柔性防護(hù)系統(tǒng)在礦山地質(zhì)環(huán)境治理工程中的應(yīng)用

侯云龍，張仲福，丁國(guó)軒

(甘肅工程地質(zhì)研究院，甘肅 蘭州 730000)

柔性防護(hù)系統(tǒng)在礦山地質(zhì)環(huán)境治理工程中的應(yīng)用

侯云龍，張仲福，丁國(guó)軒

(甘肅工程地質(zhì)研究院，甘肅 蘭州 730000)

以清水畢家里礦山地質(zhì)環(huán)境恢復(fù)治理工程為例，闡述了SNS主動(dòng)柔性防護(hù)系統(tǒng)在廢棄礦山采區(qū)，邊坡地質(zhì)災(zāi)害防治設(shè)計(jì)中的技術(shù)方法、施工工藝，結(jié)合工程實(shí)例介紹并探討該方法在礦山治理恢復(fù)工程中的應(yīng)用。

柔性防護(hù);礦山環(huán)境治理;設(shè)計(jì)方案;施工工藝

1995年邊坡柔性防護(hù)系統(tǒng)技術(shù)引入我國(guó)，先后在鐵路、公路、水利、等領(lǐng)域中廣泛應(yīng)用，主要以防治坡面的淺層危巖落石為主。SNS主動(dòng)柔性防護(hù)系統(tǒng)具有穩(wěn)定邊坡，抑制邊坡遭受進(jìn)一步的風(fēng)化剝蝕，對(duì)坡面形態(tài)特征無(wú)特殊要求，且不破壞和改變坡面原有地貌形態(tài)和植被生長(zhǎng)條件等特點(diǎn)。SNS主動(dòng)柔性防護(hù)網(wǎng)系統(tǒng)的開放特征給實(shí)施人工坡面綠化保留了必要的條件，能夠使綠色植物在SNS柔性防護(hù)網(wǎng)開放的空間上自由生長(zhǎng)，植物根系的固土作用與坡面防護(hù)系統(tǒng)結(jié)為一體，從而抑制坡面破壞和水土流失，反過來又保護(hù)了地貌和坡面植被，實(shí)現(xiàn)了最佳的邊坡防護(hù)和環(huán)境保護(hù)目的。

針對(duì)礦山露天開采形成的大面積挖損坡體，坡面松散、危巖體突兀不整、局部崩塌災(zāi)害發(fā)育，往往形成較大的地質(zhì)災(zāi)害隱患以及嚴(yán)重的地形地貌景觀破壞實(shí)際情況。在清水縣畢家里礦山地質(zhì)環(huán)境恢復(fù)治理工程中，我院采用SNS主動(dòng)柔性防護(hù)網(wǎng)結(jié)合加強(qiáng)錨桿進(jìn)行了巖體邊坡設(shè)計(jì)施工，解決了挖損坡體的地質(zhì)災(zāi)害防治與環(huán)境治理問題，實(shí)現(xiàn)了防治方法經(jīng)濟(jì)有效、工程質(zhì)量安全可靠、環(huán)境恢復(fù)效果顯著，必將對(duì)同類型治理項(xiàng)目的設(shè)計(jì)施工提供一些參考和借鑒。

1 工程概況

1.1 項(xiàng)目場(chǎng)地情況

畢家里白云石礦在三十多的采礦過程中，由于采用露天崩落法開采，在河北岸山坡上形成了規(guī)模較大的挖損面，底部寬 220 m，高度 80～120 m，坡度 50°～70°，造成 13 400.0 m2的山體裸露，地形地貌及植被毀壞嚴(yán)重。坡面上巖石突兀嶙峋，節(jié)理裂隙將巖體切割成菱形塊體，形成危巖，巖體變形破壞深度 0.5～3.0 m，其穩(wěn)定性較差，經(jīng)常發(fā)生崩塌、滾(落)石、坡面泥流，對(duì)省道305線造成破壞，危害車輛及行人。

