綠化工程

采用草皮移植鋪設(shè)法，裁剪草皮的草源應(yīng)生長良好，密度高，草塊切成30cm×30cm，厚2cm～3cm 方塊體，可采用密鋪或間鋪，密鋪應(yīng)互相銜接不留縫隙，要求快速成坪，間鋪草塊要求草塊間縫隙不得超過4cm，且草塊必須占草坪總量的70%，同時間隙間回填草籽，草坪鋪設(shè)完成厚應(yīng)壓實、澆水，密鋪草皮無枯死，生長正常，覆蓋率達(dá)到95%，鋪設(shè)完成后，在規(guī)定時間內(nèi)應(yīng)進(jìn)行施肥和養(yǎng)護(hù)，保證當(dāng)年存活率＞80%。

3 結(jié)語

礦山邊坡隱患體潛在危害巨大，在暴雨條件下，有可能局部失穩(wěn)，有必要對邊坡進(jìn)行治理。設(shè)計方案采用削坡+錨桿+截排水溝結(jié)合坡面覆綠對邊坡進(jìn)行治理，治理工程費用具有較高的經(jīng)濟(jì)效益，經(jīng)濟(jì)上合理。對其進(jìn)行治理，不僅能最大限度的減少損失，保證當(dāng)?shù)鼐用裾Ｉa(chǎn)生活，且將地質(zhì)災(zāi)害治理工程融入當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境中，促進(jìn)當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展。