植生袋復墾邊坡在降雨入滲條件下的穩定性*

2013-04-03 09:32:14魯明星

金屬礦山 2013年2期

魯明星谷巖

(1.北京科技大學土木與環境工程學院;2.唐山學院土木工程系;3.河北聯合大學礦業工程學院)

礦山廢石、尾砂是礦石開采、選別過程中排棄的主要固體廢料，排棄總量往往占到采出礦石總量的40% ～99%［1-3］。廢石、尾砂的排放采用修建排土場的方式，根據巖石性質不同，排土場的排土方式分3種:前推式、壓坡角式和覆蓋式。無論哪種形式，最終都將形成平臺和邊坡兩部分［4-5］，隨之產生邊坡穩定性問題。影響邊坡穩定性的因素有很多，諸如地質結構、人類活動、地震、水文環境以及降雨等都可能對邊坡穩定性造成影響。由于降雨入滲誘發的滑坡發生頻率最高，危害極大，引起社會高度重視［6］。

隨著國家對環境保護越來越重視，礦山土地復墾已經被列入礦山企業必須完成的生產任務之一。土地復墾是指對生產建設過程中因挖損、塌陷、壓占等原因造成的土地破壞采取整治措施，使其恢復到可供利用狀態的活動。邊坡作為復墾責任范圍，通常采用直接種植方法或對邊坡不穩定區域采用土工網墊預先對邊坡進行加固處理后再種植的方法。上述2種方法，前者最為簡單、經濟，但在雨季，表土流失嚴重，對于穩定性差的邊坡，易于發生滑坡等危險，后者雖然能夠顯著提升邊坡穩定性，但施工進度慢。

本文對植生袋結構及性能做了簡單介紹，這種方法不但能夠使植物更好地生長，而且能夠有效的防止水土流失。邊坡穩定性分析表明，植生袋對提升邊坡穩定性作用顯著。

1 植生袋介紹及施工介紹

1.1 植生袋

植生袋是護堤、護坡堆壘型草坪建植材料，主要適用于護堤、護坡陡壁、防水土流失綠化坡段、邊坡生態治理、高速公路兩側45°以上坡段國土綠化等建植場地。植生袋是采用自動化的機械設備事先將護坡草種準確均勻地分布并定植在營養帶基上，再用編織好的護網一體加工而成的60 cm×40 cm的袋子。往植生袋里加上土壤封口后堆積，然后澆透水，按照正常護坡草坪養護管理方式進行管理即可實現復墾。該法綠化成坪速度快，同時具有避免灌溉或大雨沖刷種子。草坪生長一定時間后，發達的根系能夠有效防止水土流失、綠色期長。

1.2 施工過程

以冀東地區某鐵礦尾礦庫邊坡復墾施工為例進行施工過程的簡單介紹。

(1)參數選取。安全等級:邊坡安全等級為一級。設計參數:抗滑系數Ks=1.35。計算方法:平面滑動法。計算公式采用《GB 50330－2002 建筑邊坡工程技術規范》中規定的相關公式

式中，Ks為植生袋穩定系數;γ為土體重度，飽和情況下取18.5 kN/m3;A為結構面的面積，m2;V為土體體積，取0.25 Am3;c為結構面的黏聚力，取1.2 kPa;φ為結構面的內摩擦角，取25°;θ為結構面傾角，取30°。

經計算，穩定性系數為Ks=1.31，需植鋼筋罩鐵絲網增加抗滑力。

植筋后植生袋穩定性驗算:

式中，Ka為植筋后植生袋穩定系數;σ為植筋密度，設計密度0.25根 /m2;N為每根鋼筋的抗滑力，取0.9 kN/m3。

經計算，植筋后穩定性系數為Ka=1.41。因此，設計植筋滿足要求。

(2)鋪墊碎石。用碎石順山體找平，平均厚度為15 cm，便于坡面排水及碼放植生袋，碎石鋪墊后坡面廢石間空隙不得超過10 cm，凹凸高度不得大于5 cm，夯實坡面密實度達到90%。碎石選用礦山選廠篩選出的粒徑小于5 cm的廢石，運距3～5 km。

