孫廷仁，張聞璟

(1.山東省魯南地質(zhì)工程勘察院，山東濟寧272100;2.山東省華魯工程總公司，山東濟寧272100)

地質(zhì)災害防治與環(huán)境保護工程

破損山體治理新思路

孫廷仁1，2，張聞璟1，2

(1.山東省魯南地質(zhì)工程勘察院，山東濟寧272100;2.山東省華魯工程總公司，山東濟寧272100)

經(jīng)濟的粗獷發(fā)展形成了大量破損山體，造成周邊環(huán)境惡化，治理難度大。目前，對破損山體主要治理方式為覆土綠化、生態(tài)重建，需要耗費大量資金，甚至會破壞客土源地生態(tài)環(huán)境。山東省嘉祥縣紙坊鎮(zhèn)南武山區(qū)廢棄石灰?guī)r礦山經(jīng)過改造設計和施工，建設山地光伏電站，為破損山體改造提供了新思路。主要采用削坡排險、危石撬除、主動網(wǎng)鋪設、被動網(wǎng)架設等方法，有效減少了崖面崩塌的可能性和影響范圍，為光伏設施布設騰出了大量場地。另外發(fā)明了簡易運輸工具，解決了崖頂材料運輸問題。

破損山體;高陡邊坡;地災治理;成本造價;材料運輸;光伏發(fā)電

0 引言

近幾十年我國經(jīng)濟的飛速發(fā)展，帶動了房地產(chǎn)的繁榮，建材需求的急劇增加，造成采礦業(yè)畸形發(fā)展、山體破損嚴重。隨著近幾年國家“綠色經(jīng)濟理念”的逐步貫徹深入，在山區(qū)城市及景區(qū)周邊可視范圍內(nèi)，由地方國土資源等部門主導，部分破損山體已進行了修復。傳統(tǒng)的修復方法大多采用覆土及景觀營造［1－2］，取得了較好的生態(tài)效益，但是需國家投入大量財政資金;多數(shù)地區(qū)所需的碎石土及耕植土源數(shù)量較大且在短距離內(nèi)難尋，為了進行覆土綠化，不得不遠距離裝運，這樣對異地的環(huán)境不可避免地造成了破壞。目前，城市遠郊或不可視區(qū)域現(xiàn)在還存在大量的破損山體，由于國家及地方財力等原因，至今尚未得到治理。因此，筆者通過對山東省嘉祥縣紙坊鎮(zhèn)南武山區(qū)破損山體治理設計及施工方法探討，意求為破損山體治理模式提供了一個新思路。

1 項目由來

嘉祥南武山位于嘉祥縣紙坊鎮(zhèn)南4 km，S252公路西側約2 km，破損山體占地面積約1.7 km2，江蘇愛康實業(yè)集團有限公司(以下簡稱愛康集團)于2015年在此區(qū)域建設20 MW光伏發(fā)電項目。因項目所在地山體巖性為石灰?guī)r，經(jīng)過前幾十年的無序開采，現(xiàn)有山體破損嚴重，崖體高陡，落差最高可達90多米，坡度大多呈80多度，局部甚至呈倒立狀態(tài)，隨時會有危石掉落(見圖1)，若布設光伏發(fā)電裝置，會對崖下光伏板等設施及人員生命造成威脅?；诖耍瑦劭导瘓F委托我院對光伏發(fā)電設施周邊高陡破損山體進行排險加固治理設計及施工工作。

圖1 項目區(qū)部分需治理山體狀況

2 設計思路

通過與愛康集團有關人員對接，了解光伏發(fā)電的特點:光伏板布設需要較為平整場地，并安裝成一定角度，才能充分接收太陽光能;每塊光伏板能產(chǎn)值固定，需要足夠面積才能達到設計發(fā)電量;光伏板屬于易碎物品，發(fā)電需并網(wǎng)連接，若一塊受損，整組(8塊)就不能發(fā)電。由筆者牽頭，組織了院地質(zhì)、巖土工程、水文地質(zhì)、測量等相關方面人員到現(xiàn)場多次踏勘，分析總結了工區(qū)情況及設計施工方案如下。

2.1 工區(qū)地層巖性及工程地質(zhì)特征

(1)張夏組盤車溝頁巖段(－∈jP)。主要出露于崖頂，巖性主要為黃綠、灰綠頁巖與薄層灰?guī)r互層，殘留厚度1.5～6.5 m，巖石破碎，裂隙發(fā)育;

