边坡支护工程在矿山地质灾害治理施工中运用分析论文

　　摘要：不合理的开采方式会导致矿山边坡容易产生崩塌、滑坡以及泥石流等地质灾害，采用边坡支护工程可有效治理矿山地质灾害，减少边坡应力变形，避免危岩体坠落的安全隐患，从而提高矿山土体稳定性。基于此，本文以边坡支护工程为例，根据矿山地区的地质灾害类型，发挥边坡锚固技术的支护作用，采用拉锚土工格栅或拉锚格构挡墙等边坡支护方式，提高边坡抗滑力。

 

　　关键词：边坡支护；矿山地质灾害；灾害治理；锚固技术；边坡应力变形

 

　　矿山资源的开发与利用对于社会经济发展来说至关重要，由于矿山开采与管理工作存在不科学的问题，导致周围地形地貌或地表植被受到严重影响，甚至引发水土流失问题。为避免矿山地区出现潜在的泥石流或滑坡灾害威胁，有必要采取边坡支护防护措施，对矿山坡体做好加固工作，尽可能的提高边坡支护结构的稳定性。

 

 

　　1.1滑坡

 

　　一般边坡的产生主要有自然边坡与人工开挖边坡两种，这两种边坡的土层常由粉土、碎石以及风化粉砂岩等稳定性比较差的材料构成，由于缺乏支护，受到重力作用的影响，或者雨水的冲刷而产生滑坡灾害。滑坡是山体中比较常见的地质灾害，在重力的作用下，高坡山体存在着向下滑移的发展趋势，由于雨水冲刷与矿山人工切坡等因素，导致滑坡灾害发生。矿山工程边坡主要位于山体前缘地带，在雨水冲刷的作用下，植被根系发育偏浅，地表植被缺乏自然保护，导致边坡土质比较松散，岩石层风化程度很高且稳定性较低。暴雨天气下，边坡位置容易产生滑坡与垮塌等地质灾害。此外，人为活动也会加剧边坡滑坡灾害的发生，矿山地区开采之后的地质条件差异明显，边坡失稳现象明显，受采矿工程与爆破振动的干扰，暴露在野外的坡体难以被及时维护，从而增加了滑坡灾害的发生几率。

 

 

　　1.2泥石流

 

　　矿山区域中，泥石流是暴雨天气条件下比较常见的地质灾害问题，泥石流灾害的发生一般与边坡地区的水环境有关。矿山工程地质勘察期间排查矿山周围的河道与沟渠情况，发现工程区域与河流之间相距1.4km，由于多年断流，近几年才恢复，对矿山开采不会产生过多影响。探测时发现地下20.5m的深度没有地下水，水文地质条件比较简单，但土层稳定性不理想，夏季常见暴雨天气，导致泥石流成为该区域的潜在灾害。为降低该风险，应在支护结构上合理设置排水沟或者截水沟，同时做好人工排水工作，尽可能的规避泥石流灾害问题。

 

　　1.3采空区塌陷

 

　　工程区域位于矿山采空地区，地下采空区由于地质条件复杂且井巷隐蔽，采空区由于原有土体结构应力遭到破坏，容易发生采空塌陷，对地表产生一定影响。为避免采空塌陷，有必要做好地下空间的勘察分析。

 

 

　　2.1控制矿山边坡应力变形

 

　　在矿山地质灾害治理工程中采用边坡支护工程，旨在减少岩体应力变形，提升边坡结构稳定性。依据边坡岩体结构特点和应力变形特征，将边坡变形的破坏模式划分成倾倒变形、平移拉裂变形几种。其中倾倒变形一般会发生于坡度比较大的岩体出，且矿山岩体沿着节理向坡面法向倾倒变形，出现这一问题的原因一般与重力作用下岩体产生倾倒力矩有关，如果岩体遭到陡倾结构的切割，连续岩体将有可能出现临空破坏的问题，坚硬岩石受到长间距的切割，从而引发岩石块体的倾倒变形。在横向节理下的延续切割作用下，岩体容易产生弯曲变形问题，这一情况类似于连续弯曲的形状。平移拉裂变形一般会发生于坡体倾角偏小的边坡滑移结构中，且边坡节理与裂隙之间形成切割作用，因重力而拉伸，如果周围解除约束，倾角超过岩层内摩擦角，如果矿区内遇到强降雨或者爆炸事故，岩体将会沿着滑移面而出现平移拉裂变形的问题。采用边坡支护工程可有效对岩体产生支挡作用，尽可能的减少边坡变形，保证边坡稳定性。

