铜官山老矿区东北缘不稳定边坡治理研究

李竞男

（1.合肥工业大学 资源与环境工程学院，安徽 合肥 230009；2.安徽省地质矿产勘查局三二七地质队，安徽 合肥 230011；3.安徽地矿投资集团有限公司，安徽 合肥 230001）

在大力抓生态、优环境、保安全的新发展大战略背景下，为进行非煤矿山灾害生态治理，以最快的速度完成碳达峰和碳中和战略目标，治理非煤矿山灾害就显得意义非凡，异常重要了。非煤矿山灾害不仅威胁着矿山运营的整个周期，在当地政府有序引导退出时，会囿于各种因素影响，造成闭坑关停过程周围环境处理不到位，在日后时空变化中衍生出现各种次生灾害，常见的有地面沉降、地裂隙、塌陷、边坡失稳等次生灾害。为提升双碳战略达标能力、抗灾能力和安全保障水平，势必要通过深入分析，挖掘非煤矿山灾害背后共性问题，并提出具体应对策略，固化部分效果优异的治理措施和方法，形成借鉴和制度。

1 不稳定治理区概况

图1 非煤矿山边缘治理区域边坡工程位置

该治理研究区域位于铜陵市铜官山老矿区东北缘，在有序引导非煤矿山退出时期未划入治理范围，后期城市建设过程中对边坡部分切坡，受降雨影响局部边坡土体形成垮落现象。同时由于边坡高差在30m左右，坡度达65°，在强降雨条件下，可能发生垮塌，对周围拟建建筑和道路形成严重威胁。根据边坡发育情况，为保证人民群众的生命和财产安全，决定对此处近200m近南北向不稳定边坡开展生态化治理。

2 治理区域边坡岩土体工程地质条件

经过野外调查岩性鉴定等手段，查明治理区域边坡土层分布情况与区域工勘报告吻合，自上至下可大致分为：①层灰褐杂色素填土，湿，粉质粘土混杂着碎石。②层硬塑状粉质粘土，黄褐色到红褐色过渡，为硬塑状，稍湿，压缩性中偏低。③层可塑状粉质粘土，红褐色，状态可塑，中压缩性土。④层软塑状粉质粘土，褐红色，土体状态饱和，具软塑状，土体结构压缩性高。⑤层灰岩，属三叠系南陵湖组灰岩，青灰色、中风化，裂隙较发育，大多为方解石细脉充填，RQD值60%左右，属较硬岩，岩石饱和单轴抗压强度为32.3Mpa，岩石基本质量等级根据划分表可划分为Ⅲ类。

3 治理区域边坡稳定性分析

3.1 边坡特征

治理区域边坡为工程切坡形成，根据现场出露情况：南段边坡高3m～5m不等，为硬塑状粉黏土质边坡。中段边坡所对应边坡高6m～9m不等，由硬塑状粉质粘土和灰岩组成。北段边坡高9m～28m不等，由硬塑状粉质粘土和灰岩组成。灰岩分布不均匀、且灰岩浅表溶蚀裂隙发育、岩体破碎、夹可塑状粉质粘土、软塑状粉质粘土；标高+43m以下已形成平台、边坡岩性为灰岩，标高+43m以上边坡较陡、高，10m～15m不等，坡度在55°～65°，主要组成成分为硬塑状粉质粘土。整体处于稳定状态。在强降雨条件下，局部边坡的表层处在土体掉落。根据边坡现状稳定性情况、结合治理区域岩土工程勘察报告，选取最不利处进行稳定性反演分析计算。

表1 边坡岩土体物理力学参数取值表

3.2 计算方法

采用简化毕肖普法(圆弧滑动)搜索最危险滑面，评价变形体的稳定性。计算分析软件搜索最危险滑面。其稳定性计算如下[1，2]：

3.3 计算结果

通过反演分析计算，对具有代表性的地层岩体情况较差处进行评价，治理区域在天然工况下稳定性系数为1.374，边坡岩体处于稳定状态；治理区域在暴雨饱和工况下稳定系数为1.042，属于欠稳定状态[3]。根据现场边坡破坏情况和斜坡受力分析，由于边坡前缘临空面陡峻，局部边坡表层存在土体滑落现象，坡脚因周围建设遭到开挖，在遭遇大雨或受到扰动后会出现扩大滑坡灾害。

