李建新，何海濤，何昌杰，田湖南，廖 飛

(1.中建五局第三建設有限公司，湖南 長沙 410004； 2.中國建筑第五工程局有限公司，湖南 長沙 410004； 3.中國科學院武漢巖土力學研究所，湖北 武漢 430000)

對廢棄礦坑進行生態(tài)修復，進行開發(fā)再利用是國家綠色發(fā)展的戰(zhàn)略目標。在廢棄礦坑生態(tài)修復工程中，首先要解決礦坑邊坡加固問題，才能保障后續(xù)工作正常進行，避免后期生態(tài)再破壞、影響開發(fā)再利用的目標。為了保證礦坑生態(tài)修復邊坡穩(wěn)定性，保障邊坡施工過程中的安全以及后期運營的安全，需要從邊坡體加固、主動防護以及排水等方面綜合考慮，對礦坑的巖質(zhì)、土質(zhì)以及特殊巖土、不良地質(zhì)段的邊坡加固技術(shù)進行研究，以選擇最合理的加固方案，確保邊坡穩(wěn)定，保障安全。

1 工程概況

冰雪世界項目位于長沙市岳麓區(qū)坪塘鎮(zhèn)山塘村～獅峰山村地段，原采石場桐溪湖礦坑。礦坑頂部有土層覆蓋，邊坡巖石裸露。冰雪世界主體主要通過坑底柱支撐，部分荷載依托16.000m標高坑壁邊坡臺階支撐。坡頂冰雪世界地下室荷載通過樁基礎傳遞到坑壁邊坡下部穩(wěn)定巖土層中(見圖1)。

邊坡安全等級為一級，臨時邊坡穩(wěn)定安全系數(shù)為1.25，使用年限為2年；永久邊坡穩(wěn)定安全系數(shù)為1.35，使用年限同建筑設計使用年限，為50年。邊坡形態(tài)三維如圖2所示。

圖2 邊坡形態(tài)三維示意

2 工程地質(zhì)及水文地質(zhì)概況

場地原始地貌單元為湘江河流沖積堆積階地。邊坡巖體表面見裂隙性溶蝕風化現(xiàn)象，沿斷層、裂隙及層面等結(jié)構(gòu)面溶蝕風化現(xiàn)象較普遍，風化裂隙較發(fā)育，結(jié)構(gòu)面膠結(jié)物蝕變明顯或溶蝕充泥現(xiàn)象普遍。

場地深度范圍內(nèi)地下水主要為上層滯水及孔隙潛水、基巖裂隙水。

場地巖溶為淺埋型，規(guī)模較大，有充填物，發(fā)育深度在地表下30m以內(nèi)，隨深度而減弱。溶洞、溶溝、溶槽等在標高-5.000～35.000m發(fā)育，連通性較好。

場地C區(qū)分布厚度約30m的人工填土，系采石場采石開挖堆填而成，密實度不均。場地西部為近期堆填，呈軟塑狀，力學性質(zhì)差。

場地巖石節(jié)理裂隙發(fā)育，節(jié)理面均有充填物，為方解石和石英充填，節(jié)理面見褐紅色鐵錳質(zhì)氧化物，礦坑坡頂局部由于水作用沿裂隙巖溶發(fā)育形成溶蝕溝和溶蝕槽。

3 主要巖土參數(shù)及荷載

3.1 巖土參數(shù)

冰雪世界項目主要巖土參數(shù)如表1所示。

表1 巖土參數(shù)

3.2 荷載

項目巖壁與建筑物關系復雜，不同區(qū)段和標高的荷載情況各異。

1)A，B區(qū)地下室樁基荷載 地下室底板標高41.000m或43.000m，單根樁荷載均值約7 000kN，最大達到10 206kN，樁荷載作用于微風化巖體。

2)坡面馬道的地下室柱荷載 基底應力為1 000kPa，作用標高范圍為16.000～43.000m。

3)C區(qū)上層村落樁基荷載 上層村落底板標高33.000m，單根樁荷載約8 000kN，樁荷載作用于微風化巖體。

4)16.000m標高平臺的柱荷載和環(huán)梁荷載 16.000m標高平臺柱及環(huán)梁采用獨立基礎，基底反力719～2 437.5kPa。

4 邊坡加固

根據(jù)勘察報告以及現(xiàn)場踏勘實際情況，未發(fā)現(xiàn)項目邊坡明顯外傾結(jié)構(gòu)面。考慮項目場地坡面荷載大、巖溶發(fā)育，邊坡開挖前先施作上部結(jié)構(gòu)樁基，邊坡加固在上部結(jié)構(gòu)基礎實施后開展。

