巖土工程勘察在露天礦邊坡治理中的作用

陶東山，徐昊飛，張 園

（1.江西省地礦局九一六大隊(duì)，江西 九江 332000；2.江西工程高級(jí)技工學(xué)校，江西 南昌 330000）

現(xiàn)如今常用的露天礦邊坡治理大致可分為工程護(hù)坡和生物護(hù)坡兩種方法[1]。兩種邊坡治理的具體方法，包括：三維植被網(wǎng)、噴混植生、格構(gòu)護(hù)坡、錨噴支護(hù)等。由于露天礦開采技術(shù)受到廣泛運(yùn)用，邊坡問(wèn)題是露天礦山最頻繁的地質(zhì)災(zāi)害，嚴(yán)重威脅礦山安全和持續(xù)穩(wěn)定生產(chǎn)。露天礦邊坡出現(xiàn)問(wèn)題的主要原因包括：基坑開挖坡度不夠，沒(méi)有根據(jù)土的特性分別放坡；在有水體作用的土層開挖時(shí)，未采取有效降排水措施，造成土體失穩(wěn)；邊坡頂部的堆載過(guò)大，或受外力振動(dòng)影響，使邊坡內(nèi)剪切應(yīng)力增大，邊坡土體承載力不足；未做好巖土工程勘察，土質(zhì)松軟未達(dá)到開挖深度要求以及開挖次序、方法不當(dāng)。

巖土工程勘察在20世紀(jì)60年代由歐美國(guó)家提出，是根據(jù)土木工程在實(shí)踐中所形成的技術(shù)體制。巖土工程勘察技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中逐漸成熟，尤其在露天礦邊坡的治理方面有著明顯的優(yōu)勢(shì)。結(jié)合對(duì)以往所發(fā)生過(guò)的滑坡事件研究，發(fā)現(xiàn)很多露天礦邊坡實(shí)際治理過(guò)程中雖然實(shí)施了治理工程，但施工結(jié)束后再次發(fā)生滑坡，因?yàn)樵摶w位于采場(chǎng)邊坡的上部，仍存在較大安全隱患。為此，本文通過(guò)研究巖土工程勘察在露天礦邊坡治理中的作用，致力于通過(guò)巖土工程勘察，充分與巖土工程施工現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況相符合，與邊坡回填、內(nèi)排壓腳、排水以及減壓等措施相結(jié)合，共同實(shí)現(xiàn)露天礦邊坡治理。

1 巖土工程勘察在露天礦邊坡治理中的作用

1.1 制定邊坡回填方案

首先，通過(guò)巖土工程勘察結(jié)果構(gòu)建露天礦邊坡地質(zhì)模型，從而確定露天礦邊坡治理的難易程度指標(biāo)，并根據(jù)具體指標(biāo)制定邊坡回填方案。基于巖土工程勘察構(gòu)建的露天礦邊坡地質(zhì)模型，如圖1所示。

