李競男

（1.合肥工業(yè)大學(xué) 資源與環(huán)境工程學(xué)院，安徽 合肥 230009；2.安徽省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查局三二七地質(zhì)隊，安徽 合肥 230011；3.安徽地礦投資集團(tuán)有限公司，安徽 合肥 230001）

在大力抓生態(tài)、優(yōu)環(huán)境、保安全的新發(fā)展大戰(zhàn)略背景下，為進(jìn)行非煤礦山災(zāi)害生態(tài)治理，以最快的速度完成碳達(dá)峰和碳中和戰(zhàn)略目標(biāo)，治理非煤礦山災(zāi)害就顯得意義非凡，異常重要了。非煤礦山災(zāi)害不僅威脅著礦山運營的整個周期，在當(dāng)?shù)卣行蛞龑?dǎo)退出時，會囿于各種因素影響，造成閉坑關(guān)停過程周圍環(huán)境處理不到位，在日后時空變化中衍生出現(xiàn)各種次生災(zāi)害，常見的有地面沉降、地裂隙、塌陷、邊坡失穩(wěn)等次生災(zāi)害。為提升雙碳戰(zhàn)略達(dá)標(biāo)能力、抗災(zāi)能力和安全保障水平，勢必要通過深入分析，挖掘非煤礦山災(zāi)害背后共性問題，并提出具體應(yīng)對策略，固化部分效果優(yōu)異的治理措施和方法，形成借鑒和制度。

1 不穩(wěn)定治理區(qū)概況

圖1 非煤礦山邊緣治理區(qū)域邊坡工程位置

該治理研究區(qū)域位于銅陵市銅官山老礦區(qū)東北緣，在有序引導(dǎo)非煤礦山退出時期未劃入治理范圍，后期城市建設(shè)過程中對邊坡部分切坡，受降雨影響局部邊坡土體形成垮落現(xiàn)象。同時由于邊坡高差在30m左右，坡度達(dá)65°，在強降雨條件下，可能發(fā)生垮塌，對周圍擬建建筑和道路形成嚴(yán)重威脅。根據(jù)邊坡發(fā)育情況，為保證人民群眾的生命和財產(chǎn)安全，決定對此處近200m近南北向不穩(wěn)定邊坡開展生態(tài)化治理。

2 治理區(qū)域邊坡巖土體工程地質(zhì)條件

經(jīng)過野外調(diào)查巖性鑒定等手段，查明治理區(qū)域邊坡土層分布情況與區(qū)域工勘報告吻合，自上至下可大致分為：①層灰褐雜色素填土，濕，粉質(zhì)粘土混雜著碎石。②層硬塑狀粉質(zhì)粘土，黃褐色到紅褐色過渡，為硬塑狀，稍濕，壓縮性中偏低。③層可塑狀粉質(zhì)粘土，紅褐色，狀態(tài)可塑，中壓縮性土。④層軟塑狀粉質(zhì)粘土，褐紅色，土體狀態(tài)飽和，具軟塑狀，土體結(jié)構(gòu)壓縮性高。⑤層灰?guī)r，屬三疊系南陵湖組灰?guī)r，青灰色、中風(fēng)化，裂隙較發(fā)育，大多為方解石細(xì)脈充填，RQD值60%左右，屬較硬巖，巖石飽和單軸抗壓強度為32.3Mpa，巖石基本質(zhì)量等級根據(jù)劃分表可劃分為Ⅲ類。

3 治理區(qū)域邊坡穩(wěn)定性分析

3.1 邊坡特征

治理區(qū)域邊坡為工程切坡形成，根據(jù)現(xiàn)場出露情況：南段邊坡高3m～5m不等，為硬塑狀粉黏土質(zhì)邊坡。中段邊坡所對應(yīng)邊坡高6m～9m不等，由硬塑狀粉質(zhì)粘土和灰?guī)r組成。北段邊坡高9m～28m不等，由硬塑狀粉質(zhì)粘土和灰?guī)r組成。灰?guī)r分布不均勻、且灰?guī)r淺表溶蝕裂隙發(fā)育、巖體破碎、夾可塑狀粉質(zhì)粘土、軟塑狀粉質(zhì)粘土；標(biāo)高+43m以下已形成平臺、邊坡巖性為灰?guī)r，標(biāo)高+43m以上邊坡較陡、高，10m～15m不等，坡度在55°～65°，主要組成成分為硬塑狀粉質(zhì)粘土。整體處于穩(wěn)定狀態(tài)。在強降雨條件下，局部邊坡的表層處在土體掉落。根據(jù)邊坡現(xiàn)狀穩(wěn)定性情況、結(jié)合治理區(qū)域巖土工程勘察報告，選取最不利處進(jìn)行穩(wěn)定性反演分析計算。

