软弱岩质高边坡初步加固处理方法

曹 军，付升平，陈 伟

(八冶建设集团岩石爆破工程公司，甘肃 兰州 730070)

灵宝富金黄金矿业有限公司吉尔吉斯坦伊斯坦贝尔德金矿工业厂区是在开挖山体基础上形成的。由于地形的制约，致使主厂房后边坡高度较大，最大的开挖高度达到110m。坡体岩性为凝灰质的砂岩、板岩，岩石强度低，开挖暴露面积大，支护不及时，在边坡中部形成了一道约12m宽的楔形滑槽，紧邻上游坡体严重变形，臌胀变形使已经架设好的钢拱架外臌无法正常使用，且常产生掉渣现象。为确保该工程的安全顺利施工，需对主滑区及正在严重变形区的边坡进行稳定性分析与安全评价，并提出工程治理措施。

1 工程概况

1.1 地形地貌

吉尔吉斯斯坦共和国伊土坦贝尔德金矿厂房区地基，根据目前的岩土工程勘察工作，基本明确场地土类型为基岩，场地类别Ⅰ类坚硬场地，地震动峰值加速度0.20g，地震基本烈度为Ⅷ度。

在前期厂区基础岩土工程勘察过程中，了解到了一些基本地质条件：地震动峰值加速度0.20g，地震基本烈度为Ⅷ度；厂区自然边坡坡度为37°左右；地层岩性为凝灰岩或为板岩、玢岩等，饱和抗压强度为27MPa，地层倾角为45°左右。

厂房位于河流右岸一级阶地后缘，高程1980～2180m，相对高差200m左右，目前开挖面已形成40～73m的岩质高边坡。在尾矿坝和高位水池处，分别发育有一条大的冲沟。厂房走向NE45°，开挖边坡与厂房走向近平行，即边坡走向也为NE45°，为连续陡坡，地表植被发育，表层为坡积碎石土。后缘最大开挖高度大于30m，地层岩性为凝灰质的砂岩、板岩，块状结构，节理裂隙发育，表层破碎，全风化层厚度0.3m左右，下部强风化岩层厚度6m左右。据此次外业测绘，在厂房区范围内地层产状一致，无大的断裂通过，无褶皱发育，地层走向为NW，产状300°NE∠60°～70°左右。

厂房后边坡不存在缓倾角的倾向坡外的结构面和软弱夹层，开挖线后缘也不存在大的滑塌体。因此，该工程影响边坡稳定的主要因素，是岩层产状及岩层产状与边坡走向的关系。通过表1可以看出，该区岩层倾向与边坡走向平均夹角为13.6°，岩层走向与边坡走向平均夹角为76.4°，为大角度相交，利于边坡稳定，岩层倾角60.4°，为高角度陡倾角岩层。

1.2 地质构造及物理地质现象

根据吉尔吉斯坦国提供的地质资料可知，该区发生过9级地震，说明地质构造发育。该工程岩体节理裂隙发育，根据现场施工过程中局部塌方的照片和此次照片反映，坡面存在“X”型节理，易形成倾向坡外的楔形体，是构成边坡不稳定的主要因素之一。其深层次的结构面有待进行勘察研究分析。另外，岩体表层破碎，全风化层厚度0.3m左右，下部强风化岩层厚度6m左右，弱风化20m左右。风化岩体成碎裂结构，锚固处理难度很大。

2 滑坡体状况调查分析

2.1 踏勘与观测

对应主厂房后形成一道楔形滑槽，滑槽上部仍有一条宽约1.2m张开性裂缝，裂缝宽约1.2～2.0m。滑坡台阶高约2m，向外臌胀，4月21～22日发育比较明显，近几天比较稳定。边缘孤石对下部厂房安全影响较大。目前，对主厂房潜在影响最大的区域是中心滑槽上侧(以河流上游为上侧，河流下游为下侧)凸起边坡，该坡体的发育裂缝与主滑槽贯通，并有较大下沉，表征反应在钢管架外臌在中部与坡面脱离，也有向楔形滑槽导滑的迹象。滑槽上侧坡体也有向滑槽方向倾覆的迹象。

在整个坡体共设置了10个观测点，1～4号点主要设置在坡体下游，位移较小，说明下游坡体处于相对稳定的状态；5～10号点设置在楔形滑槽上游；主要变形发生在5号、7号、9号点，下沉量10～20cm。

2.2 坡体岩土特性

地层岩性为凝灰质的砂岩、板岩，夹杂有泥岩和页岩，层状分布。边坡岩体可能属于中软岩或较软岩的Ⅲ～Ⅳ级岩体，节理裂隙发育，表层破碎全风化。全风化层下部，强风化岩层厚度6m左右，极易吸水导水至坡体，对边坡稳定极为不利；岩层倾角在30°～60°，大部分属切层坡体，小部分属顺层边坡体，顺层结构岩体易产生片落现象。上侧(药剂厂)边坡底部有出水现象，说明地层有含水层或裂隙水与之沟通，该区域防、排治水也是边坡治理重要内容之一。

