复合支护结构在深基坑矿山边坡加固中的应用

李建锋

（甘肃煤田地质局一四九队，甘肃 兰州 730000）

在现有的矿产资源开采中，主要的施工方式有两种，分别是矿井式作业和掘进式作业，这两种方式的应用主要取决于矿产资源的分布形式。另外一种比较特殊的情况就是矿产以相对浅层的位置大面积展布，对此，开采的主要方式是构建深基坑。通过矿山表明进行大面积挖掘，实现对矿产的采收。与另外两种方式相比，深基坑对矿山边坡稳定性的影响最为明显，因此，相应的支护加固要求也更高。为此，有学者对深基坑的受力情况进行分析，以此为支护机构的设计提供数据基础[1]。考虑到矿山边坡本身的特殊性，采用单一的支护加固措施难以满足其安全需求，因此，复合支护应运而生[2]。利用不同支护措施的优势，有针对性地对不同边坡隐患进行处理，可以实现最大限度的矿山稳定性提升[3]。

为此，本文提出复合支护结构在深基坑矿山边坡加固中的应用研究。通过本文的研究，以期为矿山边坡的加固工作提供有价值的参考，为矿山安全施工提供保障。

1 影响边坡稳定性的因素分析

在对深基坑矿山边坡进行加固前，首先要明确造成风险隐患的作用因子，一般情况下，影响边坡稳定性的因素主要分为三类，分别是矿山本身的地质组成较为松散，自身的稳定性较低，并导致其对外界作用的抵抗力较弱，还有就是矿山边坡的构造不具备自主净化能力，难以实现对雨水的有排遣，引起边坡表层松动；另外就是由于深基坑的批淮作用使矿山本身的稳定性被破坏，原本的受力平衡被打破。考虑以上三点，本文首先分析了影响矿山边坡稳定性的形式，以此为基础，以此为基础制定相应的复合支护结构。

1.1 岩体属性

对于大多数矿产资源而言，其主要是通过含矿岩浆经过长期的演化后形成的，在此过程中，岩浆岩裂变不同性质的含矿岩体，随着地层的运动以不同的形态展布。因此矿山地区的岩体在属性上一般具有较高的相似性。而当构成该类矿产的岩体是以砂砾、砂土、砾岩等破碎形式存在时，会导致岩体之间的黏合强度较弱。当出现较为强烈的冲击作用，或结构被破坏时，其自身的抵御能力较低，无法通过岩体间的作用力消化这种影响，这就极易导致矿山边坡出现滑坡、塌陷等情况。

1.2 地质构造

对边坡稳定性影响最为明显的构造主要是边坡地表的排水结构。一般情况下，自然山体的排水构造都是通过水流的冲击作用形成的，在不受破坏的条件下能够实现对雨水的有效排遣。但当深基坑打断或破坏原有的排水构造时，会直接影响水流的走势。当新的水流无法规避深基坑时，会直接导致水体排入坑内，造成对矿山内部结构的侵蚀。在水的作用下，会加速矿山结构的松动，长此以往，边坡的稳定性也会受到明显影响。另外一种状况就是矿山本身松动的地质构造不足以负荷水流的运行需求，导致在排水过程带走矿山边坡表面的大量土体结构，破坏原有稳定性，当这种破坏堆积到一定程度后，极有可能引发山体滑坡或大面积泥石流的情况出现。

1.3 开采施工

除上述两种，还有一种是由于开采施工带来的隐患。一方面深基坑本身的深度就可达到5m～7m以上，这种程度的挖掘已经在一定程度上破坏了矿山整体的受力平衡，坑壁的应力强度会随着开挖深度及面积的增加而逐渐增大。另一方面，开采施工，特别是深基坑挖掘过程中产生的巨大震动也会对边坡产生解体效应。在此条件下，风化作用对边坡表面的作用面积会明显扩大，加速边坡蚀变的速度，使边坡的稳定性降低，当受到外力作用时，极易出现崩塌或滑坡的情况。

2 复合支护结构设计

在上文中，本文已经分析了影响深基坑矿山边坡稳定性的主要因素，以及这些因素的作用方式。针对此，本文提出了以构建土钉墙支护、连续墙支护、支挡加固工程为主的复合支护结构，具体如下。