(2)張夏組下灰?guī)r段(－∈jI)。區(qū)內(nèi)廣泛出露，主要巖性為白云質(zhì)灰?guī)r、鮞?；?guī)r，原巖呈厚、巨厚層產(chǎn)出，巖石裂隙不發(fā)育，為微風化至未風化地層。治理區(qū)整體巖層傾向為280°～290°，傾角為15°～20°。

2.2 設計主要治理方法

不穩(wěn)定邊坡的綜合治理方法一直受到學者關注和探討［3－4］，治理區(qū)擬建光伏場地位于山體陽面，場地較為平整但倚靠的崖面巖石松動破碎，崖頂部有薄層泥巖與灰?guī)r互層的強風化層，崖下大面積場地屬于危險區(qū)域，若不治理，光伏發(fā)電量難以達到設計要求;山體巖性和產(chǎn)狀決定自然崩塌可能性低，但因爆破開采崖體淺表層裂隙發(fā)育。本設計目的是通過治理不穩(wěn)定崖面，縮小以至消除其下危險地段范圍，為光伏設施布置提供更多場地，但整體削坡不切實際，掛網(wǎng)植綠難以實施，錨噴加固費用過高，均不可采用。

結合國內(nèi)外類似破損山體治理經(jīng)驗，本項目設計主要治理方法為:

(1)人工或機械削除上部破碎頁巖邊坡;

(2)人工撬除陡崖面危巖體，局部勾縫注漿;

(3)局部混凝土噴面;

(4)坡(崖)面上部鋪設主動網(wǎng)，離底部8.0 m坡(崖)面上架設與崖面形成70°的被動網(wǎng);

(5)在崖根處3.0 m以外壘砌擋石墻，崖頂安裝防護欄及擋石墻。

3 施工工藝

根據(jù)本工程特點及治理設計方案，制定了合理的施工順序，主要步驟如下。

(1)用挖掘機對坡頂破碎頁巖及薄層灰?guī)r進行削排。

(2)在坡頂進行掛網(wǎng)噴面，以徹底消除坡頂破碎巖石掉落的危險。

(3)人工清除崖面破碎巖石，較大巖石采用千斤頂、撬棍相結合的方式清理。主要針對坡面上較大的對掛網(wǎng)及坡面安全存在一定影響及安全隱患的塊石、碎石土。

(4)局部進行勾縫注漿，按設計要求配制M10的普通硅酸鹽水泥砂漿，配制的水泥砂漿充分攪拌成濃稠狀后用瓦刀等工具涂抹于裂隙內(nèi)，裂縫較寬位置，表面用碎石砌筑。待勾縫后水泥砂漿強度達到設計的75%或5 d后，使用M10水泥砂漿進行注漿。

(5)對崖面中部局部地段邊坡存留大量碎石土的情況進行掛網(wǎng)噴面，以消除大氣降水等原因造成其碎石土滾落現(xiàn)象。

(6)主動網(wǎng)鋪設。錨桿孔位間距4.5 m×4.5 m，錨桿孔鉆鑿孔徑為50 mm，錨桿與水平面的夾角為15°，依據(jù)錨桿孔位的巖石情況確定孔深，巖石若松散破碎，需加大深度，確保達到穩(wěn)定性巖層，孔深為1.5～3.0 m。注漿并插入錨桿，確保注漿體強度后自上而下安裝縱橫向支撐繩，使用縱橫交錯的?16 mm橫向支撐繩和?12 mm縱向支撐繩與4.5m×4.5 m正方形模式布置的鋼絲繩錨桿相連接并進行預張拉，支撐繩構成的每個掛網(wǎng)單元內(nèi)先后鋪設小網(wǎng)孔的 SO/2.2/50型格柵網(wǎng)和 DO/08/300/ 4.0×4.0 m型鋼絲繩網(wǎng)，每張鋼絲繩網(wǎng)與四周支撐繩間用縫合繩縫合連接并拉緊。待格柵網(wǎng)和鋼絲繩安裝完畢后，進一步張拉緊固支撐繩和縫合繩，確保支撐繩緊勒巖體，縫合繩能夠緊密連接鋼絲繩和支撐繩。

