論紅衛(wèi)滑坡采空區(qū)治理工程的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

高 楊

(山西省地質(zhì)勘查局二一二地質(zhì)隊(duì)，山西 長(zhǎng)治 046000)

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論紅衛(wèi)滑坡采空區(qū)治理工程的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

高 楊

(山西省地質(zhì)勘查局二一二地質(zhì)隊(duì)，山西 長(zhǎng)治 046000)

根據(jù)山西省晉城市紅衛(wèi)滑坡的地質(zhì)環(huán)境條件，分析了影響滑坡滑動(dòng)的主要因素，并從采空區(qū)治理范圍、鉆孔注漿、漿液配比設(shè)計(jì)等方面，闡述了滑坡范圍內(nèi)采空區(qū)的治理措施，最終取得了良好的治理效果。

滑坡，采空區(qū)，注漿量，煤層

滑坡治理工程一般采用抗滑樁、擋土墻及格構(gòu)等支護(hù)手段對(duì)滑坡進(jìn)行治理，另一方面，采空區(qū)注漿在現(xiàn)代工程建設(shè)中的應(yīng)用也日漸廣泛。紅衛(wèi)滑坡位于山西省晉城市澤州縣西南部的南嶺鄉(xiāng)紅衛(wèi)村，距晉城市區(qū)約30 km。由于滑坡區(qū)下伏有較大面積15號(hào)煤層采空區(qū)，在滑坡治理工程實(shí)施中如若要徹底治理地質(zhì)災(zāi)害，除采用常規(guī)抗滑樁等支擋措施外需同時(shí)采取采空區(qū)注漿措施以保障滑坡治理效果。

1 工程概況

澤州縣南嶺鄉(xiāng)地處低山丘陵區(qū)，該鄉(xiāng)地形坡度大，沖溝、臺(tái)坎發(fā)育。1996年位于該鄉(xiāng)的紅衛(wèi)村發(fā)生滑坡，造成滑坡后緣頂部鐵武公路開(kāi)裂、變形、路面下錯(cuò)，裂縫寬10 cm～25 cm，使得約100 m長(zhǎng)的路面架空，路基最大下沉約100 cm，嚴(yán)重威脅過(guò)往車(chē)輛和行人的生命財(cái)產(chǎn)安全。 滑坡同時(shí)還造成紅衛(wèi)村小學(xué)房屋裂縫和院內(nèi)地面開(kāi)裂、下沉，嚴(yán)重威脅學(xué)校師生的生命安全，目前已無(wú)法安全使用[1]。紅衛(wèi)滑坡地質(zhì)災(zāi)害治理時(shí)主要采用抗滑樁、截排水溝和地面修復(fù)等綜合治理方案[2]，在治理工程施工期間通過(guò)對(duì)紅衛(wèi)滑坡進(jìn)行詳細(xì)物探、鉆探驗(yàn)證工作后發(fā)現(xiàn)紅衛(wèi)滑坡范圍內(nèi)尚分布有較大面積的15號(hào)煤層采空區(qū)，采空區(qū)的存在對(duì)已有治理工程和未來(lái)紅衛(wèi)滑坡穩(wěn)定性起到?jīng)Q定性影響，為保障已施工治理工程效果和徹底治理紅衛(wèi)滑坡地質(zhì)災(zāi)害，因此決定對(duì)滑坡范圍內(nèi)查明的采空區(qū)進(jìn)行注漿治理。本次研究的目的是確定采空區(qū)注漿設(shè)計(jì)的各項(xiàng)參數(shù)取值，對(duì)滑坡體內(nèi)采空區(qū)治理提供注漿處理方案。

2 地質(zhì)環(huán)境條件

2.1 地形地貌

紅衛(wèi)滑坡所在區(qū)域微地貌屬山體斜坡地帶，總體呈南高北低之勢(shì)，地面標(biāo)高683.35 m～718.09 m，最大相對(duì)高差34.74 m，地形坡度約15°～20°，區(qū)內(nèi)地形破碎，沖溝、臺(tái)坎發(fā)育，坡面不平整，多有梯田分布。

2.2 滑坡體概況

紅衛(wèi)滑坡整體平面形態(tài)呈“半橢圓形”，縱向長(zhǎng)90 m，橫向?qū)?60 m，滑體厚8.0 m～22.0 m，平均厚16.2 m，總面積35 000 m2，體積56.7萬(wàn)m3，為中層、中型工程活動(dòng)性滑坡，主滑方向約28°。

