錨桿式混凝土擋土墻在露天煤礦邊坡滑坡治理中的應用（專業(yè)文章）

1、. 垂直錨桿式鋼筋砼擋土墻在深凹煤礦邊坡滑坡治理中的研究和應用摘  要：垂直錨桿式鋼筋砼擋土墻是一種復合型的支護結構，其支護原理是利用鋼筋砼擋土墻進行抗傾覆與抗滑，利用垂直錨桿彌補抗滑的不足，并通過錨桿將坡體下滑力傳遞到穩(wěn)定地層，從而達到利用滑體抗滑段的抗滑力、減少支擋結構的荷載、防護加固滑坡的工程目的。該支護加固結構綜合考慮了“地應力最佳邊坡角設計”的觀念和方法，盡可能提高支護結構的邊坡角，減少了剝離量，降低了成本，提高了生產效益；在深凹煤礦邊坡滑坡治理中是一次全新的嘗試，其變形機理有待進一步研究。本例的成功實施表明，垂直錨桿式鋼筋砼擋土墻在深凹煤礦邊坡支護與滑坡治理中具

2、有廣闊的應用前景。    關鍵詞：垂直錨桿；鋼筋砼擋土墻；深凹煤礦；邊坡；滑坡治理  工程背景與問題的提出    XX產業(yè)集團XX煤礦由原新建煤礦單獨保留礦井經兼并重組整合后，開采方式由井工礦改為開采，開采深度由至標高。該煤礦為典型的深凹煤礦，最大的凹陷開采深度達左右，最終形成邊坡的垂直高度達。    煤礦兼并重組整合前，由于當地村民私采濫挖，XX廟西南側已形成深凹煤礦采場。在無設計、無規(guī)劃、無許可證的情況下，私營業(yè)主為節(jié)約成本、增加效益，提高剝采比，不顧

3、生產安全，不斷地加高加陡采場邊坡，對采場已造成嚴重破壞，導致XX廟西南側形成高陡邊坡。滑坡發(fā)生前，邊坡土體已出現裂縫，年月中旬連續(xù)天大雨，由于雨水沖刷浸泡，XX廟西南側高邊坡發(fā)生滑坡。    年月，兼并重組整合后的煤礦進入基建期礦建工程施工，為防止滑坡繼續(xù)擴展、雨季形成泥石流，危及礦建工程施工交通運輸安全及人身安全，消除煤礦生產期采場的安全生產隱患，保護XX廟，需對該滑坡體進行綜合治理。  滑坡現場勘察與監(jiān)測    為治理XX廟西南側高邊坡滑坡，年月，技術人員先后次進行了現場勘察，由XX集團和X

4、X煤炭科學研究院組成滑坡治理專家組，按重大危險源等級對該滑坡進行了工程地質勘察，以工程地質調繪、鉆探和室內試驗為主，并輔以工程測量（包括：地形圖測量、斷面測量及定點測量）、挖探等多種現場勘測手段進行工程勘察，對所取資料進行綜合分析利用。工程測量采用尼康牌全站儀；鉆孔采用一臺型和一臺型巖芯鉆機，對土體部分完全采用干鉆，取土用薄壁取土器；探井布置在滑坡周界，以便揭露滑帶；室內對所取滑體和滑帶土做了常規(guī)物理力學性質試驗及抗剪強度試驗。查清了滑坡的范圍、性質和滑體結構，查明了滑坡的規(guī)模、分條、分塊、分層、滑動面的空間形態(tài)和地下水的補排等地質條件，并布置滑坡位移監(jiān)測網，現場設置觀測點個，對滑坡動態(tài)進行監(jiān)

