矿坑边坡支护技术的应用案例分析

何明亮

（中煤科工集团重庆设计研究院有限公司，重庆 400042）

随着工程建设的发展，越来越多的工程建设存在矿坑，为保证矿坑的稳定性，需对矿坑边坡加以支护。常见的矿坑边坡有自然放坡、矿坑围护桩、支护技术等处理措施，当矿坑边坡的放坡空间充足时，通常采用自然放坡处理，其缺点是放坡范围大、矿坑顶部区域存在建、构筑物时不可使用；当矿坑边坡放坡受限，可采用矿坑围护桩处理，其缺点是工期长、造价高；当矿坑边坡顶部仅存在较小的放坡空间时，可采用支护技术，其具有节省放坡空间、经济、工期短等优点。支护技术自20世纪50年代开始发展，最初主要用于岩质边坡的防护，后逐渐应用于地质边坡加固。我国于80年代引进该技术，近年来广泛应用于边坡、隧道、矿坑的支护中。

1 支护结构的原理

在边坡开挖后，支护技术通过锚杆（土钉）、钢筋网、混凝土的综合作用，充分利用矿坑边坡矿体的自稳能力，采用柔性方式对边坡进行加固。先采用锚杆将钢筋网固定在矿坑边坡壁上，再采用高压将混凝土喷射于钢筋网上，形成统一边坡护面。在矿坑边坡开挖形成，且应力重分配未完成时，充分利用边坡土体的自稳能力，对边坡进行加固处理，使边坡矿体的稳定性、整体性得到进一步的加强。

支护技术所产生的加固效应主要体现在以下两个方面：

（1）有效提高土体强度。矿体具有抗剪强度低的特征，在矿体开挖形成边坡后，边坡应力重新分配，边坡稳定性变差，在未达到稳定坡率的情况下，极易发生坍塌或滑塌破坏。常见的重力式挡墙、桩板挡墙均是对边坡土压力进行支挡，存在工期长、造价高的特点。支护技术结构则是在土体内部形成系统性的锚固体，让支护技术在矿体内发挥作用，使矿体形成有效整体，提高矿坑边坡土体的稳定性。此外，当高压注浆时，水泥砂浆将会进入矿体的孔隙中，凝固后大大提高土体的抗剪强度，水泥砂浆的扩散也使锚固体与周围土体之间的粘聚力得以加强。

（2）提高边坡矿体的整体性。锚杆一方面对边坡土体起到“加筋”的作用，另外一方面起到稳固钢筋网的作用。钢筋网的联合支护，可以将矿坑边坡体表面松散土体牢牢地稳固在边坡体上。在对钢筋网喷射混凝土，并形成混凝土面板后，矿坑边坡的整体性得到进一步的加强。设置在坡体中的加筋杆件（锚杆）与其周围土体牢固粘结形成的复合体，以及混凝土面板，构成类似力挡土墙的支护结构。

2 矿坑边坡支护技术的应用案例分析

2.1 工程介绍

以WH矿区建设工程为例，其中包含地下一层，工程开挖面积达到了25218m2，矿坑开挖深度2.15m～5.45m，矿坑边坡类别为临时边坡。根据勘查资料，该矿坑边坡为土质边坡，属人工填土，以块、碎石为主，其结构中等密实。矿坑边坡坡顶无重要构筑物，但其放坡范围受施工临时便道的约束，无法自然放坡。据勘查资料，场地内地下水埋深较大，地下水位位于基坑底标高以下。

2.2 矿坑边坡支护

（1）支护技术设计。地下的修建需开挖矿坑，为保证矿坑安全，开挖时需对矿坑边坡进行支护处理。本工程采用支护技术，逆作法开挖。边坡坡率控制在1:0.5，在开挖形成2m高的矿坑边坡时，及时进行支护技术，锚杆取2根22HRB400钢筋，间距1.25m；钢筋网采用双层钢筋网，采用10@150钢筋；混凝土喷射厚度取100mm。当喷锚强度达到预定要求后，方可进行下一阶的开挖，开挖分级高度控制在2m内。边坡采用跳槽开挖，施工前精确定位边坡开挖线，开挖后及时修整坡面，对孔位进行标记，支护水平方向的孔距偏差控制在50mm以内，注浆施工保持压力控制在0.3MPa以上，必要情况下需要多次灌浆。本工程采用双层钢筋网，挂网施工中需要做好绑扎处理，焊接工程中要对搭焊长度进行控制，如果单面焊接则需要保证其长度控制在10D范围内（D为直径）。挂网完成之后加入固定支架，保证喷砼过程不会发生摇动。之后还要做好预应力锚杆的张拉施工，需要保证锚固体与台座砼之间的强度大于15MPa，施加的力小于支护固力的30%。

（2）支护（土钉）工程。本工程中土钉长度取3m，要求支护抗拔力需要达到5kN/m，土钉外露长度需要达到80mm以上，在顶部使用加强筋进行压紧和焊接，保证其牢固性。注浆材料为普通水泥，水灰比例为0.45～0.55，水泥浆依照当地标准进行预拌、使用，压力注浆方法应用时候需要保证其压力控制在0.5MPa以上。浆液注入之后要保证其密实度和饱满度，导管底部与孔底之间保持一定距离，本工程控制在300mm左右。混凝土喷射采用普硅水泥、洁净的中粗砂和砾石（粒径为15mm以内），混凝土强度采用C20等级。混凝土与水泥、砂石比例为1:2:2.5。

（3）材料及质量要求。原材料需进行批量检测，没有经过试验的原材料，或者原材料检测不合格的都不能进入使用环节。钢筋：钢筋必须具有出厂合格证明，使用前应对钢筋进行随机抽检，作力学性能试验，满足规范要求后，方可使用。钢筋的强度标准值应具有不小于95%的保证率。混凝土：依照规定注浆体强度检验试块数量每30根土钉不少于1组。1组试块数量则需要选取砂浆3块，选取水泥净浆6块，在相同条件下养护28天，再进行检测。喷射混凝土强度试验则需要保证每500m2/组进行3块试样的选取，相同条件下养护28天，再次进行试验检测。最后需要进行冠梁混凝土的强度试验，1组3个试块，一般选取3组，相同条件下养护28天，再次进行检测。

（4）矿坑边坡的开挖。矿坑开挖需严格按照先支护、后开挖的工序进行，采用逆作法、跳槽施工。基坑边坡开挖坡率取1:0.5，开挖至2m高度时，修整坡面，进行支护技术，支护达到预定凝期之后，在进行下一阶段的开挖，开挖时严格控制施工范围线，避免对已有支护结构造成破坏。边坡坡面修整时，如遇较大块石，采用人工修坡，尽量减少对边坡的扰动。

（5）支护技术结构检测。当支护技术结构达到预定凝期后，需对支护技术结构进行检测。对于土钉，在支护体达到预定凝期后，需对其抗拔力进行检测，检测数量不少于1%，且同一土层及单元结构体不少于3根。喷射混凝土厚度和强度可以通过钻孔的方式来进行检测，100m2设3个孔位。此外，基坑边坡位移需满足规范要求。

3 结语

在实际工程中，矿坑边坡越来越普遍地采用支护技术，支护技术充分利用矿体自身稳定性，进一步加强其土体抗剪强度，并将其形成统一整体。支护技术具有放坡范围小、支护工期短、经济实用的特点。但在施工前应根据场地岩体条件选取相应的注浆参数、锚杆及钢筋网的尺寸，以保证工程安全。