石家莊嶺底西山地質(zhì)環(huán)境恢復(fù)治理

賈玉琴

(華北有色工程勘察院有限公司， 河北 石家莊 050021)

0 引 言

石家莊西部山前區(qū)是西部太行山生態(tài)綠色屏障區(qū)和中部中心城市及近郊生態(tài)環(huán)境綜合整治區(qū)的緩沖區(qū)，是石家莊市城市環(huán)境的大背景，對于石家莊市及西部山前區(qū)的生態(tài)環(huán)境有著至關(guān)重要的影響。

過去對西部山區(qū)礦產(chǎn)資源的開發(fā)利用為石家莊市乃至河北的經(jīng)濟(jì)發(fā)展做出了重大的貢獻(xiàn)，同時無序的開發(fā)利用已經(jīng)造成了該區(qū)嚴(yán)重的地質(zhì)、生態(tài)、環(huán)境等問題，嚴(yán)重的影響了石家莊市西部山前區(qū)的開發(fā)建設(shè)，不能滿足石家莊市對整個西部山前區(qū)的環(huán)境要求，因此對西部山區(qū)礦山的恢復(fù)治理是大勢所趨。

嶺底西山礦區(qū)作為其中典型的露天采場，因采礦產(chǎn)生大量爆破裂隙，再加上卸荷裂隙、風(fēng)化裂隙，將巖體切割成楔形體、散體狀等危巖，嚴(yán)重影響了邊坡的穩(wěn)定性，引發(fā)邊坡崩塌、錯落等一系列地質(zhì)災(zāi)害隱患；同時采礦遺留的剝離物、尾礦、廢渣等無序堆積，采坑遍布，使當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境及景觀環(huán)境遭到嚴(yán)重破壞。

1 工程地質(zhì)概述

1.1 地形、地貌

嶺底西山礦區(qū)隸屬太行山脈，高程180～340.8 m。區(qū)內(nèi)溝谷發(fā)育，溝谷多呈較寬闊U形，有大的溝谷4處，有大的山坡4處。區(qū)內(nèi)大部分基巖裸露，山坡坡度多在20°～40°，部分地段由于采空塌陷和露天開采形成陡崖和高邊坡，其最大高差約60 m。礦區(qū)外東側(cè)附近是坡積、沖洪積形成的山前傾斜平原，地面標(biāo)高在160～200 m之間。

1.2 地層及巖性

嶺底西山礦區(qū)主要出露地層依次為上元古界甘陶河群南寺組第三段第一亞段和滑石蝕變閃長巖，山坡和坡麓地帶還分布有第四系殘坡積物。南寺組第三段第一亞段巖性主要為白云巖、變質(zhì)砂巖和板巖互層。蝕變閃長巖受構(gòu)造控制順層侵入于白云巖，呈現(xiàn)條帶狀分布，閃長巖兩側(cè)白云巖蝕變?yōu)殁}質(zhì)滑石巖、滑石白云巖和滑石蝕變閃長巖。第四系松散巖巖性為含碎石黏性土和含黏性土碎石，為殘坡積、坡洪積類型。

1.3 地質(zhì)構(gòu)造

鹿泉市處在山西地臺隆起、井徑凹陷東北邊緣、贊皇隆起北部，其構(gòu)造以線性褶皺為主，并伴隨走向斷裂。礦區(qū)地質(zhì)構(gòu)造較簡單，其基本形態(tài)為走向SW-NE、傾向為北西的單向構(gòu)造，地層產(chǎn)狀較平緩，傾角30°～40°。礦區(qū)地段有小型褶皺，節(jié)理裂隙發(fā)育三組，裂隙開啟度較小，延伸長度不大。人工開采邊坡和平硐采空區(qū)，卸荷裂隙較發(fā)育。

2 地質(zhì)災(zāi)害隱患類型

由于該礦區(qū)亂采濫掘，開采的時間長且毫無秩序，故存在的病害以坡體穩(wěn)定問題、地面塌陷、危巖體、危石為主，亂采濫掘亂爆破后形成的新地貌雜亂無章。歸納起來，主要有如下幾種類型的病害。

(1) 危巖體。由于巖石自身的結(jié)構(gòu)和爆破成坡時的諸多因素，加之無序開采，造成該區(qū)采場邊坡、采坑坑壁、采硐硐壁多處出現(xiàn)“探頭”式倒坡現(xiàn)象和危巖體。而這部分巖體有的已經(jīng)出現(xiàn)了松動現(xiàn)象，巖體規(guī)模較大，一旦崩落，將直接危及生命財產(chǎn)安全。

