礦坑邊坡支護技術的應用案例分析

何明亮

（中煤科工集團重慶設計研究院有限公司，重慶 400042）

隨著工程建設的發展，越來越多的工程建設存在礦坑，為保證礦坑的穩定性，需對礦坑邊坡加以支護。常見的礦坑邊坡有自然放坡、礦坑圍護樁、支護技術等處理措施，當礦坑邊坡的放坡空間充足時，通常采用自然放坡處理，其缺點是放坡范圍大、礦坑頂部區域存在建、構筑物時不可使用；當礦坑邊坡放坡受限，可采用礦坑圍護樁處理，其缺點是工期長、造價高；當礦坑邊坡頂部僅存在較小的放坡空間時，可采用支護技術，其具有節省放坡空間、經濟、工期短等優點。支護技術自20世紀50年代開始發展，最初主要用于巖質邊坡的防護，后逐漸應用于地質邊坡加固。我國于80年代引進該技術，近年來廣泛應用于邊坡、隧道、礦坑的支護中。

1 支護結構的原理

在邊坡開挖后，支護技術通過錨桿（土釘）、鋼筋網、混凝土的綜合作用，充分利用礦坑邊坡礦體的自穩能力，采用柔性方式對邊坡進行加固。先采用錨桿將鋼筋網固定在礦坑邊坡壁上，再采用高壓將混凝土噴射于鋼筋網上，形成統一邊坡護面。在礦坑邊坡開挖形成，且應力重分配未完成時，充分利用邊坡土體的自穩能力，對邊坡進行加固處理，使邊坡礦體的穩定性、整體性得到進一步的加強。

支護技術所產生的加固效應主要體現在以下兩個方面：

（1）有效提高土體強度。礦體具有抗剪強度低的特征，在礦體開挖形成邊坡后，邊坡應力重新分配，邊坡穩定性變差，在未達到穩定坡率的情況下，極易發生坍塌或滑塌破壞。常見的重力式擋墻、樁板擋墻均是對邊坡土壓力進行支擋，存在工期長、造價高的特點。支護技術結構則是在土體內部形成系統性的錨固體，讓支護技術在礦體內發揮作用，使礦體形成有效整體，提高礦坑邊坡土體的穩定性。此外，當高壓注漿時，水泥砂漿將會進入礦體的孔隙中，凝固后大大提高土體的抗剪強度，水泥砂漿的擴散也使錨固體與周圍土體之間的粘聚力得以加強。

（2）提高邊坡礦體的整體性。錨桿一方面對邊坡土體起到“加筋”的作用，另外一方面起到穩固鋼筋網的作用。鋼筋網的聯合支護，可以將礦坑邊坡體表面松散土體牢牢地穩固在邊坡體上。在對鋼筋網噴射混凝土，并形成混凝土面板后，礦坑邊坡的整體性得到進一步的加強。設置在坡體中的加筋桿件（錨桿）與其周圍土體牢固粘結形成的復合體，以及混凝土面板，構成類似力擋土墻的支護結構。

2 礦坑邊坡支護技術的應用案例分析

2.1 工程介紹

以WH礦區建設工程為例，其中包含地下一層，工程開挖面積達到了25218m2，礦坑開挖深度2.15m～5.45m，礦坑邊坡類別為臨時邊坡。根據勘查資料，該礦坑邊坡為土質邊坡，屬人工填土，以塊、碎石為主，其結構中等密實。礦坑邊坡坡頂無重要構筑物，但其放坡范圍受施工臨時便道的約束，無法自然放坡。據勘查資料，場地內地下水埋深較大，地下水位位于基坑底標高以下。

