邊坡支護(hù)在工程地質(zhì)災(zāi)害治理中的應(yīng)用分析

孫永利

（四川省冶金地質(zhì)勘查局六0 五大隊，四川 眉山 620800）

邊坡支護(hù)技術(shù)可以改變邊坡的荷載，提高邊坡的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，有效地控制地質(zhì)災(zāi)害，提高施工現(xiàn)場的安全性。因此，相關(guān)人員應(yīng)結(jié)合實際情況，加強(qiáng)支護(hù)技術(shù)在施工中的應(yīng)用方法研究，確定危險部位，充分發(fā)揮支護(hù)結(jié)構(gòu)的作用[1]。

1 應(yīng)用邊坡支護(hù)對礦山穩(wěn)定性的作用

1.1 降低邊坡的應(yīng)力變形

邊坡在重力作用下變形，在開采過程中因應(yīng)力過大而受損。根據(jù)邊坡破壞模式和應(yīng)力變化的特點(diǎn)，將邊坡斷裂模式分為四種類型：傾倒、平移變形、拉裂開裂、楔形體變形。

傾倒：傾斜力矩的形成主要受巖體自重的影響。由于力矩超過了巖石的承載力，巖石很容易失穩(wěn)而落在邊坡較大的巖石上。特別是當(dāng)巖石不連續(xù)時，傾斜變形更容易在斷裂方向發(fā)生，最終發(fā)生塊體彎曲和崩塌。在橫縫的影響下，巖體也會產(chǎn)生連續(xù)剪切，從而導(dǎo)致彎曲變形和墜落。

邊坡的平移拉開斷裂形式，通常發(fā)生在滑動構(gòu)造或傾斜較低的順層邊坡上，受自重的影響，邊坡與節(jié)理之間的裂隙會互相剪切，張力是在自身重量的影響下產(chǎn)生的。當(dāng)周圍的約束條件被移除時，坡度等于巖石的內(nèi)摩擦角，所以一旦礦點(diǎn)發(fā)生了爆破或是降雨造成巖塊的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性降低，巖塊就很容易沿著滑移面形成平移拉開的斷裂形式。楔體變形通常在兩個或以上構(gòu)造平面的邊坡中發(fā)生，主要原因是結(jié)構(gòu)面切割產(chǎn)生的楔體變形，沿切割線滑動，對邊坡造成嚴(yán)重破壞[2]。

結(jié)合以上故障模式的分析，所有故障模式都會在應(yīng)力作用下使邊坡發(fā)生變形，導(dǎo)致邊坡薄弱部位的結(jié)構(gòu)破壞，并逐漸擴(kuò)展到整個結(jié)構(gòu)的破壞，從而導(dǎo)致最終事故。傾斜支護(hù)可以對外施加反向拉力，抵消重力等荷載對邊坡的影響，控制邊坡的形成，避免邊坡結(jié)構(gòu)的破壞，實現(xiàn)對邊坡的持力作用。

1.2 解決危險巖體墜落隱患

在礦山開發(fā)過程中，采用了爆破和其他開發(fā)方法，導(dǎo)致巖體受到內(nèi)部振動和結(jié)構(gòu)破壞的影響。如果有外力，巖石很容易沿著裂縫斷裂。這類巖體是礦山中的危險巖體，對礦山設(shè)計人員的安全構(gòu)成極大的威脅，制約了該技術(shù)在礦山開發(fā)中的應(yīng)用。為了解決潛在的安全風(fēng)險，通常情況下，相關(guān)人員要定期檢查和清除小的危險巖石。

一旦邊坡表面出現(xiàn)大量危巖，必須及時清除松動的巖石，以清除風(fēng)化層和有裂縫的巖石表面，并進(jìn)行邊坡加固，坡體具有適當(dāng)?shù)钠露?，提高了邊坡結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。邊坡支護(hù)結(jié)構(gòu)的使用可以支護(hù)破碎巖體，保證礦山結(jié)構(gòu)的安全。在處理危險巖體時，邊坡防護(hù)工程通常采用柔性人網(wǎng)覆蓋危險巖體，通過豎向約束和作用力，可以有效地控制巖體的空間運(yùn)動，以限制墜落和墜落。支撐結(jié)構(gòu)是一種主動控制方法。在確定承載結(jié)構(gòu)時，我們需要了解巖塊裂縫的分布情況，確定圍巖的鉆孔，制定放置錨索和注漿的操作技術(shù)，以合理使用錨索，加固危險的巨石和潛在的滑動體[3]。該結(jié)構(gòu)還保證了植被恢復(fù)空間，能適應(yīng)不同的邊坡結(jié)構(gòu)。

