文/鄭紹元 攀鋼集團(tuán)工程技術(shù)有限公司特種工程分公司 四川攀枝花 617000
由于渣場邊坡渣體為散體結(jié)構(gòu),邊坡破壞模式主要為局部垮塌、溜滑和滾石,渣體可能會從護(hù)渣擋墻墻頂滾入金沙江。邊坡整體穩(wěn)定,但邊坡局部斷面安全系數(shù)偏小、安全空間儲備不足,存在欠穩(wěn)定滑移斷面,需對高爐渣邊坡減載治理。
渣場位于金沙江東岸,在渣場前緣下臨金沙江,渣場頂部形成寬大平臺。金沙江江面高程介于960~980m,渣場頂部平臺,超過江面約80m,主要在渣場西北側(cè)形成較陡的渣體人工邊坡,坡度32-40°,整個堆渣體長約300m,整個堆渣體最大厚度達(dá)100m,總體積約1000萬方。已修筑了擋墻進(jìn)行支擋,擋墻高約20m。目前,擋墻墻面平直,未發(fā)現(xiàn)鼓肚、變形、開裂跡象,但邊坡局部斷面安全系數(shù)偏小、安全空間儲備不足,需進(jìn)行減載治理。
滑坡體浸潤線以上處于非飽和、浸潤線以下處于飽和狀態(tài),隨著水位的漲落,滑坡體中的地下水位也隨之發(fā)生變化,就在滑坡體中形成了土體的非飽和區(qū)和飽和區(qū)。非飽和區(qū)土壤水運(yùn)動和飽和區(qū)地下水的運(yùn)動是相互聯(lián)系的,將兩者統(tǒng)一起來,對于各向異性的二維飽和 非飽和滲流控制方程為:
式中:kx——x方向的滲透系數(shù)
ky——y方向的滲透系數(shù)
Q——施加的邊界流量
γw——水的重度
mw——比水容重,是體積含水量駐留曲線的斜率。
mw定義為體積含水量對基質(zhì)吸力(ua-uw)偏導(dǎo)數(shù)的負(fù)值,即:
水流過土體中的時候,一部分水要駐留在土體結(jié)構(gòu)中,駐留的水量是孔隙水壓力和土體結(jié)構(gòu)特征的函數(shù)。對滲流分析來說,定義水量駐留部分的體積和總體積的比值為體積水含量,用公式表示為:
式中: Vw——土體單元中水的體積
V——土體的總體積
當(dāng)當(dāng)飽和度是100%的時候,體積水含量等于土壤的孔隙率。體積水含量的改變依賴于應(yīng)力狀態(tài)的改變和土體的性質(zhì)。在滲流計算中,假定總應(yīng)力是不變的,且孔隙氣壓力也保持不變,這意味著體積水含量的改變僅僅依賴于孔隙水壓力的改變。相應(yīng)公式可表示為:
由于滲透系數(shù)(水力傳導(dǎo)率)是表示土體導(dǎo)水能力的一個參數(shù),水力傳導(dǎo)系數(shù)依賴于體積水含量(含水率),而含水率又是孔隙水壓力的函數(shù),滲透系數(shù)是含水率的函數(shù),因此滲透系數(shù)是孔隙水壓力的間接函數(shù)。
邊坡在高水位時的穩(wěn)定性低于低水位的穩(wěn)定性,水位在50年一遇洪水位1010m時,穩(wěn)定性系數(shù)為1.077;水位在年均洪水位1005m時,穩(wěn)定性系數(shù)為1.086;水位在年均低水位990m時,穩(wěn)定性系數(shù)為1.122。
堆積體內(nèi)的地下水和江水位幾乎同步升降,滲流壓力較小,但是江水對于堆積體的浮托作用還是存在,這是造成堆積體穩(wěn)定性下降的主要原因。反之,當(dāng)江水水位下降,浮拖作用減弱,穩(wěn)定性系數(shù)又會回升。
降雨對堆積體穩(wěn)定性的影響作用不明顯。從圖中可以看出,在水位上升過程中以及滲流穩(wěn)定期施加降雨后,斜坡的整體穩(wěn)定性僅略有降低。
高爐渣堆填體地形為前緣陡,頂部呈臺階狀;主體由熱熔爐渣組成,結(jié)構(gòu)密實、力學(xué)強(qiáng)度高,天然條件下能保持近直立狀態(tài),整體穩(wěn)定性好,熱熔爐渣體內(nèi)存在地下水溶蝕結(jié)晶現(xiàn)象,分析主要是在爐渣堆填時,由于溫度高,遇水冷卻時發(fā)生了物理化學(xué)反應(yīng),同時這些水在下滲過程中對堆填體有淋濾溶蝕作用,這種現(xiàn)象局部存在,對整體穩(wěn)定性影響較小。
用PC220挖掘機(jī)進(jìn)行開挖爐渣,按設(shè)計邊坡自上而下分層逐層開挖方式,開挖面保持不小于3%的排水坡,嚴(yán)禁積水,并且保持邊坡平順,挖開時從端頭開始,挖掘機(jī)從端頭以倒退行駛的方法進(jìn)行開挖,自卸汽車配置在挖掘機(jī)的兩側(cè)裝運(yùn)爐渣。挖出的爐渣倒運(yùn)場外1Km堆積,待確定排渣場后進(jìn)行外運(yùn)。
原有擋墻下游處理部分由于現(xiàn)已有部分渣石滾落沖過擋墻落入江中,現(xiàn)需將擋墻加高處理,需加高11m,加高方式采取砌筑預(yù)制鋼渣塊封閉框,框內(nèi)填筑鋼渣后注漿固結(jié)堆砌,墻體厚度底部4m,頂部2.1m,長度60m
由于堆積渣體安全穩(wěn)定系數(shù)不足,宜增加擋墻的抗阻,需對該段擋墻內(nèi)側(cè)渣體進(jìn)行加固,擬采取打孔注漿固結(jié)渣體。灌漿前的處理,鉆孔施工前,因渣體松散,無發(fā)進(jìn)行鉆探成孔,先用水灰比為0.5:1的濃水泥漿沿灌漿軸線進(jìn)行澆灌,且加入水玻璃速凝劑,將水泥漿初凝時間控制在10分鐘左右,防止水泥漿液流到灌漿體外圍,待水泥漿結(jié)石體強(qiáng)度到一定強(qiáng)調(diào)后開始鉆進(jìn)。
江水的升降主要影響堆積體斜坡前緣。水體由堆積體外向內(nèi)入滲,但由于堆積體滲透性良好,堆積體內(nèi)的水位近乎于江水同步上升,而基巖體內(nèi)的飽和流場是向內(nèi)凹的,直至穩(wěn)定后變得相對平緩。降雨對斜坡體內(nèi)地下水位有一定的影響,但其影響不明顯,由于地下水位相對埋深較大,且滲透性良好,由于堆積渣體滲透性良好降雨及江水水位的變化對其影響較弱。