滑體由雜填土、粉質(zhì)粘土以及石炭系太原組泥頁(yè)巖組成：滑坡后緣以雜填土為主，滑體厚約8 m；中部以風(fēng)化的碳質(zhì)泥巖、鋁土質(zhì)泥巖為主，滑體厚9.0 m；前緣剪出口位置為雜填土和粉質(zhì)粘土，滑體厚4.0 m左右。滑床巖性以弱風(fēng)化的鋁土質(zhì)、碳質(zhì)泥頁(yè)巖為主，砂巖次之，埋深7.0 m～13.0 m。

滑坡后緣(鐵武公路上～原紅衛(wèi)學(xué)校院內(nèi))可見(jiàn)裂縫延伸約110 m，縫寬10 cm～30 cm，最大可見(jiàn)深度1.5 m，最大下錯(cuò)35 cm。

2.3 場(chǎng)地工程地質(zhì)條件

紅衛(wèi)滑坡區(qū)巖土體按地層巖性及工程地質(zhì)性質(zhì)特征可劃分為三類(lèi)，具體如下：1)第四系全新統(tǒng)雜填土。分布于紅衛(wèi)滑坡南側(cè)坡頂鐵武公路及紅衛(wèi)小學(xué)區(qū)域。主要成分為建筑垃圾、爐渣，并混有粉質(zhì)粘土、砂泥巖碎塊等，一般粒徑5 cm～8 cm，最大30 cm。雜填土松散，不含水，由于堆積時(shí)間短，處于不穩(wěn)定狀態(tài)。2)第四系上更新統(tǒng)粉土、粉質(zhì)粘土。主要呈披掛狀分布于斜坡上，巖性為上更新統(tǒng)的粉土、粉質(zhì)粘土，土體結(jié)構(gòu)疏松具大孔隙，垂直節(jié)理發(fā)育，工程性質(zhì)較差。3)石炭系泥巖、砂巖。滑坡區(qū)局部出露，為第四系地層基底，全風(fēng)化～強(qiáng)風(fēng)化，其中所含泥巖易碎、強(qiáng)度低，遇水易軟化，具有較好的隔水性，從而在土巖結(jié)合面或泥巖層間形成紅衛(wèi)滑坡滑移面。

3 滑坡滑動(dòng)影響因素分析

1)地形因素。紅衛(wèi)滑坡一帶地處低山丘陵區(qū)，滑坡區(qū)總體處于山體斜坡上，鐵武公路建設(shè)后由于填方堆積了大量的建筑、生活垃圾等雜填土，使原有的地形地貌變化較大，現(xiàn)有地形條件使得滑坡容易發(fā)生。2)地層巖性因素。紅衛(wèi)滑坡滑帶以鋁土質(zhì)泥巖或碳質(zhì)泥巖為主，強(qiáng)風(fēng)化，其導(dǎo)水性差且遇水易軟化和泥化，在外力作用和地表、地下水作用下容易沿該層滑動(dòng)。3)水文地質(zhì)因素。紅衛(wèi)滑坡區(qū)堆積了大量的松散層，包括雜填土和上更新統(tǒng)粉質(zhì)粘土。這些松散堆積物容易接受大氣降水入滲，增加滑體重量并促使滑坡下滑。同時(shí)滑坡區(qū)地下水位埋深均較淺，滑坡前緣附近有地下水溢出帶，滑面受地下水浸潤(rùn)，降低其抗滑阻力，導(dǎo)致滑坡體失穩(wěn)，水文地質(zhì)因素對(duì)滑坡穩(wěn)定性影響較大。4)煤層采空區(qū)因素。根據(jù)調(diào)查，20世紀(jì)80年代中期紅衛(wèi)滑坡所在區(qū)域曾有附近村民在滑坡前緣開(kāi)拓了一口約16.5 m深的豎井用以開(kāi)采15號(hào)煤層，并由豎井沿滑坡前緣開(kāi)掘了一條寬高約2 m巷道，巷道延伸到滑坡東側(cè)邊緣。據(jù)了解開(kāi)采前后持續(xù)約2年，巷道分布位置極不規(guī)律，采用峰窩式開(kāi)采方式，全部陷落法頂板管理。根據(jù)勘察報(bào)告可知，紅衛(wèi)滑坡范圍內(nèi)15號(hào)煤層底板埋深47.50 m～64.75 m，煤層厚1.90 m～3.50 m，平均厚2.76 m，采深采厚比13.44～18.05，已查明下伏15號(hào)煤層采空區(qū)總面積約15 314 m2，占紅衛(wèi)滑坡區(qū)總面積62%。綜上可知，紅衛(wèi)滑坡區(qū)下伏分布有大面積15號(hào)煤層采空區(qū)，且采空區(qū)分布面積及規(guī)模較大，如若要徹底治理紅衛(wèi)滑坡地質(zhì)災(zāi)害，除傳統(tǒng)抗滑樁等抗滑手段外需同時(shí)采取采空區(qū)注漿措施，確保治理工程支擋結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定，做到一次根治、不留后患，保證滑坡最終治理效果[4]。