圖1 露天礦邊坡地質(zhì)模型圖

通過(guò)圖1可知，砂巖、泥巖、煤層以及排序物分別為影響露天礦邊坡治理效果的四大因素[2]。本文根據(jù)巖土工程勘察制定的邊坡回填方案，必須滿足邊坡的表面平整度達(dá)到20度。針對(duì)堆場(chǎng)內(nèi)含有砂巖、泥巖、煤層以及排序物邊坡主要為碎石土組成的土質(zhì)邊坡，露天礦邊坡治理難度為一級(jí)。必須利用基于巖土工程勘察得到的露天礦邊坡地質(zhì)模型逐層治理，對(duì)設(shè)有多層內(nèi)支撐擋土體系的基坑，應(yīng)按設(shè)計(jì)確定開挖深度，不許超深開挖。挖土機(jī)械、運(yùn)輸車位于基坑邊時(shí)，宜采用搭設(shè)平臺(tái)，鋪設(shè)走道板等措施支撐承重設(shè)備，以減少邊荷對(duì)擋土結(jié)構(gòu)的側(cè)壓力。在進(jìn)行深基坑噴錨施工時(shí)，一旦遇到邊坡為回填土或者暗浜出現(xiàn)時(shí)必須注漿加固，摻水泥或石灰換填。這樣一來(lái)，就能夠提高露天礦邊坡的穩(wěn)定性。針對(duì)堆場(chǎng)內(nèi)含有砂巖、泥巖以及煤層邊坡主要為高山丘陵地貌的邊坡，坡區(qū)附近無(wú)崩塌、滑坡、泥石流等不良地質(zhì)現(xiàn)象，也未發(fā)現(xiàn)墓穴、防空洞等對(duì)工程不利的埋藏物。因此，露天礦邊坡治理難度為二級(jí)，只需要利用基于巖土工程勘察得到的露天礦邊坡地質(zhì)模型進(jìn)行定點(diǎn)支護(hù)，就能夠滿足邊坡的安全坡率，且坡面無(wú)排水、泄洪設(shè)施，若遇暴雨或地震時(shí)極易發(fā)生滑坡、泥石流等災(zāi)害。針對(duì)堆場(chǎng)內(nèi)只含有砂巖以及泥巖的邊坡表現(xiàn)為大面積間歇性緩慢抬升，地殼處于穩(wěn)定的弱震環(huán)境，抗震設(shè)防烈度高，露天礦邊坡治理類別為三級(jí)。根據(jù)巖土工程勘察推斷場(chǎng)地季節(jié)性凍土標(biāo)準(zhǔn)，只要基礎(chǔ)埋置深度不小于該深度，擬建場(chǎng)地地基土具Ⅰ級(jí)不凍脹性，保證露天礦邊坡治理整體處于基本穩(wěn)定-穩(wěn)定狀態(tài)。通過(guò)巖土工程勘察，根據(jù)露天礦邊坡地質(zhì)模型的標(biāo)高，得出露天礦邊坡治理在天然狀態(tài)下基本穩(wěn)定，在暴雨飽水、天然狀況疊加地震的狀態(tài)下處于欠穩(wěn)定至不穩(wěn)定狀態(tài)。本文建議針對(duì)露天礦邊坡治理難度大的邊坡，在堆場(chǎng)內(nèi)邊坡采用臺(tái)階式分級(jí)放坡，每10m高設(shè)一馬道，馬道寬度不小于4m，放坡坡率建議為1：2.0。與此同時(shí)使用兩臺(tái)挖掘機(jī)伸縮巨臂，一臺(tái)在邊坡滑塌體的頂部挖掘起堆積的巖石往下推滾，另一臺(tái)則在邊坡下一個(gè)平臺(tái)將推滾下的巖石再往低處推送，兩者形似“接力”。綜上所述，建議對(duì)露天礦邊坡治理難度為一級(jí)以及二級(jí)的邊坡缺陷區(qū)域進(jìn)行修繕，并定期進(jìn)行維護(hù)，更換種植土，并做好坡面截排水和在坡面綠化等綜合防護(hù)措施。對(duì)露天礦邊坡治理難度為三級(jí)的坡面綠化建議選用根系發(fā)達(dá)的油松、側(cè)柏、楊樹、旱柳、臭椿、槐樹、楓樹和皂角等，以起到固結(jié)邊坡的作用。

1.2 內(nèi)排壓腳

在巖土工程勘察時(shí)，若面臨露天礦邊坡治理這類復(fù)雜地質(zhì)條件時(shí)必須加密勘察點(diǎn)[3]。首先，在每個(gè)露天礦邊坡治理工作區(qū)主要土層的原狀土試樣或是原位測(cè)試數(shù)據(jù)不能少于6組，排除取樣的偶然性?？碧近c(diǎn)可以按照巖土工程勘察的相關(guān)規(guī)范在建筑物周邊線以及角點(diǎn)布置，由于在露天礦邊坡實(shí)際治理過(guò)程中會(huì)對(duì)建筑范圍內(nèi)的主要受力層產(chǎn)生影響，當(dāng)下臥層起伏較大時(shí)，必須在原有兩個(gè)勘探點(diǎn)中間增加一個(gè)勘察點(diǎn)，查明地質(zhì)信息具體變化，此時(shí)勘探點(diǎn)不宜少于3個(gè)。在設(shè)置勘察點(diǎn)時(shí)可以結(jié)合勘探手段，采用鉆探與觸探相配合，尤其是在露天礦邊坡治理復(fù)雜地質(zhì)條件、濕陷性土、膨脹巖土、風(fēng)化巖以及殘積土地區(qū)，還需布置適量探井。對(duì)于詳細(xì)勘察的單棟高層巖土工程勘察點(diǎn)的布置，應(yīng)滿足對(duì)地基均勻性評(píng)價(jià)的基本要求，勘探點(diǎn)不能少于4個(gè)；而對(duì)密集的高層建筑群，勘察點(diǎn)可適當(dāng)減少，但必須保證每棟建筑物至少有1個(gè)勘察點(diǎn)。一般情況下，面對(duì)露天礦邊坡治理復(fù)雜地質(zhì)條件下詳細(xì)勘察的勘探點(diǎn)布置間距大約在15至30m。

