某礦山邊坡支護(hù)加固方案技術(shù)經(jīng)濟(jì)比選研究

張 程 胡 崴 張 斌 楊強(qiáng)勝

(1.合肥城改投資建設(shè)集團(tuán)有限公司；2.中鋼集團(tuán)馬鞍山礦山研究院有限公司)

目前我國(guó)大多數(shù)露天礦已經(jīng)進(jìn)入深部開采，深凹露天礦山面臨著高邊坡、高地應(yīng)力等技術(shù)難題。隨著邊坡高度不斷增加，滑坡災(zāi)害事故增多，滑體規(guī)模也變大[1]。這就需要對(duì)邊坡進(jìn)行加固，以保證礦山的正常生產(chǎn)運(yùn)行。隨著國(guó)家對(duì)環(huán)保和安全的重視，全國(guó)各地的礦山地質(zhì)環(huán)境治理方興未艾，對(duì)廢棄露天礦山的地質(zhì)環(huán)境治理項(xiàng)目多、體量大，對(duì)露天礦邊坡治理更是其中的關(guān)鍵[2]。

1 工程概況

某銅礦采場(chǎng)總出入溝邊坡位于采場(chǎng)東南部，是礦山人、材、機(jī)、礦石運(yùn)輸?shù)闹魍ǖ?，是礦山生產(chǎn)的咽喉。該處邊坡部分地段由于受地質(zhì)作用影響，節(jié)理面發(fā)育、巖石暴露時(shí)間長(zhǎng)且風(fēng)化作用明顯、上部臺(tái)階出入溝道路車輛進(jìn)出頻繁、采礦爆破震動(dòng)等多重因素交替影響，出現(xiàn)較為嚴(yán)重的垮塌和變形。由于下部路基邊坡發(fā)生滑塌，導(dǎo)致出入口道路路面邊線發(fā)生垮塌，產(chǎn)生缺口，道路變窄，如不采取加固措施，極有可能產(chǎn)生更加嚴(yán)重且治理成本大大提高的邊坡地質(zhì)災(zāi)害演變。

根據(jù)工程地質(zhì)勘查和現(xiàn)場(chǎng)踏勘結(jié)果，結(jié)合采場(chǎng)三期規(guī)劃，劃分邊坡分區(qū)，見圖1。通過對(duì)不同分區(qū)的典型邊坡剖面進(jìn)行穩(wěn)定性計(jì)算，得出各分區(qū)邊坡現(xiàn)狀安全系數(shù)，最終確定整體邊坡的治理范圍，見表1。

針對(duì)該出入溝+38～+75 m臺(tái)階中部分區(qū)邊坡變形破壞最為嚴(yán)重，局部已經(jīng)發(fā)生較大滑塌破壞，嚴(yán)重影響礦山正常生產(chǎn)的實(shí)際情況，選擇該處較為典型的邊坡作為范例進(jìn)行技術(shù)和經(jīng)濟(jì)方案的對(duì)比分析，以確定該區(qū)邊坡的最終治理方案。

圖1 某礦山出入溝邊坡分區(qū)表1 邊坡分區(qū)及穩(wěn)定性情況

臺(tái)階邊坡分區(qū)地質(zhì)條件采場(chǎng)規(guī)劃安全系數(shù)是否納入治理范圍+38 m以下三期完成靠幫不納入+38～+75 m+75 m以上東部類土質(zhì)、松散巖三期剝離擴(kuò)幫不符合規(guī)范出入溝拐點(diǎn)以西納入中部全風(fēng)化、松散巖完成靠幫不符合規(guī)范納入中西部強(qiáng)風(fēng)化、松散巖完成靠幫不符合規(guī)范納入西部強(qiáng)風(fēng)化完成靠幫符合規(guī)范不納入東部強(qiáng)風(fēng)化、全風(fēng)化、坡度陡完成靠幫不符合規(guī)范納入西部強(qiáng)風(fēng)化、全風(fēng)化、坡度緩?fù)瓿煽繋头弦?guī)范不納入

2 邊坡支護(hù)加固方案

對(duì)于邊坡加固工程，要達(dá)到2個(gè)目的，其一是對(duì)深層巖體進(jìn)行加固，以確保邊坡的整體穩(wěn)定性;其二是對(duì)邊坡表層巖體進(jìn)行固定，以減小坡面的破壞[3]?；谶@兩點(diǎn)考慮，主要采用的深層加固措施有錨索、錨桿、抗滑樁，表層處理措施采用噴漿、框架梁、擋墻和防護(hù)網(wǎng)以及植被防護(hù)。在方案確定時(shí)需要采用組合加固措施以適應(yīng)邊坡加固要求。其中,抗滑樁很難與表層加固措施進(jìn)行組合，在巖質(zhì)邊坡上大范圍建設(shè)擋墻工程費(fèi)用太高。最終，選擇采用錨桿框架梁、掛網(wǎng)噴錨等方案配合疏排水措施。

掛網(wǎng)噴錨采用普通錨桿加固，坡面布置鋼筋網(wǎng)并噴射混凝土面層加固邊坡體，適用于坡面淺層處理，支護(hù)強(qiáng)度要求不高的邊坡。錨桿框架梁采用預(yù)應(yīng)力錨桿和坡面澆筑框架梁的方式進(jìn)行邊坡加固，適用于深層加固，支護(hù)強(qiáng)度要求高邊坡。

2.1 掛網(wǎng)噴錨方案設(shè)計(jì)

