錨桿式混凝土擋土墻在露天煤礦邊坡滑坡治理中的應(yīng)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(yīng)用摘  要：垂直錨桿式鋼筋砼擋土墻是一種復(fù)合型的支護(hù)結(jié)構(gòu)，其支護(hù)原理是利用鋼筋砼擋土墻進(jìn)行抗傾覆與抗滑，利用垂直錨桿彌補(bǔ)抗滑的不足，并通過(guò)錨桿將坡體下滑力傳遞到穩(wěn)定地層，從而達(dá)到利用滑體抗滑段的抗滑力、減少支擋結(jié)構(gòu)的荷載、防護(hù)加固滑坡的工程目的。該支護(hù)加固結(jié)構(gòu)綜合考慮了“地應(yīng)力最佳邊坡角設(shè)計(jì)”的觀念和方法，盡可能提高支護(hù)結(jié)構(gòu)的邊坡角，減少了剝離量，降低了成本，提高了生產(chǎn)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(jī)理有待進(jìn)一步研究。本例的成功實(shí)施表明，垂直錨桿式鋼筋砼擋土墻在深凹煤礦邊坡支護(hù)與滑坡治理中具

2、有廣闊的應(yīng)用前景。    關(guān)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(wèn)題的提出    XX產(chǎn)業(yè)集團(tuán)XX煤礦由原新建煤礦單獨(dú)保留礦井經(jīng)兼并重組整合后，開(kāi)采方式由井工礦改為開(kāi)采，開(kāi)采深度由至標(biāo)高。該煤礦為典型的深凹煤礦，最大的凹陷開(kāi)采深度達(dá)左右，最終形成邊坡的垂直高度達(dá)。    煤礦兼并重組整合前，由于當(dāng)?shù)卮迕袼讲蔀E挖，XX廟西南側(cè)已形成深凹煤礦采場(chǎng)。在無(wú)設(shè)計(jì)、無(wú)規(guī)劃、無(wú)許可證的情況下，私營(yíng)業(yè)主為節(jié)約成本、增加效益，提高剝采比，不顧

3、生產(chǎn)安全，不斷地加高加陡采場(chǎng)邊坡，對(duì)采場(chǎng)已造成嚴(yán)重破壞，導(dǎo)致XX廟西南側(cè)形成高陡邊坡?；掳l(fā)生前，邊坡土體已出現(xiàn)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(cè)高邊坡發(fā)生滑坡。    年月，兼并重組整合后的煤礦進(jìn)入基建期礦建工程施工，為防止滑坡繼續(xù)擴(kuò)展、雨季形成泥石流，危及礦建工程施工交通運(yùn)輸安全及人身安全，消除煤礦生產(chǎn)期采場(chǎng)的安全生產(chǎn)隱患，保護(hù)XX廟，需對(duì)該滑坡體進(jìn)行綜合治理。  滑坡現(xiàn)場(chǎng)勘察與監(jiān)測(cè)    為治理XX廟西南側(cè)高邊坡滑坡，年月，技術(shù)人員先后次進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)勘察，由XX集團(tuán)和X

4、X煤炭科學(xué)研究院組成滑坡治理專家組，按重大危險(xiǎn)源等級(jí)對(duì)該滑坡進(jìn)行了工程地質(zhì)勘察，以工程地質(zhì)調(diào)繪、鉆探和室內(nèi)試驗(yàn)為主，并輔以工程測(cè)量（包括：地形圖測(cè)量、斷面測(cè)量及定點(diǎn)測(cè)量）、挖探等多種現(xiàn)場(chǎng)勘測(cè)手段進(jìn)行工程勘察，對(duì)所取資料進(jìn)行綜合分析利用。工程測(cè)量采用尼康牌全站儀；鉆孔采用一臺(tái)型和一臺(tái)型巖芯鉆機(jī)，對(duì)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(nèi)對(duì)所取滑體和滑帶土做了常規(guī)物理力學(xué)性質(zhì)試驗(yàn)及抗剪強(qiáng)度試驗(yàn)。查清了滑坡的范圍、性質(zhì)和滑體結(jié)構(gòu)，查明了滑坡的規(guī)模、分條、分塊、分層、滑動(dòng)面的空間形態(tài)和地下水的補(bǔ)排等地質(zhì)條件，并布置滑坡位移監(jiān)測(cè)網(wǎng)，現(xiàn)場(chǎng)設(shè)置觀測(cè)點(diǎn)個(gè)，對(duì)滑坡動(dòng)態(tài)進(jìn)行監(jiān)

