注浆微型桩在填埋场边坡治理的应用

汪金卫，余国平，李道明

(中国瑞林工程技术有限公司，江西南昌 330031）

注浆微型桩在填埋场边坡治理的应用

汪金卫，余国平，李道明

(中国瑞林工程技术有限公司，江西南昌 330031）

安全填埋场边坡开挖后常年裸露，安全系数不满足规范要求，通过对边坡初步的削坡减载，使边坡的稳定性有了一定的提高后，采用注浆微型桩措施，形成群桩阻滑体，同时对周围的岩土体起到提高抗剪强度的作用，经过分析之后安全系数满足要求。另外，增加边坡的坡顶截洪以及坡面排水、坡体排渗措施。从治地表水和治地下水两方面入手，进一步加强了边坡的稳定，达到了加固边坡的目的。

边坡；治理；注浆；削坡减载；排渗

安全填埋场填埋的是列入国家危险废物名录或者根据国家规定的危险废物鉴别标准、方法认定具有危险特性的废物。本文论述的安全填埋场于2007年完成初步施工，形成平面为近五边形、地势南高北低的填埋区域，主要是填埋企业产生的危险废物。填埋场东南侧开挖成6～7级台阶、高度约67 m的陡边坡，台阶间坡度1：1.2～1：1.5，台阶高差约10 m。东南侧边坡有一处曾经发生小范围浅层滑动（平面约15 m×7 m，滑坡深度约1 m）。后经削坡处理到坡度为1:1.5，并挂网喷浆保护，完成施工后，常年裸露，至今未见明显破坏。主要剖面见图1。

1 岩土层分布

场地地层由第四系人工堆积层（Qml）、坡洪积层（Qdl+pl）、坡积层（Qdl）、残积层（Qel）及石炭系测水组（C1dc）、石凳子组（C1ds）组成。各岩层如下：

图1 主要剖面

1）人工堆积层（Qml）。人工堆积层主要为填埋场修建开挖整平场地时所形成的素填土。

2）第四系坡洪积层（Qdl+pl）。第四系坡洪积层主要包含：（1）粉质粘土夹碎块石，呈褐黄色、稍密、稍湿。碎块石成分为砂岩，含量约10%。（2）砂砾石，呈褐黄色、次圆、不均匀、中密、稍湿，含砂岩砾石，含量约10%，粒径1～3 cm。（3）块碎石，呈褐灰色、棱角、不均匀、中密。层厚2.20～27.74 m，平均13.17 m。块碎石成分为砂岩及砾岩，岩芯呈长柱状、柱状及碎块状，厚度2.30～7.10 m。（4）块碎石，含碎石粉质黏土，呈褐色、褐灰色、灰色、褐黄色，可塑状态，局部硬塑状态，切面稍光滑，干强度中等，韧性中等，无摇振反应，局部含碎石，粒径2～10 cm，含量约25%。

3）第四系坡积层（Qdl）。坡积层主要为粉质粘土夹碎块石，呈褐灰色、褐黄色，中密，稍湿，局部夹粘土，碎块石成分为砂岩及砾岩，碎块石含量约20%，块径一般＜15 cm，大者可达10 cm。

4）第四系残积层（Qel）。残积层主要为粉质粘土，呈紫红色，可～硬塑状，干强度韧性中等，无摇震反应，含碎石颗粒，颗粒粒径约2 mm，含量约5%；厚度1.2～20.8 m。

6）石炭系测水组（C1dc）。石炭系测水组主要为砂岩亚组：（1）全风化砂岩，呈褐黄色，粉粒结构，层状构造；矿物成分以长石石英为主；钙质胶结。部分钻孔岩芯呈土夹碎块石状，碎块石为强风化砂岩。（2）强风化砂岩，呈灰色、灰黄色，粉粒结构，层状构造，矿物成分以长石石英为主，钙质胶结。层厚13.40 m，层顶埋深3.10 m，顶板标高222.33 m。部分钻孔岩芯呈土夹碎块石状，碎块石为强风化砂岩。层厚6.4～12.6 m，层底相对高程231.52～262.02 m。