4 防治设计

4.1 设计等级

治理区域部分坡体表层存在土体滑落现象，在强降雨条件下滑动范围可能持续扩大。主要危害对象为下方拟建道路和周围拟建住宅居民生命及财产安全潜在危害及破坏后果很严重，综合确定为防治工程等级为一级。

4.2 设计标准

根据《建筑边坡工程技术规范》(GB50330-2013)[4]表5.3.2，可以将该治理区域为治理要求设置永久边坡，稳定安全系数的要求值为1.35，根据上节的计算和规范表格设定值，治理区域边坡工程安全等级被确定为一级的永久边坡工程。

4.3 设计方案

根据矿区东北缘治理区域边坡现状、稳定性分析、潜在滑动面分布情况，决定治理此段边坡，对高度在5m 以下的南段治理区域采用挡土墙进行支护，对5m 以上北段治理区域边坡采用锚杆格构工程进行支护；于坡面合理设置泄水孔、坡脚设置可以应对极端情况的排水沟渠、边坡顶部设置覆盖工程区域的全长截水沟；格构梁内码植生袋进行坡面绿化、平台栽种灌木及草本植被绿化、坡脚设置绿化带，既满足治理的目标需要，又能与周围环境有机融合。

5 非煤矿山边坡防治综合施工

5.1 坡面修整

确定治理区域边坡坡脚线和边坡修整边线，治理边坡坡脚拟建道路内侧预留1.2m左右空间为绿化带及排水沟用地空间。挡土墙支护段边坡按1∶0.25进行修整，锚杆格构梁支护段边线根据设计坡脚线确定，按要求进行边坡修整，机械削坡为减少对边坡的扰动，机械开挖必须预留0.5m厚的保护层，边坡上松散的土体要及时清除，清坡所暴露出来的裂隙及时封闭，防止水体深入。

5.2 挡土墙施工

重力挡墙采取仰斜式重力挡墙，挡土墙高5m，由于挡土墙段基本为硬塑状粉质粘土，地基埋置深度为1.2m，从坡脚排水沟沟底算起，挡土墙坡脚距离现有道路不小于1.5m，预留坡脚排水沟及绿化带施工空间，施工空间不足地段须对现状边坡进行开挖，边坡开挖坡率不大于1∶0.25，挡土墙后设置宽300mm反滤层，顶、底部分别铺设厚500mm的厚粘性土隔水层，分层夯实，中间填砂砾石。挡土墙施工与墙后反滤层应同时施工，墙身布设泄水孔。沿挡土墙长度方向进行分段施工，并根据施工现场地形合理设置竖向的伸缩缝。挡土墙基坑施工中，因施工段土层物理性质不佳，应分段开挖，设置跳槽和马口，挖一段，砌一段。

5.3 锚杆施工

根据施放锚孔位置架设钻机钻孔，综合确定锚固角，孔位横向平差不超过100mm、垂直偏差不超过50mm，成孔过程中，孔壁易坍塌时，采用跟管钻进，在成孔终端位置稳钻[5]。控制倾角误差，锚杆的成孔深度应大于锚杆设计长度0.5m，以预留灌浆和锚固要求，钻孔完毕应将孔内泥浆及碎屑清除干净。锚筋插入锚孔前，按锚筋编号取用，严禁错用。安放过程防止锚筋杆体出现扭拧和变形，保证对中支架和注浆管的稳定，避免出现折损破坏。杆体须除锈、除油污，防腐处理段长度需超过自由段长度0.5m，插入孔内深度不小于锚杆长度的95%，钢筋外露孔口长度控制在7cm左右，安放后不得随意扭动[6]。锚杆杆体轴线方向每隔2m设置一个对中支架，注浆管与杆体采用绑扎。锚固时应注意锚筋及附件的清洁，如钢筋在搬运过程中粘泥太多，需清洁干净[7]。对锚杆采用二次注浆，注浆材料首次为M30水泥砂浆，二次注浆为M30纯水泥浆，水灰比在0.5左右，一次注浆压力控制在0.5Mpa～1.0Mpa，二次注浆压力在2Mpa左右，终止注浆压力应大于1.5Mpa，确保浆体灌注密实[8]。锚杆验收试验取每种锚杆总数的5%，且均不得少5根，主要岩土层中基本试验锚杆数量不少于3根，试验最大荷载不超过锚杆材料标准值的0.9倍[9]。