4 采空區(qū)治理設(shè)計(jì)

4.1 采空區(qū)治理范圍及深度

紅衛(wèi)滑坡下伏15號(hào)煤層采空區(qū)占紅衛(wèi)滑坡區(qū)總面積的62%，大面積采空區(qū)的存在對(duì)已施工支擋結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性影響較大。為了確保紅衛(wèi)滑坡最終治理效果，采空區(qū)治理重點(diǎn)針對(duì)滑坡區(qū)紅衛(wèi)小學(xué)—鐵武公路沿線和抗滑樁部位進(jìn)行下伏采空區(qū)治理。各注漿保護(hù)區(qū)域延伸方向均為近東西走向，與采空區(qū)走向基本平行。

4.1.1 采空區(qū)治理寬度

采空區(qū)治理寬度主要參照《采空區(qū)公路設(shè)計(jì)與施工技術(shù)細(xì)則》確定，具體由擬保護(hù)工程基礎(chǔ)底面寬度(長(zhǎng)度)、圍護(hù)帶寬度和采空區(qū)覆巖影響寬度三部分組成[3]。計(jì)算公式如下：

B=D+2d+D′=D+2d+2hcotφ+H1cotβ+H2cotγ。

其中，B為采空區(qū)治理范圍寬度,m；D為公路路基或抗滑樁寬度,m；d為圍護(hù)帶寬度，擬保護(hù)工程等級(jí)為Ⅱ級(jí)，取10 m；D′為采空區(qū)覆巖移動(dòng)影響寬度，m。

經(jīng)計(jì)算，紅衛(wèi)滑坡各采空區(qū)治理部位治理寬度見(jiàn)表1。

表1 采空區(qū)治理寬度表 m

4.1.2 采空區(qū)治理長(zhǎng)度

采空區(qū)處治的長(zhǎng)度L(沿路線或抗滑樁中線方向)應(yīng)為下伏采空區(qū)的實(shí)際長(zhǎng)度與覆巖移動(dòng)影響范圍之和，計(jì)算公式如下：

L=L0+2(hcotφ+Hcotβ)。

其中，L0為沿公路或抗滑樁中線方向采空區(qū)長(zhǎng)度,m；h為第四系地層厚度，具體根據(jù)各工程部位鉆孔資料確定；β為采空區(qū)上覆巖層移動(dòng)角，取72°；φ為松散層移動(dòng)角，取45°；H為采空區(qū)上覆基巖厚度，具體根據(jù)各工程部位鉆孔資料確定。計(jì)算結(jié)果如表2所示。

表2 采空區(qū)治理長(zhǎng)度表 m

4.1.3 采空區(qū)治理面積

根據(jù)各部位采空區(qū)治理寬度及長(zhǎng)度，綜合確定紅衛(wèi)滑坡下伏采空區(qū)總治理面積約25 639 m2。該設(shè)計(jì)治理面積是根據(jù)現(xiàn)有資料圈定的面積，可能與實(shí)際情況有出入，在實(shí)際施工過(guò)程中，應(yīng)根據(jù)施工情況及時(shí)進(jìn)行修訂，確保治理范圍準(zhǔn)確有效。

4.1.4 采空區(qū)治理深度

為達(dá)到治理工程目的，采空區(qū)治理深度為地面至15號(hào)煤層底板下1 m，滑坡區(qū)平均治理深度約60 m，具體各部位治理深度依據(jù)鉆孔和煤層資料確定。

4.2 采空區(qū)鉆孔布設(shè)

采空區(qū)治理所設(shè)鉆孔分為注漿孔和帷幕孔，均布置于前述采空區(qū)治理范圍內(nèi)。結(jié)合由巖體裂隙程度設(shè)定的漿液擴(kuò)散半徑，工程設(shè)計(jì)帷幕孔孔距15 m，注漿孔孔距15 m，排距15 m，梅花形布置，保證漿液擴(kuò)散半徑相互搭接。注漿孔的灌注長(zhǎng)度為采空區(qū)最上部巖層頂面完整基巖以下5 m至注漿孔孔底，孔口管長(zhǎng)度為地面上0.5 m至完整基巖下5 m變徑處的深度。