5、測(cè)。  滑坡工程地質(zhì)特征  滑坡形態(tài)    該滑坡為典型的高邊坡失穩(wěn)轉(zhuǎn)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(jí)，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(zhǎng)約，滑體最大厚度約為，體積約×，滑動(dòng)面角度上陡下緩，為大型土質(zhì)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)致密，鉆孔巖芯呈柱狀，夾有少量鈣質(zhì)結(jié)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(jié)構(gòu)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(zhì)泥巖、細(xì)砂巖、中砂巖、粗砂巖和含礫粗砂巖。    根據(jù)鉆孔及探井所揭露的滑動(dòng)面位置，可以推斷出該滑坡的滑動(dòng)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(jù)野外調(diào)查和勘探，該滑坡是在深凹煤礦采場(chǎng)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(chǎn)生后，坡體表層出現(xiàn)了弧形的張拉裂縫。    從總體上來(lái)看，造成滑坡的成因主要有以下幾點(diǎn)：    （1）坡體結(jié)構(gòu)是形成滑坡的物質(zhì)基礎(chǔ)。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(duì)隔水，從而形成滑動(dòng)帶，使其具備了滑坡的物質(zhì)條件。    （2

8、）連續(xù)暴雨是滑坡產(chǎn)生的直接誘因。由于滑體后部的未挖設(shè)截排水溝，致使雨水順地表裂縫不斷下滲，浸潤(rùn)滑面，使滑帶強(qiáng)度進(jìn)一步降低；同時(shí)降雨在滑體后部裂縫中形成較大的靜水壓力，進(jìn)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(chǎn)生的主要原因。原因是煤層采剝后，深凹煤礦采掘場(chǎng)幫坡坡體發(fā)生卸荷作用，邊坡巖體的內(nèi)應(yīng)力重新進(jìn)行調(diào)整，在一定深度內(nèi)形成卸荷帶，卸荷帶內(nèi)邊坡坡腳附近產(chǎn)生剪應(yīng)力集中，造成坡腳巖體剪切破壞，形成滑移裂面；同時(shí)開(kāi)挖后的采掘場(chǎng)幫坡改變了地下水的流向和水力梯度，增加了水的動(dòng)力。由于地表降水、斷層導(dǎo)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(qiáng)度，繼而在重力作用下，主滑段沿軟弱結(jié)構(gòu)面蠕動(dòng)，邊坡后部形成張拉帶，地面出現(xiàn)張拉裂縫，在漸進(jìn)破壞變形過(guò)程中，最終使裂面首尾貫通，導(dǎo)致了坡體失穩(wěn)變形。    （）采剝活動(dòng)的人為影響加劇了滑坡的發(fā)生。邊坡土體出現(xiàn)張拉裂縫發(fā)生坡體失穩(wěn)變形后，必須立即停止開(kāi)挖，甚至回填反壓，否則，可能導(dǎo)致深部潛在滑動(dòng)面下滑，出現(xiàn)更大的滑坡，加大治理難度。不幸的是，在利益的驅(qū)動(dòng)下，采剝活動(dòng)不但沒(méi)有停止，由于繼續(xù)開(kāi)挖坡腳，切斷巖層層面，巖層失去支撐，同時(shí)坡體向臨空面卸荷進(jìn)行應(yīng)力調(diào)整，促使坡體向臨空面變形松弛，加之采剝爆破震

10、動(dòng)的影響降低了坡體的穩(wěn)定性，造成土體結(jié)構(gòu)松動(dòng)，加劇了滑坡的發(fā)生。  滑坡穩(wěn)定性評(píng)價(jià)  定性評(píng)價(jià)    現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查表明，滑坡體所反應(yīng)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(kuò)展和下挫，前緣土體有被推出順坡滑落的現(xiàn)象，均反應(yīng)了該滑坡處于不穩(wěn)定狀態(tài)，對(duì)兼并重組整合后的煤礦進(jìn)入基建期礦建工程施工造成直接威脅。  穩(wěn)定性計(jì)算    根據(jù)滑坡推力計(jì)算公式和滑坡穩(wěn)定性計(jì)算公式，考慮滑坡發(fā)生后的破壞性大小，計(jì)算滑坡推

11、力時(shí)安全系數(shù)取，計(jì)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(shù)為，說(shuō)明在連續(xù)降雨的條件下，可能失穩(wěn)。  滑坡發(fā)展趨勢(shì)預(yù)測(cè)    本滑坡為牽引式順層滑坡，由滑坡穩(wěn)定性評(píng)價(jià)可知，滑坡已處于滑動(dòng)階段，滑坡的發(fā)生發(fā)展速度較快。同時(shí)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(cè)界的控制性結(jié)構(gòu)面等不良地質(zhì)基礎(chǔ)，因此在前部滑坡的滑動(dòng)下，會(huì)逐漸向后及兩側(cè)牽引，若不及時(shí)治理，滑動(dòng)的范圍和規(guī)模將會(huì)越來(lái)越大，治理的難度也會(huì)隨之加大，XX廟亦會(huì)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(chǎn)生的影響因素及其邊坡穩(wěn)定性的相互關(guān)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(chǎn)運(yùn)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(shù)可行、施工簡(jiǎn)便、安全可靠、經(jīng)濟(jì)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(jié)構(gòu)的荷載。    （）以刷方減重為基礎(chǔ)，采用“支擋、護(hù)坡、治水、整坡反壓”的綜合治理措施，統(tǒng)籌兼顧、因害設(shè)防，因地制宜。    （）應(yīng)急處理與徹底根治相結(jié)合，先應(yīng)急處理，徹

