注漿微型樁在填埋場(chǎng)邊坡治理的應(yīng)用

汪金衛(wèi)，余國(guó)平，李道明

(中國(guó)瑞林工程技術(shù)有限公司，江西南昌 330031）

注漿微型樁在填埋場(chǎng)邊坡治理的應(yīng)用

汪金衛(wèi)，余國(guó)平，李道明

(中國(guó)瑞林工程技術(shù)有限公司，江西南昌 330031）

安全填埋場(chǎng)邊坡開挖后常年裸露，安全系數(shù)不滿足規(guī)范要求，通過(guò)對(duì)邊坡初步的削坡減載，使邊坡的穩(wěn)定性有了一定的提高后，采用注漿微型樁措施，形成群樁阻滑體，同時(shí)對(duì)周圍的巖土體起到提高抗剪強(qiáng)度的作用，經(jīng)過(guò)分析之后安全系數(shù)滿足要求。另外，增加邊坡的坡頂截洪以及坡面排水、坡體排滲措施。從治地表水和治地下水兩方面入手，進(jìn)一步加強(qiáng)了邊坡的穩(wěn)定，達(dá)到了加固邊坡的目的。

邊坡；治理；注漿；削坡減載；排滲

安全填埋場(chǎng)填埋的是列入國(guó)家危險(xiǎn)廢物名錄或者根據(jù)國(guó)家規(guī)定的危險(xiǎn)廢物鑒別標(biāo)準(zhǔn)、方法認(rèn)定具有危險(xiǎn)特性的廢物。本文論述的安全填埋場(chǎng)于2007年完成初步施工，形成平面為近五邊形、地勢(shì)南高北低的填埋區(qū)域，主要是填埋企業(yè)產(chǎn)生的危險(xiǎn)廢物。填埋場(chǎng)東南側(cè)開挖成6～7級(jí)臺(tái)階、高度約67 m的陡邊坡，臺(tái)階間坡度1：1.2～1：1.5，臺(tái)階高差約10 m。東南側(cè)邊坡有一處曾經(jīng)發(fā)生小范圍淺層滑動(dòng)（平面約15 m×7 m，滑坡深度約1 m）。后經(jīng)削坡處理到坡度為1:1.5，并掛網(wǎng)噴漿保護(hù)，完成施工后，常年裸露，至今未見明顯破壞。主要剖面見圖1。

1 巖土層分布

場(chǎng)地地層由第四系人工堆積層（Qml）、坡洪積層（Qdl+pl）、坡積層（Qdl）、殘積層（Qel）及石炭系測(cè)水組（C1dc）、石凳子組（C1ds）組成。各巖層如下：

圖1 主要剖面

1）人工堆積層（Qml）。人工堆積層主要為填埋場(chǎng)修建開挖整平場(chǎng)地時(shí)所形成的素填土。

2）第四系坡洪積層（Qdl+pl）。第四系坡洪積層主要包含：（1）粉質(zhì)粘土夾碎塊石，呈褐黃色、稍密、稍濕。碎塊石成分為砂巖，含量約10%。（2）砂礫石，呈褐黃色、次圓、不均勻、中密、稍濕，含砂巖礫石，含量約10%，粒徑1～3 cm。（3）塊碎石，呈褐灰色、棱角、不均勻、中密。層厚2.20～27.74 m，平均13.17 m。塊碎石成分為砂巖及礫巖，巖芯呈長(zhǎng)柱狀、柱狀及碎塊狀，厚度2.30～7.10 m。（4）塊碎石，含碎石粉質(zhì)黏土，呈褐色、褐灰色、灰色、褐黃色，可塑狀態(tài)，局部硬塑狀態(tài)，切面稍光滑，干強(qiáng)度中等，韌性中等，無(wú)搖振反應(yīng)，局部含碎石，粒徑2～10 cm，含量約25%。

3）第四系坡積層（Qdl）。坡積層主要為粉質(zhì)粘土夾碎塊石，呈褐灰色、褐黃色，中密，稍濕，局部夾粘土，碎塊石成分為砂巖及礫巖，碎塊石含量約20%，塊徑一般＜15 cm，大者可達(dá)10 cm。