边坡开挖高度大，目前开挖面高度在40m以上，最高处大于70m，大部分开挖面高度在50～60m，开挖的坡面易风化自然离层或脱落，开挖面形成后暴露时间长，浅层已经产生较大的松弛位移，对边坡稳定产生了很不利的影响。边坡治理至为紧要的措施，是尽快封闭支护和截排水设施的形成，包括在边坡根部形成一条1m×1m的集排水沟，该集排水沟构筑与工业场地平整统筹施设。

3 边坡稳定计算分析

对于边坡稳定性计算分析，一般是通过一定的计算方法给出一个安全系数，来评价边坡的稳定程度[1-6]。计算安全系数的通常方法，主要有极限平衡法、能量法和强度折减法。

计算采用的是迈达斯Midas-GTS(Geotec- hnical and Tunnel analysis System)。Midas-GTS是一款包含施工阶段的应力分析和渗透分析等岩土和隧道所需的几乎所有分析功能的通用分析软件[7-9]。通过迈达斯的计算，开挖后未经锚杆挡土墙加固前的边坡稳定性及经加固后的稳定情况，以及各个施工阶段边坡的稳定情况。

选作具有代表性的挖方横断面图，该断面图是典型的高边坡加固方案，包括锚杆防护[10]，添加平面属性，即岩土；划分网格，添加属性、材料，特性条件,添加实体材料岩土(岩土结构模型为莫尔-库伦模型)。岩土属性见表1。

表1 岩土属性

建立网格，边坡部分适当加密,加边界支撑条件，即土边界，加荷载条件，这里简化为只有重力荷载，模型建立完毕。建立分析工况，把初始模型条件激活，分析工况，即得到计算结果。分析得到边坡安全系数为1.1125，从结果中看出,该边坡具有最大剪切变形，如果有滑动面也可以看出来。从图1中可以看出，该边坡不存在危险滑动面。

图1 边坡的变形情况

4 局部加固处理方法

4.1 治理原则

1)采用机械方法清理掉楔形滑槽下部部分堆碴，并在滑堆上形成一道防冲沟。

2)及时封闭已开挖坡体。

3)施做注浆带加固。

4)在上部间隔13m布设两道注浆幕，具体位置和参数根据现条件和设备状况场确定。

5)密切观测、观察坡体的变形情况。

4.2 施工顺序与加固方法

该边坡属高边坡病害治理工程，开挖后放置时间较长，合理确定顺施工顺序显得尤为重要。为确保施工和工后中边坡的稳定，除应采取合理支挡加固措施外，还必须采用科学有效的施工方法、工艺及程序，避免施工过程中边坡失稳破坏，造成重大损失，甚至于留下后患，影响边坡的长期稳定和安全。

1)先注浆加固主厂房后高危岩体，具体位置现场已经指定，技术参数见设计图。

2)尽快由上而下逐级加固开挖面，加固之前先将坡顶向后10m范围草皮及强风化层清除，并加锚杆注浆；坡面加固(锚网支护)之前，先清理坡面浮石，再架设架杆，架设架杆的马道(施工平台)不得小于3.0m，架杆一定要牢固锚设于坡体，然后造孔，置入锚杆注浆，挂网喷锚。

3)坡面系统锚杆间排距4.0m，梅花型布置，钻孔、锚杆长度4.0m，钻孔俯斜角15°，挂网片喷射C20混凝土，混凝土厚度150mm。

4)坡面排水，在已形成的每层马道(平台)施做一条排水沟，排水沟坡度大于10‰，排水沟宽×高不小于500mm×400mm，并采用素混凝土抹面。根据坡面地形条件施做两道总集水沟，集水沟宽×高不小于800mm×500mm；在已形成的每一阶坡面上布置两层排水孔，排水孔深度5.0m，梅花型布置，间距5.0m，排距4.0m，钻孔仰斜15°。排水管采用φ40mmPVC管，管体上钻孔间距(长度向)100～150mm，排距40mm，孔径φ3～5mm，并3层无纺布包裹做滤水处理，排水管应牢固的插入钻孔之中。

