廢棄礦坑坑壁巖質高邊坡支護治理

熊 朋，龔福初，盧藝偉

（中國有色金屬長沙勘察設計研究院有限公司，長沙 410000）

1 工程概況

長沙某礦坑建設場地位于湖南省長沙市望城區坪塘鎮新屋里。原為水泥廠露天開采的石灰巖采石場所遺留的采石坑，為近環狀高陡邊坡，頂南北縱向長約為480m，東西橫向長約450m。底縱向長約為390m，橫向長約為380m，坡度45～90°，現狀頂標高42.77～59.39m，高度約70.0～120.0m。

如何結合礦坑自然景觀的優勢，采用有效的支護手段保證礦坑巖壁的穩定，確保上部旅游開發的實現，是建設單位關注的重點，也是支護設計的難點。

2 場地巖土工程與水文地質條件

2.1 地層巖性

礦坑坑壁分布的主要地層：上部淺層為人工填土層和第四系新近沖積層、殘積層，整體厚度不大。下部基巖為泥盆系灰巖及泥灰巖，產狀210°～290°∠45°～50°，巖體基本質量等級為Ⅲ～V級。本文涉及的坑壁巖土體的物理力學參數詳見表1。

2.2 水文地質條件

場地地表水主要為泉水、巖溶水、礦坑頂排水明渠、水塘及礦坑積水，與大氣降水密切相關。地下水主要有上層滯水、潛水及基巖裂隙或巖溶裂隙水三種。

3 礦坑坑壁支護設計

3.1 支護方案選型

目前常用的邊坡治理措施很多，常見的治理方案有：錨噴方案，樁板墻方案，放坡結合樁板墻方案，錨桿格構梁方案。

錨噴方案：采用較陡的坡率開挖或直接采用錨桿或預應力錨桿對邊坡進行加固，坡面結合植生袋綠化。適用于整體性較好，坡高不大的邊坡，適宜范圍廣。本項目基本穩定的區域采用該方案。

錨桿格構梁方案：采用錨桿和縱橫梁對邊坡整體加固，坡面可結合植生袋綠化。該方案適用于整體性較差，坡高不大的邊坡。本項目建設單位提前對礦坑治理投資進行研究和分析，經過技術可行性、環境結合性、工期可行性以及經濟可行性比選后，將項目開發主題定為公園，并將建筑物設置在坑頂邊線40m以外，降低礦坑治理難度和要求，節約投資資金。本次選用的典型斷面采用先清除危巖體，再采用錨噴結合環梁錨索的支護方式。

3.2 坑壁支護設計

本次選取礦坑南側典型斷面，順層巖質邊坡，現狀坡面整體穩定性計算不滿足規范要求。如圖1。切除危巖后整個坡面設置φ32長6m@3m的系統錨桿，噴射面板厚100mm，網筋φ8@200×200，加強筋C16@1500×1500；上部增設三排4φs15.2@6m×6m的預應力錨索，下部增設六排4φs15.2@9m×9m的錨索。典型斷面支護方案如圖2。

圖1 礦坑現狀典型斷面圖

圖2 坑壁邊坡支護方案

本次礦坑治理為永久性邊坡支護設計，安全等級為一級，支護設計后的邊坡穩定安全系數應≥1.35。

采用理正巖土計算治理后的整體穩定性系數為1.422，如圖3。采用Midas Soilworks軟件按強度折減法計算治理后的邊坡安全系數為1.435，邊坡最大變形為30.9mm。如圖4。均滿足規范整體穩定性要求。

圖3 治理后的邊坡整體穩定性計算結果

圖4 按強度折減法法治理 后邊坡計算結果

4 礦坑坑壁支護施工

4.1 坑壁支護施工工序

測量放線→爆破清理危巖→監測點的設置→坡頂底修建臨時排截水溝→分段分區域搭設腳手架→掛鐵絲網，噴射混凝土→分層分段施工錨桿（索）與環梁→鎖定錨索→依次重復→坡面美化。

4.2 坑壁支護施工要求

采用“信息化施工”的原則，及時了解和掌握整個坑壁的動態變化，發現異常，及時做出相應對策。地質勘察所獲得的數據還很難準確代表巖土層的全面情況，類似邊坡工程設計理論和依據還不夠完善，本構模型、計算假定以及參數選用等與實際狀況相比存在著一定的誤差。

表1 巖土體物理力學參數表

施工過程中，支護結構的受力經常發生動態變化，諸如地面堆載突變、爆破超挖等偶然因素的發生，使得結構荷載作用時間和影響范圍難以預料，出現施工工況與設計工況不一致的情況，必須采用信息施工法進行施工。

坑壁危巖清除應分段分塊爆破施工，并有專門的施工組織方案、專項的爆破和腳手架施工方案設計，并組織專家組審查合格后再實施。

5 結語

本文針對采礦形成巖質高邊坡，分析了治理方案的選型，研究了順層巖質高邊坡的穩定性及支護治理方案，得到了以下結論：

節理裂隙等軟弱面是巖質高邊坡滑動的條件，巖質邊坡的滑動規模一般較大，準確獲得巖體軟弱結構面的空間分布和物理力學參數，是巖質邊坡支護設計與施工成功的關鍵和重要依據。

礦坑治理的投資決策在滿足國家經濟技術方針、政策和法規的要求下，結合當地的自然景觀、地質條件和施工技術條件，統籌規劃，獲取最優的治理設計方案。

在巖質高邊坡的治理中，在滿足工程建設要求時，應考慮加固與清除危巖比較、不同支護結構比較、放坡與支護樁比較等方面，以達到選取最優的支護結構。

若能查明巖質高邊坡的破壞趨勢，有針對性的及時支護治理，阻止結構面的弱化因素和潛在滑動面的發展，降低邊坡破壞的概率，能大大降低巖質高邊坡的治理的工作量和節約社會資源。

廢棄礦坑作為旅游開發是一項利國利民的事業，對采空后的礦坑有效的治理能夠保護環境和維護社會安全。