李建新，何海濤，何昌杰，田湖南，廖 飛

(1.中建五局第三建設(shè)有限公司，湖南 長(zhǎng)沙 410004； 2.中國(guó)建筑第五工程局有限公司，湖南 長(zhǎng)沙 410004； 3.中國(guó)科學(xué)院武漢巖土力學(xué)研究所，湖北 武漢 430000)

對(duì)廢棄礦坑進(jìn)行生態(tài)修復(fù)，進(jìn)行開(kāi)發(fā)再利用是國(guó)家綠色發(fā)展的戰(zhàn)略目標(biāo)。在廢棄礦坑生態(tài)修復(fù)工程中，首先要解決礦坑邊坡加固問(wèn)題，才能保障后續(xù)工作正常進(jìn)行，避免后期生態(tài)再破壞、影響開(kāi)發(fā)再利用的目標(biāo)。為了保證礦坑生態(tài)修復(fù)邊坡穩(wěn)定性，保障邊坡施工過(guò)程中的安全以及后期運(yùn)營(yíng)的安全，需要從邊坡體加固、主動(dòng)防護(hù)以及排水等方面綜合考慮，對(duì)礦坑的巖質(zhì)、土質(zhì)以及特殊巖土、不良地質(zhì)段的邊坡加固技術(shù)進(jìn)行研究，以選擇最合理的加固方案，確保邊坡穩(wěn)定，保障安全。

1 工程概況

冰雪世界項(xiàng)目位于長(zhǎng)沙市岳麓區(qū)坪塘鎮(zhèn)山塘村～獅峰山村地段，原采石場(chǎng)桐溪湖礦坑。礦坑頂部有土層覆蓋，邊坡巖石裸露。冰雪世界主體主要通過(guò)坑底柱支撐，部分荷載依托16.000m標(biāo)高坑壁邊坡臺(tái)階支撐。坡頂冰雪世界地下室荷載通過(guò)樁基礎(chǔ)傳遞到坑壁邊坡下部穩(wěn)定巖土層中(見(jiàn)圖1)。

邊坡安全等級(jí)為一級(jí)，臨時(shí)邊坡穩(wěn)定安全系數(shù)為1.25，使用年限為2年；永久邊坡穩(wěn)定安全系數(shù)為1.35，使用年限同建筑設(shè)計(jì)使用年限，為50年。邊坡形態(tài)三維如圖2所示。

圖2 邊坡形態(tài)三維示意

2 工程地質(zhì)及水文地質(zhì)概況

場(chǎng)地原始地貌單元為湘江河流沖積堆積階地。邊坡巖體表面見(jiàn)裂隙性溶蝕風(fēng)化現(xiàn)象，沿?cái)鄬?、裂隙及層面等結(jié)構(gòu)面溶蝕風(fēng)化現(xiàn)象較普遍，風(fēng)化裂隙較發(fā)育，結(jié)構(gòu)面膠結(jié)物蝕變明顯或溶蝕充泥現(xiàn)象普遍。

場(chǎng)地深度范圍內(nèi)地下水主要為上層滯水及孔隙潛水、基巖裂隙水。

場(chǎng)地巖溶為淺埋型，規(guī)模較大，有充填物，發(fā)育深度在地表下30m以內(nèi)，隨深度而減弱。溶洞、溶溝、溶槽等在標(biāo)高-5.000～35.000m發(fā)育，連通性較好。

場(chǎng)地C區(qū)分布厚度約30m的人工填土，系采石場(chǎng)采石開(kāi)挖堆填而成，密實(shí)度不均。場(chǎng)地西部為近期堆填，呈軟塑狀，力學(xué)性質(zhì)差。

場(chǎng)地巖石節(jié)理裂隙發(fā)育，節(jié)理面均有充填物，為方解石和石英充填，節(jié)理面見(jiàn)褐紅色鐵錳質(zhì)氧化物，礦坑坡頂局部由于水作用沿裂隙巖溶發(fā)育形成溶蝕溝和溶蝕槽。

3 主要巖土參數(shù)及荷載

3.1 巖土參數(shù)

冰雪世界項(xiàng)目主要巖土參數(shù)如表1所示。

表1 巖土參數(shù)

3.2 荷載

項(xiàng)目巖壁與建筑物關(guān)系復(fù)雜，不同區(qū)段和標(biāo)高的荷載情況各異。

1)A，B區(qū)地下室樁基荷載 地下室底板標(biāo)高41.000m或43.000m，單根樁荷載均值約7 000kN，最大達(dá)到10 206kN，樁荷載作用于微風(fēng)化巖體。

