軟弱巖質(zhì)高邊坡初步加固處理方法

曹 軍，付升平，陳 偉

(八冶建設集團巖石爆破工程公司，甘肅 蘭州 730070)

靈寶富金黃金礦業(yè)有限公司吉爾吉斯坦伊斯坦貝爾德金礦工業(yè)廠區(qū)是在開挖山體基礎上形成的。由于地形的制約，致使主廠房后邊坡高度較大，最大的開挖高度達到110m。坡體巖性為凝灰質(zhì)的砂巖、板巖，巖石強度低，開挖暴露面積大，支護不及時，在邊坡中部形成了一道約12m寬的楔形滑槽，緊鄰上游坡體嚴重變形，臌脹變形使已經(jīng)架設好的鋼拱架外臌無法正常使用，且常產(chǎn)生掉渣現(xiàn)象。為確保該工程的安全順利施工，需對主滑區(qū)及正在嚴重變形區(qū)的邊坡進行穩(wěn)定性分析與安全評價，并提出工程治理措施。

1 工程概況

1.1 地形地貌

吉爾吉斯斯坦共和國伊土坦貝爾德金礦廠房區(qū)地基，根據(jù)目前的巖土工程勘察工作，基本明確場地土類型為基巖，場地類別Ⅰ類堅硬場地，地震動峰值加速度0.20g，地震基本烈度為Ⅷ度。

在前期廠區(qū)基礎巖土工程勘察過程中，了解到了一些基本地質(zhì)條件：地震動峰值加速度0.20g，地震基本烈度為Ⅷ度；廠區(qū)自然邊坡坡度為37°左右；地層巖性為凝灰?guī)r或為板巖、玢巖等，飽和抗壓強度為27MPa，地層傾角為45°左右。

廠房位于河流右岸一級階地后緣，高程1980～2180m，相對高差200m左右，目前開挖面已形成40～73m的巖質(zhì)高邊坡。在尾礦壩和高位水池處，分別發(fā)育有一條大的沖溝。廠房走向NE45°，開挖邊坡與廠房走向近平行，即邊坡走向也為NE45°，為連續(xù)陡坡，地表植被發(fā)育，表層為坡積碎石土。后緣最大開挖高度大于30m，地層巖性為凝灰質(zhì)的砂巖、板巖，塊狀結(jié)構(gòu)，節(jié)理裂隙發(fā)育，表層破碎，全風化層厚度0.3m左右，下部強風化巖層厚度6m左右。據(jù)此次外業(yè)測繪，在廠房區(qū)范圍內(nèi)地層產(chǎn)狀一致，無大的斷裂通過，無褶皺發(fā)育，地層走向為NW，產(chǎn)狀300°NE∠60°～70°左右。

廠房后邊坡不存在緩傾角的傾向坡外的結(jié)構(gòu)面和軟弱夾層，開挖線后緣也不存在大的滑塌體。因此，該工程影響邊坡穩(wěn)定的主要因素，是巖層產(chǎn)狀及巖層產(chǎn)狀與邊坡走向的關(guān)系。通過表1可以看出，該區(qū)巖層傾向與邊坡走向平均夾角為13.6°，巖層走向與邊坡走向平均夾角為76.4°，為大角度相交，利于邊坡穩(wěn)定，巖層傾角60.4°，為高角度陡傾角巖層。

1.2 地質(zhì)構(gòu)造及物理地質(zhì)現(xiàn)象

根據(jù)吉爾吉斯坦國提供的地質(zhì)資料可知，該區(qū)發(fā)生過9級地震，說明地質(zhì)構(gòu)造發(fā)育。該工程巖體節(jié)理裂隙發(fā)育，根據(jù)現(xiàn)場施工過程中局部塌方的照片和此次照片反映，坡面存在“X”型節(jié)理，易形成傾向坡外的楔形體，是構(gòu)成邊坡不穩(wěn)定的主要因素之一。其深層次的結(jié)構(gòu)面有待進行勘察研究分析。另外，巖體表層破碎，全風化層厚度0.3m左右，下部強風化巖層厚度6m左右，弱風化20m左右。風化巖體成碎裂結(jié)構(gòu)，錨固處理難度很大。

2 滑坡體狀況調(diào)查分析

2.1 踏勘與觀測

對應主廠房后形成一道楔形滑槽，滑槽上部仍有一條寬約1.2m張開性裂縫，裂縫寬約1.2～2.0m?；屡_階高約2m，向外臌脹，4月21～22日發(fā)育比較明顯，近幾天比較穩(wěn)定。邊緣孤石對下部廠房安全影響較大。目前，對主廠房潛在影響最大的區(qū)域是中心滑槽上側(cè)(以河流上游為上側(cè)，河流下游為下側(cè))凸起邊坡，該坡體的發(fā)育裂縫與主滑槽貫通，并有較大下沉，表征反應在鋼管架外臌在中部與坡面脫離，也有向楔形滑槽導滑的跡象?；凵蟼?cè)坡體也有向滑槽方向傾覆的跡象。

