某鐵礦高陡邊坡治理

陳光俊，楊德源，唐加祥

（玉溪大紅山礦業(yè)有限公司，云南 玉溪 653405）

1 礦山邊坡概述

玉溪大紅山礦業(yè)有限公司400 萬t/a 二期采礦工程廢石箕斗豎井設(shè)置1200m 標(biāo)高，主要承擔(dān)二期采礦工程廢石的運(yùn)輸任務(wù)，邊坡位于場(chǎng)地東側(cè)，場(chǎng)地位于南部廢石場(chǎng)東側(cè)山麓上，原始地形為東高西低，坡度約20°，為滿足建設(shè)需求對(duì)場(chǎng)地進(jìn)行了整平，整平標(biāo)高為1200m。整平后場(chǎng)地東部形成一長約118m，高約10～22m 的人工邊坡。邊坡頂部以上約70m 為一消防水池。坡腳整平場(chǎng)地為箕斗豎井以及機(jī)房等建筑，距離坡腳約15m。該邊坡初始設(shè)計(jì)下部采用高3m 的毛石擋墻進(jìn)行支檔，上部采用1:0.5 放坡后噴砼的支護(hù)方式進(jìn)行支檔。

運(yùn)營后于2019 年1 月出現(xiàn)邊坡局部坍塌，坍塌部位長約35m，周圍發(fā)現(xiàn)明顯裂痕，坡腳有滲水現(xiàn)象。邊坡頂部以上約25m 處有裂縫，裂縫最大寬度約40 ～70mm，且未破壞噴砼坡面以及擋墻也發(fā)育具有不同程度裂縫，結(jié)合監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，判斷上部邊坡仍然處于蠕滑階段，該滑坡為淺層牽引式滑坡，局部已發(fā)生滑動(dòng)破壞。嚴(yán)重威脅礦場(chǎng)及工作人員的生產(chǎn)生活和生命財(cái)產(chǎn)安全。

2 工程地質(zhì)及水文地質(zhì)條件

2.1 地層巖性

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)工程地質(zhì)調(diào)查以及附近勘察報(bào)告揭露，場(chǎng)區(qū)擬建場(chǎng)地內(nèi)分布的地層主要為：第四系覆蓋層，下伏三疊系上統(tǒng)干海子組（T3g）石英砂巖及大紅山群肥味河組凝灰質(zhì)熔巖。根據(jù)其地質(zhì)年代、成因及物理力學(xué)性質(zhì)，按工程力學(xué)的觀點(diǎn)劃分工程地質(zhì)單元層及單元亞層，并將其自上而下敘述如下：

2.1.1 第四系人工堆積（QmL）

人工填土①：褐黃色、棕黃色、灰色，主要由公分石夾風(fēng)化碎石及粉質(zhì)粘土、粉土組成，干～稍濕，結(jié)構(gòu)松散，不均勻，為場(chǎng)平時(shí)填筑而成。

2.1.2 第四系坡洪積（Qdl+pl）

含碎石粉質(zhì)粘土②：褐紅色、棕褐色，稍濕，硬可塑狀態(tài)，切面粗糙，含約20～30 風(fēng)化碎塊石頭，干強(qiáng)度及韌性中等，無光澤，無搖振反應(yīng)。

2.1.3 三疊系上統(tǒng)干海子組（T3g）

泥質(zhì)粉砂巖③：黃褐色、棕黃色、褐黃色，細(xì)～中粒結(jié)構(gòu)，薄～中厚層狀構(gòu)造，強(qiáng)風(fēng)化，節(jié)理裂隙極發(fā)育，巖體極破碎。

2.1.4 元古界大紅山群肥味河組（Ptdf）

凝灰質(zhì)熔巖④：深灰色、灰色，氣孔狀、杏仁狀結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，強(qiáng)風(fēng)化局部全風(fēng)化，節(jié)理裂隙極發(fā)育，巖體極破碎。

（注：以上資料根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查和搜集資料獲取。）

2.2 地震動(dòng)參數(shù)

據(jù)《中國地震動(dòng)參數(shù)區(qū)劃圖》（GB18306-2001）劃分，評(píng)估區(qū)地震基本烈度為VII 度，地震動(dòng)反應(yīng)譜特征周期為0.45s ；地震動(dòng)峰值加速度為0.15g。

2.3 水文地質(zhì)條件

2.3.1 地表水

擬建場(chǎng)地位于南部廢石場(chǎng)東北側(cè)一山脊上。主要接受大氣降水補(bǔ)給，場(chǎng)地為區(qū)域上的徑流區(qū)，地表徑流經(jīng)山脊兩側(cè)溝槽排泄。

