王麗靜
崩塌和滑坡相伴而生,有相同的觸發(fā)因素,在一定條件下可以相互誘發(fā)、相互轉(zhuǎn)化,發(fā)生滑坡式崩塌或崩塌型滑坡[1]。崩塌滑坡主要的影響因素有:地震、降雨和融雪、地表水的沖刷、浸泡、河流等地表水體對斜坡坡腳的不斷沖刷;此外,還有一些人為行為:礦山開采、礦山爆破、采空區(qū)塌陷、采空區(qū)地面沉陷導(dǎo)致斜坡便陡,都容易引發(fā)崩塌滑坡。
礦區(qū)崩塌滑坡地質(zhì)災(zāi)害主要發(fā)生在道路沿線、工業(yè)廣場或民用建筑設(shè)施附近,常會導(dǎo)致交通中斷、建筑物毀壞和人生傷亡等事故,甚至可能會摧毀礦山及其設(shè)施,淤埋礦山坑道、傷害礦山人員、造成停工停產(chǎn),甚至使礦山報廢,造成巨大的人員傷亡及經(jīng)濟損失,因此確保礦區(qū)邊坡穩(wěn)定,消除崩塌隱患勢在必行。
崩塌滑坡的探測方法主要有滑坡表面變形監(jiān)測和內(nèi)部變形探測兩種方式,其中滑坡體表面監(jiān)測主要采用地表測繪定位法,在滑坡體周圍穩(wěn)定區(qū)域布設(shè)一系列基準(zhǔn)點,在滑坡體表面均勻布設(shè)監(jiān)測點,以基準(zhǔn)點為不動點,監(jiān)測點為運動點,通過觀測監(jiān)測點坐標(biāo)同初始坐標(biāo)的差異來確定監(jiān)測點的運動狀態(tài),該種方法是目前使用最廣泛、最有效的外觀監(jiān)測方法[2]?;聝?nèi)部變形探測能夠比表層監(jiān)測更深層次的反映滑坡狀態(tài),探測方法有表層物探法、鉆探法、內(nèi)部傾滑監(jiān)測法等,其中物探法主要采用淺層地震法、高密度電法及地質(zhì)雷達法進行勘探,可以探測滑坡體內(nèi)部巖層及表土層的結(jié)構(gòu)特征、松散層分布區(qū)域,不穩(wěn)定因素等情況,為制定針對性治理方案提供可靠依據(jù)。
崩塌滑坡的防治措施可分為防止崩塌發(fā)生的主動防護和避免造成危害的被動防護兩種類型[3]。主動防護包括:削坡、地表排水、控制爆破、加固或支護、做支擋墻、錨固、護面墻等。被動防護包括:攔截(做擋石墻、金屬柵欄)、引導(dǎo)(棚洞)、避讓(繞道、隧道措施、變更工作位置)等,由于各項措施組合可變性較大,故應(yīng)堅持“因地制宜,技術(shù)先進,經(jīng)濟合理,保護環(huán)境”的方針,結(jié)合現(xiàn)場實際制定切實有效的治理措施[5]。
該崩塌隱患位于忻州窯礦東南部,周邊溝谷地形呈“U”字形,邊坡坡度多介于30°~82°之間,部分地段邊坡接近于直立,邊坡上基巖直接出露,風(fēng)化強烈,坡腳處多見風(fēng)化掉落的巖塊,植被覆蓋率低,邊坡北方向礦區(qū)有一條公路通過,邊坡南側(cè)為某礦材料庫,局部緊貼邊坡。
該區(qū)域位于大同煤田北東部邊緣,地處大同向斜北部最低部位,井田總體為一向斜構(gòu)造形態(tài),一些斷層多集中在向斜軸的兩翼,地層走向總體為北東,向南稍轉(zhuǎn)北西,地層傾向以向斜軸為中心,東部傾向北西,西部傾向北東,地層傾角井田東部稍大,為10°~15°,井田西部傾角平緩,為1°~3°,在井田的北部向斜的西翼為同期形成的小褶皺區(qū)。
根據(jù)礦區(qū)探井、鉆孔揭露及現(xiàn)場地質(zhì)剖面填圖成果,該區(qū)地層主要由雜填土、碎石土、砂巖組成,具體描述如下:
雜填土:雜色,稍濕,松散,成份不均,主要為磚塊、石塊等堆積而成。碎石土:雜色,稍濕,中密,主要由粉土、碎石、塊石等組成,直徑20 mm~200 mm,其中粉土占比42%,碎石、塊石占比為58%。砂巖:灰色,頂部2.0 m~3.0 m 為強風(fēng)化狀態(tài),以下為中-微風(fēng)化狀態(tài),砂質(zhì)結(jié)構(gòu),巖層產(chǎn)狀64°∠3°,飽和單軸抗壓強度平均值為34.87 MPa,屬較硬巖。
在目前地質(zhì)環(huán)境條件下,治理區(qū)下部巖質(zhì)邊坡處于欠穩(wěn)定狀態(tài);在暴雨或地震作用下,治理區(qū)巖質(zhì)邊坡處于不穩(wěn)定狀態(tài),因此,應(yīng)根據(jù)穩(wěn)定性分析及邊坡破壞模式對治理區(qū)邊坡采取治理防護措施,以確保治理區(qū)邊坡穩(wěn)定,消除不穩(wěn)定邊坡對坡下建筑物的安全威脅。