表1 邊坡巖土體物理力學(xué)參數(shù)取值表

3.2 計算方法

采用簡化畢肖普法(圓弧滑動)搜索最危險滑面，評價變形體的穩(wěn)定性。計算分析軟件搜索最危險滑面。其穩(wěn)定性計算如下[1，2]：

3.3 計算結(jié)果

通過反演分析計算，對具有代表性的地層巖體情況較差處進(jìn)行評價，治理區(qū)域在天然工況下穩(wěn)定性系數(shù)為1.374，邊坡巖體處于穩(wěn)定狀態(tài)；治理區(qū)域在暴雨飽和工況下穩(wěn)定系數(shù)為1.042，屬于欠穩(wěn)定狀態(tài)[3]。根據(jù)現(xiàn)場邊坡破壞情況和斜坡受力分析，由于邊坡前緣臨空面陡峻，局部邊坡表層存在土體滑落現(xiàn)象，坡腳因周圍建設(shè)遭到開挖，在遭遇大雨或受到擾動后會出現(xiàn)擴(kuò)大滑坡災(zāi)害。

4 防治設(shè)計

4.1 設(shè)計等級

治理區(qū)域部分坡體表層存在土體滑落現(xiàn)象，在強降雨條件下滑動范圍可能持續(xù)擴(kuò)大。主要危害對象為下方擬建道路和周圍擬建住宅居民生命及財產(chǎn)安全潛在危害及破壞后果很嚴(yán)重，綜合確定為防治工程等級為一級。

4.2 設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)《建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范》(GB50330-2013)[4]表5.3.2，可以將該治理區(qū)域為治理要求設(shè)置永久邊坡，穩(wěn)定安全系數(shù)的要求值為1.35，根據(jù)上節(jié)的計算和規(guī)范表格設(shè)定值，治理區(qū)域邊坡工程安全等級被確定為一級的永久邊坡工程。

4.3 設(shè)計方案

根據(jù)礦區(qū)東北緣治理區(qū)域邊坡現(xiàn)狀、穩(wěn)定性分析、潛在滑動面分布情況，決定治理此段邊坡，對高度在5m 以下的南段治理區(qū)域采用擋土墻進(jìn)行支護(hù)，對5m 以上北段治理區(qū)域邊坡采用錨桿格構(gòu)工程進(jìn)行支護(hù)；于坡面合理設(shè)置泄水孔、坡腳設(shè)置可以應(yīng)對極端情況的排水溝渠、邊坡頂部設(shè)置覆蓋工程區(qū)域的全長截水溝；格構(gòu)梁內(nèi)碼植生袋進(jìn)行坡面綠化、平臺栽種灌木及草本植被綠化、坡腳設(shè)置綠化帶，既滿足治理的目標(biāo)需要，又能與周圍環(huán)境有機融合。

5 非煤礦山邊坡防治綜合施工

5.1 坡面修整

確定治理區(qū)域邊坡坡腳線和邊坡修整邊線，治理邊坡坡腳擬建道路內(nèi)側(cè)預(yù)留1.2m左右空間為綠化帶及排水溝用地空間。擋土墻支護(hù)段邊坡按1∶0.25進(jìn)行修整，錨桿格構(gòu)梁支護(hù)段邊線根據(jù)設(shè)計坡腳線確定，按要求進(jìn)行邊坡修整，機械削坡為減少對邊坡的擾動，機械開挖必須預(yù)留0.5m厚的保護(hù)層，邊坡上松散的土體要及時清除，清坡所暴露出來的裂隙及時封閉，防止水體深入。

