礦山地質(zhì)災(zāi)害應(yīng)急勘查與防治分析
——以旺金石業(yè)采石場西北側(cè)滑坡為例

劉 明, 艾 猛

(湖南省有色地質(zhì)勘查研究院，湖南 長沙 410000)

我國約有50%的礦石產(chǎn)自于露天礦山[1-2]。隨著經(jīng)濟社會需求量的不斷增大，礦山的開采也朝著大規(guī)模、高強度、大深度發(fā)展[3-4]，由此導(dǎo)致的邊坡失穩(wěn)已經(jīng)成為在礦山開采過程中發(fā)生頻次最高、對生產(chǎn)安全影響最大的災(zāi)害[5-6]。因此，增強礦山地質(zhì)災(zāi)害的應(yīng)急勘查與防治分析勢在必然。本文以旺金石業(yè)采石場西北側(cè)的滑坡為例，在分析其破壞模式以及變形機制后，基于當?shù)厮臍庀髼l件提出了一種兩階段的應(yīng)急—治理—監(jiān)測措施，對于強降雨條件下的礦山地質(zhì)災(zāi)害應(yīng)急勘查與防治有較強的借鑒意義。

1 項目概況

旺金石業(yè)采石場西北側(cè)滑坡(以下簡稱“旺金滑坡”)位于湖南省長沙市望城區(qū)。該邊坡于2020年5月在強降雨后開始發(fā)生變形，2021年4月8日在強降雨條件下山體開始出現(xiàn)裂縫，滑坡滑動跡象明顯，發(fā)生了大面積垮塌，滑坡潛在危險性大，若不及時治理，將直接威脅下方礦山生產(chǎn)活動從業(yè)人員、流動人員約50人，東側(cè)居民房屋5棟和常住居民12人以及開采切割設(shè)備、運輸貨車、挖掘機、礦區(qū)道路、加工生產(chǎn)廠房以及配電線路等，潛在經(jīng)濟損失約2 000萬元。該滑坡位于旺金石業(yè)有限公司采石場西北側(cè)采場邊坡，北側(cè)為湖南省烏山森林公園。地理坐標為：東經(jīng)112°48′21.46″，北緯28°17′36.48″。礦山有公路直接連接黃橋大道，交通較為便利。旺金滑坡的全景俯瞰圖及威脅對象的示意圖如圖1所示。

該滑坡位于亞熱帶季風氣候區(qū)，夏熱冬冷，雨量充沛。年均降雨量1 437.4 mm，年最大降雨量為1 824.3 mm(1997年)，年最少降雨量為963.0 mm(1978年)，小時最大降雨量為65.3 mm(1985年5月5日下午3時)；降雨多集中在4—6月，占全年降雨量的50%～60%。當?shù)氐某Ｄ曛鲗?dǎo)風向為北北東向。含水層由冷家溪群第一巖組板巖裂隙含水層組成，地下水主要賦存于構(gòu)造裂隙及弱風化帶中。據(jù)對泉水出露標高及鉆孔水位分析，地下水位變動帶為100.5～164.2 m，變幅63.7 m，以水平運動為主。

2 滑坡坡面特征及穩(wěn)定性評價

滑坡平面形態(tài)呈圈椅狀，前緣寬約200 m，后緣寬約155 m，滑坡面積約15 400 m2，滑體厚6.0～8.0 m，平均厚7.0 m，滑坡體積107 800 m3?；轮骰较驗?37°，屬于淺層中型牽引式土質(zhì)滑坡?；掠?個變形特征區(qū)：滑坡左中部為強變形區(qū)；滑坡右中部為弱變形區(qū)；滑坡左右兩側(cè)均有松散剝離表土堆積區(qū)。旺金滑坡的勘探線布置(1-1′～C-C′)如圖2。在天然施工工況下旺金滑坡處于不穩(wěn)定的狀態(tài)。本文基于傳遞系數(shù)法，計算得出滑坡整體穩(wěn)定系數(shù)在0.966～1.055之間?？辈炱陂g根據(jù)現(xiàn)場觀察，天氣良好條件下滑坡前緣局部發(fā)生小范圍垮塌，故滑坡目前在降雨量較小的條件下處于欠穩(wěn)定—不穩(wěn)定狀態(tài)，符合滑坡現(xiàn)狀變形狀態(tài)。通過反演法以及室內(nèi)試驗分析，旺金滑坡主要巖土體的物理力學指標見表1。

表1 旺金滑坡土體設(shè)計參數(shù)推薦值表

3 滑坡變形機制

在地形地貌方面，滑坡所處位置屬丘陵區(qū)，山脈走向NEE—SWW，西部山勢較陡，標高一般90～280 m，地形陡，坡度一般為30°～40°。礦山開采未按照開發(fā)利用方案實施，未采取自上而下的開采方式，開采過程中未對上部土質(zhì)邊坡做相應(yīng)有效的支護工程?；麦w剪出口高程106～116 m，后緣高程為142～162 m，相對高差36～46 m，因而地形有利于形成滑坡。另外，該處地質(zhì)體主要由含碎石的粉質(zhì)黏土構(gòu)成，結(jié)構(gòu)性差，凝聚力小，且在礦坑中匯聚的地表水易下滲，并在下伏的全風化層處匯集，導(dǎo)致滑坡體飽和易形成滑坡。因礦山開采而開挖山體，改變了原始斜坡形態(tài)，形成高陡臨空面，大大增強了土體的降水入滲能力，破壞了原始邊坡的連續(xù)性，造成巖土接觸帶這一軟弱帶臨空。在暴雨條件下，地表水快速下滲，致使土體飽和，自重加大，潛在滑動面處的積水造成土體抗剪強度降低，導(dǎo)致滑坡失穩(wěn)。

