礦區高邊坡滑坡治理技術研究

苗貴華

（山西省交通規劃勘察設計院有限公司，山西 太原 030032）

0 引言

近年來，隨著我國社會經濟的飛速發展，我國的山區高等級公路、鐵路、礦區等各種高邊坡工程大量建設。同時，由于山區施工環境的復雜多變性，施工周期中，影響工程安全性的因素冗雜，不易控制。因此在實際工程中易產生滑坡事故，無法保障施工人員生命的安全性[1]。為了保證工程正常運行，需要對高邊坡滑坡產生的原因進行系統性分析，設計出合理的治理方案，徹底處治工程隱患。

1 工程概況

1.1 滑坡概況

某選煤廠場地位于該廠北部一斜坡的南側，因場地整平開挖坡腳，施工不當，于2010年1月發生了山體滑坡（事故定性為Ⅰ級非傷亡事故），斜坡中上部約16.0×104m3土體下挫滑動，造成高山水池輸水管斷裂、建筑場地被擠占；同時還嚴重威脅坡頂上構造物（高山水池、高壓鐵塔等）的正常使用和擬建建筑場地的安全開發。

根據勘查，新滑坡發育于老滑坡的中部（見圖1所示），老滑坡其平面形態呈不規則扇形，新滑坡呈頂窄下寬的簸箕形。滑坡總體都呈南北向展布，老滑坡南北寬約380 m，新滑坡南北寬度約150 m，滑坡平均長110 m；老滑坡平面面積約0.042 km2，新滑坡平面面積0.016 5 km2。老滑坡后緣與坡腳擬建場地天然高差70～100 m左右，主滑方向都為49.8°，滑體后緣高程1 100 m，前緣剪出口高程955 m。滑體地表坡度下緩上陡，中、下部約15°～20°，滑坡上部后緣坡度明顯變陡，約60°左右。滑體厚度2～21 m，平均厚度約10.0 m，老滑坡滑體體積約42.0×104m3，新滑坡滑體體積約16.5×104m3，屬中型滑坡。

圖1 礦區高邊坡及滑坡現狀圖

1.2 斜坡的工程利用情況

經多次研究，最終確定選煤廠設計地坪標高：斜坡北側廠區為951.5 m，南側生活區為955.0 m，建筑物外邊線距邊坡6.0 m。如圖2和圖3所示，此滑坡經削坡后，新老滑體大部分被清方，斜坡將形成一個坡高約54～94 m、坡度52°～61°的“L”型人工高邊坡（見圖1），邊坡總體呈南北向展布，其長度為300 m，南側延展長度178.3 m。

圖2 斜坡北側利用狀況

圖3 斜坡南側利用狀況

根據地質勘測報告及上述分析，該斜坡的主要工程地質問題為建筑場地的人工高邊坡防治問題。

2 巖土設計參數的選用

根據地勘報告試驗參數，并結合工程類比，本工程設計所用巖土參數取值如下。

2.1 高邊坡治理后應達到的穩定安全系數

該邊坡安全等級為一級，按《建筑邊坡工程技術規范》（GB 50330—2013）第5.3.2條要求，按圓弧滑動法計算時，治理后邊坡穩定安全系數應不小于1.35，設計取1.35[2]。

2.2 邊坡土體巖土參數取值

表1 邊坡土體重度 kN/m3

表2 抗剪強度參數

2.3 巖土體與錨固體黏結強度特征值

M30水泥砂漿（錨固體）與土體之間的黏結強度特征值frb取30 kPa（經驗值），與中等風化巖石（砂巖夾泥巖）的黏結強度特征值frb取380 kPa（經驗值）。

2.4 拉錨樁設計地基系數

抗滑樁嵌固段地基系數對黏土按m法考慮，黏土地基系數m（隨深度變化的比例系數）取3 MN/m4；對基巖按K法考慮，泥巖與砂巖地基系數K取120～300 MN/m3。

2.5 地基承載力特征值

強風化砂巖夾泥巖地基承載力特征值取350 kPa；中風化砂巖夾泥巖地基承載力特征值取500～900 kPa。

3 滑坡治理方案

根據滑坡及后緣高邊坡勘查結果，綜合考慮巖土物理力學性質、地形及地層結構情況、斜坡開挖現狀以及場地整治利用狀況，在綜合評價工程邊坡穩定性的基礎上，邊坡治理方案主要采用工程支擋措施。具體方案為：懸臂式預應力拉錨樁（樁間外掛弧形擋土板）+錨索框架梁+錨桿框架梁+重力式擋土墻+截排水溝等組合的聯合治理措施。本工程設計最不利工況：巖土體自重+強降雨+地震[3-4]。邊坡治理工程完成后方可進行選煤廠及生活區等建筑的平場與基礎施工。