5、測。  滑坡工程地質特征  滑坡形態(tài)    該滑坡為典型的高邊坡失穩(wěn)轉化為牽引式順層滑坡，在距XX廟、處分別形成條貫通式弧形張拉裂縫，裂縫最大寬度；滑坡后緣高程為 ，前緣高程為 ，高差約；滑體分為上、中、下三級，分別為抗滑段、主滑段和牽引段；滑坡前緣寬度約為，順主滑方向長約，滑體最大厚度約為，體積約×，滑動面角度上陡下緩，為大型土質深層滑坡。  滑體巖土特征    滑體鉆孔及探井柱狀圖揭示，組成滑坡體的巖土沿深度范圍可以分為三

6、層，上層為淡黃土，以亞砂土，亞粘土為主，厚度，滑體前緣最薄處約，中間約，后緣最厚處約，垂直裂隙發(fā)育，巖性呈可塑硬塑狀態(tài)，結構較松散，鉆孔巖芯呈散塊狀，粉粒含量較高；中層為淺紅色土，以紅黃色亞粘土為主，厚度 ，硬塑狀態(tài)，結構致密，鉆孔巖芯呈柱狀，夾有少量鈣質結核；下層又為深黃色土，以亞粘土、肉紅色粘土為主，厚度在之間，硬塑狀態(tài)，結構致密，鉆孔巖芯呈散塊短柱狀，夾薄層紫色泥巖?；麦w下伏地層為泥巖、砂質泥巖、細砂巖、中砂巖、粗砂巖和含礫粗砂巖。    根據鉆孔及探井所揭露的滑動面位置，可以推斷出該滑坡的滑動面剖面形狀為近似圓弧形，滑坡前緣大致與基巖

7、面緊密接觸。  滑坡變形破壞與成因分析    根據野外調查和勘探，該滑坡是在深凹煤礦采場邊坡形成后，發(fā)生連續(xù)暴雨，雨水沿土體表面垂直裂隙下滲而引發(fā)的。滑坡產生后，坡體表層出現了弧形的張拉裂縫。    從總體上來看，造成滑坡的成因主要有以下幾點：    （1）坡體結構是形成滑坡的物質基礎。上覆黃土，下伏伏泥巖砂巖是易滑坡地層，本邊坡上部黃土易滲水，下部泥巖相對隔水，從而形成滑動帶，使其具備了滑坡的物質條件。    （2

8、）連續(xù)暴雨是滑坡產生的直接誘因。由于滑體后部的未挖設截排水溝，致使雨水順地表裂縫不斷下滲，浸潤滑面，使滑帶強度進一步降低；同時降雨在滑體后部裂縫中形成較大的靜水壓力，進一步增加了滑體的不穩(wěn)定性。    （3）高陡人工臨空面，坡體失穩(wěn)是誘發(fā)滑坡產生的主要原因。原因是煤層采剝后，深凹煤礦采掘場幫坡坡體發(fā)生卸荷作用，邊坡巖體的內應力重新進行調整，在一定深度內形成卸荷帶，卸荷帶內邊坡坡腳附近產生剪應力集中，造成坡腳巖體剪切破壞，形成滑移裂面；同時開挖后的采掘場幫坡改變了地下水的流向和水力梯度，增加了水的動力。由于地表降水、斷層導水、陷落柱溝通含水層水及采空區(qū)積水

9、等引起邊坡地層中的泥巖等軟化，降低了主滑坡地段原有裂面的巖土強度，繼而在重力作用下，主滑段沿軟弱結構面蠕動，邊坡后部形成張拉帶，地面出現張拉裂縫，在漸進破壞變形過程中，最終使裂面首尾貫通，導致了坡體失穩(wěn)變形。    （）采剝活動的人為影響加劇了滑坡的發(fā)生。邊坡土體出現張拉裂縫發(fā)生坡體失穩(wěn)變形后，必須立即停止開挖，甚至回填反壓，否則，可能導致深部潛在滑動面下滑，出現更大的滑坡，加大治理難度。不幸的是，在利益的驅動下，采剝活動不但沒有停止，由于繼續(xù)開挖坡腳，切斷巖層層面，巖層失去支撐，同時坡體向臨空面卸荷進行應力調整，促使坡體向臨空面變形松弛，加之采剝爆破震

