矿区高边坡滑坡治理技术研究

苗贵华

（山西省交通规划勘察设计院有限公司，山西 太原 030032）

0 引言

近年来，随着我国社会经济的飞速发展，我国的山区高等级公路、铁路、矿区等各种高边坡工程大量建设。同时，由于山区施工环境的复杂多变性，施工周期中，影响工程安全性的因素冗杂，不易控制。因此在实际工程中易产生滑坡事故，无法保障施工人员生命的安全性[1]。为了保证工程正常运行，需要对高边坡滑坡产生的原因进行系统性分析，设计出合理的治理方案，彻底处治工程隐患。

1 工程概况

1.1 滑坡概况

某选煤厂场地位于该厂北部一斜坡的南侧，因场地整平开挖坡脚，施工不当，于2010年1月发生了山体滑坡（事故定性为Ⅰ级非伤亡事故），斜坡中上部约16.0×104m3土体下挫滑动，造成高山水池输水管断裂、建筑场地被挤占；同时还严重威胁坡顶上构造物（高山水池、高压铁塔等）的正常使用和拟建建筑场地的安全开发。

根据勘查，新滑坡发育于老滑坡的中部（见图1所示），老滑坡其平面形态呈不规则扇形，新滑坡呈顶窄下宽的簸箕形。滑坡总体都呈南北向展布，老滑坡南北宽约380 m，新滑坡南北宽度约150 m，滑坡平均长110 m；老滑坡平面面积约0.042 km2，新滑坡平面面积0.016 5 km2。老滑坡后缘与坡脚拟建场地天然高差70～100 m左右，主滑方向都为49.8°，滑体后缘高程1 100 m，前缘剪出口高程955 m。滑体地表坡度下缓上陡，中、下部约15°～20°，滑坡上部后缘坡度明显变陡，约60°左右。滑体厚度2～21 m，平均厚度约10.0 m，老滑坡滑体体积约42.0×104m3，新滑坡滑体体积约16.5×104m3，属中型滑坡。

图1 矿区高边坡及滑坡现状图

1.2 斜坡的工程利用情况

经多次研究，最终确定选煤厂设计地坪标高：斜坡北侧厂区为951.5 m，南侧生活区为955.0 m，建筑物外边线距边坡6.0 m。如图2和图3所示，此滑坡经削坡后，新老滑体大部分被清方，斜坡将形成一个坡高约54～94 m、坡度52°～61°的“L”型人工高边坡（见图1），边坡总体呈南北向展布，其长度为300 m，南侧延展长度178.3 m。

图2 斜坡北侧利用状况

图3 斜坡南侧利用状况

根据地质勘测报告及上述分析，该斜坡的主要工程地质问题为建筑场地的人工高边坡防治问题。

2 岩土设计参数的选用

根据地勘报告试验参数，并结合工程类比，本工程设计所用岩土参数取值如下。

2.1 高边坡治理后应达到的稳定安全系数

该边坡安全等级为一级，按《建筑边坡工程技术规范》（GB 50330—2013）第5.3.2条要求，按圆弧滑动法计算时，治理后边坡稳定安全系数应不小于1.35，设计取1.35[2]。

2.2 边坡土体岩土参数取值

表1 边坡土体重度 kN/m3

表2 抗剪强度参数

2.3 岩土体与锚固体黏结强度特征值

M30水泥砂浆（锚固体）与土体之间的黏结强度特征值frb取30 kPa（经验值），与中等风化岩石（砂岩夹泥岩）的黏结强度特征值frb取380 kPa（经验值）。

2.4 拉锚桩设计地基系数

抗滑桩嵌固段地基系数对黏土按m法考虑，黏土地基系数m（随深度变化的比例系数）取3 MN/m4；对基岩按K法考虑，泥岩与砂岩地基系数K取120～300 MN/m3。

2.5 地基承载力特征值

强风化砂岩夹泥岩地基承载力特征值取350 kPa；中风化砂岩夹泥岩地基承载力特征值取500～900 kPa。

3 滑坡治理方案

根据滑坡及后缘高边坡勘查结果，综合考虑岩土物理力学性质、地形及地层结构情况、斜坡开挖现状以及场地整治利用状况，在综合评价工程边坡稳定性的基础上，边坡治理方案主要采用工程支挡措施。具体方案为：悬臂式预应力拉锚桩（桩间外挂弧形挡土板）+锚索框架梁+锚杆框架梁+重力式挡土墙+截排水沟等组合的联合治理措施。本工程设计最不利工况：岩土体自重+强降雨+地震[3-4]。边坡治理工程完成后方可进行选煤厂及生活区等建筑的平场与基础施工。