 

　　2.2降低危岩体坠落概率

 

　　开采矿山边坡时，岩体容易因矿山爆破与挖掘而形成裂隙结构，外力作用下边坡将会遇到破碎问题，从而产生危岩体。危岩体的存在会给矿山施工人员带来安全威胁，如果不采取有效解决措施，将有可能对后续施工产生隐患。小规模的危岩体可以在施工期间清理，大规模危岩体可使用边坡支护方式做好加固处理，从而消除危岩体的坠落威胁。如果矿山的边坡表面出现大量危岩体，应将松动的岩石清理干净，特别是带有裂纹的岩石，可采取放坡措施保证坡体斜率，避免边坡支护期间遇到石块坠落现象。边坡支护工程一般会使用不同柔性网覆盖边坡危岩体，采用施加垂直作用力的方式，避免危岩体遇到空间位移问题，限制其滑塌与坠落，主动控制危岩体。此外，可在岩壁上打孔，同时采取锚杆与注浆等操作，依靠锚杆加固危岩体，将锚杆连在一起，发挥防护网的柔韧性作用，使其更好的用于不同边坡结构。

 

 

　　3.1将边坡锚固技术用于矿山支护中

 

　　锚固技术在边坡支护工程中有着重要意义，锚固可以更好的利用岩土体的条件，提高岩土体稳定性。在地层内应用锚固技术，节约钢支撑材料，通过钻孔、锚杆制作与安装、锚具检测等步骤，实现锚固技术在矿山支护中的有效应用。矿山地质灾害治理中，锚固技术主要有土锚与岩锚两种，这两种方式都是将其中一端与挡土墙、工程结构相连，另一端做好地下部分的锚固，在地基土层与岩层中设置锚固措施，提高结构物抗拔力，制约岩土预应力，实现对矿区边坡的安全支护和矿山环境的安全保护。

 

　　为满足矿区地质灾害治理工程的实际需求，在矿山支护工程中应加强对边坡支护的有效改造。不管是自然边坡，或是人工边坡，都应做好地质条件的研究分析，防止因地质因素影响边坡变形，从而给矿山带来任何安全隐患。如果矿山边坡稳定系数出现了低于安全值的问题，应做好边坡支护工作，以锚固技术作为边坡支护的关键措施。边坡的产生一般与土地承受应力降低有关，由于受力方向改变，山体岩土与碎石掉落，为更好的适应力的变化而导致的边坡变形与受力破损，此时应做好锚杆加护工作。通过对锚杆在岩土内的应力情况分析，掌握轴应力和剪应力分布情况，最终得知锚杆技术对岩体与土体有着较好的加固作用。采用锚固技术做好边坡支护工作，可有效提高矿山边坡稳定性，该技术不仅可以节约施工成本，还能够保证矿山区域的美观性。

 

　　某矿山的边坡支护高度在10m~27m范围内，由于现场缺乏足够的放坡空间，最终决定选择格构式锚杆支护方式，由于边坡高度为27m，可分三级做好支护工作，从上到下的支护高度为7m、10m、10m，各级支护的斜率为1：0.4、1：0.4以及1：0.2，边坡平台宽度有1.5m与2m两种，可以对各级格构式锚杆产生支护作用，其中横向间距和竖向间距均是2.5m。对于格构梁部分，建议采取等级强度为C30的钢筋混凝土，且锚固体直径可以达到150cm，建议结合用地范围，在边坡斜率比较小的情况下使用锚固技术，从而降低边坡支护成本，提高支护效率。

 

　　3.2优化边坡支护方式

 

