銅官山老礦區東北緣不穩定邊坡治理研究

李競男

（1.合肥工業大學 資源與環境工程學院，安徽 合肥 230009；2.安徽省地質礦產勘查局三二七地質隊，安徽 合肥 230011；3.安徽地礦投資集團有限公司，安徽 合肥 230001）

在大力抓生態、優環境、保安全的新發展大戰略背景下，為進行非煤礦山災害生態治理，以最快的速度完成碳達峰和碳中和戰略目標，治理非煤礦山災害就顯得意義非凡，異常重要了。非煤礦山災害不僅威脅著礦山運營的整個周期，在當地政府有序引導退出時，會囿于各種因素影響，造成閉坑關停過程周圍環境處理不到位，在日后時空變化中衍生出現各種次生災害，常見的有地面沉降、地裂隙、塌陷、邊坡失穩等次生災害。為提升雙碳戰略達標能力、抗災能力和安全保障水平，勢必要通過深入分析，挖掘非煤礦山災害背后共性問題，并提出具體應對策略，固化部分效果優異的治理措施和方法，形成借鑒和制度。

1 不穩定治理區概況

圖1 非煤礦山邊緣治理區域邊坡工程位置

該治理研究區域位于銅陵市銅官山老礦區東北緣，在有序引導非煤礦山退出時期未劃入治理范圍，后期城市建設過程中對邊坡部分切坡，受降雨影響局部邊坡土體形成垮落現象。同時由于邊坡高差在30m左右，坡度達65°，在強降雨條件下，可能發生垮塌，對周圍擬建建筑和道路形成嚴重威脅。根據邊坡發育情況，為保證人民群眾的生命和財產安全，決定對此處近200m近南北向不穩定邊坡開展生態化治理。

2 治理區域邊坡巖土體工程地質條件

經過野外調查巖性鑒定等手段，查明治理區域邊坡土層分布情況與區域工勘報告吻合，自上至下可大致分為：①層灰褐雜色素填土，濕，粉質粘土混雜著碎石。②層硬塑狀粉質粘土，黃褐色到紅褐色過渡，為硬塑狀，稍濕，壓縮性中偏低。③層可塑狀粉質粘土，紅褐色，狀態可塑，中壓縮性土。④層軟塑狀粉質粘土，褐紅色，土體狀態飽和，具軟塑狀，土體結構壓縮性高。⑤層灰巖，屬三疊系南陵湖組灰巖，青灰色、中風化，裂隙較發育，大多為方解石細脈充填，RQD值60%左右，屬較硬巖，巖石飽和單軸抗壓強度為32.3Mpa，巖石基本質量等級根據劃分表可劃分為Ⅲ類。

3 治理區域邊坡穩定性分析

3.1 邊坡特征

治理區域邊坡為工程切坡形成，根據現場出露情況：南段邊坡高3m～5m不等，為硬塑狀粉黏土質邊坡。中段邊坡所對應邊坡高6m～9m不等，由硬塑狀粉質粘土和灰巖組成。北段邊坡高9m～28m不等，由硬塑狀粉質粘土和灰巖組成。灰巖分布不均勻、且灰巖淺表溶蝕裂隙發育、巖體破碎、夾可塑狀粉質粘土、軟塑狀粉質粘土；標高+43m以下已形成平臺、邊坡巖性為灰巖，標高+43m以上邊坡較陡、高，10m～15m不等，坡度在55°～65°，主要組成成分為硬塑狀粉質粘土。整體處于穩定狀態。在強降雨條件下，局部邊坡的表層處在土體掉落。根據邊坡現狀穩定性情況、結合治理區域巖土工程勘察報告，選取最不利處進行穩定性反演分析計算。

表1 邊坡巖土體物理力學參數取值表

3.2 計算方法

采用簡化畢肖普法(圓弧滑動)搜索最危險滑面，評價變形體的穩定性。計算分析軟件搜索最危險滑面。其穩定性計算如下[1，2]：

3.3 計算結果

通過反演分析計算，對具有代表性的地層巖體情況較差處進行評價，治理區域在天然工況下穩定性系數為1.374，邊坡巖體處于穩定狀態；治理區域在暴雨飽和工況下穩定系數為1.042，屬于欠穩定狀態[3]。根據現場邊坡破壞情況和斜坡受力分析，由于邊坡前緣臨空面陡峻，局部邊坡表層存在土體滑落現象，坡腳因周圍建設遭到開挖，在遭遇大雨或受到擾動后會出現擴大滑坡災害。