在+38～+75 m臺(tái)階中部分區(qū)邊坡設(shè)置6排全長(zhǎng)粘結(jié)型錨桿，錨桿與水平線夾角下傾15°，從上至下第一～第六排錨桿分別長(zhǎng)16，15，13.5，12，10，8 m。錨桿采用φ28 mm螺紋鋼筋制作，錨桿孔徑為110 mm，錨桿水平間距為4 m，垂直間距為4 m。

坡面布置鋼筋網(wǎng)片，掛網(wǎng)應(yīng)基本與坡面平行，與坡面垂直距離為50 mm。鋼筋網(wǎng)采用φ6.5 mm圓鋼制作，規(guī)格為250 mm×250 mm。同時(shí)在錨桿外端設(shè)置彎鉤與掛網(wǎng)鋼筋綁扎連接。

在坡面噴射C20細(xì)石混凝土，厚15 cm。噴射混凝土面層后形成錨桿、鋼筋網(wǎng)和混凝土層的共同作用，提高了巖土體的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和抗變形剛度，增強(qiáng)邊坡的整體穩(wěn)定性。

距坡腳1.5 m開始預(yù)留泄水孔，水平間距為4 m，垂直間距為4 m，梅花型布置，共布置6排。采用φ110 mmPVC排水管，長(zhǎng)1 m，與水平線夾角為5°。

2.2 錨桿框架梁方案設(shè)計(jì)

在該區(qū)邊坡垂直方向布置6排預(yù)應(yīng)力錨桿，從上至下第一～第六排錨桿分別長(zhǎng)16，15，13.5，12，10，8 m。其中，錨固段長(zhǎng)5 m，相鄰錨桿水平和垂直間距為4 m，孔徑為110 mm，傾角為15°，錨筋采用2×φ28 mm螺紋鋼筋焊接成束制作。采用M30水泥砂漿進(jìn)行壓力注漿，考慮到節(jié)理裂隙較為發(fā)育，注漿壓力不小于0.5 MPa，錨桿施加預(yù)應(yīng)力100 kN。在錨桿邊坡端頭設(shè)置錨墩，錨墩尺寸為0.4 m×0.4 m×0.4 m。

由于邊坡變形體局部風(fēng)化破碎，為使錨固體系能整體受力，穩(wěn)定滑坡和加固邊坡，設(shè)計(jì)采用C25鋼筋混凝土框架梁作反力裝置，在豎、橫梁交點(diǎn)處設(shè)置預(yù)應(yīng)力錨桿?？v橫梁的截面尺寸為400 mm×400 mm，縱橫梁的間距為4 m。每榀框架由2根豎肋和6道橫梁連接而成。

3 支護(hù)加固方案比選

采用極限平衡計(jì)算方法分析邊坡穩(wěn)定性，根據(jù)勘察報(bào)告選擇巖土力學(xué)參數(shù)，加入錨桿單元，帶入中部分區(qū)邊坡概化模型，得到加固前后穩(wěn)定性安全系數(shù)，見圖2、圖3。采用掛網(wǎng)噴錨方案安全系數(shù)提高到1.200，采用錨桿框架梁方案安全系數(shù)提高到1.251，兩方案加固后邊坡均符合相關(guān)規(guī)范，表明2種加固支護(hù)方案技術(shù)可行。

圖2 掛網(wǎng)噴錨方案邊坡安全系數(shù)計(jì)算結(jié)果

圖3 錨桿框架梁方案邊坡安全系數(shù)計(jì)算結(jié)果

邊坡加固方案技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較見表2～表4。

表2 掛網(wǎng)噴錨方案工程量及工程造價(jià)

續(xù)表

表3 錨桿框架梁方案工程量及工程造價(jià)

表4 邊坡加固方案技術(shù)經(jīng)濟(jì)對(duì)比

從工程要求來看，該邊坡承受荷載大，安全性要求高，使用錨桿框架梁加固強(qiáng)度高，加固效果好，推薦使用錨桿框架梁方案。從加固效果來看，兩方案的安全系數(shù)均滿足規(guī)范要求，但錨桿框架梁方案安全系數(shù)提高幅度遠(yuǎn)高于掛網(wǎng)噴錨，推薦使用錨桿框架梁方案。從施工條件來看，該處坡形較規(guī)整，現(xiàn)場(chǎng)條件好，有利于大型機(jī)械和人員施展，兩方案均可行。從工程造價(jià)來看，兩方案費(fèi)用大致相當(dāng)，錨桿框架梁方案造價(jià)稍低，推薦使用錨桿框架梁方案。

通過對(duì)兩方案在工程要求、加固效果、施工條件、工程造價(jià)等方面的對(duì)比分析，可以得出使用錨桿框架梁作為該邊坡的加固支護(hù)方案技術(shù)經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)較明顯。

4 結(jié) 論

針對(duì)某礦山采場(chǎng)出入溝邊坡變形破壞的實(shí)例，通過地質(zhì)勘查分析、穩(wěn)定性計(jì)算，結(jié)合采場(chǎng)規(guī)劃，劃分出邊坡加固治理的范圍；通過對(duì)治理區(qū)變形破壞特征的分析，提出可行的治理方案；經(jīng)過對(duì)工程要求、加固效果、施工條件和工程造價(jià)的綜合對(duì)比分析，選擇錨桿框架梁作為最終加固方案，實(shí)現(xiàn)邊坡治理的目的。