邊坡支護在工程地質災害治理中的應用分析

孫永利

（四川省冶金地質勘查局六0 五大隊，四川 眉山 620800）

邊坡支護技術可以改變邊坡的荷載，提高邊坡的結構穩定性，有效地控制地質災害，提高施工現場的安全性。因此，相關人員應結合實際情況，加強支護技術在施工中的應用方法研究，確定危險部位，充分發揮支護結構的作用[1]。

1 應用邊坡支護對礦山穩定性的作用

1.1 降低邊坡的應力變形

邊坡在重力作用下變形，在開采過程中因應力過大而受損。根據邊坡破壞模式和應力變化的特點，將邊坡斷裂模式分為四種類型：傾倒、平移變形、拉裂開裂、楔形體變形。

傾倒：傾斜力矩的形成主要受巖體自重的影響。由于力矩超過了巖石的承載力，巖石很容易失穩而落在邊坡較大的巖石上。特別是當巖石不連續時，傾斜變形更容易在斷裂方向發生，最終發生塊體彎曲和崩塌。在橫縫的影響下，巖體也會產生連續剪切，從而導致彎曲變形和墜落。

邊坡的平移拉開斷裂形式，通常發生在滑動構造或傾斜較低的順層邊坡上，受自重的影響，邊坡與節理之間的裂隙會互相剪切，張力是在自身重量的影響下產生的。當周圍的約束條件被移除時，坡度等于巖石的內摩擦角，所以一旦礦點發生了爆破或是降雨造成巖塊的結構穩定性降低，巖塊就很容易沿著滑移面形成平移拉開的斷裂形式。楔體變形通常在兩個或以上構造平面的邊坡中發生，主要原因是結構面切割產生的楔體變形，沿切割線滑動，對邊坡造成嚴重破壞[2]。

結合以上故障模式的分析，所有故障模式都會在應力作用下使邊坡發生變形，導致邊坡薄弱部位的結構破壞，并逐漸擴展到整個結構的破壞，從而導致最終事故。傾斜支護可以對外施加反向拉力，抵消重力等荷載對邊坡的影響，控制邊坡的形成，避免邊坡結構的破壞，實現對邊坡的持力作用。

1.2 解決危險巖體墜落隱患

在礦山開發過程中，采用了爆破和其他開發方法，導致巖體受到內部振動和結構破壞的影響。如果有外力，巖石很容易沿著裂縫斷裂。這類巖體是礦山中的危險巖體，對礦山設計人員的安全構成極大的威脅，制約了該技術在礦山開發中的應用。為了解決潛在的安全風險，通常情況下，相關人員要定期檢查和清除小的危險巖石。

一旦邊坡表面出現大量危巖，必須及時清除松動的巖石，以清除風化層和有裂縫的巖石表面，并進行邊坡加固，坡體具有適當的坡度，提高了邊坡結構的穩定性。邊坡支護結構的使用可以支護破碎巖體，保證礦山結構的安全。在處理危險巖體時，邊坡防護工程通常采用柔性人網覆蓋危險巖體，通過豎向約束和作用力，可以有效地控制巖體的空間運動，以限制墜落和墜落。支撐結構是一種主動控制方法。在確定承載結構時，我們需要了解巖塊裂縫的分布情況，確定圍巖的鉆孔，制定放置錨索和注漿的操作技術，以合理使用錨索，加固危險的巨石和潛在的滑動體[3]。該結構還保證了植被恢復空間，能適應不同的邊坡結構。

2 使用邊坡支護工程對礦山邊坡的深層加固

2.1 加大邊坡抗滑力

分析坡度的穩定能力，要在研究邊坡破壞模式的基石上展開。我們可以作一個假想：將剛性滑動巖塊某一點當作回轉的中心點，以滑裂平面作為速度不連續平面，從巖塊上任意選取一微分的單元體，此時的旋轉角就可設定為日。當坡度巖體在臨界狀況時，就可能得出坡度的穩定能力系數，即是函數f(θ)的極低值。而通過邊坡穩定系數，就可能得出坡度穩定能力的效果分析結論，同時邊坡定量承載力分析結論也必須根據巖石條件、實際荷載量、支護情況等條件。為了明確錨索支撐穩定性系數的具體范圍，應該將傳統邊坡穩定性分析方法更改為錨索支撐穩定能力分析方法，對邊坡系統的內外功率變化做出測算，最后通過得出的計算結果，應該增加對坡度維持穩定能力的防滑力，從而使坡度的穩定能力大為提高。