4.1 A，B，C區(qū)永久邊坡加固

4.1.1A，B區(qū)土質(zhì)永久邊坡加固

A，B區(qū)土質(zhì)永久邊坡采用預應力錨桿及全長粘結(jié)錨桿格構(gòu)，格構(gòu)中施作面板支護。設計截排水溝及排水孔進行排水。

邊坡采用分級放坡，每級邊坡頂部有2m寬度的馬道，馬道豎向距離10m，坡率為1∶1。

預應力錨桿分2種：①長16m，錨固段10m，自由段6m；②長12m，錨固段、自由段各6m。第1排錨桿自坡頂向下1.5m開始設置。錨桿鉆孔直徑130mm，向下傾斜15°，錨桿水平間距3m，豎向間距4.25m(見圖3)。

圖3 A，B區(qū)土質(zhì)邊坡支護剖面示意

圓礫及卵石地層預應力錨桿桿體為1根φ32 PSB785級預應力螺紋鋼筋，采用M35水泥砂漿灌注。其他地層采用1根φ25 PSB785級預應力螺紋鋼筋，采用M35水泥砂漿灌注。

格構(gòu)截面尺寸400mm×400mm，C35混凝土澆筑。采用200mm厚鋼筋混凝土面板。

錨固段位于含礫粉質(zhì)黏土的預應力錨桿軸向拉力標準值為80kN(錨固段10m)和48kN(錨固段6m)。錨固段位于圓礫或卵石地層中的預應力錨桿軸向拉力標準值為200kN(錨固段10m)和120kN(錨固段6m)。預應力錨桿設計張拉鎖定值暫定為標準值的0.6倍。

坡體內(nèi)部設置內(nèi)徑100mm的PVC排水管，梅花狀布置，間距4.5m，圓礫、卵石地層孔長度9m，其他地層孔長度5m，向上傾斜6°。

支護結(jié)構(gòu)每隔15～20m及邊坡的轉(zhuǎn)角處設置一條伸縮縫，縫寬30mm，從頂?shù)降棕炌?，填縫料為熱瀝青麻絮。

4.1.2C區(qū)土質(zhì)永久邊坡加固

C區(qū)邊坡上部采用放坡+錨桿支護，下部采用樁錨直立支護。邊坡下部標高32.000～42.000m采用支護樁+預應力錨索支護，支護樁樁頂標高以上42.000～52.000m采用放坡+錨桿進行支護。支護樁被動土壓力區(qū)段采用水泥土攪拌樁進行加固。

1)放坡+錨桿支護

在標高42.000～52.000m設置兩級邊坡，采用放坡+錨桿+格構(gòu)，格構(gòu)中間施作面板進行加固(見圖4)。標高42.000m及52.000m平臺設置截排水溝，同時在坡體內(nèi)設置排水孔進行排水。

圖4 C區(qū)土質(zhì)邊坡支護剖面

錨桿采用注漿錨管，間距為3m，長9m，材料采用Q235級φ48×3.5鋼管，錨管孔內(nèi)壓注M35水泥漿，注漿壓力0.8～1MPa，要求擴散半徑R=1m，注漿量控制在每孔1m3。注漿漿液采用純水泥漿，由水泥、水、膨脹劑、速凝劑組成。采用42.5級普通硅酸鹽水泥，漿液水灰比為0.4～0.5，膨脹劑應使?jié){液結(jié)石體體積膨脹3%～4%，漿液配合比及注漿時間、壓力等參數(shù)通過試驗確定。

施工前應做工藝試驗，確定注漿工藝并檢測加固效果。格構(gòu)截面尺寸400mm×400mm，C35混凝土澆筑，采用200mm厚鋼筋混凝土面板。每級邊坡設置內(nèi)徑100mm的排水管，梅花狀布置，間距4m，長度5m，向上傾斜6°。

支護結(jié)構(gòu)每隔15～20m及邊坡的轉(zhuǎn)角處設置一條伸縮縫，縫寬30mm，從頂?shù)降棕炌?，填縫料為熱瀝青麻絮。

2)樁錨支護

在標高42.000～32.000m設置樁錨支護結(jié)構(gòu)，采用雙排支護樁+預應力錨索進行邊坡加固。支護樁之間設置排水孔及32.000m標高平臺設置排水溝進行排水。