(7)被動網(wǎng)架設。安裝高度為高于崖底地面8.0 m位置，架設網(wǎng)寬為6.0 m，網(wǎng)面與崖面角度為70°，相鄰錨桿孔間距8.0 m，其他與主動網(wǎng)錨桿施工方法相同。錨桿安裝完工后，把長6 m、?108 mm ×3.5 mm無縫鋼管的上、下兩端10 cm處各打?20 mm的小孔2個。在鋼管上端適當位置緊系?18 mm鋼絲繩作為上支撐繩，在靠近鋼管位置懸掛減壓環(huán)，接口用?19 mm輕型繩卡固定。DO/08/150/ 6×8 m菱形勾花鋼絲網(wǎng)，用?8 mm縫合繩將鋼絲網(wǎng)與鋼管和上支撐繩連接并拉緊。在鋼絲網(wǎng)上鋪設小網(wǎng)孔的SO/2.2/50型格柵網(wǎng)，以阻止小尺寸巖塊的崩落。用?16 mm鋼絲繩將鋼管下端與錨桿連接，松緊程度以鋼管不橫向偏離過大、縱向可繞錨桿轉動為宜，調(diào)整好后用繩卡固定。用?18 mm鋼絲繩作為上拉錨繩與鋼管上端連接，用?19 mm輕型繩卡固定，拉扯上拉錨繩使得被動防護網(wǎng)與崖壁呈70°夾角，固定錨繩另一端于巖體上。

(8)機械清除崖面底部因上部撬石削坡等施工掉落的碎石土。

(9)崖根砌擋石墻，根據(jù)崖高確定擋墻位置，并進行平整，確保擋墻基礎落在完整基巖上。

(10)崖頂安裝防護欄，安裝在坡頂邊線2.0 m以外，安裝完成后所有鋼管涂刷防銹漆。

圖2為現(xiàn)場部分施工工藝照片，圖3為治理建設中的項目全景。施工過程中，根據(jù)現(xiàn)場特點，項目部制定了詳細的施工方案，并通過大膽的改革及創(chuàng)新，原計劃工期4個月，實際只用了2.5個月，節(jié)約成本55%。

圖2 現(xiàn)場部分施工工藝照片

4 主要難點

4.1 成本造價問題

常規(guī)工藝在垂直崖面上勾縫注漿、噴面、錨桿、主動網(wǎng)、被動網(wǎng)等施工時，為確保施工人員安全，需用到長臂作業(yè)臺車或在崖壁進行架子管搭設，有學者發(fā)明了高陡坡錨固設備［5］，這種設備具有一定優(yōu)點，但需要根據(jù)錨固作業(yè)面位置和范圍預設錨固點，而本工程崖面高陡、水平延伸距離長、工作面多處在中上部，若也如此進行，在錨固點選擇和施工、設備移動和使用、架子管搭設等方面耗時費力，工期不允許且造價太高。因此經(jīng)過現(xiàn)場踏勘，最終決定在崖頂上部先每隔4～5 m施工一錨桿，錨桿長度2.5 m。錨桿用鋼絞線制成，用水泥砂漿灌注，鋼絞線對折處留在外面約20 cm。待錨桿灌漿10 d后，施工人員系上與牢固拴在崖頂已施工的錨桿之上的保險繩連接在一起的保險帶，即可在崖壁面上自上而下進行危石撬除、錨桿施工、主動網(wǎng)鋪設、被動網(wǎng)鋪設、噴面、注漿等工作，這樣使得工期大大提前，施工費用大大降低，且還避免了傳統(tǒng)的在架子上施工時人工撬除的危石掉落，砸壞架子管，影響施工人員的安全問題。

圖3 治理建設中的項目全景

4.2 材料運輸問題

邊坡施工材料運輸直接影響到工期和成本，有學者對其進行了探討研究，索道建筑是其中一種比較便利高效的運輸方式［6－8］。本項目山高坡陡，底部向崖頂?shù)穆氛叶?，向崖頂進行材料運輸?shù)脑?，運輸車輛無法上去，人工運輸又不可能。因此，經(jīng)過研究，我們在現(xiàn)場制造了向上運輸?shù)乃鞯?見圖4)，索道主要由3部分組成:頂部立柱、卷揚機、空中吊籃。

圖4 材料運輸索道示意圖

具體做法及步驟如下:

(1)在崖頂巖石完整處施工一直徑50 mm、孔深1.5 m，用1.7 m長C32的鋼筋作為錨桿桿體的錨桿(此錨桿外露0.5 m，內(nèi)灌水泥砂漿)。

(2)在此錨桿外圍(遠離崖壁側)3.0～3.5 m與此錨桿相互形成60°夾角施工兩錨桿，此兩錨桿長度≮1.5 m，且底部進入完整巖石不少于1.0 m。此兩錨桿桿體用對折后的型號為1×7－15.2－1860預應力鋼絞線制成，鋼絞線對折處留在外面約20 cm，如圖2所示。