4）第四系殘積層（Qel）。殘積層主要為粉質(zhì)粘土，呈紫紅色，可～硬塑狀，干強(qiáng)度韌性中等，無(wú)搖震反應(yīng)，含碎石顆粒，顆粒粒徑約2 mm，含量約5%；厚度1.2～20.8 m。

6）石炭系測(cè)水組（C1dc）。石炭系測(cè)水組主要為砂巖亞組：（1）全風(fēng)化砂巖，呈褐黃色，粉粒結(jié)構(gòu)，層狀構(gòu)造；礦物成分以長(zhǎng)石石英為主；鈣質(zhì)膠結(jié)。部分鉆孔巖芯呈土夾碎塊石狀，碎塊石為強(qiáng)風(fēng)化砂巖。（2）強(qiáng)風(fēng)化砂巖，呈灰色、灰黃色，粉粒結(jié)構(gòu)，層狀構(gòu)造，礦物成分以長(zhǎng)石石英為主，鈣質(zhì)膠結(jié)。層厚13.40 m，層頂埋深3.10 m，頂板標(biāo)高222.33 m。部分鉆孔巖芯呈土夾碎塊石狀，碎塊石為強(qiáng)風(fēng)化砂巖。層厚6.4～12.6 m，層底相對(duì)高程231.52～262.02 m。

7）石炭系石凳子組（C1ds）。石炭系石凳子組主要為微風(fēng)化灰?guī)r，呈灰色、灰白色，細(xì)晶體結(jié)構(gòu)，層狀構(gòu)造；礦物成分以碳酸鈣鎂為主，巖芯呈長(zhǎng)柱狀、柱狀及碎塊狀。

2 邊坡穩(wěn)定分析

2.1 巖土層參數(shù)確定

各巖土層抗剪強(qiáng)度指標(biāo)見表1。

表1 各巖土層抗剪強(qiáng)度指標(biāo)

2.2 穩(wěn)定分析安全系數(shù)確定

安全填埋場(chǎng)的南側(cè)邊坡安全系數(shù)正常運(yùn)用條件取1.30，非常運(yùn)用條件Ⅰ的安全系數(shù)取1.20。正常運(yùn)用條件為考慮自重、正常地下水作用的情況；非常運(yùn)用條件Ⅰ為考慮自重、非常地下水作用的情況。

2.3 現(xiàn)狀邊坡穩(wěn)定分析

在邊坡剖面上根據(jù)勘察數(shù)據(jù)模擬出來(lái)的地下水多數(shù)深入灰?guī)r，而這與所處的勘察時(shí)間有一定的關(guān)系。以偏安全考慮，正常運(yùn)用條件工況地下水位高于灰?guī)r巖面約1～2 m，非常運(yùn)用條件Ⅰ地下水位高于灰?guī)r巖面3～4 m?，F(xiàn)狀邊坡在兩種工況下的分析結(jié)果見表2。

表2 現(xiàn)狀邊坡穩(wěn)定分析結(jié)果

雖然主要剖面上部曾經(jīng)發(fā)生過(guò)小型滑坡，后經(jīng)削坡處理并掛網(wǎng)噴漿保護(hù)，完成施工至今7年來(lái)未見明顯破壞，表明現(xiàn)狀主剖面邊坡基本穩(wěn)定?，F(xiàn)狀穩(wěn)定分析結(jié)果表明正常運(yùn)用條件下的最小安全系數(shù)為1. 162；非常運(yùn)用Ⅰ條件下的最小安全系數(shù)為1.099 1。邊坡安全系數(shù)均＞1，這也符合現(xiàn)場(chǎng)削坡并噴漿后邊坡未有滑坡的跡象實(shí)際情況。雖然邊坡的安全系數(shù)均＞1，但未滿足規(guī)范要求。因此，必須對(duì)邊坡進(jìn)行加固治理。

3 邊坡加固措施

3.1 邊坡削坡平整處理

為了在邊坡形成必要的防滲結(jié)構(gòu)鋪設(shè)的錨固平臺(tái)，對(duì)場(chǎng)內(nèi)邊坡采用了削坡減載處理。這對(duì)邊坡穩(wěn)定有一定成效，但由于受邊坡上游地形限制，不能繼續(xù)削坡，還需要進(jìn)一步對(duì)邊坡進(jìn)行加固處理，以確保邊坡最小安全系數(shù)達(dá)到規(guī)范要求。

