軟弱巖質(zhì)高邊坡初步加固處理方法

曹 軍，付升平，陳 偉

(八冶建設(shè)集團(tuán)巖石爆破工程公司，甘肅 蘭州 73070)

靈寶富金黃金礦業(yè)有限公司吉爾吉斯坦伊斯坦貝爾德金礦工業(yè)廠區(qū)是在開(kāi)挖山體基礎(chǔ)上形成的。由于地形的制約，致使主廠房后邊坡高度較大，最大的開(kāi)挖高度達(dá)到110m。坡體巖性為凝灰質(zhì)的砂巖、板巖，巖石強(qiáng)度低，開(kāi)挖暴露面積大，支護(hù)不及時(shí)，在邊坡中部形成了一道約12m寬的楔形滑槽，緊鄰上游坡體嚴(yán)重變形，臌脹變形使已經(jīng)架設(shè)好的鋼拱架外臌無(wú)法正常使用，且常產(chǎn)生掉渣現(xiàn)象。為確保該工程的安全順利施工，需對(duì)主滑區(qū)及正在嚴(yán)重變形區(qū)的邊坡進(jìn)行穩(wěn)定性分析與安全評(píng)價(jià)，并提出工程治理措施。

1 工程概況

1.1 地形地貌

吉爾吉斯坦共和國(guó)伊土坦貝爾德金礦廠房區(qū)地基，根據(jù)目前的巖土工程勘察工作，基本明確場(chǎng)地土類型為基巖，場(chǎng)地類別Ⅰ類堅(jiān)硬場(chǎng)地，地震動(dòng)峰值加速度0.20g，地震基本烈度為Ⅷ度。

在前期廠區(qū)基礎(chǔ)巖土工程勘察過(guò)程中，了解到了一些基本地質(zhì)條件：地震動(dòng)峰值加速度0.20g，地震基本烈度為Ⅷ度；廠區(qū)自然邊坡坡度為37°左右；地層巖性為凝灰?guī)r或?yàn)榘鍘r、玢巖等，飽和抗壓強(qiáng)度為27MPa，地層傾角為45°左右。

廠房位于河流右岸一級(jí)階地后緣，高程1980～2180m，相對(duì)高差200m左右，目前開(kāi)挖面已形成40～73m的巖質(zhì)高邊坡。在尾礦壩和高位水池處，分別發(fā)育有一條大的沖溝。廠房走向NE45°，開(kāi)挖邊坡與廠房走向近平行，即邊坡走向也為NE45°，為連續(xù)陡坡，地表植被發(fā)育，表層為坡積碎石土。后緣最大開(kāi)挖高度大于30m，地層巖性為凝灰質(zhì)的砂巖、板巖，塊狀結(jié)構(gòu)，節(jié)理裂隙發(fā)育，表層破碎，全風(fēng)化層厚度0.3m左右，下部強(qiáng)風(fēng)化巖層厚度6m左右。據(jù)此次外業(yè)測(cè)繪，在廠房區(qū)范圍內(nèi)地層產(chǎn)狀一致，無(wú)大的斷裂通過(guò)，無(wú)褶皺發(fā)育，地層走向?yàn)镹W，產(chǎn)狀300°NE∠60～70°左右。

廠房后邊坡不存在緩傾角的傾向坡外的結(jié)構(gòu)面和軟弱夾層，開(kāi)挖線后緣也不存在大的滑塌體。因此，該工程影響邊坡穩(wěn)定的主要因素，是巖層產(chǎn)狀及巖層產(chǎn)狀與邊坡走向的關(guān)系。通過(guò)表1可以看出，該區(qū)巖層傾向與邊坡走向平均夾角為13.6°，巖層走向與邊坡走向平均夾角為76.4°，為大角度相交，利于邊坡穩(wěn)定，巖層傾角60.4°，為高角度陡傾角巖層。

1.2 地質(zhì)構(gòu)造及物理地質(zhì)現(xiàn)象

根據(jù)吉爾吉斯坦國(guó)提供的地質(zhì)資料可知，該區(qū)發(fā)生過(guò)9級(jí)地震，說(shuō)明地質(zhì)構(gòu)造發(fā)育。該工程巖體節(jié)理裂隙發(fā)育，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)施工過(guò)程中局部塌方的照片和此次照片反映，坡面存在“X”型節(jié)理，易形成傾向坡外的楔形體，是構(gòu)成邊坡不穩(wěn)定的主要因素之一。其深層次的結(jié)構(gòu)面有待進(jìn)行勘察研究分析。另外，巖體表層破碎，全風(fēng)化層厚度0.3m左右，下部強(qiáng)風(fēng)化巖層厚度6m左右，弱風(fēng)化20m左右。風(fēng)化巖體成碎裂結(jié)構(gòu)，錨固處理難度很大。