(3)對稱錨桿施工完畢10 d后，在6.0 m長?108 mm×10 mm無縫鋼管頂部下0.2、1.0 m處各鉆一對直徑為30 mm鉆孔。

(4)桿體為C32的錨桿插入鋼管底部。

(5)用一根6×19－9.3－170鋼絲繩穿過無縫鋼管頂部下0.2 m處，孔徑為30 mm的孔眼。此鋼絲繩兩端分別與已施工好的互成60°夾角的兩錨桿牢固連接。

(6)無縫鋼管下1.0 m處，用11×19－15.0－170、長度為1.5 m鋼絲繩穿過兩孔，兩繩交接0.5 m并用3個直徑為12 mm的鋼絲繩夾牢固擰緊。

(7)豎起無縫鋼管并與地面垂直，鋼絲繩與錨桿穿過后，再與鋼絲繩用直徑為20 mm鋼絲繩夾牢固擰緊。

(8)把一拉力為20 kN、有防脫鉤裝置的定滑輪掛鉤掛在于無縫鋼管頂部1.0 m穿過的鋼絲繩上。

(9)在崖面底部平臺上施工4根錨桿，間距2.0 m，每根錨桿孔深1.5 m，孔徑9000 mm，內(nèi)插對折的型號為1×7－15.2－1860預應力鋼絞線，鋼絞線對折處留在外面約20 cm。

(10)待錨桿灌漿10 d后，可把JM2t的卷揚機與此4根錨桿間用6×19－9.3－170鋼絲繩拉緊，并用鋼絲繩夾牢固擰緊。

(11)用一根6×19－9.3－170鋼絲繩分別繞過崖頂立柱上的定滑輪和下部的卷揚機輪，此鋼絲繩一端掛一吊籃，一端與卷揚機輪用兩直徑32 mm的鋼絲繩夾擰緊固定。

(12)卷揚機接入電源即可啟動纜車運行。

固定錨桿和立柱結構見圖5、圖6。

圖5 固定錨桿結構大樣圖

圖6 立柱結構大樣圖

索道運輸材料不僅大大節(jié)省了人力，減輕了勞動強度，且大大提高了運輸效率，保證了運輸過程中的安全。

5 結語

城市的周邊山區(qū)由于多年的無序開采，存在眾多大大小小的破損山體。由于原來的開采責任主體已滅失，國家要想在較短的時間內(nèi)全部治理需投入巨量資金，這對國家和地方政府的財政都是一個很大的負擔。通過本次項目的治理可得到一個新思路，即地方政府可以通過租賃或拍賣形式，對連片的破損山體區(qū)由拍得方治理后，按政府規(guī)劃作為工業(yè)、商業(yè)、倉儲等用地。這在城市用地越來越緊張，對城鎮(zhèn)化水平、對城市環(huán)境要求越來越高的現(xiàn)在及將來，解決經(jīng)濟發(fā)展與用地緊張、環(huán)境保護的矛盾不失為一種好的方法。

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/SUN Ting-ren1，2，ZHANG Wen-jing1，2(1.Shandong Provincial Lunan Geo-engineering Exploration Institute，Jining Shandong 272100，China;2.Shandong Provincial Hualu Engineering Corporation，Jining Shandong 272100，China)

New Method of Damaged Mountain Treatment

The rough economic development has led to a large number of damaged mountains and resulted in deterioration of the surrounding environment，it is difficult to resume.At present，the main ways for treatment of the damaged mountains are earth sheltered plantation and ecological reconstruction，which need to spend a lot of money，even destroy the ecological environment of borrowed soil source area.The project presented in this paper is the design and construction of transforming abandoned limestone mine to photovoltaic power station on mountain，mainly by slope zonecutting，dangerous stone prying out，active network laying，passive network erecting and some other methods，the possibility of cliff surface collapse and the influence scope are effectively reduced to prepare a lot of space for photovoltaic facilities.Furthermore，a simple means of transportation is invented，which can solve the cliff top material transportation.

damaged mountain;high-steep slopes;geological disaster control;cost;materials transportation;photovoltaic power generation

P642.2

A

1672－7428(2017)03－0053－05

2016－08－05;

2016－11－29

孫廷仁，男，漢族，1966年生，總工程師，高級工程師，水文地質(zhì)與工程地質(zhì)專業(yè)，從事基坑工程、破損山體治理設計及施工工作，山東省濟寧市兗州區(qū)建設東路272號，suntingren@163.com。