4 防治設計

4.1 設計等級

治理區域部分坡體表層存在土體滑落現象，在強降雨條件下滑動范圍可能持續擴大。主要危害對象為下方擬建道路和周圍擬建住宅居民生命及財產安全潛在危害及破壞后果很嚴重，綜合確定為防治工程等級為一級。

4.2 設計標準

根據《建筑邊坡工程技術規范》(GB50330-2013)[4]表5.3.2，可以將該治理區域為治理要求設置永久邊坡，穩定安全系數的要求值為1.35，根據上節的計算和規范表格設定值，治理區域邊坡工程安全等級被確定為一級的永久邊坡工程。

4.3 設計方案

根據礦區東北緣治理區域邊坡現狀、穩定性分析、潛在滑動面分布情況，決定治理此段邊坡，對高度在5m 以下的南段治理區域采用擋土墻進行支護，對5m 以上北段治理區域邊坡采用錨桿格構工程進行支護；于坡面合理設置泄水孔、坡腳設置可以應對極端情況的排水溝渠、邊坡頂部設置覆蓋工程區域的全長截水溝；格構梁內碼植生袋進行坡面綠化、平臺栽種灌木及草本植被綠化、坡腳設置綠化帶，既滿足治理的目標需要，又能與周圍環境有機融合。

5 非煤礦山邊坡防治綜合施工

5.1 坡面修整

確定治理區域邊坡坡腳線和邊坡修整邊線，治理邊坡坡腳擬建道路內側預留1.2m左右空間為綠化帶及排水溝用地空間。擋土墻支護段邊坡按1∶0.25進行修整，錨桿格構梁支護段邊線根據設計坡腳線確定，按要求進行邊坡修整，機械削坡為減少對邊坡的擾動，機械開挖必須預留0.5m厚的保護層，邊坡上松散的土體要及時清除，清坡所暴露出來的裂隙及時封閉，防止水體深入。

5.2 擋土墻施工

重力擋墻采取仰斜式重力擋墻，擋土墻高5m，由于擋土墻段基本為硬塑狀粉質粘土，地基埋置深度為1.2m，從坡腳排水溝溝底算起，擋土墻坡腳距離現有道路不小于1.5m，預留坡腳排水溝及綠化帶施工空間，施工空間不足地段須對現狀邊坡進行開挖，邊坡開挖坡率不大于1∶0.25，擋土墻后設置寬300mm反濾層，頂、底部分別鋪設厚500mm的厚粘性土隔水層，分層夯實，中間填砂礫石。擋土墻施工與墻后反濾層應同時施工，墻身布設泄水孔。沿擋土墻長度方向進行分段施工，并根據施工現場地形合理設置豎向的伸縮縫。擋土墻基坑施工中，因施工段土層物理性質不佳，應分段開挖，設置跳槽和馬口，挖一段，砌一段。

5.3 錨桿施工

根據施放錨孔位置架設鉆機鉆孔，綜合確定錨固角，孔位橫向平差不超過100mm、垂直偏差不超過50mm，成孔過程中，孔壁易坍塌時，采用跟管鉆進，在成孔終端位置穩鉆[5]。控制傾角誤差，錨桿的成孔深度應大于錨桿設計長度0.5m，以預留灌漿和錨固要求，鉆孔完畢應將孔內泥漿及碎屑清除干凈。錨筋插入錨孔前，按錨筋編號取用，嚴禁錯用。安放過程防止錨筋桿體出現扭擰和變形，保證對中支架和注漿管的穩定，避免出現折損破壞。桿體須除銹、除油污，防腐處理段長度需超過自由段長度0.5m，插入孔內深度不小于錨桿長度的95%，鋼筋外露孔口長度控制在7cm左右，安放后不得隨意扭動[6]。錨桿桿體軸線方向每隔2m設置一個對中支架，注漿管與桿體采用綁扎。錨固時應注意錨筋及附件的清潔，如鋼筋在搬運過程中粘泥太多，需清潔干凈[7]。對錨桿采用二次注漿，注漿材料首次為M30水泥砂漿，二次注漿為M30純水泥漿，水灰比在0.5左右，一次注漿壓力控制在0.5Mpa～1.0Mpa，二次注漿壓力在2Mpa左右，終止注漿壓力應大于1.5Mpa，確保漿體灌注密實[8]。錨桿驗收試驗取每種錨桿總數的5%，且均不得少5根，主要巖土層中基本試驗錨桿數量不少于3根，試驗最大荷載不超過錨桿材料標準值的0.9倍[9]。