(2) 危石。本區(qū)有大量危石分布，一旦刮風(fēng)下雨或受到外部應(yīng)力作用，將直接危及行人及附近居民安全。

(3) 廢石棄渣。礦區(qū)廢石棄渣有很大一部分堆放于坡腳和采場邊緣，一是壓占部分土地資源，并且部分棄渣堆放形成高陡砍，隨時可能坍塌；二是降雨和地表徑流對垃圾沖刷、過濾，浸出有害物質(zhì)，隨水流入土壤和地下水對土壤和地下水造成的污染。

(4) 植被破壞。亂采濫掘后造成大量白茬面存在，水土保持能力低、山體風(fēng)化嚴(yán)重，植被破壞嚴(yán)重。

3 邊坡穩(wěn)定性預(yù)測

根據(jù)礦區(qū)實際情況，立足于邊坡穩(wěn)定性現(xiàn)狀，以定性評價為主，即以采用地質(zhì)綜合分析法為主，輔以巖質(zhì)邊坡容許坡度經(jīng)驗法、赤平極射投影法,對該礦區(qū)采場16的邊坡穩(wěn)定性進(jìn)行綜合評價。

(1) 地質(zhì)綜合分析法。根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查，采場16斜坡坡角69°，高度50 m；邊坡為巖質(zhì)邊坡，巖性主要白云巖，巖體較完整，巖體致密堅硬，錘擊聲脆。巖石風(fēng)化成度為中等風(fēng)化，在自然條件下坡體(巖體)穩(wěn)定性良好。局部邊坡巖體由于節(jié)理切割呈鑲嵌狀，在坡角處局部可見少量崩塌物。綜上所述，預(yù)測采場16斜坡處于基本穩(wěn)定狀態(tài)。

(2) 巖質(zhì)邊坡容許坡值。采場16巖體為中等風(fēng)化，節(jié)理裂隙很少，巖體較完整，節(jié)理主要為分布于坡面的爆破裂隙。根據(jù)巖質(zhì)邊坡容許坡值及經(jīng)驗法可得出邊坡高度40 m以內(nèi)坡度經(jīng)驗允許坡度63°～73°，采場16邊坡的高度大于40 m，國內(nèi)沒有相關(guān)經(jīng)驗參考數(shù)據(jù)。從現(xiàn)場調(diào)查來看，邊坡從形成到現(xiàn)在已經(jīng)過去了幾十年，采場邊坡仍處于基本穩(wěn)定狀態(tài)，僅坡面局部地段分布一些危巖，坡底偶見少量崩塌物。綜合分析預(yù)測該采場邊坡在自然條件下處于基本穩(wěn)定狀態(tài)。

(3) 采場16邊坡赤平極射投影圖見圖1，結(jié)構(gòu)面及其組合交棱線與傾向、傾角的關(guān)系見表1和表2。

表1 采場16結(jié)構(gòu)面

分析可知，該邊坡為反向邊坡，坡體基本穩(wěn)定；由于人工爆破及節(jié)理切割，在坡面上存在少量危巖，為基本穩(wěn)定坡。

圖1 采場16邊坡赤平極射投影

組合交棱線傾向/(°)傾角/(°)P—L11711P—L21907P—L317638L1—L2207L1—L321920L2—L316140

4 治理工程措施

經(jīng)過詳細(xì)調(diào)查和邊坡穩(wěn)定性預(yù)測，最終確定采用如下技術(shù)措施對嶺底西山進(jìn)行地質(zhì)環(huán)境治理：

(1) 首先對采場邊坡危巖體、坡面浮石及危石進(jìn)行清理;

(2) 采場邊坡危巖體很大且不穩(wěn)定，刷方無法進(jìn)行，采用預(yù)應(yīng)力錨索進(jìn)行加固；

(3) 有規(guī)模較大的危巖體，清理后會影響到上級或下級坡體的穩(wěn)定時，采用錨桿加固；

(4) 巖面破碎但無整體坍塌，局部有滾石時，采用SNS柔性主動防護(hù)網(wǎng)防護(hù)；

(5) 對修整后的坡面及地面，進(jìn)行植樹、 植草綠化，恢復(fù)植被，美化環(huán)境。

其中技術(shù)難度最大的治理措施是預(yù)應(yīng)力錨索和SNS柔性主動防護(hù)網(wǎng)。

4.1 預(yù)應(yīng)力錨索

預(yù)應(yīng)力錨索的結(jié)構(gòu)如圖2所示，其施工技術(shù)要求及設(shè)計參數(shù)如下：

(1) 施工順序應(yīng)先施工錨索，然后鑿出巖坑，再放置鋼板，最后錨索張拉、鎖定，封閉錨頭；

(2) 錨墩采用25 cm×25 cm×2.5 cm鋼板，以C20砼封閉，厚10 cm，整個錨墩嵌入坡體中；

(3) 錨索設(shè)計荷載為800 kN，鎖定荷載600 kN,張拉分五級進(jìn)行，分別為設(shè)計為荷載的0.25，0.5，0.75，1.0，1.1倍，設(shè)計參數(shù)見表3；