2 滑坡體狀況調(diào)查分析

2.1 踏勘與觀測(cè)

對(duì)應(yīng)主廠房后形成一道楔形滑槽，滑槽上部仍有一條寬約1.2m張開(kāi)性裂縫，裂縫寬約1.2～2.0m?；屡_(tái)階高約2m，向外臌脹，4月21～22日發(fā)育比較明顯，近幾天比較穩(wěn)定。邊緣孤石對(duì)下部廠房安全影響較大。目前，對(duì)主廠房潛在影響最大的區(qū)域是中心滑槽上側(cè)(以河流上游為上側(cè)，河流下游為下側(cè))凸起邊坡，該坡體的發(fā)育裂縫與主滑槽貫通，并有較大下沉，表征反應(yīng)在鋼管架外臌在中部與坡面脫離，也有向楔形滑槽導(dǎo)滑的跡象?；凵蟼?cè)坡體也有向滑槽方向傾覆的跡象。

在整個(gè)坡體共設(shè)置了10個(gè)觀測(cè)點(diǎn)，1～4號(hào)點(diǎn)主要設(shè)置在坡體下游，位移較小，說(shuō)明下游坡體處于相對(duì)穩(wěn)定的狀態(tài)；5～10號(hào)點(diǎn)設(shè)置在楔形滑槽上游；主要變形發(fā)生在5號(hào)、7號(hào)、9號(hào)點(diǎn)，下沉量10～20cm。

2.2 坡體巖土特性

地層巖性為凝灰質(zhì)的砂巖、板巖，夾雜有泥巖和頁(yè)巖，層狀分布。邊坡巖體可能屬于中軟巖或較軟巖的Ⅲ～Ⅳ級(jí)巖體，節(jié)理裂隙發(fā)育，表層破碎全風(fēng)化。全風(fēng)化層下部，強(qiáng)風(fēng)化巖層厚度6m左右，極易吸水導(dǎo)水至坡體，對(duì)邊坡穩(wěn)定極為不利；巖層傾角在30～60°，大部分屬切層坡體，小部分屬順層邊坡體，順層結(jié)構(gòu)巖體易產(chǎn)生片落現(xiàn)象。上側(cè)(藥劑廠)邊坡底部有出水現(xiàn)象，說(shuō)明地層有含水層或裂隙水與之溝通，該區(qū)域防、排治水也是邊坡治理重要內(nèi)容之一。

邊坡開(kāi)挖高度大，目前開(kāi)挖面高度在40m以上，最高處大于70m，大部分開(kāi)挖面高度在50～60m，開(kāi)挖的坡面易風(fēng)化自然離層或脫落，開(kāi)挖面形成后暴露時(shí)間長(zhǎng)，淺層已經(jīng)產(chǎn)生較大的松弛位移，對(duì)邊坡穩(wěn)定產(chǎn)生了很不利的影響。邊坡治理至為緊要的措施，是盡快封閉支護(hù)和截排水設(shè)施的形成，包括在邊坡根部形成一條1m×1m的集排水溝，該集排水溝構(gòu)筑與工業(yè)場(chǎng)地平整統(tǒng)籌施設(shè)。

3 邊坡穩(wěn)定計(jì)算分析

對(duì)于邊坡穩(wěn)定性計(jì)算分析，一般是通過(guò)一定的計(jì)算方法給出一個(gè)安全系數(shù)，來(lái)評(píng)價(jià)邊坡的穩(wěn)定程度[1-6]。計(jì)算安全系數(shù)的通常方法，主要有極限平衡法、能量法和強(qiáng)度折減法。

計(jì)算采用的是邁達(dá)斯Midas-GTS(Geotec- hnical and Tunnel analysis System)。Midas-GTS是一款包含施工階段的應(yīng)力分析和滲透分析等巖土和隧道所需的幾乎所有分析功能的通用分析軟件[7-9]。通過(guò)邁達(dá)斯的計(jì)算，開(kāi)挖后未經(jīng)錨桿擋土墻加固前的邊坡穩(wěn)定性及經(jīng)加固后的穩(wěn)定情況，以及各個(gè)施工階段邊坡的穩(wěn)定情況。

選作具有代表性的挖方橫斷面圖，該斷面圖是典型的高邊坡加固方案，包括錨桿防護(hù)[10]，添加平面屬性，即巖土；劃分網(wǎng)格，添加屬性、材料，特性條件,添加實(shí)體材料巖土(巖土結(jié)構(gòu)模型為莫爾-庫(kù)倫模型)。巖土屬性見(jiàn)表1。