(3)植生袋綠化。將裝有山皮土、耕植土肥料的植生袋橫向平鋪于坡面上，由坡腳擋土墻處開始向上交錯排列，坡頂棱角處縱向疊壓兩層，保證植生袋穩定，草袋與草袋間要完全接觸不得留有空隙，與坡面要完全接觸不允許搭接在其他草袋上，坡底每隔5 m放置1排水槽。植生袋采用規格為60 cm×40 cm自帶草籽的園林綠化專用袋，選用與植生袋工藝配套的排水槽。植生袋裝土后厚度為20～25 cm，綠化土配比為5份種植土、2份河沙、3份泥炭土及少量復合肥、保水劑。種植土源選在尾礦庫干灘面四周(未來排放尾礦淹沒區域)，運距約5 km。

(4)罩網。在植生袋表面鋪1層鐵絲網，鐵絲網用直徑2 mm鍍鋅鋼筋綁扎成間距500 mm的方格網，緊貼植生袋并與植入的鋼筋焊接。鐵絲網搭接處重合疊壓寬度不得小于30 cm。

(5)點播萱草。植生袋碼放好，鐵絲網罩好后在坡面點播萱草種子，選用紅色和黃色的萱草種子，使景觀顏色不再單一，提高美化質量。在可視的坡面水平方向點播，每隔4 m寬點播1 m寬的萱草種子，紅黃顏色互相交替點播。點播萱草面積占坡面面積的20%。

2 邊坡穩定性分析

2.1 項目區現狀

項目區地處中國陸臺北部的內蒙古背斜及燕山沉陷帶中部的東部，無斷裂構造和斷層通過，無崩塌、滑坡、泥石流等不良地質現象。勘探結果表明:項目區場地第四系厚度在0～5 m不等，主要為碎石，局部分布雜填土，基巖為混合花崗巖。排土體的重型動力觸探統計結果見表1，原位測試的結果見表2、表3。

表1 重型動力觸探統計結果

表2 排土場第四系巖土層物理力學參數

表3 邊坡植筋物理力學參數

通過鉆探、野外調查和室內土工試驗資料綜合分析，結果表明:

(1)碎石。主要為碎石，其中含有少量砂性土和黏性土，其可見粒徑在10～40 cm，最大可見粒徑在1.5 m，狀態中密—密實。

(2)雜填土。黃褐色－灰白色，次棱角狀－棱角狀，主要由砂性土和少量黏性土組成，其中含有少量碎石和建筑碎塊。主要分布于公路附近。

(3)強風化混合花崗巖。原巖結構基本破壞，裂隙極發育，巖芯手捏成塊狀，透水性強，屬極軟巖，巖體基本質量等級為V級，巖石結構面的飽和單軸抗壓強度為2.32 MPa左右，巖石的飽和單軸抗壓強度為5.62 MPa左右，屬軟化巖石。

(4)中風化混合花崗巖。巖芯成短柱狀，裂隙較發育，局部破碎較嚴重，透水性強。屬軟巖，巖體基本質量等級為V級，其結構面飽和單軸抗壓強度介于4.44～21.20 MPa之間，平均值11.95 MPa，標準值9.28 MPa，干燥狀態黏聚力為118.50 kPa，內摩擦角為19.51°，飽和狀態黏聚力為105.00 kPa，內摩擦角為19.04°。巖石的飽和單軸抗壓強度介于12.54～42.40 MPa之間，平均值25.05 MPa，標準值20.45 MPa，干燥狀態黏聚力為322.00 kPa，內摩擦角為77.98°，飽和狀態黏聚力為250.00 kPa，內摩擦角為37.77°，屬軟化巖石。

2.2 排土場邊坡穩定性分析

根據現場調查、收集資料，經綜合分析最終確定選取2個剖面進行穩定性分析。在排土場北側邊坡確定1－1'剖面作為計算剖面，計算其在暴雨工況條件下的抗滑穩定性;在排土場東南側確定2－2'剖面為計算剖面，計算其在暴雨工況條件下的抗滑穩定性。計算采用由北京理正軟件設計研究院開發的理正邊坡穩定分析軟件，該軟件中具有通用標準，并提供瑞典條分法、簡化Bishop法，符合現行規范要求。具體參數選取見表4，計算坡面如圖1、圖2。