2)坡面馬道的地下室柱荷載 基底應(yīng)力為1 000kPa，作用標(biāo)高范圍為16.000～43.000m。

3)C區(qū)上層村落樁基荷載 上層村落底板標(biāo)高33.000m，單根樁荷載約8 000kN，樁荷載作用于微風(fēng)化巖體。

4)16.000m標(biāo)高平臺(tái)的柱荷載和環(huán)梁荷載 16.000m標(biāo)高平臺(tái)柱及環(huán)梁采用獨(dú)立基礎(chǔ)，基底反力719～2 437.5kPa。

4 邊坡加固

根據(jù)勘察報(bào)告以及現(xiàn)場(chǎng)踏勘實(shí)際情況，未發(fā)現(xiàn)項(xiàng)目邊坡明顯外傾結(jié)構(gòu)面?？紤]項(xiàng)目場(chǎng)地坡面荷載大、巖溶發(fā)育，邊坡開(kāi)挖前先施作上部結(jié)構(gòu)樁基，邊坡加固在上部結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)實(shí)施后開(kāi)展。

4.1 A，B，C區(qū)永久邊坡加固

4.1.1A，B區(qū)土質(zhì)永久邊坡加固

A，B區(qū)土質(zhì)永久邊坡采用預(yù)應(yīng)力錨桿及全長(zhǎng)粘結(jié)錨桿格構(gòu)，格構(gòu)中施作面板支護(hù)。設(shè)計(jì)截排水溝及排水孔進(jìn)行排水。

邊坡采用分級(jí)放坡，每級(jí)邊坡頂部有2m寬度的馬道，馬道豎向距離10m，坡率為1∶1。

預(yù)應(yīng)力錨桿分2種：①長(zhǎng)16m，錨固段10m，自由段6m；②長(zhǎng)12m，錨固段、自由段各6m。第1排錨桿自坡頂向下1.5m開(kāi)始設(shè)置。錨桿鉆孔直徑130mm，向下傾斜15°，錨桿水平間距3m，豎向間距4.25m(見(jiàn)圖3)。

圖3 A，B區(qū)土質(zhì)邊坡支護(hù)剖面示意

圓礫及卵石地層預(yù)應(yīng)力錨桿桿體為1根φ32 PSB785級(jí)預(yù)應(yīng)力螺紋鋼筋，采用M35水泥砂漿灌注。其他地層采用1根φ25 PSB785級(jí)預(yù)應(yīng)力螺紋鋼筋，采用M35水泥砂漿灌注。

格構(gòu)截面尺寸400mm×400mm，C35混凝土澆筑。采用200mm厚鋼筋混凝土面板。

錨固段位于含礫粉質(zhì)黏土的預(yù)應(yīng)力錨桿軸向拉力標(biāo)準(zhǔn)值為80kN(錨固段10m)和48kN(錨固段6m)。錨固段位于圓礫或卵石地層中的預(yù)應(yīng)力錨桿軸向拉力標(biāo)準(zhǔn)值為200kN(錨固段10m)和120kN(錨固段6m)。預(yù)應(yīng)力錨桿設(shè)計(jì)張拉鎖定值暫定為標(biāo)準(zhǔn)值的0.6倍。

坡體內(nèi)部設(shè)置內(nèi)徑100mm的PVC排水管，梅花狀布置，間距4.5m，圓礫、卵石地層孔長(zhǎng)度9m，其他地層孔長(zhǎng)度5m，向上傾斜6°。

支護(hù)結(jié)構(gòu)每隔15～20m及邊坡的轉(zhuǎn)角處設(shè)置一條伸縮縫，縫寬30mm，從頂?shù)降棕炌?，填縫料為熱瀝青麻絮。

4.1.2C區(qū)土質(zhì)永久邊坡加固

C區(qū)邊坡上部采用放坡+錨桿支護(hù)，下部采用樁錨直立支護(hù)。邊坡下部標(biāo)高32.000～42.000m采用支護(hù)樁+預(yù)應(yīng)力錨索支護(hù)，支護(hù)樁樁頂標(biāo)高以上42.000～52.000m采用放坡+錨桿進(jìn)行支護(hù)。支護(hù)樁被動(dòng)土壓力區(qū)段采用水泥土攪拌樁進(jìn)行加固。

1)放坡+錨桿支護(hù)

在標(biāo)高42.000～52.000m設(shè)置兩級(jí)邊坡，采用放坡+錨桿+格構(gòu)，格構(gòu)中間施作面板進(jìn)行加固(見(jiàn)圖4)。標(biāo)高42.000m及52.000m平臺(tái)設(shè)置截排水溝，同時(shí)在坡體內(nèi)設(shè)置排水孔進(jìn)行排水。