2.3.2 地下水

場(chǎng)地地下水的賦存方式以孔隙、裂隙賦存方式為主，地下水類型為：松散巖類孔隙水和基巖裂隙水。

（1）松散巖類孔隙水：第四系松散巖類孔隙水含水層分布于坡麓等地段，巖性主要為第四系人工堆積人工填土、第四系坡洪積含碎石粉質(zhì)粘土及淺部基巖強(qiáng)風(fēng)化層中，屬中等～弱透水性地層，孔隙水賦存量相對(duì)較小，受氣候影響大，雨季飽水，并易形成隨岸坡地形向溝谷方向的排泄徑流和沿裂隙下滲補(bǔ)給深部基巖裂隙水；旱季時(shí)，由于蒸發(fā)作用，排泄、下滲量減少，水量很小。

（2）基巖裂隙水：基巖裂隙水，賦存于基巖風(fēng)化裂隙之中，主要受大氣降雨和淺部松散巖類孔隙水下滲補(bǔ)給，其富水性受巖層風(fēng)化程度、厚度和節(jié)理裂隙控制。場(chǎng)地內(nèi)表部基巖以三疊系上統(tǒng)干海子組（T3g）泥質(zhì)粉砂巖強(qiáng)風(fēng)化層為主，受風(fēng)化作用影響節(jié)理裂隙極發(fā)育～發(fā)育，與上覆第四系土層水力聯(lián)系緊密，由于該區(qū)風(fēng)化裂隙多屬半張開狀態(tài)，上部裂隙相對(duì)較寬，但多數(shù)延展性和貫通性均較差，故富水性一般較弱。

2.3.3 地下水補(bǔ)、徑、排條件

場(chǎng)區(qū)地下水主要受大氣降水下滲及地表水補(bǔ)給。根據(jù)各不同透水性巖土層的分布和地形特點(diǎn)及補(bǔ)給條件等，綜合分析場(chǎng)地內(nèi)地下水大致流向和地形地貌一致，具體表現(xiàn)為，地下水由山脊斜坡向溝槽中匯集，再隨溝槽向下游排泄。場(chǎng)地為區(qū)域上地下水的徑流區(qū)。

3 邊（滑）坡變形破壞成因分析

3.1 邊（滑）坡變形成因

結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)地表調(diào)查以及收集附近資料的基礎(chǔ)上綜合分析其成因如下：

3.1.1 工程地質(zhì)條件

邊坡巖土體成分為第四系坡積含碎石粉質(zhì)粘土，具有水穩(wěn)定性差的特點(diǎn)。含水量的增加會(huì)降低粉質(zhì)粘土的強(qiáng)度指標(biāo)；含水量的變化對(duì)粘聚力c 值的影響很大，而且粘聚力和含水量的關(guān)系為非線性關(guān)系，粘聚力c 值含水量大于最優(yōu)含水量后，隨含水量的增加而逐漸減??；粉質(zhì)粘土的內(nèi)摩擦角φ 值也隨著含水量的增加而減小。因此該邊坡巖土體工程地質(zhì)條件較差。

3.1.2 水文地質(zhì)條件

邊坡巖土體在干濕作用下，坡面及地表易形成裂縫，雨水等沿裂縫下滲，裂縫發(fā)育形成軟弱面，邊坡易沿裂縫產(chǎn)生滑移；同時(shí)巖土體在長期雨水作用下，處于飽和狀態(tài)，重度增大，強(qiáng)度降低，從而增大邊坡下滑力，抗滑力降低，從而易導(dǎo)致邊坡失穩(wěn)。

邊坡泄水孔隨著運(yùn)營時(shí)間的增加，在水帶著黏土長期作用下，易堵塞排水孔，排水孔存在失效的可能，從而導(dǎo)致該高邊坡排水不暢。由于深層排水措施淤堵等原因?qū)е逻吰屡潘煌〞?，地表水不斷滲入邊坡，巖土體長期處于飽和狀態(tài)，在雨水下滲作用下，擋墻后土體發(fā)生變形，擋墻后壓力增加，導(dǎo)致?lián)鯄ζ茐摹?/p>

3.1.3 人類活動(dòng)

由于該邊坡主要為人工開挖形成，開挖高度大，放坡較陡（1:0.5），邊坡在特殊工況下穩(wěn)定性系數(shù)儲(chǔ)備不足；在邊坡頂部還建有一蓄水池，邊坡上方敷設(shè)有較多小水管且接頭較多，水池和水管都容易滲漏，使得水不斷滲入邊坡土體，從而易導(dǎo)致邊坡失穩(wěn)。擋墻修筑時(shí)可能由于天氣、場(chǎng)地等客觀限制，局部質(zhì)量較差，當(dāng)墻后壓力增大，局部易發(fā)生破壞。

綜合分析造成邊（滑）坡變形的因素很多，此處的主導(dǎo)因素為邊坡含水量增加，排水不暢，土體處于飽和狀態(tài)，邊坡破壞處也有滲水現(xiàn)象。

3.2 邊坡現(xiàn)狀潛在危害評(píng)價(jià)

