露天矿第四系土质边坡治理技术的应用

谢道雄

（河钢集团矿业公司工程管理部，河北 唐山 063700）

1 工程概述

司家营铁矿位于河北省唐山市滦县境内，地貌单元为冲洪积阶地和冲洪积平原，铁矿东部为冀东最大的河流—滦河，边坡的场地属于滦河一级阶地。司家营铁矿露天采场最大边坡高度427m，西帮第四系表土层厚大，厚20m～70m，属高边坡类型。西帮顶部边缘设有高压线杆和皮带通廊，高压线杆距边坡边缘最近为23.9m，皮带通廊距边坡边缘最近为55m。

2 水文地质条件

根据工程地质调查及外业钻探资料显示，西帮边坡主要地层为：素填土、粉砂、含碎石粉质黏土、全风化页岩、强风化页岩、强风化石英砂岩等。整体岩土结构节理发育，结构面平直，结合差，易开裂，裂隙面附泥质胶结，岩芯手捏呈土状，岩层的产状为151°～163°，∠SW12°～23°。西帮边坡地下水的类型主要为第四系孔隙潜水，本区地下水补给来源主要为大气降水入渗和侧向径流补给[1]。地下水主要赋存在粉砂及以下的砂层中，根据水井抽水试验，粉砂层的渗透系数为1.37m/d～2.94m/d，粉质粘土层为相对隔水层。基岩中赋存有风化岩裂隙水，但富水性较差。

3 边坡滑坡情况

第一次，西帮N14线～16线之间表土层发生滑坡，滑坡高度从地表标高+38m水平到-18m水平，滑坡长度为100m，滑坡后，坡顶发生滑动的土体水平距离为23m～26m，坡底滑动距离约60m，沿土层底板近水平滑出。第二次，在+6m～-18m标高发生滑坡，滑坡长度145m。由于西帮边坡土层含水层富水性强，边坡角变化较大，土层底板有水渗流侵蚀条件下，软化底部土层，易发生近似圆弧型失稳破坏，危及地面多个高压线塔及皮带廊道的安全，严重威胁矿山安全生产。从已有勘查钻孔的勘探线验算边坡稳定安全系数不能满足《非煤露天矿边坡工程技术规范》(GB51016-2014)的规定，急需进行边坡加固治理工作。

4 边坡治理方案

按照最终境界与标高进行放坡，根据边坡的稳定性分析结果，结合边坡的特点，对滑坡段采用“土钉墙+抗滑桩和预应力锚索+块石反压加固”的方法，并在坡顶外设置降水井，下部砂层设置放水孔[2]。边坡加固治理的主要工序为：根据土钉标高位置分层自上而下削坡并清除滑坡扰动土→施工土钉→锚索施工→抗滑桩和冠梁施工→喷射混凝土→边坡降排水工程→坡底碎石回填反压→边坡监测布置→竣工验收。

（1）削坡并清除滑坡扰动土。按照最终境界与标高，并根据土钉或锚索标高位置分层开挖土方，自上而下分步开挖至土钉或锚索标高以下0.5m，以便施工。削坡完成后，清除下部滑坡扰动土。

（2）土钉施工。土钉长度24m，成孔直径110mm，下倾角15°，土钉水平、垂直间距均为2.0m。杆体采用1根Ⅲ级Φ25螺纹钢筋，钢筋强度等级均为HRB400。孔内注浆采用纯水泥浆，水泥采用P.O 42.5普通硅酸盐水泥，注浆应采用孔底注浆法，浆液灌注必须饱满密实，拌合水可采用地下水。

（3）锚索施工。锚索自由段成孔孔径150mm，锚固段孔径150mm，施工过程中要保证锚孔深度和锚固段注浆量，单根锚索施加预应力200kN。锚索采用高强度、低松弛、无粘结钢绞线制作，钢绞线强度为1860MPa，钢绞线符合现行国家标准《预应力混凝土用钢绞线》（GB/T5224-2003）规定，对有机械损伤、严重锈腐、电烧伤等造成强度降低的锚索材料，在施工中不得使用。锚索为永久工程，必须作好防锈、防腐处理。锚固段锚索应清污除锈，张拉段、自由段锚索应涂抹专用防腐油脂，并且外套Φ22波纹管隔离防护。

（4）抗滑桩和冠梁施工。抗滑桩采用1200mm直径的钻孔灌注桩，采用泥浆护壁成孔工艺，桩间距2.50m，桩长约20.0m。桩顶设置冠梁连接，冠梁截面尺寸1300mm×1000mm，钢筋保护层厚均为50mm。桩身混凝土嵌入冠梁100mm，桩顶锚筋进入冠梁不少于700mm。

（5）喷射混凝土施工。该段喷射混凝土面板厚度100mm，混凝土设计强度等级为C25，1d龄期的抗压强度不低于5 MPa；面板沿边坡走向，每隔20m的长度竖向分段设置伸缩缝，内填沥青木板。在坡面设置泄水孔，泄水孔位置、间距可根据地下水的发育情况适当调整。钢筋网必须紧贴混凝土表面，以保证钢筋保护层厚度。喷射混凝土终凝后2小时采取连续喷水养护5天～7天，在终凝后第一次喷水养护时，压力不宜过大，以防止冲坏喷射混凝土防护层表面。

（6）边坡降排水工程。在粉砂层中打仰斜放水孔。放水孔水平间距6.6.m，长度75m，孔径Φ91mm，上仰角5°～10°。放水孔内安放Φ63.5δ3.8 UPVC集渗管，管体呈梅花形设置16mm花孔。集渗管外包400g/m2土工布，用铅丝绑扎，严禁漏砂。为保证滑坡段+6m以下施工安全，新滑坡段坡顶截水沟西侧设计降水井，间距12.5m，井深60m，成孔直径600mm，内安装300mm无砂砼管。

（7）坡底碎石回填反压。在采场选取较为新鲜的采矿废石，在坡底回填反压，回填长度为滑坡段治理长度，回填高度为滑坡高度的四分之一，采矿废石粒径不宜大于500mm。以此对土质边坡起到阻挡和反压作用。

（8）边坡监测布置。根据《崩塌、滑坡、泥石流监测规范》DZT0223-2004，施工期间和边坡开挖后应进行边坡监测，监测内容主要有变形监测、相关因素监测和宏观前兆监测。在坡顶及6m、-18m、-42m标高设置变形监测点，水平间距30m，监测土层及风化岩体的变形。检测设备采用GNSS设备，并在采场调度室安装设备软件及报警系统，对检测数据进行检测。矿山安全人员定期对边坡及周边进行巡视，查看边坡的安全情况。雨季应每天由安全人员巡视边坡，查看地表水的流量，含砂情况以及地表水冲蚀情况和冲蚀作用对边坡的不利影响。由技术人员分析地表水与滑坡体内地下水补给、径流、排泄的关系，必要时进行稳定性相关分析。

5 治理效果

通过对滑坡段采用“土钉墙+抗滑桩和预应力锚索+块石反压加固”的治理方法，边坡监测数据显示，目前原滑坡体区域内未见滑坡迹象，边坡较为稳定。通过及时治理，保证了西帮顶部边缘高压线杆和皮带通廊基础稳固，取得了良好的额效果。

6 结语

露天矿边坡治理是露天开采工程中重大安全工程，发生滑坡后治理难度大费用高，且对矿山安全生产造成较大影响。特别是司家营铁矿边坡角相对较陡，第四系土质边坡厚度较大且含水丰富，因此在开采过程中应进一步加大边坡治理投入密切监视边坡稳定性，做到及早发现，及早整治，确保采矿作业持续进行。