3.2 注漿微型樁加固

1）注漿微型樁加固原理。注漿微型樁加固采用的是鋼管放入預(yù)成孔內(nèi)再高壓注漿，水泥砂漿通過(guò)鋼管管壁的花孔向周圍土體滲透、擠壓、劈裂和固化等方式，使樁周一定范圍內(nèi)的土體得到加固，并形成鋼管+水泥砂漿土復(fù)合體，多排鋼花管形成樁群阻滑體。另外高壓注漿可以改善滑面及周圍巖土體，提高其抗剪強(qiáng)度及邊坡的穩(wěn)定性。

2）注漿微型樁布置。采用注漿微型樁方式加固，先在邊坡上垂直邊坡鉆孔，孔徑130 mm，鉆孔進(jìn)入微風(fēng)化灰?guī)r內(nèi)1.5 m，清孔后放入Φ 90 mm的鋼管，確保鋼管置中，首先在鋼管外靜壓注水泥砂漿封閉孔與管壁，待水泥砂漿初凝固結(jié)后，再在鋼管內(nèi)從下往上分段高壓（0.5～2 MPa）劈裂注漿，至管口封閉。跳孔跳排施工后，最終注漿形成樁群。注漿微型樁的布置如圖2。在第3個(gè)平臺(tái)和第6個(gè)平臺(tái)之上邊坡布置2排鋼花管注漿，在第4個(gè)平臺(tái)和第5個(gè)平臺(tái)之上邊坡布置3排鋼花管注漿，孔距3.0 m，排距2.0 m，深度要求進(jìn)入微風(fēng)化灰?guī)r不少于1.5 m。

圖2 主要剖面邊坡加固

3）注漿后巖土體的參數(shù)估算。有學(xué)者提出以下經(jīng)驗(yàn)公式估算注漿微型樁加固形成加固區(qū)域的C、φ值[1]：

式中：Cg、Cs分別表示漿體結(jié)石、土體的粘聚力；Фg、Фs分別表示漿體結(jié)石、土體的內(nèi)摩擦角；η表示漿液注入率，即注漿體體積與原土體積的比值。注漿后對(duì)原巖土體的抗剪強(qiáng)度的提高，與注漿水泥土中結(jié)石含量、漿液脈體大小及方向等密切相關(guān)。此公式僅考慮注漿固化巖土作用而未考慮微型樁的抗剪支擋作用。綜合考慮不同土層吸漿情況、漿液凝固對(duì)周邊土體抗剪強(qiáng)度的提高，以及微型樁的抗剪作用，從而計(jì)算出相應(yīng)的注漿區(qū)域的C值和φ值的增加。取Cg= 150 kPa，η=0.1，通過(guò)公式（1）得到加注漿加固后的C值。有人通過(guò)室內(nèi)試驗(yàn)研究表明，對(duì)于一般的欠固結(jié)、正常固結(jié)粘性土，隨著水泥摻量的增加，混合土粘聚力和內(nèi)摩擦角都隨之快速增大，當(dāng)水泥摻入量為2%～10%時(shí)，粘聚力較原狀土增大2～20倍，內(nèi)摩擦角增大1.8～3.5倍[2]。由于水泥固結(jié)體骨架支撐作用，內(nèi)摩擦角增加幅度大，多階段注漿法一般可提高10°～20°[3]。通過(guò)注漿之后巖土體的內(nèi)摩擦角的考慮稍微提高，粉質(zhì)黏土復(fù)合體內(nèi)摩擦角提高11°，砂礫石提高4°，碎塊石提高4°，全風(fēng)化砂巖提高4°。因此本文綜合考慮，得出注漿加固后巖土層的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)，此區(qū)域?yàn)樽{體周圍1.5 m范圍之內(nèi)，見表1。對(duì)于注漿加固后的實(shí)際巖土層抗剪強(qiáng)度的改善程度需經(jīng)過(guò)檢測(cè)、試驗(yàn)獲得。對(duì)邊坡進(jìn)行削坡、注漿處理后進(jìn)行穩(wěn)定分析，在正常工況、非常運(yùn)用工況Ⅰ的最小安全系數(shù)分別為1.309、1.262，均滿足規(guī)范要求。

