探索高爐渣邊坡減載治理施工技術(shù)

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。

1、工程概況

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。

2、地下水滲流分析

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。

3、爐渣邊坡穩(wěn)定性分析

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。

4、坡頂減載治理

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)。

5、擋墻加高治理

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

6、擋墻內(nèi)側(cè)注漿加固

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)。

結(jié)論：

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。