探索高炉渣边坡减载治理施工技术

文/郑绍元 攀钢集团工程技术有限公司特种工程分公司 四川攀枝花 617000

由于渣场边坡渣体为散体结构，边坡破坏模式主要为局部垮塌、溜滑和滚石，渣体可能会从护渣挡墙墙顶滚入金沙江。边坡整体稳定，但边坡局部断面安全系数偏小、安全空间储备不足，存在欠稳定滑移断面，需对高炉渣边坡减载治理。

1、工程概况

渣场位于金沙江东岸，在渣场前缘下临金沙江，渣场顶部形成宽大平台。金沙江江面高程介于960～980m，渣场顶部平台，超过江面约80m，主要在渣场西北侧形成较陡的渣体人工边坡，坡度32-40°，整个堆渣体长约300m，整个堆渣体最大厚度达100m，总体积约1000万方。已修筑了挡墙进行支挡，挡墙高约20m。目前，挡墙墙面平直，未发现鼓肚、变形、开裂迹象，但边坡局部断面安全系数偏小、安全空间储备不足，需进行减载治理。

2、地下水渗流分析

滑坡体浸润线以上处于非饱和、浸润线以下处于饱和状态，随着水位的涨落，滑坡体中的地下水位也随之发生变化，就在滑坡体中形成了土体的非饱和区和饱和区。非饱和区土壤水运动和饱和区地下水的运动是相互联系的，将两者统一起来，对于各向异性的二维饱和 非饱和渗流控制方程为：

式中：kx——x方向的渗透系数

ky——y方向的渗透系数

Q——施加的边界流量

γw——水的重度

mw——比水容重，是体积含水量驻留曲线的斜率。

mw定义为体积含水量对基质吸力（ua－uw）偏导数的负值，即：

水流过土体中的时候，一部分水要驻留在土体结构中，驻留的水量是孔隙水压力和土体结构特征的函数。对渗流分析来说，定义水量驻留部分的体积和总体积的比值为体积水含量，用公式表示为：

式中： Vw——土体单元中水的体积

V——土体的总体积

当当饱和度是100%的时候，体积水含量等于土壤的孔隙率。体积水含量的改变依赖于应力状态的改变和土体的性质。在渗流计算中，假定总应力是不变的，且孔隙气压力也保持不变，这意味着体积水含量的改变仅仅依赖于孔隙水压力的改变。相应公式可表示为：

由于渗透系数（水力传导率）是表示土体导水能力的一个参数，水力传导系数依赖于体积水含量（含水率），而含水率又是孔隙水压力的函数，渗透系数是含水率的函数，因此渗透系数是孔隙水压力的间接函数。

边坡在高水位时的稳定性低于低水位的稳定性，水位在50年一遇洪水位1010m时，稳定性系数为1.077；水位在年均洪水位1005m时，稳定性系数为1.086；水位在年均低水位990m时，稳定性系数为1.122。

堆积体内的地下水和江水位几乎同步升降，渗流压力较小，但是江水对于堆积体的浮托作用还是存在，这是造成堆积体稳定性下降的主要原因。反之，当江水水位下降，浮拖作用减弱，稳定性系数又会回升。

降雨对堆积体稳定性的影响作用不明显。从图中可以看出，在水位上升过程中以及渗流稳定期施加降雨后，斜坡的整体稳定性仅略有降低。

3、炉渣边坡稳定性分析

高炉渣堆填体地形为前缘陡，顶部呈台阶状；主体由热熔炉渣组成，结构密实、力学强度高，天然条件下能保持近直立状态，整体稳定性好，热熔炉渣体内存在地下水溶蚀结晶现象，分析主要是在炉渣堆填时，由于温度高，遇水冷却时发生了物理化学反应，同时这些水在下渗过程中对堆填体有淋滤溶蚀作用，这种现象局部存在，对整体稳定性影响较小。

4、坡顶减载治理

用PC220挖掘机进行开挖炉渣，按设计边坡自上而下分层逐层开挖方式，开挖面保持不小于3%的排水坡，严禁积水，并且保持边坡平顺，挖开时从端头开始，挖掘机从端头以倒退行驶的方法进行开挖，自卸汽车配置在挖掘机的两侧装运炉渣。挖出的炉渣倒运场外1Km堆积，待确定排渣场后进行外运。

5、挡墙加高治理

原有挡墙下游处理部分由于现已有部分渣石滚落冲过挡墙落入江中，现需将挡墙加高处理，需加高11m，加高方式采取砌筑预制钢渣块封闭框，框内填筑钢渣后注浆固结堆砌，墙体厚度底部4m，顶部2.1m，长度60m

6、挡墙内侧注浆加固

由于堆积渣体安全稳定系数不足，宜增加挡墙的抗阻，需对该段挡墙内侧渣体进行加固，拟采取打孔注浆固结渣体。灌浆前的处理，钻孔施工前，因渣体松散，无发进行钻探成孔，先用水灰比为0.5:1的浓水泥浆沿灌浆轴线进行浇灌，且加入水玻璃速凝剂，将水泥浆初凝时间控制在10分钟左右，防止水泥浆液流到灌浆体外围，待水泥浆结石体强度到一定强调后开始钻进。

结论：

江水的升降主要影响堆积体斜坡前缘。水体由堆积体外向内入渗，但由于堆积体渗透性良好，堆积体内的水位近乎于江水同步上升，而基岩体内的饱和流场是向内凹的，直至稳定后变得相对平缓。降雨对斜坡体内地下水位有一定的影响，但其影响不明显，由于地下水位相对埋深较大，且渗透性良好，由于堆积渣体渗透性良好降雨及江水水位的变化对其影响较弱。