石門溝廢棄礦山地質環境治理的實踐

朱泳霖

（中國有色金屬工業昆明勘察設計研究院有限公司，云南 昆明 650000）

0 引言

石門溝內蘊藏著豐富的石灰石礦產，20世紀70年代，當地曾組織人員進行礦山開采，破壞了自然環境，并且破損山體和大量的廢棄礦渣增加了崩塌和泥石流等地質災害的發生概率。隨著我國對生態環境越來越重視，開始了對山、水、林、田、湖、草等幾大生態環境進行治理，石門溝地質環境治理也提上日程。筆者參與了該項目地質環境治理理論與實踐的全過程，本文就該項目的具體實施情況作概略介紹。

1 項目區自然環境條件

1.1 地理位置、交通

項目區位于天祝縣城西南約20 km處，中心點坐標為東經102°47′41″，北緯37°23′42″。縣城到項目區有便道連接，交通便利。

1.2 氣象、水文

項目區深居內陸，屬典型的溫帶大陸性氣候，自南向北由潮濕寒冷的高山氣候過渡到干旱炎熱的沙漠氣候。

項目區內為季節性流水沖溝，河道內有地表水流，地表水主要來源為積雪融水，地表水與地下水隨地勢相互轉化，部分地段出露，部分地段入滲。

2 項目區內主要的礦山地質環境問題

項目區內主要的礦山地質環境問題是礦山開采產生的大量廢棄石渣無序堆放引發的地質災害，地質災害主要有泥石流和崩塌災害[1]。

2.1 泥石流災害

經現場調查，項目區內的石門溝主溝道為泥石流溝。

石門溝流域面積約4.4 km2，流域形態近似瓢形。溝內地形地貌屬低中山丘陵及山間溝谷地貌，大部分山體表部覆蓋有殘坡積含碎石粉土，厚0.3～0.7 m，下伏奧陶系灰巖、白云質灰巖，基巖在局部地段裸露。石門泥石流溝的形成區主要位于流域西南面的梁狀山體中。基巖裸露，風化強烈，裂隙發育。溝床上有第四系沖洪積碎石土覆蓋，厚2～4 m，平均粒徑10～30 cm，粉土、砂土含量低。坡腳可見崩塌堆積體（圖1），以碎石、塊石為主，松散無序堆積。受降水沖刷，溝床上的碎石土和坡腳的崩塌體可直接參與泥石流活動。堆積區主要位于溝口，在溝道中可見大量分選性較好的碎石沿溝道堆積（圖2）[2]。

圖1 溝道上游坡腳崩塌體

圖2 溝口溝道中堆積碎石

經計算得知，該溝道泥石流重度為15.83 kN/m3；100年一遇的泥石流峰值流量為74.52 m3/s，一次最大沖出量為1.81×104m3，一次沖出的固體物質總量為0.64×104m3；50年一遇的峰值流量為57.62 m3/s，一次最大沖出量為1.40×104m3，一次沖出的固體物質總量為0.49×104m3；該溝道泥石流100年一遇的規模為中型，50年一遇的規模為中型，見表1和表2。

表1 泥石流暴發規模分類

表2 石門溝泥石流規模分類

2.2 崩塌災害

項目區內的礦山停開廢棄后，遺留了兩處較明顯的潛在崩塌體隱患（圖3和圖4），形態特征見表3。

圖3 崩塌體B1

圖4 崩塌體B2

表3 崩塌體形態特征

這兩處潛在崩塌體均為巖質體，坡高5～20m，坡寬10～60 m，坡度70°～80°；坡面巖體均為灰巖，巖體較堅硬。因礦山開采產生較大面積的臨空面，臨空面大部分已風化呈紅褐色或棕紅色；臨空面陡直，呈直立陡崖狀，局部坡面成反坡，甚至懸空。

局部地段斜坡面上堆積的人工廢棄礦渣較為松散，無壓實，穩定性較差，常見溜滑現象。兩處危巖體的穩定性較差，在自身重力作用下，隨時可能傾倒或溜滑失穩。在流水沖刷、冰雪凍融、風蝕、溫度應力、震動等外界條件作用下，失穩破壞的可能性更大，失穩后將產生傾倒或錯斷式崩塌，規模約為1萬m3崩塌物。