表3 錨索設(shè)計參數(shù)

(4) 錨索材料采用高強(qiáng)度、低松弛預(yù)應(yīng)力鋼絞線;

(5) 錨索孔位測放力求準(zhǔn)確，偏差不得超過±1 cm，鉆孔傾角允許誤差±2°;

(6) 錨索終孔孔徑均為130 mm(90 mm)，成孔后的孔徑不得小于該值;

(7) 錨索(桿)孔內(nèi)灌注水泥砂漿，水灰比0.4～0.45，灰砂比1∶1，砂漿體強(qiáng)度不低于30 MPa。采用從孔底到孔口返漿式注漿，注漿壓力不低于0.25 MPa。

圖2 預(yù)應(yīng)力錨索結(jié)構(gòu)

4.2 SNS柔性主動防護(hù)網(wǎng)

SNS柔性主動防護(hù)網(wǎng)的結(jié)構(gòu)如圖3所示。

(1) 清除坡面防護(hù)區(qū)域內(nèi)的危石及浮石，對不利于施工安裝和影響系統(tǒng)安裝后正常功能發(fā)揮的局部地形(局部堆積體和凸起體等)進(jìn)行適當(dāng)修整。

(2) 放線測量確定錨桿孔位，在孔間距允許的調(diào)整量范圍內(nèi),盡可能在低凹處選定錨桿孔位；對非低凹處或不能滿足系統(tǒng)安裝后盡可能緊貼坡面的錨桿孔，應(yīng)在每一孔位處鑿一深度不小于錨桿外露環(huán)套長度的凹坑，一般口徑20 cm，深20 cm。

(3) 錨桿孔孔深應(yīng)大于設(shè)計錨桿長度5～10 cm,孔徑不小于52 mm； 當(dāng)局部孔位處因地層松散或破碎而不能成孔時，可以采用斷面尺寸不小于0.4 m×0.4 m的C15砼基礎(chǔ)置換不能成孔的巖土段。

(4) 注漿并插入錨桿，采用標(biāo)號不低于M20的水泥砂漿，宜用灰砂比1∶1～1∶1.2、水灰比0.45～0.50的水泥砂漿或水灰比0.45～0.50的純水泥漿，水泥宜用42.5普通硅酸鹽水泥，優(yōu)先選用粒徑不大于3 mm的中細(xì)砂。

(5) 安裝縱橫向張拉繩,張拉緊后兩端各用2～4個繩卡與錨桿外露環(huán)套固定連接。

(6) 從上向下鋪掛格柵網(wǎng)，格柵網(wǎng)間重疊寬度不小于5 cm,兩張格柵網(wǎng)間以及必要時格柵網(wǎng)與張拉繩間用Φ1.5 mm鐵絲進(jìn)行扎結(jié)，當(dāng)坡度小于45°時,扎結(jié)點(diǎn)間距一般不得大于2 m，當(dāng)坡度大于45°時，扎結(jié)點(diǎn)間距一般不得大于1 m。

(7) 從上向下鋪設(shè)鋼繩網(wǎng)并縫合,縫合繩為Φ8 mm鋼繩，每張鋼繩網(wǎng)均用一根長約31 m(或27 m)的縫合繩與四周支撐繩進(jìn)行縫合并預(yù)張拉,縫合繩兩端各用兩個繩卡與網(wǎng)繩進(jìn)行固定聯(lián)結(jié)。

圖3 SNS主動防護(hù)網(wǎng)結(jié)構(gòu)

5 結(jié) 論

對石家莊西部山前嶺底西山礦區(qū)地質(zhì)環(huán)境現(xiàn)狀進(jìn)行了詳細(xì)的調(diào)查，確定了地質(zhì)災(zāi)害隱患的類型，以消除災(zāi)害為先，防治與恢復(fù)并重為指導(dǎo)思想，遵循“動態(tài)設(shè)計，信息化施工”的原則，進(jìn)行了設(shè)計和施工。目前該工程已實施完畢，地質(zhì)環(huán)境已得到較好的修復(fù)。本工程為石家莊建設(shè)西部太行山生態(tài)綠色屏障區(qū)及近郊生態(tài)環(huán)境綜合整治區(qū)的緩沖區(qū)奠定了基礎(chǔ)。

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