復合支護結構在深基坑礦山邊坡加固中的應用

李建鋒

（甘肅煤田地質局一四九隊，甘肅 蘭州 730000）

在現有的礦產資源開采中，主要的施工方式有兩種，分別是礦井式作業和掘進式作業，這兩種方式的應用主要取決于礦產資源的分布形式。另外一種比較特殊的情況就是礦產以相對淺層的位置大面積展布，對此，開采的主要方式是構建深基坑。通過礦山表明進行大面積挖掘，實現對礦產的采收。與另外兩種方式相比，深基坑對礦山邊坡穩定性的影響最為明顯，因此，相應的支護加固要求也更高。為此，有學者對深基坑的受力情況進行分析，以此為支護機構的設計提供數據基礎[1]。考慮到礦山邊坡本身的特殊性，采用單一的支護加固措施難以滿足其安全需求，因此，復合支護應運而生[2]。利用不同支護措施的優勢，有針對性地對不同邊坡隱患進行處理，可以實現最大限度的礦山穩定性提升[3]。

為此，本文提出復合支護結構在深基坑礦山邊坡加固中的應用研究。通過本文的研究，以期為礦山邊坡的加固工作提供有價值的參考，為礦山安全施工提供保障。

1 影響邊坡穩定性的因素分析

在對深基坑礦山邊坡進行加固前，首先要明確造成風險隱患的作用因子，一般情況下，影響邊坡穩定性的因素主要分為三類，分別是礦山本身的地質組成較為松散，自身的穩定性較低，并導致其對外界作用的抵抗力較弱，還有就是礦山邊坡的構造不具備自主凈化能力，難以實現對雨水的有排遣，引起邊坡表層松動；另外就是由于深基坑的批淮作用使礦山本身的穩定性被破壞，原本的受力平衡被打破。考慮以上三點，本文首先分析了影響礦山邊坡穩定性的形式，以此為基礎，以此為基礎制定相應的復合支護結構。

1.1 巖體屬性

對于大多數礦產資源而言，其主要是通過含礦巖漿經過長期的演化后形成的，在此過程中，巖漿巖裂變不同性質的含礦巖體，隨著地層的運動以不同的形態展布。因此礦山地區的巖體在屬性上一般具有較高的相似性。而當構成該類礦產的巖體是以砂礫、砂土、礫巖等破碎形式存在時，會導致巖體之間的黏合強度較弱。當出現較為強烈的沖擊作用，或結構被破壞時，其自身的抵御能力較低，無法通過巖體間的作用力消化這種影響，這就極易導致礦山邊坡出現滑坡、塌陷等情況。

1.2 地質構造

對邊坡穩定性影響最為明顯的構造主要是邊坡地表的排水結構。一般情況下，自然山體的排水構造都是通過水流的沖擊作用形成的，在不受破壞的條件下能夠實現對雨水的有效排遣。但當深基坑打斷或破壞原有的排水構造時，會直接影響水流的走勢。當新的水流無法規避深基坑時，會直接導致水體排入坑內，造成對礦山內部結構的侵蝕。在水的作用下，會加速礦山結構的松動，長此以往，邊坡的穩定性也會受到明顯影響。另外一種狀況就是礦山本身松動的地質構造不足以負荷水流的運行需求，導致在排水過程帶走礦山邊坡表面的大量土體結構，破壞原有穩定性，當這種破壞堆積到一定程度后，極有可能引發山體滑坡或大面積泥石流的情況出現。

1.3 開采施工

除上述兩種，還有一種是由于開采施工帶來的隱患。一方面深基坑本身的深度就可達到5m～7m以上，這種程度的挖掘已經在一定程度上破壞了礦山整體的受力平衡，坑壁的應力強度會隨著開挖深度及面積的增加而逐漸增大。另一方面，開采施工，特別是深基坑挖掘過程中產生的巨大震動也會對邊坡產生解體效應。在此條件下，風化作用對邊坡表面的作用面積會明顯擴大，加速邊坡蝕變的速度，使邊坡的穩定性降低，當受到外力作用時，極易出現崩塌或滑坡的情況。

2 復合支護結構設計

在上文中，本文已經分析了影響深基坑礦山邊坡穩定性的主要因素，以及這些因素的作用方式。針對此，本文提出了以構建土釘墻支護、連續墻支護、支擋加固工程為主的復合支護結構，具體如下。