5.2 擋土墻施工

重力擋墻采取仰斜式重力擋墻，擋土墻高5m，由于擋土墻段基本為硬塑狀粉質(zhì)粘土，地基埋置深度為1.2m，從坡腳排水溝溝底算起，擋土墻坡腳距離現(xiàn)有道路不小于1.5m，預(yù)留坡腳排水溝及綠化帶施工空間，施工空間不足地段須對現(xiàn)狀邊坡進(jìn)行開挖，邊坡開挖坡率不大于1∶0.25，擋土墻后設(shè)置寬300mm反濾層，頂、底部分別鋪設(shè)厚500mm的厚粘性土隔水層，分層夯實，中間填砂礫石。擋土墻施工與墻后反濾層應(yīng)同時施工，墻身布設(shè)泄水孔。沿?fù)跬翂﹂L度方向進(jìn)行分段施工，并根據(jù)施工現(xiàn)場地形合理設(shè)置豎向的伸縮縫。擋土墻基坑施工中，因施工段土層物理性質(zhì)不佳，應(yīng)分段開挖，設(shè)置跳槽和馬口，挖一段，砌一段。

5.3 錨桿施工

根據(jù)施放錨孔位置架設(shè)鉆機鉆孔，綜合確定錨固角，孔位橫向平差不超過100mm、垂直偏差不超過50mm，成孔過程中，孔壁易坍塌時，采用跟管鉆進(jìn)，在成孔終端位置穩(wěn)鉆[5]?？刂苾A角誤差，錨桿的成孔深度應(yīng)大于錨桿設(shè)計長度0.5m，以預(yù)留灌漿和錨固要求，鉆孔完畢應(yīng)將孔內(nèi)泥漿及碎屑清除干凈。錨筋插入錨孔前，按錨筋編號取用，嚴(yán)禁錯用。安放過程防止錨筋桿體出現(xiàn)扭擰和變形，保證對中支架和注漿管的穩(wěn)定，避免出現(xiàn)折損破壞。桿體須除銹、除油污，防腐處理段長度需超過自由段長度0.5m，插入孔內(nèi)深度不小于錨桿長度的95%，鋼筋外露孔口長度控制在7cm左右，安放后不得隨意扭動[6]。錨桿桿體軸線方向每隔2m設(shè)置一個對中支架，注漿管與桿體采用綁扎。錨固時應(yīng)注意錨筋及附件的清潔，如鋼筋在搬運過程中粘泥太多，需清潔干凈[7]。對錨桿采用二次注漿，注漿材料首次為M30水泥砂漿，二次注漿為M30純水泥漿，水灰比在0.5左右，一次注漿壓力控制在0.5Mpa～1.0Mpa，二次注漿壓力在2Mpa左右，終止注漿壓力應(yīng)大于1.5Mpa，確保漿體灌注密實[8]。錨桿驗收試驗取每種錨桿總數(shù)的5%，且均不得少5根，主要巖土層中基本試驗錨桿數(shù)量不少于3根，試驗最大荷載不超過錨桿材料標(biāo)準(zhǔn)值的0.9倍[9]。

5.4 格構(gòu)框架梁施工

施工格構(gòu)框架梁放線時應(yīng)在坡面上的錨孔中心應(yīng)垂直和水平向兩側(cè)各偏移15cm，所有格構(gòu)梁的開挖邊線都應(yīng)從坡面底部到頂部放出，在水平和豎直方向上格構(gòu)梁各剖面的尺寸滿足設(shè)計規(guī)定，欠挖和超挖都需要進(jìn)行處理，超挖的部分需直接用混凝土澆筑。格構(gòu)梁嵌入坡體深度在200mm，保證格構(gòu)內(nèi)土體，避免因地表徑流造成坡面土體松落使格構(gòu)梁底部懸空失效。挖好溝槽后，架設(shè)模板，格構(gòu)梁縱橫梁節(jié)點與錨桿搭接處綁扎牢固，使?jié)仓腻^桿位置軸線與框架節(jié)點受力處重合，形成可靠的壓應(yīng)力傳導(dǎo)體系，鋼筋籠的底部周邊等距放入墊塊，保證兩側(cè)保護(hù)層厚度。根據(jù)坡體巖土層物理結(jié)構(gòu)情況設(shè)伸縮縫，伸縮縫寬度設(shè)定在20mm，在伸縮縫中按要求嵌入規(guī)定厚度的瀝青麻筋。