表1 巖土屬性

建立網(wǎng)格，邊坡部分適當(dāng)加密,加邊界支撐條件，即土邊界，加荷載條件，這里簡(jiǎn)化為只有重力荷載，模型建立完畢。建立分析工況，把初始模型條件激活，分析工況，即得到計(jì)算結(jié)果。分析得到邊坡安全系數(shù)為1.1125，從結(jié)果中看出,該邊坡具有最大剪切變形，如果有滑動(dòng)面也可以看出來(lái)。從圖1中可以看出，該邊坡不存在危險(xiǎn)滑動(dòng)面。

圖1 邊坡的變形情況

4 局部加固處理方法

4.1 治理原則

(1)采用機(jī)械方法清理掉楔形滑槽下部部分堆碴，并在滑堆上形成一道防沖溝。

(2)及時(shí)封閉已開(kāi)挖坡體。

(3)施做注漿帶加固。

(4)在上部間隔13m布設(shè)兩道注漿幕，具體位置和參數(shù)根據(jù)現(xiàn)條件和設(shè)備狀況場(chǎng)確定。

(5)密切觀測(cè)、觀察坡體的變形情況。

4.2 施工順序與加固方法

該邊坡屬高邊坡病害治理工程，開(kāi)挖后放置時(shí)間較長(zhǎng)，合理確定順施工順序顯得尤為重要。為確保施工和工后中邊坡的穩(wěn)定，除應(yīng)采取合理支擋加固措施外，還必須采用科學(xué)有效的施工方法、工藝及程序，避免施工過(guò)程中邊坡失穩(wěn)破壞，造成重大損失，甚至于留下后患，影響邊坡的長(zhǎng)期穩(wěn)定和安全。

(1)先注漿加固主廠房后高危巖體，具體位置現(xiàn)場(chǎng)已經(jīng)指定，技術(shù)參數(shù)見(jiàn)設(shè)計(jì)圖。

(2)盡快由上而下逐級(jí)加固開(kāi)挖面，加固之前先將坡頂向后10m范圍草皮及強(qiáng)風(fēng)化層清除，并加錨桿注漿；坡面加固(錨網(wǎng)支護(hù))之前，先清理坡面浮石，再架設(shè)架桿，架設(shè)架桿的馬道(施工平臺(tái))不得小于3.0m，架桿一定要牢固錨設(shè)于坡體，然后造孔，置入錨桿注漿，掛網(wǎng)噴錨。

(3)坡面系統(tǒng)錨桿間排距4.0m，梅花型布置，鉆孔、錨桿長(zhǎng)度4.0m，鉆孔俯斜角15°，掛網(wǎng)片噴射C20混凝土，混凝土厚度150mm。

(4)坡面排水，在已形成的每層馬道(平臺(tái))施做一條排水溝，排水溝坡度大于10‰，排水溝寬×高不小于500mm×400mm，并采用素混凝土抹面。根據(jù)坡面地形條件施做兩道總集水溝，集水溝寬×高不小于800mm×500mm；在已形成的每一階坡面上布置兩層排水孔，排水孔深度5.0m，梅花型布置，間距5.0m，排距4.0m，鉆孔仰斜15°。排水管采用φ40mmPVC管，管體上鉆孔間距(長(zhǎng)度向)100～150mm，排距40mm，孔徑φ3～5mm，并3層無(wú)紡布包裹做濾水處理，排水管應(yīng)牢固的插入鉆孔之中。

(5)在主滑槽上部，由坡頂向下10m、20m水平平臺(tái)，各設(shè)兩排注漿孔注漿加固，注漿壓力0.1MPa，最大不超過(guò)0.4 MPa，注漿層參數(shù)見(jiàn)設(shè)計(jì)圖。

(6)加強(qiáng)已設(shè)觀測(cè)點(diǎn)的變形觀測(cè)，觀測(cè)點(diǎn)受到施工影響時(shí)，盡快補(bǔ)充設(shè)定新的觀測(cè)點(diǎn)。嚴(yán)重變形區(qū)上側(cè)邊坡加固注漿圖見(jiàn)圖2、圖3。

圖2 嚴(yán)重變形區(qū)上側(cè)邊坡加固注漿斷面圖

圖3 嚴(yán)重變形區(qū)上側(cè)邊坡加固注漿俯視圖

4.3 注意事項(xiàng)

(1)在覆蓋層施工前，應(yīng)按照設(shè)計(jì)要求清理完邊坡的風(fēng)化巖塊、堆積物、殘積物和滑坡體，并在適當(dāng)位置修筑攔碴坎，保證下部施工安全。