3.1 悬臂式预应力锚索抗滑桩

设置于设计削坡后的坡脚处，桩中心距离拟建建筑物外边线7.7 m，桩截面积为2.0 m×2.6 m，桩长17.0 m或19.0 m两种，桩中心距6.0 m，设计桩顶标高961.5 m，共布设27根。为控制桩顶位移和减小桩的截面，在靠近桩的顶面布置3根锚索，并在悬臂段桩间设置弧形挡土板，桩顶设置一道横梁。

表3 桩的主要控制参数

3.2 重力式挡土墙

设置于南侧边坡与最北侧边坡段，总长度153.0 m，每15.0 m设置一伸缩缝，泄水孔排距2.0 m，水平间隔4.0 m。

3.3 锚杆框架梁

设置于边坡的下部、上部以及边坡侧面，锚杆孔距3.0 m，垂直排距3.0 m。框架梁截面为400 mm×400 mm。

3.4 锚索框架梁

设置于边坡中部，框架横向间距3.0 m，垂直排距3.0 m。

3.5 截排水沟

设置于坡顶外5 m，每级平台设排水沟，排水沟修整为反坡将集水汇入边沟。

3.6 坡面防护

红黏土层的框架梁内及平台面采用浆砌片石铺面防护，防止黏土受水软化或干裂，以上坡比1∶0.5的坡面格构梁间铺设六棱空心砖，空心部分填充含草籽的土壤。

3.7 锚索锚杆性能试验

本工程应根据3种类型各取3根锚索和锚杆进行性能测试，以确定锚固体与中风化岩体及土体间的黏结强度特征值是否达到设计要求[5]。

4 治理方案施工要求

4.1 施工顺序要求

a）总体施工顺序：按边坡开挖一级、防护一级的原则，由上而下，逐步分段防护加固，先施工各级台阶坡体上的格构与锚拉结构，到桩顶标高后施工悬臂式拉锚桩和重力挡墙。

b）锚索施工前应先做锚索的性能试验，试验结果满足要求后，方可正式进行锚孔注浆施工。

c）梁锚结构按支挡结构平面布置图的要求放线定位，核定无误后，方可进行格构梁施工→锚孔施工→锚（杆）索安装、注浆→验收试验；桩、挡板施工→按设计的锁定荷载锁定→冠梁及肋锚挡墙外侧排水沟施工。

d）截水沟的施工可根据现场情况提前安排。

4.2 锚杆施工

a）施工前检查地质情况，清除坡面的危石，混凝土填补空洞等，使得边坡修整后应平整、密实。

b）孔位应放样准确，钻孔过程中严格控制孔轴线的误差，钻孔深度不得小于设计深度。

c）根据现场岩石条件，选择合适的钻孔机具和方法。

d）钻孔完成后，应及时清净孔内残渣，保持孔内干燥及孔壁的干净粗糙。

e）锚杆安装前对锚杆按设计要求进行抗拉拔力试验。

f）锚孔注浆采用孔底注浆法，注浆管插至距孔底5～10 cm，随着水泥砂浆的注入逐渐拔出，注浆压力应大于等于0.8 MPa。

g）封锚前应及时对外留锚杆进行防腐处理。

4.3 锚索施工

a）根据设计要求锚索位置进行测量放样，孔位测放力求准确，水平偏差不大于50 mm，垂直误差不大于100 mm，钻孔倾角允许误差+2°。

b）根据现场地层类别、施工场地条件选择合适的钻孔机具，以确保锚索施工不致于软化边坡岩体，锚索成孔禁止给水钻进。

c）钻孔的孔径、孔深不得小于设计值。

d）钻孔结束后应进行孔径、孔深、孔位、角度等验收，验收合格后方可进行下一道工序。

e）锚索锚固段采用二次注浆法，孔内灌注水泥砂浆，水灰比0.45～0.5，砂浆体强度不低于30 MPa。

f）锚索张拉作业前必须对张拉设备进行标定，锚索张拉分5级进行，每级荷载分别为预应力的0.2、0.5、0.75、1.0、1.1倍。采用隔一拉一方法进行张拉施工，以避免相邻锚索的应力损失。

g）锚索张拉完成后，切除多余钢绞线，浇筑C25细石混凝土及时封闭锚头。

4.4 框架梁施工

a）修整好边坡后，框架梁采用C25混凝土现浇筑。

b）框架梁施工时，以每片框架为一单元，整体浇灌，一次完成。框架横梁每隔10～15 m设一道伸缩缝。

c）框架先施工竖梁，并于接点处预留横梁钢筋，竖梁完成后，再施工横梁。

4.5 抗滑桩施工

抗滑桩施工前，应详细了解工程地质资料，并作好施工组织设计，具体内容应包括：桩孔土层和基岩的开挖方法，桩孔开挖支护措施，施工质量保证措施，员工安全保证措施，施工中出现质量事故、安全事故时的应急措施。