10、動的影響降低了坡體的穩(wěn)定性，造成土體結構松動，加劇了滑坡的發(fā)生。  滑坡穩(wěn)定性評價  定性評價    現場調查表明，滑坡體所反應的宏觀變形跡象已很明顯，主要是由于以前高陡人工臨空面爆破施工刷坡及連續(xù)暴雨而造成。坡體后緣裂縫不斷擴展和下挫，前緣土體有被推出順坡滑落的現象，均反應了該滑坡處于不穩(wěn)定狀態(tài)，對兼并重組整合后的煤礦進入基建期礦建工程施工造成直接威脅。  穩(wěn)定性計算    根據滑坡推力計算公式和滑坡穩(wěn)定性計算公式，考慮滑坡發(fā)生后的破壞性大小，計算滑坡推

11、力時安全系數取，計算得：最終滑坡推力；飽水狀態(tài)下最終滑坡推力，滑坡穩(wěn)定系數為，說明在連續(xù)降雨的條件下，可能失穩(wěn)。  滑坡發(fā)展趨勢預測    本滑坡為牽引式順層滑坡，由滑坡穩(wěn)定性評價可知，滑坡已處于滑動階段，滑坡的發(fā)生發(fā)展速度較快。同時本滑坡區(qū)斜坡為順傾的砂泥巖互層，又具有易形成滑坡后緣和側界的控制性結構面等不良地質基礎，因此在前部滑坡的滑動下，會逐漸向后及兩側牽引，若不及時治理，滑動的范圍和規(guī)模將會越來越大，治理的難度也會隨之加大，XX廟亦會發(fā)生沉降、坍塌。  滑坡治理方案  治理原則 

12、;   （）綜合分析研究滑坡產生的影響因素及其邊坡穩(wěn)定性的相互關系，分清主次因素，確保兼并重組整合后的煤礦基建期及生產運行期采剝施工的邊坡穩(wěn)定，做到一次治理，不留后患。    （）治理方案技術可行、施工簡便、安全可靠、經濟合理。支擋工程盡可能利用滑體抗滑段的抗滑力，以減少支擋結構的荷載。    （）以刷方減重為基礎，采用“支擋、護坡、治水、整坡反壓”的綜合治理措施，統(tǒng)籌兼顧、因害設防，因地制宜。    （）應急處理與徹底根治相結合，先應急處理，徹

13、底根治跟進，確保邊坡安全穩(wěn)定；在“無水、輕載”的前提下，遵循“工藝簡單、快速高效、投資合理”的原則。  滑坡治理方案    由于滑坡體總體已滑移，滑坡土體的殘余強度極低，土體松散，力學強度低，采用預應力錨索抗滑樁、預應力長錨索加固時，因錨索易受酸性水銹蝕和應力松弛及土體蠕變等不利因素影響，且工期長、工藝復雜、費用高、施工難度大，加固效果極差，故不宜采用；補強土體只是局部強度提高，而整體抗拉強度仍低，難以滿足徹底根治的要求，不宜采用；采用鉆孔灌注樁加固時，由于設備重、耗水量大，鉆孔沖擊震動荷載大，會加劇滑坡體的滑移，且工期長、投資大，也

14、不宜采用。    經過技術、經濟及施工幾方面的綜合比較，結合應急處理與徹底根治的需要，決定采用垂直錨桿式鋼筋砼擋土墻支護治理方案，具體見圖1。  治理工程措施  應急處理工程措施    XX廟滑坡治理工程主要是針對已失穩(wěn)的邊坡進行，帶有應急工程的性質。應急處理遵循“工藝簡單、快速高效”的原則，以達到快速消除滑坡危險源、控制滑坡發(fā)展趨勢的目的。應急工程以坡面刷方減載、滑坡體前緣回填反壓為基礎，同時夯填地表裂縫，完善地表截排水措施，并進行臨時支擋與加固處理。  