2.1 土釘墻支護

考慮到由于邊坡地表破碎巖性以及腐蝕風化作用對邊坡穩定性產生的影響，對邊坡表面采用假設土釘墻支護的方式對其進行加固。在具體的實施過程中，首先在礦山邊坡的表面鋪設一層混凝土，考慮到地表本身穩定性較低，混凝土的厚度過高會對邊坡穩定性產生負面作用，因此，采用噴射的方式實施這一過程，噴射的混凝土強度等級應達到C2O。噴射作業時，同一分段內噴射順序為自上而下縱向噴射。分次作業，一次噴射混凝土厚度不超過20mm，將噴頭與被噴面保持垂直，距離在0.6m～1m之間。這樣不僅可以在一定程度上填充邊坡表面的巖層之間的裂縫，提高其穩定性，同時也可以最大限度降低由于混凝土自重對邊坡產生的負載。完成混凝土的噴鋪后，需要有一點時間的養護期，該過程主要是為了讓混凝土充分凝固，提高施工效果。養護主要是在混凝土終凝2小時后進行，最主要是透水養護，時間為7天。養護后的混凝土邊坡表面已經滿足鉆機的施工需求，這時就可以在混凝土表面鉆孔，孔洞的排布以邊坡的面積為參考，基本按照1:10的比例，即當每10m2的面積內，設置一個孔洞。而后，在孔內安放土釘，為了提高土釘的承重能力，在土釘外進行綁扎加固處理。現階段最常用的綁扎材料為鋼筋網，也有部分坡度較小的礦山利用混凝土進行加固。圖1為鋼筋網的綁扎結構。

圖1 鋼筋網綁扎結構

需要注意的是，采用土釘墻支護對邊坡進行加固時，土釘的間距是機動的，可根據邊坡的實際情況進行適當調整，當土釘與邊坡的夾角是固定的，考慮到最佳的應力分解條件，土釘與水平面的夾角應控制以25°為宜，最大不超過30°，否則當出現滑坡時，滑落物有可能傾覆土釘，導致支護結構失效，同時最小角度也不宜小于20°，否則其當土釘應力時極易出現斷裂。考慮到施工成本及作用效果兩方面因素，土釘直徑應達到10m以上，長度以100cm為宜，土釘成孔孔深在30cm～40cm。

2.2 連續墻支護

在礦山邊坡的坡底處，采用連續墻支護。以邊坡底角向外60cm范圍作為墻體的修建面積。首先用挖槽機在邊坡底角進行挖槽，采用吊放的方式將鋼筋籠鋪設在槽內，鋼筋籠長度與挖槽一致，最大偏差不宜超過10mm，寬度小于挖槽寬度20mm，高度小于挖槽寬度20mm。此時的鋼筋籠并不具有穩定性，還需要使用澆筑機在鋼筋籠內澆筑混凝土，需要注意的是，該過程中要配合振動器共同施工，否則一旦鋼筋籠中出現氣泡會直接影響連續墻的支護效果。進行混凝土澆筑時，澆筑點的間距以2m為宜，最大不超過3m，否則會延長澆筑時間，影響施工進程。考慮到礦山邊坡底角的地質類型多為土層，因此，澆筑的混凝土為一般土層，泥漿密度一般在1.14g/cm3以上，泥漿的砂土比例為4:100～8:100。為了降低后期的雨水的浸入作用引起的澆筑沉降，泥皮厚度以1.5mm～3.0mm為最佳。

2.3 支擋加固工程

在礦山邊坡的實際加固施工中，由于支擋結構本身的穩定性以及承受能力會受到外界環境的影響逐漸降低，因此，建立合適的支擋加固工程是十分必要的。為此，可以通過搭建錨桿體系實現這一目標。該部分主要由錨固樁板墻和預應力錨索抗滑樁組成，二者具有更強的承載能力，利用其自身的強度和硬度可以有效提高支擋結構的荷載強度。其中，預應力錨索錨桿是通過鋼索自身力量，將鋼索以一定深度嵌入到邊坡內，對邊坡產生土動的預應力，使邊坡維持穩定。并且鋼筋砂漿錨桿和預應力錨桿具有施工簡便的優點，對于深基坑礦山邊坡的適用性更高，是一種針對地表淺層蝕變變形的有效預防性加固工程，在工程中使鋼筋砂漿中的錨桿配套隔離，增加整個坡面的穩定性，同時也可為后續綠化施工提供基礎，進一步提高邊坡的穩定性。

3 結語

隨著對礦產資源開采程度的逐漸加深，開采礦井及深基坑的深度都呈現逐漸加深的趨勢，考慮到礦產資源與地質之間的密切關系，提高對開采礦山邊坡的支護強度是十分必要的。通常情況下，由于邊坡支護的面積一般較大，且受外界環境干擾較為明顯，因此主要采用復合支護的方式對其進行加固，這樣不僅可以提高支護結構的靈活性，同時也可以確保加固措施的針對性，對于提高邊坡穩定性有良好效果。本文提出復合支護結構在深基坑礦山邊坡加固中的應用研究，針對邊坡的不同加固需求和特征，設計不同的復合支護結構對其進行加固，為礦山開采工作的順利開展提供了安全保障。