圖4 C區(qū)土質(zhì)邊坡支護(hù)剖面

錨桿采用注漿錨管，間距為3m，長(zhǎng)9m，材料采用Q235級(jí)φ48×3.5鋼管，錨管孔內(nèi)壓注M35水泥漿，注漿壓力0.8～1MPa，要求擴(kuò)散半徑R=1m，注漿量控制在每孔1m3。注漿漿液采用純水泥漿，由水泥、水、膨脹劑、速凝劑組成。采用42.5級(jí)普通硅酸鹽水泥，漿液水灰比為0.4～0.5，膨脹劑應(yīng)使?jié){液結(jié)石體體積膨脹3%～4%，漿液配合比及注漿時(shí)間、壓力等參數(shù)通過(guò)試驗(yàn)確定。

施工前應(yīng)做工藝試驗(yàn)，確定注漿工藝并檢測(cè)加固效果。格構(gòu)截面尺寸400mm×400mm，C35混凝土澆筑，采用200mm厚鋼筋混凝土面板。每級(jí)邊坡設(shè)置內(nèi)徑100mm的排水管，梅花狀布置，間距4m，長(zhǎng)度5m，向上傾斜6°。

支護(hù)結(jié)構(gòu)每隔15～20m及邊坡的轉(zhuǎn)角處設(shè)置一條伸縮縫，縫寬30mm，從頂?shù)降棕炌?，填縫料為熱瀝青麻絮。

2)樁錨支護(hù)

在標(biāo)高42.000～32.000m設(shè)置樁錨支護(hù)結(jié)構(gòu)，采用雙排支護(hù)樁+預(yù)應(yīng)力錨索進(jìn)行邊坡加固。支護(hù)樁之間設(shè)置排水孔及32.000m標(biāo)高平臺(tái)設(shè)置排水溝進(jìn)行排水。

支護(hù)樁的懸臂高度分為10m和12m，對(duì)應(yīng)支護(hù)樁直徑分別為1.2m和1.5m，前后排樁的排距為3m，排間支護(hù)樁中心距為2m，支護(hù)樁須嵌入完整微風(fēng)化灰?guī)r，并確保樁底以下5m范圍內(nèi)無(wú)空洞。

每排支護(hù)樁之間用冠梁連接，排間用連梁連接，冠梁、連梁尺寸為1 500mm×1 000mm和1 200mm×1 000mm。

前排支護(hù)樁上設(shè)置預(yù)應(yīng)力錨索2～4排，錨索長(zhǎng)度為15～50m，其中錨固段(錨入完整微風(fēng)化巖體)長(zhǎng)度為6m。第1排錨索由支護(hù)樁頂部向下2.0m開(kāi)始設(shè)置，水平間距為2m，豎直間距為2.5m。鉆孔直徑為165mm，向下傾斜30°。

預(yù)應(yīng)力錨索分別采用9股和12股φ15.2、1860級(jí)無(wú)粘結(jié)型環(huán)氧涂層預(yù)應(yīng)力鋼絞線，漿液為水泥凈漿，注漿的水泥漿體強(qiáng)度≥35MPa。采用一次注漿工藝，水泥漿水灰比為0.30～0.42，注漿壓力為0.5～1MPa，漿液配合比及注漿時(shí)間、壓力等參數(shù)通過(guò)試驗(yàn)確定。預(yù)應(yīng)力錨索設(shè)計(jì)張拉鎖定值為標(biāo)準(zhǔn)值的0.6倍，具體通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試張拉確定。

預(yù)應(yīng)力錨索以鋼筋混凝土腰梁為工作平臺(tái)，腰梁截面尺寸為500mm×500mm，采用C35混凝土澆筑。支護(hù)樁內(nèi)部設(shè)置內(nèi)徑100mm的PVC排水管，梅花狀布置，間距4m，排距3m，長(zhǎng)度5m，向上傾斜6°。支護(hù)結(jié)構(gòu)每隔15～20m及邊坡的轉(zhuǎn)角處設(shè)置一條伸縮縫，縫寬30mm，從頂?shù)降棕炌?，填縫料為熱瀝青麻絮。

3)被動(dòng)區(qū)加固

被動(dòng)區(qū)采用水泥土攪拌樁的加固形式，施工前應(yīng)做工藝試驗(yàn)，確定水泥土攪拌樁的工藝并檢測(cè)加固效果。水泥土攪拌樁直徑600mm，搭接長(zhǎng)度100mm。

水泥土攪拌樁采用濕法工藝施工，P·O32.5 普通硅酸鹽水泥，水灰比為0.55，并加入適量的外加劑以增強(qiáng)漿體的流動(dòng)性能，水泥摻合量為17%。漿液配合比、壓力等參數(shù)通過(guò)試驗(yàn)確定。