13、底根治跟進(jìn)，確保邊坡安全穩(wěn)定；在“無(wú)水、輕載”的前提下，遵循“工藝簡(jiǎn)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(qiáng)度極低，土體松散，力學(xué)強(qiáng)度低，采用預(yù)應(yīng)力錨索抗滑樁、預(yù)應(yīng)力長(zhǎng)錨索加固時(shí)，因錨索易受酸性水銹蝕和應(yīng)力松弛及土體蠕變等不利因素影響，且工期長(zhǎng)、工藝復(fù)雜、費(fèi)用高、施工難度大，加固效果極差，故不宜采用；補(bǔ)強(qiáng)土體只是局部強(qiáng)度提高，而整體抗拉強(qiáng)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(shí)，由于設(shè)備重、耗水量大，鉆孔沖擊震動(dòng)荷載大，會(huì)加劇滑坡體的滑移，且工期長(zhǎng)、投資大，也

14、不宜采用。    經(jīng)過(guò)技術(shù)、經(jīng)濟(jì)及施工幾方面的綜合比較，結(jié)合應(yīng)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(hù)治理方案，具體見(jiàn)圖1。  治理工程措施  應(yīng)急處理工程措施    XX廟滑坡治理工程主要是針對(duì)已失穩(wěn)的邊坡進(jìn)行，帶有應(yīng)急工程的性質(zhì)。應(yīng)急處理遵循“工藝簡(jiǎn)單、快速高效”的原則，以達(dá)到快速消除滑坡危險(xiǎn)源、控制滑坡發(fā)展趨勢(shì)的目的。應(yīng)急工程以坡面刷方減載、滑坡體前緣回填反壓為基礎(chǔ)，同時(shí)夯填地表裂縫，完善地表截排水措施，并進(jìn)行臨時(shí)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(xiǎn)源，采取放緩邊坡與減重相結(jié)合的措施對(duì)滑坡體進(jìn)行刷方減載。第一級(jí)邊坡設(shè)計(jì)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(jí)邊坡設(shè)計(jì)高度為，邊坡坡率為：，卸荷平臺(tái)寬度；第三級(jí)邊坡設(shè)計(jì)高度為，邊坡坡率為：，卸荷平臺(tái)寬度；其余邊坡設(shè)計(jì)高度均為，邊坡坡率均為：，卸荷平臺(tái)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(cè)牽引，導(dǎo)致深部潛在滑動(dòng)面下滑，出現(xiàn)更大的滑坡，在滑坡體前

16、緣堆置塊石排水棱體反壓碼進(jìn)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(dǎo)致滑坡體推力增大，滑床摩察系數(shù)減小，在施工之前用粘士對(duì)滑體上的裂縫進(jìn)行夯填封閉處理。    （）臨時(shí)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(chǔ)土體產(chǎn)生沉降、裂縫，保護(hù)XX廟，在距滑體后緣張拉裂縫處打設(shè)排抗滑松木樁，樁徑，樁長(zhǎng)，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(dá)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(shè)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(cè)有道自然沖溝，呈“”宇形，沖切嚴(yán)重，不利于滑體的穩(wěn)定，故對(duì)自然沖溝溝底用漿砌片石進(jìn)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(hù)    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(dòng)，如果過(guò)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(yīng)急處理工程措施的基礎(chǔ)上，盡可能利用滑體抗滑段的抗滑力，減少支擋結(jié)構(gòu)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(hù)進(jìn)行治理。6.2.  垂直錨桿式鋼筋砼擋土墻構(gòu)造與支護(hù)原理    垂直錨桿式鋼筋砼擋土墻是一種復(fù)合型的支護(hù)結(jié)構(gòu)，其基本原理是利用鋼筋砼擋土墻作為直接擋土結(jié)構(gòu)，擋土墻基礎(chǔ)附加設(shè)置垂直錨桿，錨桿深入基礎(chǔ)下部巖體，將坡體下滑力傳遞到穩(wěn)定地層中，從而達(dá)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(yīng)力、壓應(yīng)力滿足穩(wěn)定要求，抗滑能力不足。其支護(hù)原理是利用鋼筋砼擋土墻進(jìn)行抗傾覆與抗滑，利用垂直錨桿彌補(bǔ)抗滑的不足，并通過(guò)錨桿將坡體下滑力傳遞到穩(wěn)定地層，從而達(dá)到利用滑體抗滑段的抗滑力、減少支擋結(jié)構(gòu)的荷載、防護(hù)加固滑坡的工程目的。6.2.  垂直錨桿式鋼筋砼擋土墻結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)    通過(guò)工程實(shí)踐證明，應(yīng)用該技術(shù)進(jìn)行滑坡支護(hù)加固具有以下特點(diǎn)：施工工藝簡(jiǎn)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