1.2 地層條件

坡體主要地層為下古生界牛頭河群角閃片麻巖夾大理巖、白云巖(PZntl)，層狀或片狀、塊狀構(gòu)造，巖層產(chǎn)狀235°∠78°。發(fā)育多組節(jié)理，其中兩組產(chǎn)狀為 110°∠80°、195°∠75°，發(fā)育密度3～4條/m，巖體被切割成菱形塊體。地勢(shì)低洼處，巖體風(fēng)化強(qiáng)烈，強(qiáng)風(fēng)化層厚度0.5～1 m。山坡上，弱風(fēng)化層界線埋深約1.5 m。

角閃片麻巖夾白云質(zhì)灰?guī)r(PZntl)的物理力學(xué)指標(biāo)參考值為:干容重 2.09 ～3.00 g/cm3，干抗壓強(qiáng)度 80 ～100 Mpa，軟化系數(shù) 0.44 ～0.84，內(nèi)聚力 0.1 ～2.2 Mpa，摩擦系數(shù) 0.5 ～1.10。

1.3 勘查結(jié)論

礦區(qū)邊坡地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育特征主要為:(1)坡體高度面積大、坡面不整、坡度陡。(2)坡面的巖石破碎層一般0.5～1.0 m，體積較小;局部巖體變形破壞深度達(dá)3.0 m，形成危巖。(3)邊坡地質(zhì)災(zāi)害主要以落石、局部小型崩塌為主，威脅省道305線過往車輛及行人安全。

2 設(shè)計(jì)方案

以往常規(guī)的方法，多采用削坡、錨桿(錨索)格構(gòu)的治理措施。這些方式工程量大，施工周期長(zhǎng)，尤其在破碎的巖質(zhì)邊坡的施工中，施工難度大，將產(chǎn)生大量的土石方體對(duì)環(huán)境再次形成破壞，完工后工程構(gòu)造物與環(huán)境的協(xié)調(diào)性差。

清水畢家里礦山環(huán)境恢復(fù)治理工程的邊坡設(shè)計(jì)方案，經(jīng)過有關(guān)專家和部門的論證，認(rèn)為針對(duì)災(zāi)害發(fā)育特征及危害方式，采用SNS主動(dòng)柔性防護(hù)系統(tǒng)對(duì)坡面淺層危巖整體防護(hù)，危巖使用加強(qiáng)錨桿錨固以提高其穩(wěn)定性防治崩塌災(zāi)害，最后對(duì)坡面覆土綠化，可達(dá)到災(zāi)害防治與環(huán)境恢復(fù)的目的。與其它方案相比，施工工藝簡(jiǎn)便、效率高、經(jīng)濟(jì)可行。

2.1 SNS主動(dòng)柔性防護(hù)系統(tǒng)

2.1.1 設(shè)計(jì)網(wǎng)型

為防止坡體落石破壞公路，危害過往車輛和行人，考慮到坡體巖石的破碎程度和后期綠化的需要，此次設(shè)計(jì)采用SNS主動(dòng)柔性防護(hù)系統(tǒng)對(duì)整個(gè)坡體進(jìn)行防護(hù)。防護(hù)網(wǎng)型號(hào)選用了GPS2(普通型)，這是由鋼絲繩網(wǎng)+鋼絲格柵組成的雙層復(fù)合型網(wǎng)，該網(wǎng)可抑制崩塌和淺層滑動(dòng)的發(fā)生，鋼絲格柵的加入可以有效的攔阻坡體表層較小巖塊，在覆土綠化時(shí)對(duì)土體的穩(wěn)固作用好，利于植被的生長(zhǎng)。

結(jié)構(gòu)配置為:系統(tǒng)錨桿(1φ16HRB、長(zhǎng)度3 m、間距4.5 m)+縱橫支撐繩(φ16)+縫合繩(φ8)+鋼絲繩網(wǎng)(DO/08/300/4×4)+鋼絲格柵(SO/2.2/50)。