a）桩孔开挖前场地应完成三通一平，并对滑坡范围内的地表裂缝进行夯填封闭处理。按设计要求桩位进行放样定位。

b）桩孔施工时，应跳一挖一。桩孔从上而下分段开挖，应以人工开挖为主。

c）桩孔护壁前，施工过程中施工人员应配合地质人员及时对孔内岩土进行编录、抗滑采样等。

d）为防止孔壁坍塌，确保安全施工，应设置锁口，桩孔开挖在滑面以上每挖1 m应立即护壁。

e）桩孔开挖应做好施工区的地表截、排水及防渗工作。

f）桩孔开挖至设计深度并通过验收后，应及时布设钢筋笼。

g）混凝土下料采用串筒，每层浇筑厚度不能超过1 m，连续浇筑，不能留水平施工缝，浇筑完成后及时进行养护。

4.6 挡土墙施工

a）挡土墙基坑应分段跳槽开挖，分段位置设置在沉降缝位置。

b）挡土墙采用M7.5浆砌片石砌筑，片石的强度、尺寸以及砂浆强度应符合设计要求。

c）挡土墙基础持力层及时检验，检验合格后应及时进行下道工序施工。

d）挡土墙墙身应分层错缝砌筑。

e）挡土墙按设计要求设置泄水孔，确保排水畅通。

f）挡土墙砂浆强度达到设计强度的75%时，应及时进行台背回填，夯实。

4.7 截排水沟施工

截排水沟应与现场临时排水措施相结合，可根据地形情况，适当调整截排水沟位置及长度。

4.8 削坡工程

削坡开挖之前，应按施工组织设计对既有管线设施等实施迁移，开挖应自上而下逐级进行，严禁掏底开挖。

5 监测要求

为了保证施工正常进行，对工程支挡措施进行质量评估和施工后的安全使用状况评价，需要对该高边坡及工程措施进行监测。

5.1 地面变形监测

首先设计布置控制点3个，建立独立的监测测量三角网；坡体变形监测按4条剖面（根据4个工程分区）布设，每条剖面3个监测点，共12个监测点。施工期的监测周期根据施工进度、降雨诱发条件及边坡变形情况等由施工单位选定，但削坡情况下需要每天进行监测，正常每两天监测一次，非正常变形情况下应缩短监测周期。工后监测按工程结束后的一个月内每周一次，半年内半个月一次，一年内每个月一次，以后每3个月一次，监测按2个水文年设计[6]。

5.2 工程结构监测

桩顶共设6个变形监测点、格构梁布设4个、挡墙顶布设2个，共12个。

5.3 应力应变监测

主要是坡体及结构体等应力应变监测。其中监测桩体3根，每根8个监测点；框格梁监测4个单元，每单元3个监测点。

a）边坡设计和施工是一个信息化过程，而边坡相关的监测是信息化的基础。根据设计和规范要求设计专项监测方案，协调设计、施工单位对监测结果及时进行有效评价，用以指导施工。

b）施工单位施工前必须制定严密的施工组织设计，经业主单位、监理单位、设计单位、以及安全管理部门等认可后方可施工。

c）本次治理工程施工中及竣工后的运行期均不得在边滑坡治理范围内进行加载、不合理削方等任何不利于边坡安全的工程活动。

d）工程治理开工时及竣工后应踏勘查清坡体附近的所有裂缝及坑洞，清除其中虚土及废渣，再用3∶7灰土夯填密实，压实系数不小于0.93。

6 结语

综上所述，针对于实际工程中所出现的高边坡滑坡问题，为了保证治理方案的高效性和经济性，在施工图设计参数和边坡型式设计等方面的数据要保证规范化以及精细化。同时，对所选用的加固措施进行多方案设计与对比，经专家组的反复验证，从中选取最优方案。治理方案实施之后的多维度监测也是对方案可行性以及防治效果检验的必要手段。高边坡工程受施工环境、机械以及人员等多方面因子影响之下产生的滑坡事故，是企业生产运营所要重点防治的对象。避免此类事故发生能够保障施工人员的安全以及企业经济免受损失，本文结合具体工程，详细地阐述高边坡及前缘滑坡治理方案的设计可行性，希望能为类似工程提供经验借鉴。