7）石炭系石凳子组（C1ds）。石炭系石凳子组主要为微风化灰岩，呈灰色、灰白色，细晶体结构，层状构造；矿物成分以碳酸钙镁为主，岩芯呈长柱状、柱状及碎块状。

2 边坡稳定分析

2.1 岩土层参数确定

各岩土层抗剪强度指标见表1。

表1 各岩土层抗剪强度指标

2.2 稳定分析安全系数确定

安全填埋场的南侧边坡安全系数正常运用条件取1.30，非常运用条件Ⅰ的安全系数取1.20。正常运用条件为考虑自重、正常地下水作用的情况；非常运用条件Ⅰ为考虑自重、非常地下水作用的情况。

2.3 现状边坡稳定分析

在边坡剖面上根据勘察数据模拟出来的地下水多数深入灰岩，而这与所处的勘察时间有一定的关系。以偏安全考虑，正常运用条件工况地下水位高于灰岩岩面约1～2 m，非常运用条件Ⅰ地下水位高于灰岩岩面3～4 m。现状边坡在两种工况下的分析结果见表2。

表2 现状边坡稳定分析结果

虽然主要剖面上部曾经发生过小型滑坡，后经削坡处理并挂网喷浆保护，完成施工至今7年来未见明显破坏，表明现状主剖面边坡基本稳定。现状稳定分析结果表明正常运用条件下的最小安全系数为1. 162；非常运用Ⅰ条件下的最小安全系数为1.099 1。边坡安全系数均＞1，这也符合现场削坡并喷浆后边坡未有滑坡的迹象实际情况。虽然边坡的安全系数均＞1，但未满足规范要求。因此，必须对边坡进行加固治理。

3 边坡加固措施

3.1 边坡削坡平整处理

为了在边坡形成必要的防渗结构铺设的锚固平台，对场内边坡采用了削坡减载处理。这对边坡稳定有一定成效，但由于受边坡上游地形限制，不能继续削坡，还需要进一步对边坡进行加固处理，以确保边坡最小安全系数达到规范要求。

3.2 注浆微型桩加固

1）注浆微型桩加固原理。注浆微型桩加固采用的是钢管放入预成孔内再高压注浆，水泥砂浆通过钢管管壁的花孔向周围土体渗透、挤压、劈裂和固化等方式，使桩周一定范围内的土体得到加固，并形成钢管+水泥砂浆土复合体，多排钢花管形成桩群阻滑体。另外高压注浆可以改善滑面及周围岩土体，提高其抗剪强度及边坡的稳定性。

2）注浆微型桩布置。采用注浆微型桩方式加固，先在边坡上垂直边坡钻孔，孔径130 mm，钻孔进入微风化灰岩内1.5 m，清孔后放入Φ 90 mm的钢管，确保钢管置中，首先在钢管外静压注水泥砂浆封闭孔与管壁，待水泥砂浆初凝固结后，再在钢管内从下往上分段高压（0.5～2 MPa）劈裂注浆，至管口封闭。跳孔跳排施工后，最终注浆形成桩群。注浆微型桩的布置如图2。在第3个平台和第6个平台之上边坡布置2排钢花管注浆，在第4个平台和第5个平台之上边坡布置3排钢花管注浆，孔距3.0 m，排距2.0 m，深度要求进入微风化灰岩不少于1.5 m。