3.1 懸臂式預應力錨索抗滑樁

設置于設計削坡后的坡腳處，樁中心距離擬建建筑物外邊線7.7 m，樁截面積為2.0 m×2.6 m，樁長17.0 m或19.0 m兩種，樁中心距6.0 m，設計樁頂標高961.5 m，共布設27根。為控制樁頂位移和減小樁的截面，在靠近樁的頂面布置3根錨索，并在懸臂段樁間設置弧形擋土板，樁頂設置一道橫梁。

表3 樁的主要控制參數

3.2 重力式擋土墻

設置于南側邊坡與最北側邊坡段，總長度153.0 m，每15.0 m設置一伸縮縫，泄水孔排距2.0 m，水平間隔4.0 m。

3.3 錨桿框架梁

設置于邊坡的下部、上部以及邊坡側面，錨桿孔距3.0 m，垂直排距3.0 m。框架梁截面為400 mm×400 mm。

3.4 錨索框架梁

設置于邊坡中部，框架橫向間距3.0 m，垂直排距3.0 m。

3.5 截排水溝

設置于坡頂外5 m，每級平臺設排水溝，排水溝修整為反坡將集水匯入邊溝。

3.6 坡面防護

紅黏土層的框架梁內及平臺面采用漿砌片石鋪面防護，防止黏土受水軟化或干裂，以上坡比1∶0.5的坡面格構梁間鋪設六棱空心磚，空心部分填充含草籽的土壤。

3.7 錨索錨桿性能試驗

本工程應根據3種類型各取3根錨索和錨桿進行性能測試，以確定錨固體與中風化巖體及土體間的黏結強度特征值是否達到設計要求[5]。

4 治理方案施工要求

4.1 施工順序要求

a）總體施工順序：按邊坡開挖一級、防護一級的原則，由上而下，逐步分段防護加固，先施工各級臺階坡體上的格構與錨拉結構，到樁頂標高后施工懸臂式拉錨樁和重力擋墻。

b）錨索施工前應先做錨索的性能試驗，試驗結果滿足要求后，方可正式進行錨孔注漿施工。

c）梁錨結構按支擋結構平面布置圖的要求放線定位，核定無誤后，方可進行格構梁施工→錨孔施工→錨（桿）索安裝、注漿→驗收試驗；樁、擋板施工→按設計的鎖定荷載鎖定→冠梁及肋錨擋墻外側排水溝施工。

d）截水溝的施工可根據現場情況提前安排。

4.2 錨桿施工

a）施工前檢查地質情況，清除坡面的危石，混凝土填補空洞等，使得邊坡修整后應平整、密實。

b）孔位應放樣準確，鉆孔過程中嚴格控制孔軸線的誤差，鉆孔深度不得小于設計深度。

c）根據現場巖石條件，選擇合適的鉆孔機具和方法。

d）鉆孔完成后，應及時清凈孔內殘渣，保持孔內干燥及孔壁的干凈粗糙。

e）錨桿安裝前對錨桿按設計要求進行抗拉拔力試驗。

f）錨孔注漿采用孔底注漿法，注漿管插至距孔底5～10 cm，隨著水泥砂漿的注入逐漸拔出，注漿壓力應大于等于0.8 MPa。

g）封錨前應及時對外留錨桿進行防腐處理。

4.3 錨索施工

a）根據設計要求錨索位置進行測量放樣，孔位測放力求準確，水平偏差不大于50 mm，垂直誤差不大于100 mm，鉆孔傾角允許誤差+2°。

b）根據現場地層類別、施工場地條件選擇合適的鉆孔機具，以確保錨索施工不致于軟化邊坡巖體，錨索成孔禁止給水鉆進。

c）鉆孔的孔徑、孔深不得小于設計值。

d）鉆孔結束后應進行孔徑、孔深、孔位、角度等驗收，驗收合格后方可進行下一道工序。

e）錨索錨固段采用二次注漿法，孔內灌注水泥砂漿，水灰比0.45～0.5，砂漿體強度不低于30 MPa。

f）錨索張拉作業前必須對張拉設備進行標定，錨索張拉分5級進行，每級荷載分別為預應力的0.2、0.5、0.75、1.0、1.1倍。采用隔一拉一方法進行張拉施工，以避免相鄰錨索的應力損失。

g）錨索張拉完成后，切除多余鋼絞線，澆筑C25細石混凝土及時封閉錨頭。

4.4 框架梁施工

a）修整好邊坡后，框架梁采用C25混凝土現澆筑。

b）框架梁施工時，以每片框架為一單元，整體澆灌，一次完成。框架橫梁每隔10～15 m設一道伸縮縫。

c）框架先施工豎梁，并于接點處預留橫梁鋼筋，豎梁完成后，再施工橫梁。

4.5 抗滑樁施工

抗滑樁施工前，應詳細了解工程地質資料，并作好施工組織設計，具體內容應包括：樁孔土層和基巖的開挖方法，樁孔開挖支護措施，施工質量保證措施，員工安全保證措施，施工中出現質量事故、安全事故時的應急措施。