2 使用邊坡支護(hù)工程對礦山邊坡的深層加固

2.1 加大邊坡抗滑力

分析坡度的穩(wěn)定能力，要在研究邊坡破壞模式的基石上展開。我們可以作一個假想：將剛性滑動巖塊某一點(diǎn)當(dāng)作回轉(zhuǎn)的中心點(diǎn)，以滑裂平面作為速度不連續(xù)平面，從巖塊上任意選取一微分的單元體，此時的旋轉(zhuǎn)角就可設(shè)定為日。當(dāng)坡度巖體在臨界狀況時，就可能得出坡度的穩(wěn)定能力系數(shù)，即是函數(shù)f(θ)的極低值。而通過邊坡穩(wěn)定系數(shù)，就可能得出坡度穩(wěn)定能力的效果分析結(jié)論，同時邊坡定量承載力分析結(jié)論也必須根據(jù)巖石條件、實際荷載量、支護(hù)情況等條件。為了明確錨索支撐穩(wěn)定性系數(shù)的具體范圍，應(yīng)該將傳統(tǒng)邊坡穩(wěn)定性分析方法更改為錨索支撐穩(wěn)定能力分析方法，對邊坡系統(tǒng)的內(nèi)外功率變化做出測算，最后通過得出的計算結(jié)果，應(yīng)該增加對坡度維持穩(wěn)定能力的防滑力，從而使坡度的穩(wěn)定能力大為提高。

2.2 支護(hù)結(jié)構(gòu)提升邊坡抗震能力

邊坡的支撐構(gòu)件能和巖體形成一個整體結(jié)構(gòu)，用支撐構(gòu)件就提高了巖體的整體結(jié)構(gòu)，從而增加了巖體的承載力和抗震性。在礦山企業(yè)的開采過程中，隨著邊坡的影響發(fā)生變化，在開挖的影響下，巖體的初始應(yīng)力不斷釋放，應(yīng)力狀態(tài)也發(fā)生變化。巖體結(jié)構(gòu)的變化可以促進(jìn)巖體向新平衡狀態(tài)的轉(zhuǎn)變，但也會導(dǎo)致巖體結(jié)構(gòu)的破壞。邊坡支護(hù)結(jié)構(gòu)能更好地改善巖體結(jié)構(gòu)的均布張力，提高巖體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。此外，邊坡支護(hù)結(jié)構(gòu)也適用于巖體支護(hù)，它不僅能控制巖體的自由運(yùn)動，還可以通過對巖體形成反作用力來控制巖體的自由移動，同時支撐加固結(jié)構(gòu)。由于巖體與支護(hù)構(gòu)件緊密相連，可以形成剛體，滑動推力也從外部傳遞到更深的固體巖層。同時，嵌入效應(yīng)可以使巖體具有更強(qiáng)的抗震能力，因為支撐元件增加了垂直于滑動面的表面張力，從而改變了滑動面的動力特性。同時，滑動面的表面摩擦力增大，巖體的滑動推力顯著減小，最終抗震能力顯著提高[4]。

3 邊坡支護(hù)試驗分析

3.1 穩(wěn)定力學(xué)參數(shù)

以某礦山工程為例，分析了邊坡處理過程中的穩(wěn)定性和力學(xué)參數(shù)。對現(xiàn)場采集的10 例滑動巖石和10例滑動帶巖土進(jìn)行室內(nèi)力學(xué)試驗。通過測試和分析抗剪強(qiáng)度，巖體的抗剪強(qiáng)度參數(shù)確定如表1 所示。

表1

經(jīng)過對實際的勘測結(jié)果進(jìn)行綜合分析，判斷邊坡的力學(xué)平衡參數(shù)如表2 所示。

表2

3.2 邊坡穩(wěn)定性分析

為了檢驗邊坡支護(hù)技術(shù)的效果，分析地質(zhì)災(zāi)害治理的作用，有必要分析邊坡支護(hù)前后的穩(wěn)定性變化，研究邊坡各特征點(diǎn)在水平和垂直方向上的位移，然后比較數(shù)據(jù)。通過分析強(qiáng)度折減，確定支護(hù)邊坡的安全系數(shù)約為1.27。雖然總體情況相對穩(wěn)定，但部分地區(qū)仍存在不平衡問題，尤其是在礦山附近較高的邊坡，安全隱患更為嚴(yán)重，因此有必要進(jìn)一步加強(qiáng)對這些地區(qū)的管理。經(jīng)過支護(hù)加固后，該高邊坡的安全系數(shù)達(dá)到1.9，得到了顯著提高，證明通過支護(hù)工作可以在工程地質(zhì)災(zāi)害防治方面取得更好的效果。