5.4 格構框架梁施工

施工格構框架梁放線時應在坡面上的錨孔中心應垂直和水平向兩側各偏移15cm，所有格構梁的開挖邊線都應從坡面底部到頂部放出，在水平和豎直方向上格構梁各剖面的尺寸滿足設計規定，欠挖和超挖都需要進行處理，超挖的部分需直接用混凝土澆筑。格構梁嵌入坡體深度在200mm，保證格構內土體，避免因地表徑流造成坡面土體松落使格構梁底部懸空失效。挖好溝槽后，架設模板，格構梁縱橫梁節點與錨桿搭接處綁扎牢固，使澆筑的錨桿位置軸線與框架節點受力處重合，形成可靠的壓應力傳導體系，鋼筋籠的底部周邊等距放入墊塊，保證兩側保護層厚度。根據坡體巖土層物理結構情況設伸縮縫，伸縮縫寬度設定在20mm，在伸縮縫中按要求嵌入規定厚度的瀝青麻筋。

5.5 截排水施工

按設計圖紙沿中心線兩側外擴放線，做到橫平豎直。沿測量放線位置采用人工方法進行基槽開挖。綁扎時將承受力的鋼筋綁扎好，禁止跳扣綁扎，鋼筋保護層采用固定式砂漿墊塊。鋼筋綁扎、搭接和焊接作業嚴格按照規范進行，考慮到防水避免下滲，混凝土的澆筑過程應保持連續性，不留施工裂縫，采用搭接式澆筑。禁止在振搗過程中觸碰止水帶，避免使用中止水效果失效。在澆筑施工完成后，可使用小型平板振搗器將混凝土表面刮平。待混凝土收水后進行表面收光，初凝之后對澆筑混凝土截排水溝進行覆蓋養護。根據氣溫情況灑水潤濕，使混凝土充分養護。混凝土強度小于1.2N/mm2時，不得在混凝土上行走或堆放重物，嚴格控制拆模時間[10]。

5.6 生態綠化施工

圖2 中部錨桿格構梁段生態修復段

在不利區段平臺位置、擬建道路側、擋土墻后、邊坡各種中進行綠化。在不利位置區段平臺外側砌筑一道墻砌塊石矮墻，矮墻高0.8m、寬0.35m、嵌入巖石0.3m，與矮墻與邊坡之間覆500mm厚種植土，栽種球狀冬青、紫薇、薔薇等，植被冠徑宜選取60cm～100cm，按1m2/棵栽種。擬建道路側路牙石與坡腳排水溝之間、擋土墻后沿2m范圍內覆種植土，栽種球狀冬青、薔薇、等灌木植被，灌木植被間撒播草籽綠化。邊坡工程綠化在格構中碼植生袋進行坡面綠化，同時掛φ2.2鍍鋅鐵絲網，防止植生袋掉落，植生袋施水保證養護萌芽水需，宜每兩天澆水濕潤一次，直至出苗為止。

6 變形位移監測及處理

邊坡設置監測點對位移量、位移速度、位移方向進行監測。剛開始進行邊坡工程作業時，監測應按1次/天的頻率進行，發現異常變化或險情時應加密監測頻次，監測周期為2年。治理區域邊坡工程施工過程中及監測期間遇下列情況應及時報警處理： 支護結構中橫豎梁等重要構件出現應力突然增大、微裂紋、節點壓裂、格構梁失效等破壞情況；邊坡底部或周圍巖土體出現張拉裂紋、縫隙并有導致滑坡體分界面變化的各種威脅支護工程安全的征兆跡象。在該區域施工期間對坡體變形進行監測數據顯示所有監測點的變形均在可接受的范圍內，從而間接證明了此處老礦區周緣邊坡治理工程的設計和施工防治綜合措施是富有效果的。

7 結論

銅陵市關停退出的老礦區和礦井較多，有主動關閉的，也有被動關閉的，但大多數是在政府有序引導逐步退出的，關閉時由于礦山周邊環境邊坡處理不到位，一關了之，隨著時間推移，邊坡巖土體的物理結構的穩定性會隨時空發生變化，一旦發生邊坡災害進行事后治理費用較高，應當對礦區邊緣邊坡狀態進行動態排查監測，結合城市規劃，人為活動等因素，定期進行評估，采取主動治理策略，銅官山老礦區東北緣不穩定邊坡的治理案例為銅陵市類似巖土地質條件的礦山邊緣陡坡處理提供了很好的案例借鑒和技術治理思路。