在整個坡體共設置了10個觀測點，1～4號點主要設置在坡體下游，位移較小，說明下游坡體處于相對穩(wěn)定的狀態(tài)；5～10號點設置在楔形滑槽上游；主要變形發(fā)生在5號、7號、9號點，下沉量10～20cm。

2.2 坡體巖土特性

地層巖性為凝灰質(zhì)的砂巖、板巖，夾雜有泥巖和頁巖，層狀分布。邊坡巖體可能屬于中軟巖或較軟巖的Ⅲ～Ⅳ級巖體，節(jié)理裂隙發(fā)育，表層破碎全風化。全風化層下部，強風化巖層厚度6m左右，極易吸水導水至坡體，對邊坡穩(wěn)定極為不利；巖層傾角在30°～60°，大部分屬切層坡體，小部分屬順層邊坡體，順層結(jié)構(gòu)巖體易產(chǎn)生片落現(xiàn)象。上側(cè)(藥劑廠)邊坡底部有出水現(xiàn)象，說明地層有含水層或裂隙水與之溝通，該區(qū)域防、排治水也是邊坡治理重要內(nèi)容之一。

邊坡開挖高度大，目前開挖面高度在40m以上，最高處大于70m，大部分開挖面高度在50～60m，開挖的坡面易風化自然離層或脫落，開挖面形成后暴露時間長，淺層已經(jīng)產(chǎn)生較大的松弛位移，對邊坡穩(wěn)定產(chǎn)生了很不利的影響。邊坡治理至為緊要的措施，是盡快封閉支護和截排水設施的形成，包括在邊坡根部形成一條1m×1m的集排水溝，該集排水溝構(gòu)筑與工業(yè)場地平整統(tǒng)籌施設。

3 邊坡穩(wěn)定計算分析

對于邊坡穩(wěn)定性計算分析，一般是通過一定的計算方法給出一個安全系數(shù)，來評價邊坡的穩(wěn)定程度[1-6]。計算安全系數(shù)的通常方法，主要有極限平衡法、能量法和強度折減法。

計算采用的是邁達斯Midas-GTS(Geotec- hnical and Tunnel analysis System)。Midas-GTS是一款包含施工階段的應力分析和滲透分析等巖土和隧道所需的幾乎所有分析功能的通用分析軟件[7-9]。通過邁達斯的計算，開挖后未經(jīng)錨桿擋土墻加固前的邊坡穩(wěn)定性及經(jīng)加固后的穩(wěn)定情況，以及各個施工階段邊坡的穩(wěn)定情況。

選作具有代表性的挖方橫斷面圖，該斷面圖是典型的高邊坡加固方案，包括錨桿防護[10]，添加平面屬性，即巖土；劃分網(wǎng)格，添加屬性、材料，特性條件,添加實體材料巖土(巖土結(jié)構(gòu)模型為莫爾-庫倫模型)。巖土屬性見表1。

表1 巖土屬性

建立網(wǎng)格，邊坡部分適當加密,加邊界支撐條件，即土邊界，加荷載條件，這里簡化為只有重力荷載，模型建立完畢。建立分析工況，把初始模型條件激活，分析工況，即得到計算結(jié)果。分析得到邊坡安全系數(shù)為1.1125，從結(jié)果中看出,該邊坡具有最大剪切變形，如果有滑動面也可以看出來。從圖1中可以看出，該邊坡不存在危險滑動面。

圖1 邊坡的變形情況

4 局部加固處理方法

4.1 治理原則

1)采用機械方法清理掉楔形滑槽下部部分堆碴，并在滑堆上形成一道防沖溝。

2)及時封閉已開挖坡體。

3)施做注漿帶加固。

4)在上部間隔13m布設兩道注漿幕，具體位置和參數(shù)根據(jù)現(xiàn)條件和設備狀況場確定。

5)密切觀測、觀察坡體的變形情況。

4.2 施工順序與加固方法

該邊坡屬高邊坡病害治理工程，開挖后放置時間較長，合理確定順施工順序顯得尤為重要。為確保施工和工后中邊坡的穩(wěn)定，除應采取合理支擋加固措施外，還必須采用科學有效的施工方法、工藝及程序，避免施工過程中邊坡失穩(wěn)破壞，造成重大損失，甚至于留下后患，影響邊坡的長期穩(wěn)定和安全。

1)先注漿加固主廠房后高危巖體，具體位置現(xiàn)場已經(jīng)指定，技術(shù)參數(shù)見設計圖。

2)盡快由上而下逐級加固開挖面，加固之前先將坡頂向后10m范圍草皮及強風化層清除，并加錨桿注漿；坡面加固(錨網(wǎng)支護)之前，先清理坡面浮石，再架設架桿，架設架桿的馬道(施工平臺)不得小于3.0m，架桿一定要牢固錨設于坡體，然后造孔，置入錨桿注漿，掛網(wǎng)噴錨。