a）樁孔開挖前場地應完成三通一平，并對滑坡范圍內的地表裂縫進行夯填封閉處理。按設計要求樁位進行放樣定位。

b）樁孔施工時，應跳一挖一。樁孔從上而下分段開挖，應以人工開挖為主。

c）樁孔護壁前，施工過程中施工人員應配合地質人員及時對孔內巖土進行編錄、抗滑采樣等。

d）為防止孔壁坍塌，確保安全施工，應設置鎖口，樁孔開挖在滑面以上每挖1 m應立即護壁。

e）樁孔開挖應做好施工區的地表截、排水及防滲工作。

f）樁孔開挖至設計深度并通過驗收后，應及時布設鋼筋籠。

g）混凝土下料采用串筒，每層澆筑厚度不能超過1 m，連續澆筑，不能留水平施工縫，澆筑完成后及時進行養護。

4.6 擋土墻施工

a）擋土墻基坑應分段跳槽開挖，分段位置設置在沉降縫位置。

b）擋土墻采用M7.5漿砌片石砌筑，片石的強度、尺寸以及砂漿強度應符合設計要求。

c）擋土墻基礎持力層及時檢驗，檢驗合格后應及時進行下道工序施工。

d）擋土墻墻身應分層錯縫砌筑。

e）擋土墻按設計要求設置泄水孔，確保排水暢通。

f）擋土墻砂漿強度達到設計強度的75%時，應及時進行臺背回填，夯實。

4.7 截排水溝施工

截排水溝應與現場臨時排水措施相結合，可根據地形情況，適當調整截排水溝位置及長度。

4.8 削坡工程

削坡開挖之前，應按施工組織設計對既有管線設施等實施遷移，開挖應自上而下逐級進行，嚴禁掏底開挖。

5 監測要求

為了保證施工正常進行，對工程支擋措施進行質量評估和施工后的安全使用狀況評價，需要對該高邊坡及工程措施進行監測。

5.1 地面變形監測

首先設計布置控制點3個，建立獨立的監測測量三角網；坡體變形監測按4條剖面（根據4個工程分區）布設，每條剖面3個監測點，共12個監測點。施工期的監測周期根據施工進度、降雨誘發條件及邊坡變形情況等由施工單位選定，但削坡情況下需要每天進行監測，正常每兩天監測一次，非正常變形情況下應縮短監測周期。工后監測按工程結束后的一個月內每周一次，半年內半個月一次，一年內每個月一次，以后每3個月一次，監測按2個水文年設計[6]。

5.2 工程結構監測

樁頂共設6個變形監測點、格構梁布設4個、擋墻頂布設2個，共12個。

5.3 應力應變監測

主要是坡體及結構體等應力應變監測。其中監測樁體3根，每根8個監測點；框格梁監測4個單元，每單元3個監測點。

a）邊坡設計和施工是一個信息化過程，而邊坡相關的監測是信息化的基礎。根據設計和規范要求設計專項監測方案，協調設計、施工單位對監測結果及時進行有效評價，用以指導施工。

b）施工單位施工前必須制定嚴密的施工組織設計，經業主單位、監理單位、設計單位、以及安全管理部門等認可后方可施工。

c）本次治理工程施工中及竣工后的運行期均不得在邊滑坡治理范圍內進行加載、不合理削方等任何不利于邊坡安全的工程活動。

d）工程治理開工時及竣工后應踏勘查清坡體附近的所有裂縫及坑洞，清除其中虛土及廢渣，再用3∶7灰土夯填密實，壓實系數不小于0.93。

6 結語

綜上所述，針對于實際工程中所出現的高邊坡滑坡問題，為了保證治理方案的高效性和經濟性，在施工圖設計參數和邊坡型式設計等方面的數據要保證規范化以及精細化。同時，對所選用的加固措施進行多方案設計與對比，經專家組的反復驗證，從中選取最優方案。治理方案實施之后的多維度監測也是對方案可行性以及防治效果檢驗的必要手段。高邊坡工程受施工環境、機械以及人員等多方面因子影響之下產生的滑坡事故，是企業生產運營所要重點防治的對象。避免此類事故發生能夠保障施工人員的安全以及企業經濟免受損失，本文結合具體工程，詳細地闡述高邊坡及前緣滑坡治理方案的設計可行性，希望能為類似工程提供經驗借鑒。