废弃矿坑坑壁岩质高边坡支护治理

熊 朋，龚福初，卢艺伟

（中国有色金属长沙勘察设计研究院有限公司，长沙 410000）

1 工程概况

长沙某矿坑建设场地位于湖南省长沙市望城区坪塘镇新屋里。原为水泥厂露天开采的石灰岩采石场所遗留的采石坑，为近环状高陡边坡，顶南北纵向长约为480m，东西横向长约450m。底纵向长约为390m，横向长约为380m，坡度45～90°，现状顶标高42.77～59.39m，高度约70.0～120.0m。

如何结合矿坑自然景观的优势，采用有效的支护手段保证矿坑岩壁的稳定，确保上部旅游开发的实现，是建设单位关注的重点，也是支护设计的难点。

2 场地岩土工程与水文地质条件

2.1 地层岩性

矿坑坑壁分布的主要地层：上部浅层为人工填土层和第四系新近冲积层、残积层，整体厚度不大。下部基岩为泥盆系灰岩及泥灰岩，产状210°～290°∠45°～50°，岩体基本质量等级为Ⅲ～V级。本文涉及的坑壁岩土体的物理力学参数详见表1。

2.2 水文地质条件

场地地表水主要为泉水、岩溶水、矿坑顶排水明渠、水塘及矿坑积水，与大气降水密切相关。地下水主要有上层滞水、潜水及基岩裂隙或岩溶裂隙水三种。

3 矿坑坑壁支护设计

3.1 支护方案选型

目前常用的边坡治理措施很多，常见的治理方案有：锚喷方案，桩板墙方案，放坡结合桩板墙方案，锚杆格构梁方案。

锚喷方案：采用较陡的坡率开挖或直接采用锚杆或预应力锚杆对边坡进行加固，坡面结合植生袋绿化。适用于整体性较好，坡高不大的边坡，适宜范围广。本项目基本稳定的区域采用该方案。

锚杆格构梁方案：采用锚杆和纵横梁对边坡整体加固，坡面可结合植生袋绿化。该方案适用于整体性较差，坡高不大的边坡。本项目建设单位提前对矿坑治理投资进行研究和分析，经过技术可行性、环境结合性、工期可行性以及经济可行性比选后，将项目开发主题定为公园，并将建筑物设置在坑顶边线40m以外，降低矿坑治理难度和要求，节约投资资金。本次选用的典型断面采用先清除危岩体，再采用锚喷结合环梁锚索的支护方式。

3.2 坑壁支护设计

本次选取矿坑南侧典型断面，顺层岩质边坡，现状坡面整体稳定性计算不满足规范要求。如图1。切除危岩后整个坡面设置φ32长6m@3m的系统锚杆，喷射面板厚100mm，网筋φ8@200×200，加强筋C16@1500×1500；上部增设三排4φs15.2@6m×6m的预应力锚索，下部增设六排4φs15.2@9m×9m的锚索。典型断面支护方案如图2。

图1 矿坑现状典型断面图

图2 坑壁边坡支护方案

本次矿坑治理为永久性边坡支护设计，安全等级为一级，支护设计后的边坡稳定安全系数应≥1.35。

采用理正岩土计算治理后的整体稳定性系数为1.422，如图3。采用Midas Soilworks软件按强度折减法计算治理后的边坡安全系数为1.435，边坡最大变形为30.9mm。如图4。均满足规范整体稳定性要求。

图3 治理后的边坡整体稳定性计算结果

图4 按强度折减法法治理 后边坡计算结果

4 矿坑坑壁支护施工

4.1 坑壁支护施工工序

测量放线→爆破清理危岩→监测点的设置→坡顶底修建临时排截水沟→分段分区域搭设脚手架→挂铁丝网，喷射混凝土→分层分段施工锚杆（索）与环梁→锁定锚索→依次重复→坡面美化。

4.2 坑壁支护施工要求

采用“信息化施工”的原则，及时了解和掌握整个坑壁的动态变化，发现异常，及时做出相应对策。地质勘察所获得的数据还很难准确代表岩土层的全面情况，类似边坡工程设计理论和依据还不够完善，本构模型、计算假定以及参数选用等与实际状况相比存在着一定的误差。

表1 岩土体物理力学参数表

施工过程中，支护结构的受力经常发生动态变化，诸如地面堆载突变、爆破超挖等偶然因素的发生，使得结构荷载作用时间和影响范围难以预料，出现施工工况与设计工况不一致的情况，必须采用信息施工法进行施工。

坑壁危岩清除应分段分块爆破施工，并有专门的施工组织方案、专项的爆破和脚手架施工方案设计，并组织专家组审查合格后再实施。

5 结语

本文针对采矿形成岩质高边坡，分析了治理方案的选型，研究了顺层岩质高边坡的稳定性及支护治理方案，得到了以下结论：

节理裂隙等软弱面是岩质高边坡滑动的条件，岩质边坡的滑动规模一般较大，准确获得岩体软弱结构面的空间分布和物理力学参数，是岩质边坡支护设计与施工成功的关键和重要依据。

矿坑治理的投资决策在满足国家经济技术方针、政策和法规的要求下，结合当地的自然景观、地质条件和施工技术条件，统筹规划，获取最优的治理设计方案。

在岩质高边坡的治理中，在满足工程建设要求时，应考虑加固与清除危岩比较、不同支护结构比较、放坡与支护桩比较等方面，以达到选取最优的支护结构。

若能查明岩质高边坡的破坏趋势，有针对性的及时支护治理，阻止结构面的弱化因素和潜在滑动面的发展，降低边坡破坏的概率，能大大降低岩质高边坡的治理的工作量和节约社会资源。

废弃矿坑作为旅游开发是一项利国利民的事业，对采空后的矿坑有效的治理能够保护环境和维护社会安全。