2.2 支護結構提升邊坡抗震能力

邊坡的支撐構件能和巖體形成一個整體結構，用支撐構件就提高了巖體的整體結構，從而增加了巖體的承載力和抗震性。在礦山企業的開采過程中，隨著邊坡的影響發生變化，在開挖的影響下，巖體的初始應力不斷釋放，應力狀態也發生變化。巖體結構的變化可以促進巖體向新平衡狀態的轉變，但也會導致巖體結構的破壞。邊坡支護結構能更好地改善巖體結構的均布張力，提高巖體結構的穩定性。此外，邊坡支護結構也適用于巖體支護，它不僅能控制巖體的自由運動，還可以通過對巖體形成反作用力來控制巖體的自由移動，同時支撐加固結構。由于巖體與支護構件緊密相連，可以形成剛體，滑動推力也從外部傳遞到更深的固體巖層。同時，嵌入效應可以使巖體具有更強的抗震能力，因為支撐元件增加了垂直于滑動面的表面張力，從而改變了滑動面的動力特性。同時，滑動面的表面摩擦力增大，巖體的滑動推力顯著減小，最終抗震能力顯著提高[4]。

3 邊坡支護試驗分析

3.1 穩定力學參數

以某礦山工程為例，分析了邊坡處理過程中的穩定性和力學參數。對現場采集的10 例滑動巖石和10例滑動帶巖土進行室內力學試驗。通過測試和分析抗剪強度，巖體的抗剪強度參數確定如表1 所示。

表1

經過對實際的勘測結果進行綜合分析，判斷邊坡的力學平衡參數如表2 所示。

表2

3.2 邊坡穩定性分析

為了檢驗邊坡支護技術的效果，分析地質災害治理的作用，有必要分析邊坡支護前后的穩定性變化，研究邊坡各特征點在水平和垂直方向上的位移，然后比較數據。通過分析強度折減，確定支護邊坡的安全系數約為1.27。雖然總體情況相對穩定，但部分地區仍存在不平衡問題，尤其是在礦山附近較高的邊坡，安全隱患更為嚴重，因此有必要進一步加強對這些地區的管理。經過支護加固后，該高邊坡的安全系數達到1.9，得到了顯著提高，證明通過支護工作可以在工程地質災害防治方面取得更好的效果。

4 實際案例分析

4.1 地質概括

山地斜坡土壤，主要由填筑物、殘坡積黏性土和前寒武系黃洞口組上段的全、強風化作用粉砂石等構成。針對斜坡的巖石的成分、土壤結構、物理力學等特性測試結論，簡介如下：（1）雜填泥土：土灰白、棕紅色，略濕潤，成松散狀況，以黏性土居多，含碎巖礦渣粉、磚塊等建筑材料廢棄物，為高壓縮力黏土，透水性較強，一般厚度范圍為0.30～3.80m。（2）含碎巖粉狀黏土：系粉砂石坡積物，褐紅色、棕黃色，略濕或～濕，成可塑狀況～硬塑土壤，以粉狀黏土居多，含碎巖約百分之十，粒度通常為2～4cm，成棱角形。（3）粉質黏土：系粉砂石坡積物，棕紅色、褐發黃，稍濕～濕，可塑狀態～硬塑，以粉體顆粒居多，土質較平整，為中壓縮力黏土，具有遇水后易軟化，硬度迅速下降等特征，一般厚薄范圍為0.40～3.50m。（4）黏土：系粉砂石山坡殘積物，棕紅色、褐發黃，稍濕～濕，可硬塑～堅固，以體粉粘粒居多，屬于中壓縮力黏土。

4.2 邊坡支護設計

鑒于坡度高程較大，面積廣闊，為減少坡度建筑施工過程對斜坡穩定性的影響，坡度保護工程適宜于采用自上而下分期砌筑、推進保護的逆作法開展建設；并且充分考慮到坡度巖石的生產狀、結構組成、節理裂縫發育狀況等，本坡度建設過程對斜坡表面主體構造采用土釘+框架柱+植草實施穩定性保護，對部分邊緣路面采用掛網噴水泥實施保護。而針對本坡度建設過程的特殊性和實際施工經驗，本建設過程按照特性及工序的差異，大致包括以下5 個分項部分：（1）削坡清表砌筑。（2）截溝渠（排水溝）砌筑。（3）錨索支撐結構砌筑。（4）砼框架梁砌筑。（5）植草綠化砌筑。其中錨索+框架梁+植草是本邊坡的重點建設項目。