支護樁的懸臂高度分為10m和12m，對應支護樁直徑分別為1.2m和1.5m，前后排樁的排距為3m，排間支護樁中心距為2m，支護樁須嵌入完整微風化灰?guī)r，并確保樁底以下5m范圍內(nèi)無空洞。

每排支護樁之間用冠梁連接，排間用連梁連接，冠梁、連梁尺寸為1 500mm×1 000mm和1 200mm×1 000mm。

前排支護樁上設置預應力錨索2～4排，錨索長度為15～50m，其中錨固段(錨入完整微風化巖體)長度為6m。第1排錨索由支護樁頂部向下2.0m開始設置，水平間距為2m，豎直間距為2.5m。鉆孔直徑為165mm，向下傾斜30°。

預應力錨索分別采用9股和12股φ15.2、1860級無粘結(jié)型環(huán)氧涂層預應力鋼絞線，漿液為水泥凈漿，注漿的水泥漿體強度≥35MPa。采用一次注漿工藝，水泥漿水灰比為0.30～0.42，注漿壓力為0.5～1MPa，漿液配合比及注漿時間、壓力等參數(shù)通過試驗確定。預應力錨索設計張拉鎖定值為標準值的0.6倍，具體通過現(xiàn)場試張拉確定。

預應力錨索以鋼筋混凝土腰梁為工作平臺，腰梁截面尺寸為500mm×500mm，采用C35混凝土澆筑。支護樁內(nèi)部設置內(nèi)徑100mm的PVC排水管，梅花狀布置，間距4m，排距3m，長度5m，向上傾斜6°。支護結(jié)構(gòu)每隔15～20m及邊坡的轉(zhuǎn)角處設置一條伸縮縫，縫寬30mm，從頂?shù)降棕炌?，填縫料為熱瀝青麻絮。

3)被動區(qū)加固

被動區(qū)采用水泥土攪拌樁的加固形式，施工前應做工藝試驗，確定水泥土攪拌樁的工藝并檢測加固效果。水泥土攪拌樁直徑600mm，搭接長度100mm。

水泥土攪拌樁采用濕法工藝施工，P·O32.5 普通硅酸鹽水泥，水灰比為0.55，并加入適量的外加劑以增強漿體的流動性能，水泥摻合量為17%。漿液配合比、壓力等參數(shù)通過試驗確定。

4)樁后回填

支護樁混凝土強度大于80%設計強度后，進行樁后回填。每層填土厚度≤30cm，用小型機械分層夯實。分層回填的填料選擇透水性強、摩擦力大的土，分層夯實，壓實度>90%?；靥钔瓿珊髮靥顓^(qū)域進行沉降監(jiān)測，若沉降值超過填土高度的3%，必須采取注漿加固措施對填土區(qū)進行加固。

4.1.3A，B，C區(qū)巖質(zhì)永久邊坡加固

巖坡采用預應力錨索、全長粘結(jié)錨桿+格構(gòu)的加固形式，錨索長度≥20m，其中，錨固段須錨入完整微風化巖體，長度為6m。錨固段巖體應逐孔取芯或鉆孔攝像確認為微風化完整巖體(見圖5)。

圖5 巖質(zhì)邊坡支護剖面

1)第1排錨索由平臺向下1.5m開始設置，水平間距為3m，豎向間距3m和5m。鉆孔直徑為165mm，向下傾斜15°。預應力錨索采用12股φ15.2、1860級無粘結(jié)型環(huán)氧涂層預應力鋼絞線，漿液為水泥凈漿，注漿的水泥漿體強度≥35MPa。采用一次注漿工藝，水泥漿水灰比為0.30～0.42，注漿壓力為0.5～1MPa，漿液配合比及注漿時間、壓力等參數(shù)通過試驗確定。

2)預應力錨索的軸向拉力標準值為1 000kN，預應力錨索設計張拉鎖定值暫定為標準值的0.8倍，具體通過現(xiàn)場試張拉確定。

3)巖質(zhì)邊坡全長粘結(jié)錨桿間距為3m和5m，鉆孔直徑為130mm，向下傾斜15°設置。桿體材料為φ32 HRB400 鋼筋，長度為9m，注漿漿液為水泥凈漿，注漿的水泥漿體強度≥35MPa。

4)預應力錨索和全長粘結(jié)錨桿在A，B區(qū)12.000m平臺下方交錯均勻布置。

5)在A，B區(qū)12.000m標高平臺設置豎向全長粘結(jié)錨桿，錨桿間距為3m，排距為2.5m，鉆孔直徑為130mm。桿體材料為φ32 HRB400鋼筋，長度為9m，注漿漿液為水泥凈漿，水泥漿強度≥35MPa。