图2 主要剖面边坡加固

3）注浆后岩土体的参数估算。有学者提出以下经验公式估算注浆微型桩加固形成加固区域的C、φ值[1]：

式中：Cg、Cs分别表示浆体结石、土体的粘聚力；Фg、Фs分别表示浆体结石、土体的内摩擦角；η表示浆液注入率，即注浆体体积与原土体积的比值。注浆后对原岩土体的抗剪强度的提高，与注浆水泥土中结石含量、浆液脉体大小及方向等密切相关。此公式仅考虑注浆固化岩土作用而未考虑微型桩的抗剪支挡作用。综合考虑不同土层吸浆情况、浆液凝固对周边土体抗剪强度的提高，以及微型桩的抗剪作用，从而计算出相应的注浆区域的C值和φ值的增加。取Cg= 150 kPa，η=0.1，通过公式（1）得到加注浆加固后的C值。有人通过室内试验研究表明，对于一般的欠固结、正常固结粘性土，随着水泥掺量的增加，混合土粘聚力和内摩擦角都随之快速增大，当水泥掺入量为2%～10%时，粘聚力较原状土增大2～20倍，内摩擦角增大1.8～3.5倍[2]。由于水泥固结体骨架支撑作用，内摩擦角增加幅度大，多阶段注浆法一般可提高10°～20°[3]。通过注浆之后岩土体的内摩擦角的考虑稍微提高，粉质黏土复合体内摩擦角提高11°，砂砾石提高4°，碎块石提高4°，全风化砂岩提高4°。因此本文综合考虑，得出注浆加固后岩土层的抗剪强度指标，此区域为注浆体周围1.5 m范围之内，见表1。对于注浆加固后的实际岩土层抗剪强度的改善程度需经过检测、试验获得。对边坡进行削坡、注浆处理后进行稳定分析，在正常工况、非常运用工况Ⅰ的最小安全系数分别为1.309、1.262，均满足规范要求。

4 截洪与排水

4.1 坡顶截洪

安全填埋场南侧坡顶设置截洪沟，因地制宜，将上游洪水排往库外。截洪沟采用C25钢筋砼结构，矩形断面为2.5 m×2.5 m，底坡依据地形而定不缓于0.02。

4.2 边坡排水及排渗

1）坡面排水。边坡地下水补给情况主要受降雨补给影响，首先要减小降雨对地下水的补给。根据安全填埋场防渗系统的分层铺设特性，考虑把防渗系统中辅助防渗层1.5 mm双糙面HDPE膜及膜下垫层在基建期全部铺设施工完成，保护整修坡面，防止降雨冲刷和下渗影响坡面。每层平台上再用同样防渗膜焊出0.3 m×0.3 m类似排水沟，把收集的降雨直接通过膜上临时排水沟排出填埋场。这样既可以起到清污分流的作用，又可以保护边坡。

2）坡体排渗。为了排出渗入边坡体的地下水，考虑在东南最高的边坡第2个台阶至第5个台阶以上边坡布置一排地下水排水管详见图2。排水管间隔10.0 m，末端在土层与岩层的接触面。规格为DN75PPR花管，管外包土工布，管的坡度为0.02。

5 结语

综上所述，得到以下结论：1）虽然边坡基本稳定，但是现状边坡的安全系数不满足规范要求，必须对边坡进行加固治理。2）通过对边坡初步的削坡减载，对边坡的稳定有一定的效果，但仍需要进一步的加固处理。通过采用注浆微型桩措施，形成群桩阻滑体，同时对周围的岩土体起到提高抗剪强度的作用，经过分析之后能够达到边坡加固的目的。3）通过采取边坡的坡顶截洪以及坡面排水、坡体排渗的措施，从治地表水和治地下水方面进一步加强边坡的稳定。

[1]张友葩，吴顺川，方祖烈.土体注浆后的性能分析[J].北京科技大学学报,2004,26(3):240～243.

[2]何云勇.小直径钢管排桩加固边坡的理论分析与试验验证[D].西南交通大学,2009.

[3]刘显沐.边坡多阶段注浆加固模型[J]..岩土工程技术,2007,21(3): 139～143.

Application of Grouting Micro-pipe in Treatment of landfill Slope

WANG Jinwei,YU Guoping,LI Daoming
(China Nerin Engineering Co.,Ltd.,Nanchang,Jiangxi 330031,China)

Slope of safety landfill site is exposed throughout the entire year after excavation;safety factor is unable to satisfy the requirement of code.Stability of slope will be improved by primary slope cutting for load reduction,grouting micro-pile measures are adopted to form pile group,shear strength of the surrounding rock-soil will be improved,and safety factors can meet the requirement after analysis.In addition,from the aspects of treatment of surface water and underground water,including slope top flood interception, slope surface drainage and seepage drainage,the stability of slope can be strengthened to reach the objective of slope strengthening.

side slope;treatment;grouting;slope cutting for load reduction;seepage drainage

TU47

B

1004-4345（2015）06-0059-03

2015-08-19

江西省“赣鄱英才555工程”专项资金资助。

汪金卫（1982—），男，工程师，主要从事尾矿等固体废物堆存的水工设计工作。