3 治理方案及設計參數

3.1 治理方案

為了恢復原地形地貌景觀，降低地質災害的危害程度，使礦山環境和周邊自然保護區的環境相協調，提出以下治理方案。

（1）坡面清理工程：對在坡面上的廢棄渣堆進行清理并修整面。

（2）錨桿格構工程：坡面清理以后，對穩定性較差的邊坡采取錨桿格構工程進行防護。

（3）坡面防護工程：對潛在崩滑區采用主動防護網和被動防護網聯合的防護措施。

（4）擋土墻工程：在不穩定邊坡坡腳設置重力式擋土墻進行支護。

（5）攔擋工程：在泥石流溝主溝內布置2～3座攔擋壩，建立聯合防護體系，將補給泥石流的大量松散物質攔蓄于溝內，降低泥沙輸出，減少泥石流流量，同時抬高溝床侵蝕基準，穩定兩岸坍塌體。

（6）排導工程：設置排導堤，引導水流按設定的路線快速向下游徑流，防止對溝道沖刷，或起動溝道內其他區域的松散物質成為災害物源。

（7）護岸工程：在水流對溝岸坡腳有強烈沖刷的區域設立護岸工程，防止對坡腳的沖刷。

（8）生物綠化工程：進行植草種樹，恢復破壞區的植被環境[3]。

3.2 治理設計參數

3.2.1 擬設工程區工程地質條件

沿溝道中下游地段擬布設排導堤。根據勘探結果得知，排導堤擬建處的地基土在基礎埋深范圍內均為沖洪積碎石。碎石呈棱角狀-次棱角狀，母巖成分為灰巖、砂巖、變質巖等，級配不良；顆粒較純凈，充填物少，平均粒徑10～20 cm。碎石層壓縮性低、較密實、承載力較強，可以作為排導堤基礎持力層，但由于局部地段碎石粒徑差別較大，或含較大塊石，使得地基土均勻性變差，增加開挖難度，建議將其挖除，回填級配碎石并適當夯實后作為擬建排導堤的基礎持力層。場地周邊無不良地質現象，無活動斷裂通過，適宜排導堤工程建設。

3.2.2 治理工程地基土物理力學參數

根據現場調查、室內顆分試驗數據，同時結合工程經驗，確定地基土物理學參數擬建工程地基土主要力學指標建議值如表4所示。

表4 擬建工程地基土主要力學指標建議值

3.2.3 水土腐蝕性評價

（1）地基土腐蝕性評價。采取3組擾動土樣進行土的室內易溶鹽試驗，依據《巖土工程勘察規范（2009年版）》（GB 50021—2001），該場地環境類型屬Ⅲ類，綜合判定場地地基土對混凝土結構具有微腐蝕性，對鋼筋混凝土結構中的鋼筋具微腐蝕性，對鋼結構具有微腐蝕性[4]。

（2）地下水腐蝕性評價。在溝道中游和下游各采取1組地表水樣進行室內水質分析，依據《巖土工程勘察規范（2009年版）》（GB 50021—2001），地下水環境類型屬Ⅰ類，綜合判定場地地基土對混凝土結構具有微腐蝕性，對鋼筋混凝土結構中的鋼筋具微腐蝕性，對鋼結構具有微腐蝕性[4]。

4 結論與建議

4.1 結論

（1）項目區內出露地層主要為奧陶系灰巖和第四系土層，其中第四系土層包括上更新統沖洪積粉土、角礫，全新統坡積、殘坡積含碎石粉土，全新統沖洪積碎石，以及人工堆填廢棄礦渣和少部分耕植土。

（2）項目區內地下水類型主要為巖溶水和孔隙水，其中巖溶水富水性貧乏，孔隙潛水富水性較好。

（3）項目區內主要的礦山地質環境問題是泥石流、崩塌地質災害。該泥石流屬溝谷型泥石流，發育程度為中易發。該泥石流100年一遇的規模為中型，50年一遇的規模為中型。

（4）崩塌災害對原始的地形地貌景觀造成了嚴重影響和破壞。

（5）場地地基土和地下水對混凝土結構具有微腐蝕性，對鋼筋混凝土結構中的鋼筋具微腐蝕性，對鋼結構具有微腐蝕性。工程施工時可采取相應的防腐蝕措施。

4.2 建議

建議采取以下治理方案。

（1）坡面防護工程：對潛在崩塌區采用主動防護網、被動防護網和錨桿格構工程聯合的防護措施。

（2）擋土墻工程：在不穩定邊坡坡腳設置重力式擋土墻進行支護。

（3）攔擋工程：在泥石流溝主溝內布置2～3座攔擋壩，建立聯合防護體系，將補給泥石流的大量松散物質攔蓄于溝內，減少泥沙輸出，減少泥石流流量，同時抬高溝床侵蝕基準，穩定兩岸坍塌體。

（4）排導工程：設置排導堤，引導水流按設定的路線快速向下游徑流，防止對溝道沖刷。

（5）生物綠化工程：進行植草種樹，恢復破壞區的植被環境。