(2)在覆蓋層開(kāi)挖前，按設(shè)計(jì)要求完成截水、排水溝的施工，防止地表水和地下水對(duì)施工的影響。

(3)覆蓋層開(kāi)挖應(yīng)按設(shè)計(jì)邊坡坡比自上而下分層進(jìn)行，坡面按設(shè)計(jì)要求做成一定的坡勢(shì)，以利排水。

(4)坡面隨開(kāi)挖下降及時(shí)進(jìn)行清坡，按設(shè)計(jì)要求或根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，采取適當(dāng)?shù)拇胧┘右灾ёo(hù)，保證施工安全。支護(hù)主要采取錨固、護(hù)面和支檔幾種形式。

(5)作好汛期防水、邊坡保護(hù)措施，防止邊坡坍塌造成事故。

(6)對(duì)于邊坡易風(fēng)化崩解的土層，若開(kāi)挖面不能及時(shí)支護(hù)時(shí)，應(yīng)預(yù)留保護(hù)層，在有條件支護(hù)時(shí)，再進(jìn)行保護(hù)層開(kāi)挖。

(7)需人工開(kāi)挖的坡面覆蓋層，應(yīng)在開(kāi)挖范圍內(nèi)，按照每人控制2.5m的水平距離，作業(yè)人員系安全帶，從高處分條帶向下逐層依次清理，相鄰5人之間最大高差不得大于1.5m，所有人員之間最大高差不得大于3m。對(duì)于塊體較大、人工無(wú)法撬動(dòng)的孤石，宜爆破后清除。

(8)在覆蓋層開(kāi)挖過(guò)程中，如出現(xiàn)裂縫或滑移跡象，應(yīng)立即暫停施工并將施工人員及設(shè)備撤至安全區(qū)域。在查清原因、采取可靠的安全措施后，方可恢復(fù)施工。

(9)邊坡開(kāi)挖時(shí)，不得采用對(duì)坡面產(chǎn)生破壞的爆破方法，可在坡面3～5m以內(nèi)預(yù)留保護(hù)層；也可先進(jìn)行坡面預(yù)裂爆破再進(jìn)行主體石方開(kāi)挖爆破，一般采用梯段減弱松動(dòng)加預(yù)裂爆破一次開(kāi)挖。嚴(yán)格控制一次最大單藥量，質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度必須滿足設(shè)計(jì)要求。

(10)注漿加固采用排氣注漿法施工。注漿管插至孔底，砂漿由孔底注入；采用砂漿位置指示器控制注漿位置。注漿壓力保持在0.1MPa。

5 結(jié) 論

對(duì)于其邊坡資料做了詳細(xì)的分析基礎(chǔ)上，做出了相應(yīng)的開(kāi)加固設(shè)計(jì)，注漿加固后鼓脹變形區(qū)位移有加固前10～20cm，減至1mm以內(nèi)，所采取的措施收到明顯效果。

(1)為了確保施工期的安全施工，建議進(jìn)行安全監(jiān)測(cè)。監(jiān)測(cè)的部位包括開(kāi)挖結(jié)構(gòu)面和開(kāi)口線上部巖體，通過(guò)人工巡視檢查和對(duì)觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理、分析，掌握邊坡巖體內(nèi)部作用力和外部變形情況，評(píng)估和判斷高邊坡的穩(wěn)定狀況。

(2)在邊坡重點(diǎn)部位，布置變形觀測(cè)墩，施工期的變形觀測(cè)應(yīng)結(jié)合永久觀測(cè)進(jìn)行。通過(guò)大地測(cè)量法監(jiān)測(cè)邊坡變形情況，包括平面變形測(cè)量和高程變形測(cè)量。主要監(jiān)測(cè)斷層、裂隙和層面的變化情況，通過(guò)在邊坡裂縫表面安裝埋設(shè)監(jiān)測(cè)儀器，來(lái)反映邊坡裂縫的開(kāi)合情況。

(3)應(yīng)做好邊坡施工安全監(jiān)測(cè)成果的整理、反饋工作，以指導(dǎo)施工。邊坡的變形數(shù)據(jù)的處理分析，是邊坡監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)中一個(gè)重要內(nèi)容，用于對(duì)邊坡未來(lái)的狀況進(jìn)行預(yù)報(bào)、預(yù)警，并對(duì)邊坡的穩(wěn)定現(xiàn)狀進(jìn)行科學(xué)的評(píng)價(jià)，預(yù)測(cè)可能出現(xiàn)的邊坡破壞。應(yīng)做好邊坡施工安全監(jiān)測(cè)成果的整理、反饋工作，以指導(dǎo)施工。

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