基于工程設計經驗和實際施工類比情況，并采用了錨索結構內部剛度驗算和外部穩定性驗算，設計中邊坡面每層傾斜度選擇65°，土釘在面層的垂直布置上下傾角為10°，垂直和水平距離各為2.5M 釘材選擇中25 熱軋螺紋鋼筋，鉆孔孔徑為100Mm 釘孔內注漿方法材料選擇中M25 水泥砂漿。土釘孔徑為8～18m，釘材表層噴涂了聚砜環氧樹脂涂層以增強防腐蝕力量。為使混凝土鋼筋的直徑尺寸處于鉆孔中，在每隔2m 設有定位支架。框架混凝土鋼筋則使用C25 水泥，豎柱、氣窗的尺寸為30cm×30cm，間距2.5m×2.5m。框架柱和錨索連為一體，在框架柱內噴播草種，進行園林綠化。

邊坡排水系統能否得到改善，將直接影響后續的防護效果。因此，根據設計特點，在邊坡外側2m 處設置底寬80cm×80cm 的梯形槽，在邊緣中部設置60cm×60cm的矩形排水槽，在殘缺處設置100cm×100cm 的矩形排水槽。集水溝和排水溝收集的降水與相鄰的城市排水系統相結合。邊緣表面也設置排水孔，直徑75mm，橫向間距2.0m。橫向排水系統外坡5%，設置不小于50cm的礫石反濾袋。

4.3 施工技術、方法與要求

1.削坡施工的流程：施工前準備，清除邊坡表層植被，勘測放線，人工削土方，將土方對外運送，邊坡表面修整，單項工程驗收合格。建設技術規定：（1）在清方建設之前進行現場施工技術監測，并嚴密把控清方工程量，削方建設時應進行嚴密的把控，擬專設一觀測組隨挖隨測地形情況，用觀測設備指揮削方沙坪的工作。（2）在建設之前，必須首先做好現場清潔工作，把坡面的部分雜草、不平衡林木和所有廢棄物清除出場，而后針對具體的坡體形狀特征或有坡度治理工程設計需要，按照工程設計坡度進行挖除的方式進行削方工程和斜坡表面沙坪。（3）削方沙坪從后往前逐步進行，因現場坡度較斜，禁止在建筑坡度范圍內堆放大塊土石方，對破碎的土石方工程要及時地運到場邊。（4）開挖高度不得高于工程設計剖面模型中所標記的開挖高度，并嚴密按工程設計所述削坡線進行施工，以確保等值線的圓順。（5）所采取的削坡程序應當保證邊坡表面的穩定性，在施工過程結束合格之前，對所有的施工過程邊坡表面穩定性與安全問題負責，在建筑施工過程中，對邊坡表面的不平衡泥土、碎石等應該進行削坡清除以保證安全。

2.錨桿支護施工方法。（1）錨索成洞方式：針對原本容易破壞山體整治施工的性質和特征，將抗滑錨桿的錨孔用風動潛洞錘鉆入施工中，該施工方式的好處是不需要用水和泥漿清洞工藝，可有效減少沖擊坡體，且速度快。錨桿鉆孔施工時采用潛孔錘機，部分錨孔口徑均為中130mm，并安裝一定錘體。沿錨桿軸線走向，按照設計圖上對不同施工區域的規定，每隔2.0m 設定一對中支撐;錨桿體按國家防腐蝕規定經過了防腐蝕處理。（2）錨索體注漿材料：張拉錨桿體注漿方法材質為M25 水泥砂漿，選用Po32.5 等水泥混合，設計配置比為：水泥:混凝土:砂漿=0.45:1:1.25，每立方米水泥砂漿材料用量比為360kg:800kg:1000kg，采取洞底返漿灌注法。水泥砂漿攪拌機一般采用普通攪拌器，攪拌機的每次攪拌砂量不能低于0.3m3/次，攪拌時間也不能低于2min。注漿材料一般采用UB 負二型灰漿擠壓泵進行，運輸管道應采用耐壓不低于2.0MPa的高壓膠管，管零接頭選用快速接頭以提高注漿速度。

5 結語

邊坡支護技術對地質礦山災害的影響分析表明，邊坡支護的使用可以滿足提高邊坡穩定性的要求，顯著減少機械工程地質災害，確保礦山開發安全。在研究過程中，除了考慮巖石和土壤的影響外，還需要分析礦山周圍的地下水文作用對礦山的影響，加強礦山環境的模擬，分析地質環境的實際情況，確定最合理的支護形式。