　　矿山边坡支护的形式有很多种，一般人们需要从边坡高度、岩土条件、边坡缓坡与陡坡情况，结合上部荷载与施工成本、难易程度来考虑需要选择哪一种支护方式。针对矿山地区灾害治理问题，为保障矿山地区土体稳定，一般常采用的边坡支护形式主要有拉锚土工格栅挡墙、拉锚格构挡墙、重力式挡墙以及现浇立柱式挡墙几种，这些挡墙能够最大程度上保持边坡结构稳定。
 

 

       3.2.1拉锚土工格栅挡墙

 

　　经过分析得知，土工格栅挡墙作为一种加筋土挡墙，一般会采用土工格栅土体来形成加筋土，再依靠加筋土的自身重力，确保矿区边坡的稳定性。边坡支护工程施工中，格栅施工一般与土方回填施工同时进行，从而发挥地面平整与边坡支护的作用效果。拉锚土工格栅不仅造价低，且工期较短，能够对坡面产生良好的绿化效果，采用HDPE高密度聚乙烯格栅材料，根据地形实际情况选择平面形式或者立体形式的格栅网，在矿区人工填土与挖方地段做好土工格栅挡墙支护工作。这种挡墙一般会采用人工抗拉材料，不仅耐雨水程度高，且结构可靠，布置起来比较简单，建议对土工格栅分层应用，对于不同回填土层，建议放置多层格栅，再利用生态反包麻袋使上下结构两层的格栅连为一个整体。

 

　　土工格栅的横向抗压能力比较低，为避免土层发生位移问题，建议在格栅间设加强筋。对于拉锚格构可采用土工格栅挡墙，且挡墙高度在8m左右，长度最低40m，最高70m。矿区边坡支护工程中，回填土土壤质量与回填方式尤为重要，一般堆口反包麻袋后的坡体主要使用回填材料进行回填，以比例为3：7的灰土和素土进行回填，其中不能有大粒径砖石。要求灰土和坡体的素土厚度达到每层0.5m左右，可分两步骤做好碾压施工，每层厚度保持在0.3m以内，且土层压实系数控制在0.93以上。土层回填之后需要在挡墙的顶部位置设置200mm以上厚度的钢筋混凝土压顶，且混凝土材料等级为C15，同时内部设置2层200mm×200mm钢筋网，提高挡墙顶部抗剪与抗压强度。做好挡墙防水处理，最下一级挡墙处设置排水沟，挡墙顶部设置截水沟，随后再将截水沟纳入排水系统内。

 

　　3.2.2拉锚格构挡墙

 

　　这种挡墙结构一般是将混凝土框架和锚杆相结合，使矿区边坡表面形成格构的结构，对于纵深采取锚杆加固措施，且拉锚格构挡墙具有较强的支护能力，适合用于矿区挖方边坡，和土工格栅挡墙相比较，拉锚格构挡墙一般依靠锚杆与面板固定边坡，在混凝土框架的承力结构处设置锚杆，随后将锚杆钉入岩层，经过注浆与拉紧后使混凝土墙面和土层形成整体。混凝土框架结构纵横交错，与节点位置的锚杆一同维护边坡稳定性。为保护生态环境，可在框架内采取植草绿化措施，发挥框架的美观效果。在需要使用挡墙的区域挖方岩层边坡，且边坡的高度大约在11m左右，边坡的长度为42m，一共分上下两端坡，高度分别为5m和6m，采取柱板式挡土墙，使具有承力作用的横向与竖向柱板呈现出垂直的相互关系。柱板交叉位置需要设置锚杆，将潜孔锤的锚杆长度设置为4m，共有6层，且柱间使用钢筋混凝土做好浇筑工作，随后将压顶梁与联系梁形成一个整体结构，从而起到稳定矿区边坡的作用效果。遵循自上而下的原则对格构式挡墙进行分段施工，其中下段挡墙的强度必须超过60%，且顶部设置200mm厚度以内的钢筋混凝土压顶，内部设置钢筋网，顶部底部安排截水沟，做好排水措施。

 

　　3.2.3下部重力式+上部土工格栅或拉锚挡墙

 