4 截洪與排水

4.1 坡頂截洪

安全填埋場(chǎng)南側(cè)坡頂設(shè)置截洪溝，因地制宜，將上游洪水排往庫(kù)外。截洪溝采用C25鋼筋砼結(jié)構(gòu)，矩形斷面為2.5 m×2.5 m，底坡依據(jù)地形而定不緩于0.02。

4.2 邊坡排水及排滲

1）坡面排水。邊坡地下水補(bǔ)給情況主要受降雨補(bǔ)給影響，首先要減小降雨對(duì)地下水的補(bǔ)給。根據(jù)安全填埋場(chǎng)防滲系統(tǒng)的分層鋪設(shè)特性，考慮把防滲系統(tǒng)中輔助防滲層1.5 mm雙糙面HDPE膜及膜下墊層在基建期全部鋪設(shè)施工完成，保護(hù)整修坡面，防止降雨沖刷和下滲影響坡面。每層平臺(tái)上再用同樣防滲膜焊出0.3 m×0.3 m類似排水溝，把收集的降雨直接通過(guò)膜上臨時(shí)排水溝排出填埋場(chǎng)。這樣既可以起到清污分流的作用，又可以保護(hù)邊坡。

2）坡體排滲。為了排出滲入邊坡體的地下水，考慮在東南最高的邊坡第2個(gè)臺(tái)階至第5個(gè)臺(tái)階以上邊坡布置一排地下水排水管詳見圖2。排水管間隔10.0 m，末端在土層與巖層的接觸面。規(guī)格為DN75PPR花管，管外包土工布，管的坡度為0.02。

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，得到以下結(jié)論：1）雖然邊坡基本穩(wěn)定，但是現(xiàn)狀邊坡的安全系數(shù)不滿足規(guī)范要求，必須對(duì)邊坡進(jìn)行加固治理。2）通過(guò)對(duì)邊坡初步的削坡減載，對(duì)邊坡的穩(wěn)定有一定的效果，但仍需要進(jìn)一步的加固處理。通過(guò)采用注漿微型樁措施，形成群樁阻滑體，同時(shí)對(duì)周圍的巖土體起到提高抗剪強(qiáng)度的作用，經(jīng)過(guò)分析之后能夠達(dá)到邊坡加固的目的。3）通過(guò)采取邊坡的坡頂截洪以及坡面排水、坡體排滲的措施，從治地表水和治地下水方面進(jìn)一步加強(qiáng)邊坡的穩(wěn)定。

[1]張友葩，吳順川，方祖烈.土體注漿后的性能分析[J].北京科技大學(xué)學(xué)報(bào),2004,26(3):240～243.

[2]何云勇.小直徑鋼管排樁加固邊坡的理論分析與試驗(yàn)驗(yàn)證[D].西南交通大學(xué),2009.

[3]劉顯沐.邊坡多階段注漿加固模型[J]..巖土工程技術(shù),2007,21(3): 139～143.

Application of Grouting Micro-pipe in Treatment of landfill Slope

WANG Jinwei,YU Guoping,LI Daoming
(China Nerin Engineering Co.,Ltd.,Nanchang,Jiangxi 330031,China)

Slope of safety landfill site is exposed throughout the entire year after excavation;safety factor is unable to satisfy the requirement of code.Stability of slope will be improved by primary slope cutting for load reduction,grouting micro-pile measures are adopted to form pile group,shear strength of the surrounding rock-soil will be improved,and safety factors can meet the requirement after analysis.In addition,from the aspects of treatment of surface water and underground water,including slope top flood interception, slope surface drainage and seepage drainage,the stability of slope can be strengthened to reach the objective of slope strengthening.

side slope;treatment;grouting;slope cutting for load reduction;seepage drainage

TU47

B

1004-4345（2015）06-0059-03

2015-08-19

江西省“贛鄱英才555工程”專項(xiàng)資金資助。

汪金衛(wèi)（1982—），男，工程師，主要從事尾礦等固體廢物堆存的水工設(shè)計(jì)工作。