4 實際案例分析

4.1 地質(zhì)概括

山地斜坡土壤，主要由填筑物、殘坡積黏性土和前寒武系黃洞口組上段的全、強(qiáng)風(fēng)化作用粉砂石等構(gòu)成。針對斜坡的巖石的成分、土壤結(jié)構(gòu)、物理力學(xué)等特性測試結(jié)論，簡介如下：（1）雜填泥土：土灰白、棕紅色，略濕潤，成松散狀況，以黏性土居多，含碎巖礦渣粉、磚塊等建筑材料廢棄物，為高壓縮力黏土，透水性較強(qiáng)，一般厚度范圍為0.30～3.80m。（2）含碎巖粉狀黏土：系粉砂石坡積物，褐紅色、棕黃色，略濕或～濕，成可塑狀況～硬塑土壤，以粉狀黏土居多，含碎巖約百分之十，粒度通常為2～4cm，成棱角形。（3）粉質(zhì)黏土：系粉砂石坡積物，棕紅色、褐發(fā)黃，稍濕～濕，可塑狀態(tài)～硬塑，以粉體顆粒居多，土質(zhì)較平整，為中壓縮力黏土，具有遇水后易軟化，硬度迅速下降等特征，一般厚薄范圍為0.40～3.50m。（4）黏土：系粉砂石山坡殘積物，棕紅色、褐發(fā)黃，稍濕～濕，可硬塑～堅固，以體粉粘粒居多，屬于中壓縮力黏土。

4.2 邊坡支護(hù)設(shè)計

鑒于坡度高程較大，面積廣闊，為減少坡度建筑施工過程對斜坡穩(wěn)定性的影響，坡度保護(hù)工程適宜于采用自上而下分期砌筑、推進(jìn)保護(hù)的逆作法開展建設(shè)；并且充分考慮到坡度巖石的生產(chǎn)狀、結(jié)構(gòu)組成、節(jié)理裂縫發(fā)育狀況等，本坡度建設(shè)過程對斜坡表面主體構(gòu)造采用土釘+框架柱+植草實施穩(wěn)定性保護(hù)，對部分邊緣路面采用掛網(wǎng)噴水泥實施保護(hù)。而針對本坡度建設(shè)過程的特殊性和實際施工經(jīng)驗，本建設(shè)過程按照特性及工序的差異，大致包括以下5 個分項部分：（1）削坡清表砌筑。（2）截溝渠（排水溝）砌筑。（3）錨索支撐結(jié)構(gòu)砌筑。（4）砼框架梁砌筑。（5）植草綠化砌筑。其中錨索+框架梁+植草是本邊坡的重點(diǎn)建設(shè)項目。

基于工程設(shè)計經(jīng)驗和實際施工類比情況，并采用了錨索結(jié)構(gòu)內(nèi)部剛度驗算和外部穩(wěn)定性驗算，設(shè)計中邊坡面每層傾斜度選擇65°，土釘在面層的垂直布置上下傾角為10°，垂直和水平距離各為2.5M 釘材選擇中25 熱軋螺紋鋼筋，鉆孔孔徑為100Mm 釘孔內(nèi)注漿方法材料選擇中M25 水泥砂漿。土釘孔徑為8～18m，釘材表層噴涂了聚砜環(huán)氧樹脂涂層以增強(qiáng)防腐蝕力量。為使混凝土鋼筋的直徑尺寸處于鉆孔中，在每隔2m 設(shè)有定位支架?？蚣芑炷龄摻顒t使用C25 水泥，豎柱、氣窗的尺寸為30cm×30cm，間距2.5m×2.5m?？蚣苤湾^索連為一體，在框架柱內(nèi)噴播草種，進(jìn)行園林綠化。