對12.000m標高平臺的全長粘結(jié)錨桿采用網(wǎng)噴混凝土進行防護，設置φ6@200雙向筋，錨桿間采用φ16 HRB400鋼筋連接，噴射混凝土為C20，厚100mm，分兩次施作。格構(gòu)斷面尺寸為500mm×500mm，采用C35混凝土澆筑。巖質(zhì)邊坡格構(gòu)內(nèi)噴射100mm厚混凝土支護。

4.2 特殊巖土及不良地質(zhì)處理

4.2.1巖溶

對邊坡開挖已經(jīng)揭露的溶洞、溶溝、溶槽等部位，清理填充物、清洗巖面后，采用C30混凝土或片石混凝土回填；對超挖形成的內(nèi)凹，清洗巖面后，采用C30混凝土或片石混凝土回填。對直立溶蝕洞、凹面，應在內(nèi)壁植φ25鋼筋，植筋間距≤2.5m，錨入巖體和回填體均≥1m。

對錨索鉆孔、支護樁、樁基等成孔發(fā)現(xiàn)的溶蝕空洞等，應沖洗填充物后，回填混凝土或分次注漿。注漿可以少量多次、反復注漿填充以控制注漿量。

4.2.2人工填土及卵礫石層

針對揭露的人工填土及砂卵石層采用雙管高壓旋噴注漿進行加固。設計成樁直徑為600mm，樁底標高為實際巖面，樁中心間距為500mm，呈等邊三角形布置。采用P·O42.5普通硅酸鹽水泥漿液，注漿樁體的單軸抗壓強度達到3MPa。注漿位置在結(jié)構(gòu)樁基時，可環(huán)繞布置(見圖6)。注漿壓力、漿液配合比等應通過現(xiàn)場測試確定。

圖6 旋噴樁布置

5 地下水控制

邊坡范圍以外的地表水，以攔截和旁引為原則；邊坡范圍以內(nèi)的地表水，以防滲、盡快匯集和引出為原則。邊坡施工前對場地進行平整硬化，完成系統(tǒng)的排水設施，嚴禁坡頂積水。礦坑邊坡范圍外，沿開口線周界設置一條截水溝，攔截并旁引地表徑流。同時在各級馬道及平臺上設置排水溝。

礦坑邊坡表面及坡內(nèi)的地下水通過排水溝和排水管導出后，引入坑底進行抽排。

截水溝采用倒梯形斷面，排水溝采用矩形斷面，在陡坎或落差較大的地段采取多級跌水坎。排水溝的過流斷面選取邊長為0.40m的矩形斷面。截排水溝的溝頂?shù)乇磉M行硬化，溝內(nèi)設不小于1%的縱向找坡，每隔15～20m設置伸縮縫。

在排水溝低洼處用急流槽結(jié)合消力池的形式將各級排水溝連接起來，形成邊坡豎向排水系統(tǒng)，匯流入坑底統(tǒng)一抽排。

6 結(jié)語

通過對長沙冰雪世界工程礦坑生態(tài)修復邊坡加固技術(shù)進行研究，得出如下結(jié)論。

1)巖溶地區(qū)礦坑地質(zhì)環(huán)境復雜多變，項目巖壁與建筑物關系復雜，不同區(qū)段和標高的荷載情況各異，邊坡加固需分區(qū)分段進行設計。

2)工程場地內(nèi)土質(zhì)邊坡加固分A，B，C 3個區(qū)進行設計。A，B區(qū)采用預應力錨桿+全長粘結(jié)錨桿格構(gòu)+面板支護。C區(qū)邊坡上部采用放坡+錨桿支護，下部標高32.000～42.000m采用支護樁+預應力錨索支護，支護樁被動土壓力區(qū)段采用水泥土攪拌樁進行加固。

3)巖質(zhì)邊坡采用預應力錨索、全長粘結(jié)錨桿+格構(gòu)的加固形式，錨索長度≥20m，錨固段須錨入完整微風化巖體，長度為6m。

4)邊坡開挖揭露的溶洞、溶溝、溶槽等，清理填充物、清洗巖面后，采用C30或片石混凝土回填；人工填土及砂卵石層采用雙管高壓旋噴注漿加固。

5)邊坡范圍以內(nèi)的地表水進行盡快匯集和引出；邊坡范圍以外的地表水進行攔截和旁引。