5)在主滑槽上部，由坡顶向下10m、20m水平平台，各设两排注浆孔注浆加固，注浆压力0.1MPa，最大不超过0.4 MPa，注浆层参数见设计图。

6)加强已设观测点的变形观测，观测点受到施工影响时，尽快补充设定新的观测点。严重变形区上侧边坡加固注浆图见图2、图3。

图2 严重变形区上侧边坡加固注浆断面图

图3 严重变形区上侧边坡加固注浆俯视图

4.3 注意事项

1)在覆盖层施工前，应按照设计要求清理完边坡的风化岩块、堆积物、残积物和滑坡体，并在适当位置修筑拦碴坎，保证下部施工安全。

2)在覆盖层开挖前，按设计要求完成截水、排水沟的施工，防止地表水和地下水对施工的影响。

3)覆盖层开挖应按设计边坡坡比自上而下分层进行，坡面按设计要求做成一定的坡势，以利排水。

4)坡面随开挖下降及时进行清坡，按设计要求或根据现场实际情况，采取适当的措施加以支护，保证施工安全。支护主要采取锚固、护面和支档几种形式。

5)作好汛期防水、边坡保护措施，防止边坡坍塌造成事故。

6)对于边坡易风化崩解的土层，若开挖面不能及时支护时，应预留保护层，在有条件支护时，再进行保护层开挖。

7)需人工开挖的坡面覆盖层，应在开挖范围内，按照每人控制2.5m的水平距离，作业人员系安全带，从高处分条带向下逐层依次清理，相邻5人之间最大高差不得大于1.5m，所有人员之间最大高差不得大于3m。对于块体较大、人工无法撬动的孤石，宜爆破后清除。

8)在覆盖层开挖过程中，如出现裂缝或滑移迹象，应立即暂停施工并将施工人员及设备撤至安全区域。在查清原因、采取可靠的安全措施后，方可恢复施工。

9)边坡开挖时，不得采用对坡面产生破坏的爆破方法，可在坡面3～5m以内预留保护层；也可先进行坡面预裂爆破再进行主体石方开挖爆破，一般采用梯段减弱松动加预裂爆破一次开挖。严格控制一次最大单药量，质点振动速度必须满足设计要求。

10)注浆加固采用排气注浆法施工。注浆管插至孔底，砂浆由孔底注入；采用砂浆位置指示器控制注浆位置。注浆压力保持在0.1MPa。

5 结 论

对于其边坡资料做了详细的分析基础上，做出了相应的开加固设计，注浆加固后鼓胀变形区位移有加固前10～20cm，减至1mm以内，所采取的措施收到明显效果。

1)为了确保施工期的安全施工，建议进行安全监测。监测的部位包括开挖结构面和开口线上部岩体，通过人工巡视检查和对观测数据进行整理、分析，掌握边坡岩体内部作用力和外部变形情况，评估和判断高边坡的稳定状况。

2)在边坡重点部位，布置变形观测墩，施工期的变形观测应结合永久观测进行。通过大地测量法监测边坡变形情况，包括平面变形测量和高程变形测量。主要监测断层、裂隙和层面的变化情况，通过在边坡裂缝表面安装埋设监测仪器，来反映边坡裂缝的开合情况。

3)应做好边坡施工安全监测成果的整理、反馈工作，以指导施工。边坡的变形数据的处理分析，是边坡监测数据管理系统中一个重要内容，用于对边坡未来的状况进行预报、预警，并对边坡的稳定现状进行科学的评价，预测可能出现的边坡破坏。应做好边坡施工安全监测成果的整理、反馈工作，以指导施工。

[1] 栾茂田，武亚军，年廷凯. 强度折减有限元法中边坡失稳的塑性区判据及其应用[J]. 防灾减灾工程学报，2003，23(3): 1-8.

[2] 郑颖人，赵尚毅，张鲁渝. 用有限元强度折减法进行边坡稳定分析[J]. 中国工程科学，2002，4(10) : 57-61.

[3] 赵尚毅，郑颖人，张玉芳. 有限元强度折减法中边坡失稳的判据探讨[J]. 岩土力学，2005，26 (2): 332-336.

[4] 刘金龙，栾茂田，赵少飞，等. 关于强度折减有限元方法中边坡失稳判据的讨论[J]. 岩土力学，2005，26(8): 1345-1348.

[5] 黄 敏，李夕兵，付玉华，等. 某矿山排土场边坡稳定性分析[J]. 矿冶工程，2007，27(5): 12-17.

[6] 中华人民共和国建设部. 建筑边坡工程技术规范(GB50330-2002)[S]. 北京：中国建筑工业出版社，2003.

[7] 谢飞鸿，王锦山，刘普尧，等. 爆破卸载治理滑坡及稳定分析的应用研究[J]. 岩石力学与工程学报，2005，24(3)：532-536.

[8] 谢飞鸿，王锦山，尹伯悦. 成南高速公路滑坡稳定性分析及治理[J]. 岩石力学与工程学报，2005，24(A02)：5795-5798.

[9] 徐卫亚，肖武. 基于强度折减和重度增加的边坡破坏判据研究[J]. 岩土力学，2007，28(3): 505-511.

[10] 赵瑜，王铁成，李维朝，等. 高速公路滑坡稳定性评价及其治理模拟[J]. 岩石力学与工程学报，2008，27(11) : 2340-2346.