　　与其他挡墙形式不同，重力式挡墙主要依靠挡墙的自身重力，确保构筑物边坡稳定，常见的重力式挡墙主要有俯斜式挡墙、直立式挡墙、仰斜式挡墙以及横重式挡墙几种。一般边坡的高度保持在6m以内，重力式挡墙具有较强的刚度，建议采取防止地基沉降的措施。将拉毛挡墙支护结构与重力式挡墙相结合，或者将重力式挡墙与土工格栅挡墙相结合，发挥边坡的支护作用。如果地块属于土质填方的边坡，施工人员在施工之前应及时清理场地，再采取分层回填措施，当底部的重力式挡墙修筑成功后再开始施工上层结构的土工格栅。

 

　　重力式挡墙的应用应保持地基部分坚实牢固，为了避免遇到滑坡或泥石流等地质灾害，建议对挡土墙的基底部分采取逆坡方式，且坡度达到0.2：1。对墙背位置使用具有透水性功能的碎石土进行填土施工，且碎石的粒径保持在30mm以内，采用分层回填方式，墙后设置宽度为0.5m左右的反滤层，以碎石为反滤材料，上下设置0.5m以内的黏土隔水区段，墙体在相隔2m的位置设置泄水孔，其中泄水孔的孔径保持在100mm左右。此外，要求泄水孔的竖向间距不能超过2m采用梅花形的布置方式，对挡墙顶部做好C15混凝土压顶，内部设置2层以上的钢筋网，重力挡墙的坡脚位置建设排水沟，挡墙坡顶位置建设截水沟，优化排水系统。

 

　　3.2.4现浇立柱式挡墙

 

　　作为新式挡墙，现浇立柱式挡墙将护坡桩、锚杆以及挡土板相结合，发挥挡土的作用，利用支护高差超过10m的高填方边坡达到边坡加固效果。某边坡高度13m，岩层结构较高，且放坡面积比较小，采取现浇式挡墙，将立柱的桩径与桩间距保持在1m和1.6m左右，采用C30等级的混凝土，在立柱上设3道锚杆，长度和纵向间距分别为18m和3m，发挥现浇立柱式挡墙的承压能力，再利用锚杆提高边坡稳定效果。

 

　　3.3提高边坡抗滑力和抗震能力

 

　　发挥矿区边坡支护工程的作用，对矿山边坡做好深层加固工作，提高边坡的抗滑力，从而避免边坡失稳的地质灾害问题发生。由于边坡内部结构复杂，破坏形式比较多，应按照边坡的具体破坏模式分析其稳定性，假设刚性滑动岩体以某点作为中心旋转，滑裂面属于速度不连续工作面，旋转的角度与岩体对外做功的功率有关。此外，再根据岩土的土质中度、距离旋转中心的距离、矿区边坡转动的角速度情况计算岩体内能消耗率。掌握边坡岩体内摩擦角，如果外功率与内功率相等，即可掌握矿区边坡临界高度。如果边坡岩体正处于临界状态，此时就能掌握矿区边坡稳定性情况，再按照岩土条件开展边坡支护工程，以及岩土条件、荷载量以及支护情况分析边坡定量受力情况，将矿区边坡稳定性转为锚杆支护稳定性，计算边坡体系内功率与外功率之后，得出锚杆支护稳定性系数，提高边坡抗滑力。

 

　　在边坡的抗震能力方面，将边坡的支护结构和岩体一同连接成一个整体，以此承担岩体的一部分重量，提高岩体承受力，强化岩体抗震性，边坡施工时岩体原始应力逐渐释放，且受力状态逐渐改变，采用边坡支护方式改变岩体受力状态，使其转为新的平衡状态。在松散的岩体中采取支挡加固措施，减小岩体的自由变形量，使支护结构得到加固效果，且对岩体形成反作用力，做好岩体位移情况的有效控制。由于岩体和支护结构之间产生相互作用，双方被连接为一个整体，再将下滑推力传递到地层深处，采用嵌固作用形成抵抗力，从而提升矿区边坡抗震效果。通过岩体抗震能力的提升改善滑移面力学性质，增加滑坡表面摩擦力。