5.5 截排水施工

按設(shè)計圖紙沿中心線兩側(cè)外擴(kuò)放線，做到橫平豎直。沿測量放線位置采用人工方法進(jìn)行基槽開挖。綁扎時將承受力的鋼筋綁扎好，禁止跳扣綁扎，鋼筋保護(hù)層采用固定式砂漿墊塊。鋼筋綁扎、搭接和焊接作業(yè)嚴(yán)格按照規(guī)范進(jìn)行，考慮到防水避免下滲，混凝土的澆筑過程應(yīng)保持連續(xù)性，不留施工裂縫，采用搭接式澆筑。禁止在振搗過程中觸碰止水帶，避免使用中止水效果失效。在澆筑施工完成后，可使用小型平板振搗器將混凝土表面刮平。待混凝土收水后進(jìn)行表面收光，初凝之后對澆筑混凝土截排水溝進(jìn)行覆蓋養(yǎng)護(hù)。根據(jù)氣溫情況灑水潤濕，使混凝土充分養(yǎng)護(hù)。混凝土強度小于1.2N/mm2時，不得在混凝土上行走或堆放重物，嚴(yán)格控制拆模時間[10]。

5.6 生態(tài)綠化施工

圖2 中部錨桿格構(gòu)梁段生態(tài)修復(fù)段

在不利區(qū)段平臺位置、擬建道路側(cè)、擋土墻后、邊坡各種中進(jìn)行綠化。在不利位置區(qū)段平臺外側(cè)砌筑一道墻砌塊石矮墻，矮墻高0.8m、寬0.35m、嵌入巖石0.3m，與矮墻與邊坡之間覆500mm厚種植土，栽種球狀冬青、紫薇、薔薇等，植被冠徑宜選取60cm～100cm，按1m2/棵栽種。擬建道路側(cè)路牙石與坡腳排水溝之間、擋土墻后沿2m范圍內(nèi)覆種植土，栽種球狀冬青、薔薇、等灌木植被，灌木植被間撒播草籽綠化。邊坡工程綠化在格構(gòu)中碼植生袋進(jìn)行坡面綠化，同時掛φ2.2鍍鋅鐵絲網(wǎng)，防止植生袋掉落，植生袋施水保證養(yǎng)護(hù)萌芽水需，宜每兩天澆水濕潤一次，直至出苗為止。

6 變形位移監(jiān)測及處理

邊坡設(shè)置監(jiān)測點對位移量、位移速度、位移方向進(jìn)行監(jiān)測。剛開始進(jìn)行邊坡工程作業(yè)時，監(jiān)測應(yīng)按1次/天的頻率進(jìn)行，發(fā)現(xiàn)異常變化或險情時應(yīng)加密監(jiān)測頻次，監(jiān)測周期為2年。治理區(qū)域邊坡工程施工過程中及監(jiān)測期間遇下列情況應(yīng)及時報警處理： 支護(hù)結(jié)構(gòu)中橫豎梁等重要構(gòu)件出現(xiàn)應(yīng)力突然增大、微裂紋、節(jié)點壓裂、格構(gòu)梁失效等破壞情況；邊坡底部或周圍巖土體出現(xiàn)張拉裂紋、縫隙并有導(dǎo)致滑坡體分界面變化的各種威脅支護(hù)工程安全的征兆跡象。在該區(qū)域施工期間對坡體變形進(jìn)行監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示所有監(jiān)測點的變形均在可接受的范圍內(nèi)，從而間接證明了此處老礦區(qū)周緣邊坡治理工程的設(shè)計和施工防治綜合措施是富有效果的。

7 結(jié)論

銅陵市關(guān)停退出的老礦區(qū)和礦井較多，有主動關(guān)閉的，也有被動關(guān)閉的，但大多數(shù)是在政府有序引導(dǎo)逐步退出的，關(guān)閉時由于礦山周邊環(huán)境邊坡處理不到位，一關(guān)了之，隨著時間推移，邊坡巖土體的物理結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性會隨時空發(fā)生變化，一旦發(fā)生邊坡災(zāi)害進(jìn)行事后治理費用較高，應(yīng)當(dāng)對礦區(qū)邊緣邊坡狀態(tài)進(jìn)行動態(tài)排查監(jiān)測，結(jié)合城市規(guī)劃，人為活動等因素，定期進(jìn)行評估，采取主動治理策略，銅官山老礦區(qū)東北緣不穩(wěn)定邊坡的治理案例為銅陵市類似巖土地質(zhì)條件的礦山邊緣陡坡處理提供了很好的案例借鑒和技術(shù)治理思路。