4 分期治理工程方案

根據(jù)勘查成果和前面的分析，結(jié)合滑坡的破壞模式，擬采用棄土清運+截排水溝+格構(gòu)錨桿+抗滑樁+預(yù)應(yīng)力錨索框架梁的多維手段對該滑坡進行治理。然而，開展滑坡防治工作時正值汛期，降雨量偏大，并且滑坡體目前處于強變形階段，為確保施工安全，減少次生災(zāi)害發(fā)生的概率，本項目將滑坡治理工程分為兩期實施。一期治理工程總體布置如下：(1)清運滑坡左右邊界兩處的松散堆積體，并做好相關(guān)防護工作，避免形成二次災(zāi)害；(2)在滑坡后緣的穩(wěn)定區(qū)域內(nèi)修筑一道截水溝，同時，對平臺進行削坡并修筑排水溝，截水溝與已有排水溝順接，形成完整的排水系統(tǒng)；(3)在滑坡區(qū)周圍設(shè)置位移監(jiān)測系統(tǒng)。二期治理工程總體布置如下：(1)根據(jù)滑坡的基本特征采取分段治理，滑坡體ab段利用現(xiàn)有平臺采取分級削坡，坡腳修建抗滑樁?；麦wbc段利用現(xiàn)有平臺采取分級削坡+預(yù)應(yīng)力錨索框架梁進行支護，坡腳修建抗滑樁；滑坡體cd段利用現(xiàn)有平臺采取分級削坡+預(yù)應(yīng)力錨索框架梁+格構(gòu)錨桿進行支護，坡腳修建抗滑樁；滑坡體de段利用現(xiàn)有平臺采取分級削坡+預(yù)應(yīng)力錨索框架梁進行支護，坡腳修建抗滑樁；滑坡體ef段采取分級削坡，坡腳修建抗滑樁；(2)為了美化環(huán)境，對格構(gòu)內(nèi)土質(zhì)坡面采取鋪種馬尼拉草皮進行植被恢復(fù)，對削坡后的緩坡采取撒播混合灌草種子進行植被恢復(fù)。(3)建立滑坡監(jiān)測系統(tǒng)。針對以上設(shè)計，旺金滑坡治理的工程施工布置圖如圖2所示。

圖2 旺金滑坡勘探線及工程布置

4.1 棄土清運工程

礦山開采剝離表土堆積，且未采取任何支擋防護措施。為避免對滑坡體形成加載，影響滑坡的穩(wěn)定，應(yīng)對滑坡左右邊界兩處松散堆積體進行清運。棄土應(yīng)運至正規(guī)棄土消納場，并做好相關(guān)防護工作，避免形成二次災(zāi)害。

4.2 截排水溝工程

截排水溝開挖采用人工撬挖，人工澆注混凝土，砼用攪拌機拌和。工程布置如下：在滑坡坡頂外圍設(shè)置截水溝，為排除滑坡體內(nèi)地表匯水，在平臺及截水溝出口布置排水溝，排水溝出口匯入已有排水溝、池塘。截排水溝的結(jié)構(gòu)設(shè)計應(yīng)綜合考慮地表匯水流量、排水溝水力計算結(jié)果以及斷面情況。

4.3 格構(gòu)錨桿工程

削坡采用機械施工，開挖基本成型后采用人工平整至設(shè)計坡比，然后依次進行格構(gòu)梁現(xiàn)場支模，鋼筋制作安裝，澆注商品混凝土，錨桿采用風鉆或潛孔鉆機鉆孔，人工安裝錨桿、中壓灌漿泵灌漿的方法施工。工程布置如下：根據(jù)滑坡的基本特征及穩(wěn)定性情況采取分段治理；為了美化環(huán)境和防止水土流失，在格構(gòu)內(nèi)采取鋪種馬尼拉草皮進行植被恢復(fù)，從而達到保護邊坡坡面的目的。

4.4 預(yù)應(yīng)力錨索框架梁工程

削坡采用機械施工，開挖基本成型后采用人工平整至設(shè)計坡比，格構(gòu)梁現(xiàn)場支模，鋼筋制作安裝，人工澆注砌混凝土，砼用攪拌機拌和。錨索采用風鉆或潛孔鉆機鉆孔，人工安裝錨索、中壓灌漿泵灌漿的方法施工。植草采用人工鋪種馬尼拉草皮。根據(jù)滑坡的基本特征及穩(wěn)定性情況采取分段治理，在削坡平臺下坡面分段布置預(yù)應(yīng)力錨索，以阻止樁前滑體下滑。

4.5 施工后監(jiān)測工程

為了保證滑坡在工程施工過程以及運行過程中的安全，須對滑坡進行支擋結(jié)構(gòu)的水平、垂直位移，坡體的位移監(jiān)測，以分析其變形趨勢、運行狀態(tài)的穩(wěn)定性與危險性，及時做出實時預(yù)報預(yù)警。

5 結(jié)論

(1)旺金滑坡主要是由于礦山礦業(yè)活動開挖山體形成露采坑，隨著開采的土方量不斷增大，導(dǎo)致土體的入滲能力增強。同時，施工過程中對坡腳的開挖使得原始邊坡失穩(wěn)程度增大。在汛期連續(xù)的強降雨條件下，旺金采石場西北側(cè)邊坡最終發(fā)生滑坡。

(2)鑒于滑坡防治時期正值汛期，同時降雨量偏大，為了防止次生災(zāi)害的發(fā)生，推薦采用兩階段的防治方案，其中一期應(yīng)急治理工程包含棄土清運工程、截排水溝工程及坡體監(jiān)測工程；二期治理工程實施格構(gòu)錨桿工程、抗滑樁工程、預(yù)應(yīng)力錨索框架梁工程及對治理工程的監(jiān)測。