在露天礦邊坡治理時(shí)，還應(yīng)該根據(jù)巖土工程勘察信息做好地面排水和降低地下水位工作，檢查定位放線、排水和降低地下水位系統(tǒng)，合理安排土方運(yùn)輸車的行走路線及棄土場(chǎng)。除此之外，必須對(duì)露天礦邊坡鄰近建筑物、構(gòu)筑物、給水、排水、電力等地下管線進(jìn)行調(diào)查，摸清位置、埋設(shè)標(biāo)高、基礎(chǔ)和上部結(jié)構(gòu)形式，當(dāng)處于基坑較強(qiáng)影響區(qū)域范圍內(nèi)必須采取可靠措施保護(hù)，當(dāng)鄰近建筑物可能受基坑開挖影響時(shí)，應(yīng)詳細(xì)調(diào)查其已有裂縫或破損情況，并做好記錄。露天礦邊坡治理主要應(yīng)用的勘測(cè)點(diǎn)鉆孔可以分為普通鉆孔以及技術(shù)性鉆孔，技術(shù)性鉆孔的深度一定要比普通鉆孔要深。結(jié)合當(dāng)?shù)芈短斓V邊坡治理要求，埋藏的河道、溝浜、墓穴、防空洞、孤石等對(duì)工程不利的埋藏物不能用管樁，其余地方全部用沖孔樁。大體確定基礎(chǔ)勘測(cè)形式后，可以根據(jù)巖土工程勘察工作區(qū)臨近地塊的地層情況，將兩項(xiàng)數(shù)據(jù)相結(jié)合，得出一個(gè)初勘的深度。在此基礎(chǔ)上，對(duì)露天礦邊坡基坑塌方，應(yīng)清除塌方后采取臨時(shí)性支護(hù)措施；對(duì)永久性邊坡局部塌方，應(yīng)清除塌方后用石塊填砌或用2:8、3:7灰土回填嵌補(bǔ)，和土接觸部位做成臺(tái)階搭接，防止滑動(dòng)；或?qū)⑵露雀木?。同時(shí)，應(yīng)做好地面排水和降低地下水位的工作。在露天礦邊坡治理中進(jìn)行挖、填方的平衡計(jì)算，做好土方平衡調(diào)配。根據(jù)土質(zhì)情況，對(duì)土體進(jìn)行分類也是十分重要的。一般情況下，露天礦邊坡的坡率為1：0.33，1：0.4，1：0.5，1：0.7等。通過(guò)巖土工程勘察進(jìn)行內(nèi)排壓腳常用的治理方法為：土體加固，即用鋼板或方木進(jìn)行支撐，或者打擋土墻流沙體土體應(yīng)進(jìn)行懸掛鋼筋網(wǎng)片進(jìn)行錨噴注意的問(wèn)題：在邊坡邊緣處嚴(yán)禁停駛機(jī)械和車輛，堆土位置為距離邊坡1.5m，且在邊坡處設(shè)置護(hù)欄。

2 結(jié)語(yǔ)

為確保我國(guó)露天礦邊坡治理工作能夠健康、可持續(xù)發(fā)展的基礎(chǔ)上，本文通過(guò)研究巖土工程勘察在露天礦邊坡治理中的作用，分別對(duì)不同的露天礦邊坡治理難度等級(jí)的邊坡提出具有針對(duì)性的露天礦邊坡治理建議。通過(guò)基于巖土工程勘察的內(nèi)排壓腳對(duì)露天礦邊坡治理技術(shù)應(yīng)用分析，致力于在確保邊坡安全、穩(wěn)定的前提下，尋找新的礦點(diǎn)，為治理露天礦邊坡環(huán)境，可持續(xù)的開展找礦工作奠定理論基礎(chǔ)。但本文沒(méi)有針對(duì)某一具體露天礦邊坡治理進(jìn)行實(shí)例分析，巖土工程勘察在露天礦邊坡治理中的實(shí)用性有待進(jìn)一步研究。為此，在日后露天礦邊坡治理的研究中還會(huì)對(duì)這一方面進(jìn)行更加深入的研究，致力于取得更加理想的治理效果。