圖1 SNS主動(dòng)柔性防護(hù)系統(tǒng)布置及縫合圖

該網(wǎng)型是目前比較通行的，材料也容易購(gòu)得。與目前行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)不同的是，系統(tǒng)錨桿設(shè)計(jì)采用鋼筋錨桿代替了鋼絲繩錨桿，解決了鋼絲繩錨桿在施工制安中難度較大，可靠性低的問題。

2.1.2 材料規(guī)格、指標(biāo)

系統(tǒng)錨桿型號(hào)為1φ16HRB錨桿，間距4.5 m，抗拔力大于50 kN。鋼絲繩網(wǎng)(DO/08/300/4×4):指鋼絲繩直徑8 mm，網(wǎng)孔規(guī)格300，網(wǎng)塊規(guī)格4 m×4 m，鋼絲抗拉強(qiáng)度≥1 770 MPa，破斷拉力＞40 KN，熱浸鍍鋅等級(jí)大于AB級(jí)。鋼絲格柵(SO/2.2/50):指鋼絲直徑 2.2 mm，網(wǎng)孔直徑 50 mm。

2.1.3 施工工藝

1)清坡:清除坡面防護(hù)區(qū)域影響施工的浮土和浮石，對(duì)不利于施工安裝和影響安裝后系統(tǒng)發(fā)揮正常功能的局部地形進(jìn)行適當(dāng)修整。

2)放線:確定錨桿的位置，打孔，(根據(jù)地形條件，孔距可有0.3 m的調(diào)節(jié)范圍)，在孔間距可調(diào)整的范圍內(nèi)，盡可能在低凹處打孔，對(duì)非低凹處或不能滿足系統(tǒng)安裝后盡可能貼近坡面的錨桿孔，應(yīng)在每一孔位處鑿一深度不小于錨桿外露環(huán)套長(zhǎng)度的錨孔，一般深度為20 cm，直徑20 cm。

3)錨桿制安:系統(tǒng)錨桿孔徑不小于φ42，加強(qiáng)錨桿孔徑不小于 φ90，注漿灰砂比 1.1 ～1.2，水灰比約 0.45 ～0.5，確定孔內(nèi)漿液飽滿，養(yǎng)護(hù)3天以上，再進(jìn)行下一步工序。

4)安裝縱橫支撐繩，張拉緊后兩端各用2－4個(gè)繩卡與外露錨桿環(huán)套固定連接。

5)從上向下鋪掛格柵網(wǎng):(1)格柵網(wǎng)鋪掛在鋼繩網(wǎng)的內(nèi)側(cè)，并應(yīng)疊蓋鋼繩網(wǎng)上緣并折到網(wǎng)的外側(cè)15 cm，用扎絲將鋼繩網(wǎng)與格柵網(wǎng)聯(lián)結(jié)在一起;(2)格柵網(wǎng)底部應(yīng)沿斜坡向上敷設(shè)1.0 m左右，為使下支撐繩與地面間不留縫隙，用一些石塊將格柵網(wǎng)底部壓住;(3)每張格柵網(wǎng)之間應(yīng)疊蓋10 cm;(4)用扎絲將格柵網(wǎng)固定到鋼繩網(wǎng)上，每平方米固定約為4處。

6)從上向下鋪掛鋼絲繩網(wǎng)并連接，縫合繩為φ8的鋼絲繩，每張鋼絲繩網(wǎng)與四周的支撐繩連接，縫合繩之間用各用兩個(gè)繩卡與網(wǎng)繩進(jìn)行固定聯(lián)結(jié)。

2.2 加強(qiáng)錨桿

2.2.1 設(shè)計(jì)原則

對(duì)危巖體實(shí)施加強(qiáng)錨桿加固，徹底根治危巖災(zāi)害。設(shè)計(jì)理論基礎(chǔ)是在代表斷面上，采用極限平衡法進(jìn)行穩(wěn)定性評(píng)價(jià)和推力計(jì)算。加強(qiáng)錨桿采用梅花型布置，設(shè)置于柔性網(wǎng)塊的中部(網(wǎng)塊受力最大的地方)實(shí)現(xiàn)效率最大化。