2.2 礦坑邊坡支護

（1）支護技術設計。地下的修建需開挖礦坑，為保證礦坑安全，開挖時需對礦坑邊坡進行支護處理。本工程采用支護技術，逆作法開挖。邊坡坡率控制在1:0.5，在開挖形成2m高的礦坑邊坡時，及時進行支護技術，錨桿取2根22HRB400鋼筋，間距1.25m；鋼筋網采用雙層鋼筋網，采用10@150鋼筋；混凝土噴射厚度取100mm。當噴錨強度達到預定要求后，方可進行下一階的開挖，開挖分級高度控制在2m內。邊坡采用跳槽開挖，施工前精確定位邊坡開挖線，開挖后及時修整坡面，對孔位進行標記，支護水平方向的孔距偏差控制在50mm以內，注漿施工保持壓力控制在0.3MPa以上，必要情況下需要多次灌漿。本工程采用雙層鋼筋網，掛網施工中需要做好綁扎處理，焊接工程中要對搭焊長度進行控制，如果單面焊接則需要保證其長度控制在10D范圍內（D為直徑）。掛網完成之后加入固定支架，保證噴砼過程不會發生搖動。之后還要做好預應力錨桿的張拉施工，需要保證錨固體與臺座砼之間的強度大于15MPa，施加的力小于支護固力的30%。

（2）支護（土釘）工程。本工程中土釘長度取3m，要求支護抗拔力需要達到5kN/m，土釘外露長度需要達到80mm以上，在頂部使用加強筋進行壓緊和焊接，保證其牢固性。注漿材料為普通水泥，水灰比例為0.45～0.55，水泥漿依照當地標準進行預拌、使用，壓力注漿方法應用時候需要保證其壓力控制在0.5MPa以上。漿液注入之后要保證其密實度和飽滿度，導管底部與孔底之間保持一定距離，本工程控制在300mm左右。混凝土噴射采用普硅水泥、潔凈的中粗砂和礫石（粒徑為15mm以內），混凝土強度采用C20等級。混凝土與水泥、砂石比例為1:2:2.5。

（3）材料及質量要求。原材料需進行批量檢測，沒有經過試驗的原材料，或者原材料檢測不合格的都不能進入使用環節。鋼筋：鋼筋必須具有出廠合格證明，使用前應對鋼筋進行隨機抽檢，作力學性能試驗，滿足規范要求后，方可使用。鋼筋的強度標準值應具有不小于95%的保證率。混凝土：依照規定注漿體強度檢驗試塊數量每30根土釘不少于1組。1組試塊數量則需要選取砂漿3塊，選取水泥凈漿6塊，在相同條件下養護28天，再進行檢測。噴射混凝土強度試驗則需要保證每500m2/組進行3塊試樣的選取，相同條件下養護28天，再次進行試驗檢測。最后需要進行冠梁混凝土的強度試驗，1組3個試塊，一般選取3組，相同條件下養護28天，再次進行檢測。

（4）礦坑邊坡的開挖。礦坑開挖需嚴格按照先支護、后開挖的工序進行，采用逆作法、跳槽施工。基坑邊坡開挖坡率取1:0.5，開挖至2m高度時，修整坡面，進行支護技術，支護達到預定凝期之后，在進行下一階段的開挖，開挖時嚴格控制施工范圍線，避免對已有支護結構造成破壞。邊坡坡面修整時，如遇較大塊石，采用人工修坡，盡量減少對邊坡的擾動。

（5）支護技術結構檢測。當支護技術結構達到預定凝期后，需對支護技術結構進行檢測。對于土釘，在支護體達到預定凝期后，需對其抗拔力進行檢測，檢測數量不少于1%，且同一土層及單元結構體不少于3根。噴射混凝土厚度和強度可以通過鉆孔的方式來進行檢測，100m2設3個孔位。此外，基坑邊坡位移需滿足規范要求。

3 結語

在實際工程中，礦坑邊坡越來越普遍地采用支護技術，支護技術充分利用礦體自身穩定性，進一步加強其土體抗剪強度，并將其形成統一整體。支護技術具有放坡范圍小、支護工期短、經濟實用的特點。但在施工前應根據場地巖體條件選取相應的注漿參數、錨桿及鋼筋網的尺寸，以保證工程安全。