3)坡面系統(tǒng)錨桿間排距4.0m，梅花型布置，鉆孔、錨桿長度4.0m，鉆孔俯斜角15°，掛網(wǎng)片噴射C20混凝土，混凝土厚度150mm。

4)坡面排水，在已形成的每層馬道(平臺)施做一條排水溝，排水溝坡度大于10‰，排水溝寬×高不小于500mm×400mm，并采用素混凝土抹面。根據(jù)坡面地形條件施做兩道總集水溝，集水溝寬×高不小于800mm×500mm；在已形成的每一階坡面上布置兩層排水孔，排水孔深度5.0m，梅花型布置，間距5.0m，排距4.0m，鉆孔仰斜15°。排水管采用φ40mmPVC管，管體上鉆孔間距(長度向)100～150mm，排距40mm，孔徑φ3～5mm，并3層無紡布包裹做濾水處理，排水管應牢固的插入鉆孔之中。

5)在主滑槽上部，由坡頂向下10m、20m水平平臺，各設兩排注漿孔注漿加固，注漿壓力0.1MPa，最大不超過0.4 MPa，注漿層參數(shù)見設計圖。

6)加強已設觀測點的變形觀測，觀測點受到施工影響時，盡快補充設定新的觀測點。嚴重變形區(qū)上側(cè)邊坡加固注漿圖見圖2、圖3。

圖2 嚴重變形區(qū)上側(cè)邊坡加固注漿斷面圖

圖3 嚴重變形區(qū)上側(cè)邊坡加固注漿俯視圖

4.3 注意事項

1)在覆蓋層施工前，應按照設計要求清理完邊坡的風化巖塊、堆積物、殘積物和滑坡體，并在適當位置修筑攔碴坎，保證下部施工安全。

2)在覆蓋層開挖前，按設計要求完成截水、排水溝的施工，防止地表水和地下水對施工的影響。

3)覆蓋層開挖應按設計邊坡坡比自上而下分層進行，坡面按設計要求做成一定的坡勢，以利排水。

4)坡面隨開挖下降及時進行清坡，按設計要求或根據(jù)現(xiàn)場實際情況，采取適當?shù)拇胧┘右灾ёo，保證施工安全。支護主要采取錨固、護面和支檔幾種形式。

5)作好汛期防水、邊坡保護措施，防止邊坡坍塌造成事故。

6)對于邊坡易風化崩解的土層，若開挖面不能及時支護時，應預留保護層，在有條件支護時，再進行保護層開挖。

7)需人工開挖的坡面覆蓋層，應在開挖范圍內(nèi)，按照每人控制2.5m的水平距離，作業(yè)人員系安全帶，從高處分條帶向下逐層依次清理，相鄰5人之間最大高差不得大于1.5m，所有人員之間最大高差不得大于3m。對于塊體較大、人工無法撬動的孤石，宜爆破后清除。

8)在覆蓋層開挖過程中，如出現(xiàn)裂縫或滑移跡象，應立即暫停施工并將施工人員及設備撤至安全區(qū)域。在查清原因、采取可靠的安全措施后，方可恢復施工。

9)邊坡開挖時，不得采用對坡面產(chǎn)生破壞的爆破方法，可在坡面3～5m以內(nèi)預留保護層；也可先進行坡面預裂爆破再進行主體石方開挖爆破，一般采用梯段減弱松動加預裂爆破一次開挖。嚴格控制一次最大單藥量，質(zhì)點振動速度必須滿足設計要求。

10)注漿加固采用排氣注漿法施工。注漿管插至孔底，砂漿由孔底注入；采用砂漿位置指示器控制注漿位置。注漿壓力保持在0.1MPa。

5 結(jié) 論

對于其邊坡資料做了詳細的分析基礎上，做出了相應的開加固設計，注漿加固后鼓脹變形區(qū)位移有加固前10～20cm，減至1mm以內(nèi)，所采取的措施收到明顯效果。

1)為了確保施工期的安全施工，建議進行安全監(jiān)測。監(jiān)測的部位包括開挖結(jié)構(gòu)面和開口線上部巖體，通過人工巡視檢查和對觀測數(shù)據(jù)進行整理、分析，掌握邊坡巖體內(nèi)部作用力和外部變形情況，評估和判斷高邊坡的穩(wěn)定狀況。

2)在邊坡重點部位，布置變形觀測墩，施工期的變形觀測應結(jié)合永久觀測進行。通過大地測量法監(jiān)測邊坡變形情況，包括平面變形測量和高程變形測量。主要監(jiān)測斷層、裂隙和層面的變化情況，通過在邊坡裂縫表面安裝埋設監(jiān)測儀器，來反映邊坡裂縫的開合情況。

3)應做好邊坡施工安全監(jiān)測成果的整理、反饋工作，以指導施工。邊坡的變形數(shù)據(jù)的處理分析，是邊坡監(jiān)測數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)中一個重要內(nèi)容，用于對邊坡未來的狀況進行預報、預警，并對邊坡的穩(wěn)定現(xiàn)狀進行科學的評價，預測可能出現(xiàn)的邊坡破壞。應做好邊坡施工安全監(jiān)測成果的整理、反饋工作，以指導施工。

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