2.2.2 施工方案

采用錨桿型號(hào)為1φ28HRB，孔徑 φ90，錨桿長(zhǎng)8 m，錨桿間距4 m×4 m，孔內(nèi)壓注M30水泥砂漿，錨桿設(shè)計(jì)荷載為165 KN，鎖定載荷為140 KN，錨桿外部反力構(gòu)件采用直徑為0.3 m、厚20 mm的鋼墊板，對(duì)錨桿加載后采用 M28高強(qiáng)度螺栓進(jìn)行封閉。

2.3 坡面綠化工程

坡面防護(hù)工程結(jié)束后，在坡面實(shí)施噴混快速綠化。利用噴混機(jī)械將士壤、肥料、有機(jī)質(zhì)、保水材料、粘合劑、pH緩沖劑、植物種子等混合干料加水后噴射到巖面上。上述混合物可在巖石表面形成一層具有連續(xù)空隙的硬化體。空隙既是種植基質(zhì)的填充空間，也是植物根系的生長(zhǎng)空間。巖體邊坡噴混綠化一般以草本植物為主，為了豐富景觀，可加入一定比例的草花種子。

3 施工效果

工程采用主動(dòng)SNS柔性防護(hù)網(wǎng)總面積13 400 m2，系統(tǒng)錨桿729根，總長(zhǎng)度2 187 m;加強(qiáng)錨桿加固面積2 874 m2，錨桿共220根，總長(zhǎng)度1 760 m;裸露坡體全部實(shí)施覆土綠化。該工程的實(shí)施達(dá)到了改善礦區(qū)地質(zhì)生態(tài)環(huán)境，消除地質(zhì)災(zāi)害隱患，降低水土流失強(qiáng)度的目的，為防災(zāi)減災(zāi)、交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)和經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展創(chuàng)造了條件;而工程自身功能性很強(qiáng)，卻不突出，與周邊環(huán)境融為一體，淡化了存在感。

4 結(jié)語(yǔ)

柔性防護(hù)系統(tǒng)經(jīng)過多年的工程實(shí)踐，施工工藝日趨成熟，工程材料品種多樣，應(yīng)用前景廣闊。柔性防護(hù)系統(tǒng)在礦山巖體邊坡治理工程中具有顯著的質(zhì)量效益，通過與加強(qiáng)錨桿等邊坡防治技術(shù)的結(jié)合，其壽命可達(dá)50～100 a。柔性防護(hù)系統(tǒng)在巖體邊坡治理中減少了削坡工程量，施工簡(jiǎn)便、工程造價(jià)相對(duì)較低、適用性強(qiáng)，治理工程的環(huán)境景觀恢復(fù)效果顯著，具有良好的社會(huì)效益和環(huán)境效益。這一技術(shù)方案在地質(zhì)災(zāi)害治理，尤其是結(jié)合環(huán)境治理恢復(fù)中有著很強(qiáng)的適用性，在礦山地質(zhì)環(huán)境恢復(fù)治理工程中具有一定的推廣價(jià)值。

［1］陽(yáng)友奎，周迎慶，姜瑞琪，等.坡面地質(zhì)災(zāi)害柔性防護(hù)技術(shù)的理論與實(shí)踐［M］.北京:科學(xué)出版社.2005.

［2］TB/T3089－2004.鐵路沿線斜坡柔性安全防護(hù)網(wǎng)［S］.北京:中國(guó)鐵道出版社.2004.

［3］JT/T528－2004.公路邊坡柔性防護(hù)系統(tǒng)構(gòu)件［S］.北京:中國(guó)交通出版社.2004.

P642.2

B

1004－1184(2012)03－0211－02

2012－03－07

侯云龍(1976－)，男，河北邢臺(tái)人，工程師，主要從事巖土工程勘察、設(shè)計(jì)、施工與技術(shù)管理工作。