4.3 漿液配比設(shè)計(jì)

參照以往采空區(qū)治理工程的經(jīng)驗(yàn)和當(dāng)?shù)毓?yīng)的材料情況，注漿漿液為水泥粉煤灰漿液，其配比通過(guò)試驗(yàn)確定，水固比取為1∶1.0～1∶1.3，以1∶1.1為主(帷幕孔可取1∶1.2～1∶1.3)，漿液的使用應(yīng)由稀到濃，其中水泥占固相30%，粉煤灰占固相70%。帷幕孔的漿液中摻加水泥重量2%～5%速凝劑，同時(shí)視情況加入φ2.0 mm～φ5.0 mm的石粉，使灌入采空區(qū)內(nèi)的漿液盡快凝固，以形成帷幕，防止?jié){液流失。

4.4 采空區(qū)注漿總量

采空區(qū)總注漿量可按下式估算：

其中，Q為采空區(qū)總注漿量，m3；S為采空區(qū)治理面積，m2；m為采空前煤層厚度，取平均厚度2.76m；ΔV為采空區(qū)剩余空隙率，閉礦時(shí)間5年以上時(shí)，取值20%～50%，當(dāng)頂板為較堅(jiān)硬巖石時(shí)取較大值；K為回采率，通過(guò)實(shí)際調(diào)查確定，設(shè)計(jì)取40%；A為漿液損耗系數(shù)，取值在1.0～1.2之間，據(jù)地區(qū)經(jīng)驗(yàn)，本次取1.1；η為充填率，取值在80%～95%，據(jù)地區(qū)經(jīng)驗(yàn)，本次取90%；C為漿液結(jié)石率，取值在90%～95%，據(jù)地區(qū)經(jīng)驗(yàn)，本次取90%；α為巖層傾角，取值10°。經(jīng)計(jì)算，紅衛(wèi)滑坡采空區(qū)總注漿量約17 245m3。

5 結(jié)語(yǔ)

由于采空區(qū)分布具有較多不確定因素，在設(shè)計(jì)過(guò)程盡管已考慮了注漿過(guò)程中漿液向注漿孔孔壁周?chē)⒉煽諈^(qū)下伏、上覆巖層裂隙的滲透損失以及向空洞上部巖層冒落坍塌后堆積而成的空隙滲透填充的漿液損失等，但由于實(shí)際采空區(qū)范圍及其特征可能有誤差，再加之計(jì)算參數(shù)的取值具有一定的經(jīng)驗(yàn)性，故實(shí)際注漿量與理論估算量可能有一定出入。

同時(shí)采空區(qū)治理工程結(jié)束后應(yīng)委托第三方進(jìn)行注漿質(zhì)量檢查，建議采用鉆探、孔內(nèi)波速測(cè)井等方法進(jìn)行注漿質(zhì)量檢查[5]，以確定最終治理效果。

[1] 山西省晉城市澤州縣南嶺鄉(xiāng)紅衛(wèi)—后河滑坡地質(zhì)勘查報(bào)告[R].2009.

[2]DZ/T0219—2006，滑坡防治工程設(shè)計(jì)與施工技術(shù)規(guī)范[S].

[3]JTGTD31—03—2011，采空區(qū)公路設(shè)計(jì)與施工技術(shù)細(xì)則[S].

[4] 王玉川，巨能攀，趙建軍，等.緩傾煤層采空區(qū)上覆山體滑坡形成機(jī)制分析[J].工程地質(zhì)學(xué)報(bào),2013(21)：89-91.

[5] 楊小麗.采空區(qū)治理工程施工及檢測(cè)[J].山西建筑，2012，38(22)：86-87.

Discussion on design and application of Hongwei landslide mined-out area treatment engineering

Gao Yang

(ShanxiGeologySurveyBureauNo.212GeologyDepartment,Changzhi046000,China)

According to Hongwei landslide geology environment conditions of Jincheng city in Shanxi province, the paper analyzes major factors influencing landslide sliding. Starting from aspects of mined-out area treatment scope, drilling grouting, seriflux mixing proportion design, it describes mined-out area treatment measures within landslide scope, finally achieves good treatment effect.

landslide, mined-out area, grouting volume, coal seams

1009-6825(2016)16-0082-02

2016-03-27

高 楊(1988- )，男，助理工程師

P642.22

A