2.1 土钉墙支护

考虑到由于边坡地表破碎岩性以及腐蚀风化作用对边坡稳定性产生的影响，对边坡表面采用假设土钉墙支护的方式对其进行加固。在具体的实施过程中，首先在矿山边坡的表面铺设一层混凝土，考虑到地表本身稳定性较低，混凝土的厚度过高会对边坡稳定性产生负面作用，因此，采用喷射的方式实施这一过程，喷射的混凝土强度等级应达到C2O。喷射作业时，同一分段内喷射顺序为自上而下纵向喷射。分次作业，一次喷射混凝土厚度不超过20mm，将喷头与被喷面保持垂直，距离在0.6m～1m之间。这样不仅可以在一定程度上填充边坡表面的岩层之间的裂缝，提高其稳定性，同时也可以最大限度降低由于混凝土自重对边坡产生的负载。完成混凝土的喷铺后，需要有一点时间的养护期，该过程主要是为了让混凝土充分凝固，提高施工效果。养护主要是在混凝土终凝2小时后进行，最主要是透水养护，时间为7天。养护后的混凝土边坡表面已经满足钻机的施工需求，这时就可以在混凝土表面钻孔，孔洞的排布以边坡的面积为参考，基本按照1:10的比例，即当每10m2的面积内，设置一个孔洞。而后，在孔内安放土钉，为了提高土钉的承重能力，在土钉外进行绑扎加固处理。现阶段最常用的绑扎材料为钢筋网，也有部分坡度较小的矿山利用混凝土进行加固。图1为钢筋网的绑扎结构。

图1 钢筋网绑扎结构

需要注意的是，采用土钉墙支护对边坡进行加固时，土钉的间距是机动的，可根据边坡的实际情况进行适当调整，当土钉与边坡的夹角是固定的，考虑到最佳的应力分解条件，土钉与水平面的夹角应控制以25°为宜，最大不超过30°，否则当出现滑坡时，滑落物有可能倾覆土钉，导致支护结构失效，同时最小角度也不宜小于20°，否则其当土钉应力时极易出现断裂。考虑到施工成本及作用效果两方面因素，土钉直径应达到10m以上，长度以100cm为宜，土钉成孔孔深在30cm～40cm。

2.2 连续墙支护

在矿山边坡的坡底处，采用连续墙支护。以边坡底角向外60cm范围作为墙体的修建面积。首先用挖槽机在边坡底角进行挖槽，采用吊放的方式将钢筋笼铺设在槽内，钢筋笼长度与挖槽一致，最大偏差不宜超过10mm，宽度小于挖槽宽度20mm，高度小于挖槽宽度20mm。此时的钢筋笼并不具有稳定性，还需要使用浇筑机在钢筋笼内浇筑混凝土，需要注意的是，该过程中要配合振动器共同施工，否则一旦钢筋笼中出现气泡会直接影响连续墙的支护效果。进行混凝土浇筑时，浇筑点的间距以2m为宜，最大不超过3m，否则会延长浇筑时间，影响施工进程。考虑到矿山边坡底角的地质类型多为土层，因此，浇筑的混凝土为一般土层，泥浆密度一般在1.14g/cm3以上，泥浆的砂土比例为4:100～8:100。为了降低后期的雨水的浸入作用引起的浇筑沉降，泥皮厚度以1.5mm～3.0mm为最佳。

2.3 支挡加固工程

在矿山边坡的实际加固施工中，由于支挡结构本身的稳定性以及承受能力会受到外界环境的影响逐渐降低，因此，建立合适的支挡加固工程是十分必要的。为此，可以通过搭建锚杆体系实现这一目标。该部分主要由锚固桩板墙和预应力锚索抗滑桩组成，二者具有更强的承载能力，利用其自身的强度和硬度可以有效提高支挡结构的荷载强度。其中，预应力锚索锚杆是通过钢索自身力量，将钢索以一定深度嵌入到边坡内，对边坡产生土动的预应力，使边坡维持稳定。并且钢筋砂浆锚杆和预应力锚杆具有施工简便的优点，对于深基坑矿山边坡的适用性更高，是一种针对地表浅层蚀变变形的有效预防性加固工程，在工程中使钢筋砂浆中的锚杆配套隔离，增加整个坡面的稳定性，同时也可为后续绿化施工提供基础，进一步提高边坡的稳定性。

3 结语

随着对矿产资源开采程度的逐渐加深，开采矿井及深基坑的深度都呈现逐渐加深的趋势，考虑到矿产资源与地质之间的密切关系，提高对开采矿山边坡的支护强度是十分必要的。通常情况下，由于边坡支护的面积一般较大，且受外界环境干扰较为明显，因此主要采用复合支护的方式对其进行加固，这样不仅可以提高支护结构的灵活性，同时也可以确保加固措施的针对性，对于提高边坡稳定性有良好效果。本文提出复合支护结构在深基坑矿山边坡加固中的应用研究，针对边坡的不同加固需求和特征，设计不同的复合支护结构对其进行加固，为矿山开采工作的顺利开展提供了安全保障。