根據(jù)勘查成果,在查明治理區(qū)巖土體工程地質(zhì)特征、地形地貌、穩(wěn)定現(xiàn)狀等的基礎(chǔ)上,結(jié)合邊坡穩(wěn)定性計算結(jié)果,認為治理區(qū)內(nèi)邊坡安全系數(shù)小于規(guī)范要求,應(yīng)采取治理措施以消除不穩(wěn)定邊坡地質(zhì)災(zāi)害隱患。該邊坡表土層松散,成分不均,且植被較少,深部砂巖層頂部風(fēng)化較強,綜合考慮邊坡穩(wěn)定性及破壞模式,對上覆表土層進行清理平整,對下部巖質(zhì)邊坡采用掛網(wǎng)噴錨進行支護,并輔以截水溝措施進行綜合治理。
治理區(qū)泥巖和砂巖以厚層狀或交互層狀分布于斜坡表面,由于兩種巖石風(fēng)化程度不同,造成斜坡表面有局部隆起和局部凹陷。斜坡頂部由于受雨水沖刷的影響,形成了局部凹陷和邊界缺失。在錨桿施工布設(shè)前,要用風(fēng)鎬清理巖面,消除凸隆部位,對斜坡頂部凹陷和缺失進行修補。
坡體頂部邊線塊石砌筑,在風(fēng)化巖體頂部,沿邊線挖掉深0.5 m,寬0.5 m 的風(fēng)化巖,將底面和側(cè)面夯實,用200 mm~300 mm 塊石砌筑邊墻,邊墻頂面與自然底面高度一致,墻體與風(fēng)化巖表面坡度一致;塊石砌筑采用M20 水泥砂漿,配合比應(yīng)為1:1:0.45(水泥:砂:水),塊石擺放要緊密,縫隙要注滿水泥砂漿,邊線全部采用塊石砌筑,塊石砌筑深度和寬度都為0.5 m。
治理區(qū)斜坡坡體為易風(fēng)化泥巖、砂巖,設(shè)計對坡體設(shè)置掛網(wǎng)噴漿進行護坡,為提高掛網(wǎng)護坡的穩(wěn)定性,再布設(shè)錨桿。
掛網(wǎng)采用Q235φ6 mm 鋼筋,鋼筋網(wǎng)尺寸300 mm×300 mm,網(wǎng)格狀布設(shè),網(wǎng)格節(jié)點與錨桿間用純鐵線14#線(直徑2 mm)綁扎。
錨桿采用方型布設(shè),錨桿長度分2 種,全風(fēng)化-強風(fēng)化泥巖層采用錨桿長度為5 m,中風(fēng)化砂巖層采用錨桿長度為2 m,一端抹斜切割角度為30%,另一端平截,單根錨桿嵌固整體抗拔力設(shè)計值為4 kN,尺寸間距為1.2 m×1.2 m,鉆孔與斜坡坡面中垂線夾角5°,成孔孔徑為80 mm,錨桿主筋為φ20mm螺紋鋼,與掛網(wǎng)十字搭接處連接牢固,孔內(nèi)采用M10水泥砂漿在2~3個大氣壓下全粘結(jié)壓力灌注。
噴射混凝土強度等級采用C20 混凝土,抗壓強度10 MPa,水泥選用硅酸鹽425 號水泥,砂為河砂中粗砂,含水率<5%,粒料用堅硬新鮮碎石,粒徑小于12 mm。噴射采用濕法噴射,混凝土配合比宜采用(重量比)1:0.63:2.5:4.1(水泥:水:砂:碎石)按地面護坡噴射混凝土200 mm計。
圖1 工程布置
截水溝設(shè)置于坡頂已建擋土墻北側(cè)12 m,過水?dāng)嗝鏋樘菪?,口? 400 mm,底寬700 mm,深700 mm,厚300 mm,由M10 漿砌片石砌筑,橫向截水溝溝底坡率1.5%,每隔15 m設(shè)一道變形縫,縫寬30 mm,縫中填瀝青麻筋、瀝青木板或其它有彈性的防水材料,使用1:3水泥砂漿勾縫。共修建排水溝133 m。
本文利用已有的資料,開展礦山環(huán)境地質(zhì)分析(包括周邊環(huán)境和人文環(huán)境調(diào)查);利用先進的地質(zhì)勘查技術(shù)及邊坡穩(wěn)定性檢測、評估技術(shù),確定治理方向和總體方案,從根本上解決忻州窯礦的崩塌地質(zhì)災(zāi)害現(xiàn)狀。通過對治理區(qū)進行削坡、護坡和排水溝等綜合治理方法,有效的消除了該地區(qū)崩塌滑坡地質(zhì)災(zāi)害隱患,避免地質(zhì)災(zāi)害對忻州窯礦區(qū)內(nèi)及周邊的群眾構(gòu)成的潛在威脅,同時改善整個礦區(qū)的環(huán)境,促進礦區(qū)社會、經(jīng)濟發(fā)展。