15、;  （）刷方減載。由于滑坡體總體已滑移，為控制滑坡的范圍和規(guī)模，快速消除滑坡危險源，采取放緩邊坡與減重相結合的措施對滑坡體進行刷方減載。第一級邊坡設計高度為，邊坡坡率為：，滑坡體前緣堆置塊石排水棱體反壓碼，以利于滑坡前緣剪出口排水；第二級邊坡設計高度為，邊坡坡率為：，卸荷平臺寬度；第三級邊坡設計高度為，邊坡坡率為：，卸荷平臺寬度；其余邊坡設計高度均為，邊坡坡率均為：，卸荷平臺寬度均為。刷方卸載約×。    （）回填反壓。為防止滑坡前緣土體被推出順坡滑落，逐漸向后及兩側牽引，導致深部潛在滑動面下滑，出現更大的滑坡，在滑坡體前

16、緣堆置塊石排水棱體反壓碼進行回填反壓。    （）夯填地表裂縫。由于滑坡體上裂縫滿布，為防止地表水沿裂縫滲入滑坡土體，導致滑坡體推力增大，滑床摩察系數減小，在施工之前用粘士對滑體上的裂縫進行夯填封閉處理。    （）臨時支擋加固。為防止滑體后緣土體不發(fā)生崩塌，避免XX廟基礎土體產生沉降、裂縫，保護XX廟，在距滑體后緣張拉裂縫處打設排抗滑松木樁，樁徑，樁長，間距  ，深入滑床下部土體，將坡體下滑力傳遞到穩(wěn)定地層中，從而達到支擋滑體、增加坡體抗滑力的目的。   

17、0;（）截排水。在邊坡坡頂滑坡后緣以外，設矩形地面截水溝及急流槽，截排山坡上的匯水，將其引入到附近的自然沖溝中，防止?jié)B入滑體。由于滑坡體兩側有道自然沖溝，呈“”宇形，沖切嚴重，不利于滑體的穩(wěn)定，故對自然沖溝溝底用漿砌片石進行鋪砌，提高自然沖溝的排水能力。  垂直錨桿式鋼筋砼擋土墻支護    邊坡在刷方減載后，坡體在降雨及地下水的作用下仍然變形滑動，如果過度刷方減載可能牽引上部坡體，切斷坡腳巖層，使其穩(wěn)定性降低。為徹底根治XX廟滑坡，在應急處理工程措施的基礎上，盡可能利用滑體抗滑段的抗滑力，減少支擋結構的荷載，在滑坡體前緣坡腳采用垂直錨

18、桿式鋼筋砼擋土墻支護進行治理。6.2.  垂直錨桿式鋼筋砼擋土墻構造與支護原理    垂直錨桿式鋼筋砼擋土墻是一種復合型的支護結構，其基本原理是利用鋼筋砼擋土墻作為直接擋土結構，擋土墻基礎附加設置垂直錨桿，錨桿深入基礎下部巖體，將坡體下滑力傳遞到穩(wěn)定地層中，從而達到支擋滑體、增加坡體抗滑力的目的。    通常情況下，鋼筋砼擋土墻的抗傾覆能力、拉應力、壓應力滿足穩(wěn)定要求，抗滑能力不足。其支護原理是利用鋼筋砼擋土墻進行抗傾覆與抗滑，利用垂直錨桿彌補抗滑的不足，并通過錨桿將坡體下滑力傳遞到穩(wěn)定地層，從而達到利用滑體抗滑段的抗滑力、減少支擋結構的荷載、防護加固滑坡的工程目的。6.2.  垂直錨桿式鋼筋砼擋土墻結構的特點    通過工程實踐證明，應用該技術進行滑坡支護加固具有以下特點：施工工藝簡單，易操作；防治滑坡效果好。由于錨桿的加入，提高了墻體整體的抗彎剛度，也使墻底地基抗扭剛度得到提高；增加了墻體底部摩擦