5.4 格构框架梁施工

施工格构框架梁放线时应在坡面上的锚孔中心应垂直和水平向两侧各偏移15cm，所有格构梁的开挖边线都应从坡面底部到顶部放出，在水平和竖直方向上格构梁各剖面的尺寸满足设计规定，欠挖和超挖都需要进行处理，超挖的部分需直接用混凝土浇筑。格构梁嵌入坡体深度在200mm，保证格构内土体，避免因地表径流造成坡面土体松落使格构梁底部悬空失效。挖好沟槽后，架设模板，格构梁纵横梁节点与锚杆搭接处绑扎牢固，使浇筑的锚杆位置轴线与框架节点受力处重合，形成可靠的压应力传导体系，钢筋笼的底部周边等距放入垫块，保证两侧保护层厚度。根据坡体岩土层物理结构情况设伸缩缝，伸缩缝宽度设定在20mm，在伸缩缝中按要求嵌入规定厚度的沥青麻筋。

5.5 截排水施工

按设计图纸沿中心线两侧外扩放线，做到横平竖直。沿测量放线位置采用人工方法进行基槽开挖。绑扎时将承受力的钢筋绑扎好，禁止跳扣绑扎，钢筋保护层采用固定式砂浆垫块。钢筋绑扎、搭接和焊接作业严格按照规范进行，考虑到防水避免下渗，混凝土的浇筑过程应保持连续性，不留施工裂缝，采用搭接式浇筑。禁止在振捣过程中触碰止水带，避免使用中止水效果失效。在浇筑施工完成后，可使用小型平板振捣器将混凝土表面刮平。待混凝土收水后进行表面收光，初凝之后对浇筑混凝土截排水沟进行覆盖养护。根据气温情况洒水润湿，使混凝土充分养护。混凝土强度小于1.2N/mm2时，不得在混凝土上行走或堆放重物，严格控制拆模时间[10]。

5.6 生态绿化施工

图2 中部锚杆格构梁段生态修复段

在不利区段平台位置、拟建道路侧、挡土墙后、边坡各种中进行绿化。在不利位置区段平台外侧砌筑一道墙砌块石矮墙，矮墙高0.8m、宽0.35m、嵌入岩石0.3m，与矮墙与边坡之间覆500mm厚种植土，栽种球状冬青、紫薇、蔷薇等，植被冠径宜选取60cm～100cm，按1m2/棵栽种。拟建道路侧路牙石与坡脚排水沟之间、挡土墙后沿2m范围内覆种植土，栽种球状冬青、蔷薇、等灌木植被，灌木植被间撒播草籽绿化。边坡工程绿化在格构中码植生袋进行坡面绿化，同时挂φ2.2镀锌铁丝网，防止植生袋掉落，植生袋施水保证养护萌芽水需，宜每两天浇水湿润一次，直至出苗为止。

6 变形位移监测及处理

边坡设置监测点对位移量、位移速度、位移方向进行监测。刚开始进行边坡工程作业时，监测应按1次/天的频率进行，发现异常变化或险情时应加密监测频次，监测周期为2年。治理区域边坡工程施工过程中及监测期间遇下列情况应及时报警处理： 支护结构中横竖梁等重要构件出现应力突然增大、微裂纹、节点压裂、格构梁失效等破坏情况；边坡底部或周围岩土体出现张拉裂纹、缝隙并有导致滑坡体分界面变化的各种威胁支护工程安全的征兆迹象。在该区域施工期间对坡体变形进行监测数据显示所有监测点的变形均在可接受的范围内，从而间接证明了此处老矿区周缘边坡治理工程的设计和施工防治综合措施是富有效果的。

7 结论

铜陵市关停退出的老矿区和矿井较多，有主动关闭的，也有被动关闭的，但大多数是在政府有序引导逐步退出的，关闭时由于矿山周边环境边坡处理不到位，一关了之，随着时间推移，边坡岩土体的物理结构的稳定性会随时空发生变化，一旦发生边坡灾害进行事后治理费用较高，应当对矿区边缘边坡状态进行动态排查监测，结合城市规划，人为活动等因素，定期进行评估，采取主动治理策略，铜官山老矿区东北缘不稳定边坡的治理案例为铜陵市类似岩土地质条件的矿山边缘陡坡处理提供了很好的案例借鉴和技术治理思路。