邊坡排水系統(tǒng)能否得到改善，將直接影響后續(xù)的防護(hù)效果。因此，根據(jù)設(shè)計特點(diǎn)，在邊坡外側(cè)2m 處設(shè)置底寬80cm×80cm 的梯形槽，在邊緣中部設(shè)置60cm×60cm的矩形排水槽，在殘缺處設(shè)置100cm×100cm 的矩形排水槽。集水溝和排水溝收集的降水與相鄰的城市排水系統(tǒng)相結(jié)合。邊緣表面也設(shè)置排水孔，直徑75mm，橫向間距2.0m。橫向排水系統(tǒng)外坡5%，設(shè)置不小于50cm的礫石反濾袋。

4.3 施工技術(shù)、方法與要求

1.削坡施工的流程：施工前準(zhǔn)備，清除邊坡表層植被，勘測放線，人工削土方，將土方對外運(yùn)送，邊坡表面修整，單項工程驗收合格。建設(shè)技術(shù)規(guī)定：（1）在清方建設(shè)之前進(jìn)行現(xiàn)場施工技術(shù)監(jiān)測，并嚴(yán)密把控清方工程量，削方建設(shè)時應(yīng)進(jìn)行嚴(yán)密的把控，擬專設(shè)一觀測組隨挖隨測地形情況，用觀測設(shè)備指揮削方沙坪的工作。（2）在建設(shè)之前，必須首先做好現(xiàn)場清潔工作，把坡面的部分雜草、不平衡林木和所有廢棄物清除出場，而后針對具體的坡體形狀特征或有坡度治理工程設(shè)計需要，按照工程設(shè)計坡度進(jìn)行挖除的方式進(jìn)行削方工程和斜坡表面沙坪。（3）削方沙坪從后往前逐步進(jìn)行，因現(xiàn)場坡度較斜，禁止在建筑坡度范圍內(nèi)堆放大塊土石方，對破碎的土石方工程要及時地運(yùn)到場邊。（4）開挖高度不得高于工程設(shè)計剖面模型中所標(biāo)記的開挖高度，并嚴(yán)密按工程設(shè)計所述削坡線進(jìn)行施工，以確保等值線的圓順。（5）所采取的削坡程序應(yīng)當(dāng)保證邊坡表面的穩(wěn)定性，在施工過程結(jié)束合格之前，對所有的施工過程邊坡表面穩(wěn)定性與安全問題負(fù)責(zé)，在建筑施工過程中，對邊坡表面的不平衡泥土、碎石等應(yīng)該進(jìn)行削坡清除以保證安全。

2.錨桿支護(hù)施工方法。（1）錨索成洞方式：針對原本容易破壞山體整治施工的性質(zhì)和特征，將抗滑錨桿的錨孔用風(fēng)動潛洞錘鉆入施工中，該施工方式的好處是不需要用水和泥漿清洞工藝，可有效減少沖擊坡體，且速度快。錨桿鉆孔施工時采用潛孔錘機(jī)，部分錨孔口徑均為中130mm，并安裝一定錘體。沿錨桿軸線走向，按照設(shè)計圖上對不同施工區(qū)域的規(guī)定，每隔2.0m 設(shè)定一對中支撐;錨桿體按國家防腐蝕規(guī)定經(jīng)過了防腐蝕處理。（2）錨索體注漿材料：張拉錨桿體注漿方法材質(zhì)為M25 水泥砂漿，選用Po32.5 等水泥混合，設(shè)計配置比為：水泥:混凝土:砂漿=0.45:1:1.25，每立方米水泥砂漿材料用量比為360kg:800kg:1000kg，采取洞底返漿灌注法。水泥砂漿攪拌機(jī)一般采用普通攪拌器，攪拌機(jī)的每次攪拌砂量不能低于0.3m3/次，攪拌時間也不能低于2min。注漿材料一般采用UB 負(fù)二型灰漿擠壓泵進(jìn)行，運(yùn)輸管道應(yīng)采用耐壓不低于2.0MPa的高壓膠管，管零接頭選用快速接頭以提高注漿速度。

5 結(jié)語

邊坡支護(hù)技術(shù)對地質(zhì)礦山災(zāi)害的影響分析表明，邊坡支護(hù)的使用可以滿足提高邊坡穩(wěn)定性的要求，顯著減少機(jī)械工程地質(zhì)災(zāi)害，確保礦山開發(fā)安全。在研究過程中，除了考慮巖石和土壤的影響外，還需要分析礦山周圍的地下水文作用對礦山的影響，加強(qiáng)礦山環(huán)境的模擬，分析地質(zhì)環(huán)境的實際情況，確定最合理的支護(hù)形式。