在邊坡發(fā)生變形破壞后，及時(shí)采取了削坡卸載，反壓坡腳，臨時(shí)截排水的應(yīng)急處理措施，現(xiàn)場(chǎng)坡率約為1:1.8。

采取臨時(shí)措施處理以后。典型剖面見圖1。

圖1 邊坡變形后剖面圖

采用理正巖土計(jì)算結(jié)果見圖2，穩(wěn)定性系數(shù)為1.39，在削坡減載、反壓坡腳后邊坡處于穩(wěn)定狀態(tài)。

圖2 理正巖土計(jì)算示意圖

4 邊坡治理方案設(shè)計(jì)

4.1 邊坡安全等級(jí)

由于滑坡范圍影響重要建構(gòu)筑物，主要影響坡腳機(jī)房以及箕斗豎井，破壞后果嚴(yán)重，故該邊坡按永久性邊坡考慮，設(shè)計(jì)安全等級(jí)為一級(jí)。

4.2 設(shè)計(jì)工況

在進(jìn)行邊坡工程穩(wěn)定性驗(yàn)算時(shí)，采用瑞典條分法進(jìn)行計(jì)算，邊坡設(shè)計(jì)采用以下設(shè)計(jì)工況：

工況Ⅰ（自重）：Ks ≥1.35。

工況Ⅱ（飽和重度+ 地震力）：Ks ≥1.15。

綜合考慮，確定工況I 為設(shè)計(jì)工況，工況II 為校核工況。

4.3 支護(hù)工程總體設(shè)計(jì)

4.3.1 邊坡治理位置與治理區(qū)域周邊建筑合理銜接原則

邊坡治理位置的確定：根據(jù)建設(shè)方提供場(chǎng)區(qū)平面布置圖，依據(jù)現(xiàn)狀邊坡及地形，結(jié)合用地紅線進(jìn)行設(shè)計(jì)。

4.3.2 支護(hù)工程總體設(shè)計(jì)

（1）邊坡支護(hù)工程總長度約為77.5m, 最大高度為22.8m，主要的支護(hù)措施：分臺(tái)放坡+ 預(yù)應(yīng)力錨索/ 錨桿+ 框格梁；

（2）截排水系統(tǒng)：截、排水溝、泄水孔。

4.4 支護(hù)工程分項(xiàng)設(shè)計(jì)

本次治理方案根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)踏勘及勘察報(bào)告提供的地質(zhì)環(huán)境條件及穩(wěn)定狀況，本著保證邊坡體下方生產(chǎn)場(chǎng)地及員工的生命財(cái)產(chǎn)安全，又要兼顧經(jīng)濟(jì)可行，同時(shí)要盡量減少對(duì)周邊環(huán)境的影響。根據(jù)邊坡支護(hù)高度、工程地質(zhì)與環(huán)境地質(zhì)情況等，把本邊坡分不同的剖面段進(jìn)行治理, 具體支護(hù)措施如下：

邊坡支護(hù)措施：總長為77.5m，邊坡最大高度為22.8m，分臺(tái)放坡，按現(xiàn)狀削坡情況分臺(tái)，碎落臺(tái)寬2.2m ；在坡體下部設(shè)置了3Φ15.2 預(yù)應(yīng)力錨索，錨索的長度在19-25m 之間，錨索的豎向間距為3.0m，水平間距為3.5m ；錨索間設(shè)置了500×500mm 的C25鋼筋混凝土框格梁；坡體上部設(shè)置了1C25 鋼筋錨桿，錨桿的長度6m，錨桿的豎向間距為3.0m，水平間距為3.5m，錨桿間設(shè)置了500×500mm 的C25 鋼筋混凝土框格梁；在框格梁中間C20 細(xì)石砼，噴射厚120mm，采用φ8@250×250 雙向鋼筋網(wǎng)片。

截排水措施：在邊坡的周邊、平臺(tái)、坡腳設(shè)置400×400mm矩形磚砌的排水溝，坡頂設(shè)置梯形C20砼截水溝，與原有溝渠相連接；框格梁間設(shè)置Φ75泄水盲溝管，長度5m ，間距7m，縱坡5%。

5 結(jié)論

（1）該高邊坡發(fā)生變形破壞，主要由于長期在降雨作用下，雨水入滲，巖土體軟化、飽和，導(dǎo)致重度增大，強(qiáng)度降低，從而增大邊坡下滑力，抗滑力降低；同時(shí)邊坡排水不暢，從而易導(dǎo)致邊坡發(fā)生變形破壞。

（2）該邊坡發(fā)生變形破壞，影響箕斗豎井及其他設(shè)施運(yùn)行。

（3）本工程采用“分臺(tái)放坡+ 預(yù)應(yīng)力錨索/ 錨桿+ 框格梁+截排水系統(tǒng)”的治理方案，有效的控制或消除地質(zhì)災(zāi)害隱患，達(dá)到了預(yù)期的治理效果。此高陡邊坡的成功治理，為類似礦山高陡邊坡治理提供參考。