4)樁后回填

支護(hù)樁混凝土強(qiáng)度大于80%設(shè)計(jì)強(qiáng)度后，進(jìn)行樁后回填。每層填土厚度≤30cm，用小型機(jī)械分層夯實(shí)。分層回填的填料選擇透水性強(qiáng)、摩擦力大的土，分層夯實(shí)，壓實(shí)度>90%?；靥钔瓿珊髮?duì)回填區(qū)域進(jìn)行沉降監(jiān)測(cè)，若沉降值超過(guò)填土高度的3%，必須采取注漿加固措施對(duì)填土區(qū)進(jìn)行加固。

4.1.3A，B，C區(qū)巖質(zhì)永久邊坡加固

巖坡采用預(yù)應(yīng)力錨索、全長(zhǎng)粘結(jié)錨桿+格構(gòu)的加固形式，錨索長(zhǎng)度≥20m，其中，錨固段須錨入完整微風(fēng)化巖體，長(zhǎng)度為6m。錨固段巖體應(yīng)逐孔取芯或鉆孔攝像確認(rèn)為微風(fēng)化完整巖體(見(jiàn)圖5)。

圖5 巖質(zhì)邊坡支護(hù)剖面

1)第1排錨索由平臺(tái)向下1.5m開(kāi)始設(shè)置，水平間距為3m，豎向間距3m和5m。鉆孔直徑為165mm，向下傾斜15°。預(yù)應(yīng)力錨索采用12股φ15.2、1860級(jí)無(wú)粘結(jié)型環(huán)氧涂層預(yù)應(yīng)力鋼絞線，漿液為水泥凈漿，注漿的水泥漿體強(qiáng)度≥35MPa。采用一次注漿工藝，水泥漿水灰比為0.30～0.42，注漿壓力為0.5～1MPa，漿液配合比及注漿時(shí)間、壓力等參數(shù)通過(guò)試驗(yàn)確定。

2)預(yù)應(yīng)力錨索的軸向拉力標(biāo)準(zhǔn)值為1 000kN，預(yù)應(yīng)力錨索設(shè)計(jì)張拉鎖定值暫定為標(biāo)準(zhǔn)值的0.8倍，具體通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試張拉確定。

3)巖質(zhì)邊坡全長(zhǎng)粘結(jié)錨桿間距為3m和5m，鉆孔直徑為130mm，向下傾斜15°設(shè)置。桿體材料為φ32 HRB400 鋼筋，長(zhǎng)度為9m，注漿漿液為水泥凈漿，注漿的水泥漿體強(qiáng)度≥35MPa。

4)預(yù)應(yīng)力錨索和全長(zhǎng)粘結(jié)錨桿在A，B區(qū)12.000m平臺(tái)下方交錯(cuò)均勻布置。

5)在A，B區(qū)12.000m標(biāo)高平臺(tái)設(shè)置豎向全長(zhǎng)粘結(jié)錨桿，錨桿間距為3m，排距為2.5m，鉆孔直徑為130mm。桿體材料為φ32 HRB400鋼筋，長(zhǎng)度為9m，注漿漿液為水泥凈漿，水泥漿強(qiáng)度≥35MPa。

對(duì)12.000m標(biāo)高平臺(tái)的全長(zhǎng)粘結(jié)錨桿采用網(wǎng)噴混凝土進(jìn)行防護(hù)，設(shè)置φ6@200雙向筋，錨桿間采用φ16 HRB400鋼筋連接，噴射混凝土為C20，厚100mm，分兩次施作。格構(gòu)斷面尺寸為500mm×500mm，采用C35混凝土澆筑。巖質(zhì)邊坡格構(gòu)內(nèi)噴射100mm厚混凝土支護(hù)。

4.2 特殊巖土及不良地質(zhì)處理

4.2.1巖溶

對(duì)邊坡開(kāi)挖已經(jīng)揭露的溶洞、溶溝、溶槽等部位，清理填充物、清洗巖面后，采用C30混凝土或片石混凝土回填；對(duì)超挖形成的內(nèi)凹，清洗巖面后，采用C30混凝土或片石混凝土回填。對(duì)直立溶蝕洞、凹面，應(yīng)在內(nèi)壁植φ25鋼筋，植筋間距≤2.5m，錨入巖體和回填體均≥1m。

對(duì)錨索鉆孔、支護(hù)樁、樁基等成孔發(fā)現(xiàn)的溶蝕空洞等，應(yīng)沖洗填充物后，回填混凝土或分次注漿。注漿可以少量多次、反復(fù)注漿填充以控制注漿量。

4.2.2人工填土及卵礫石層

針對(duì)揭露的人工填土及砂卵石層采用雙管高壓旋噴注漿進(jìn)行加固。設(shè)計(jì)成樁直徑為600mm，樁底標(biāo)高為實(shí)際巖面，樁中心間距為500mm，呈等邊三角形布置。采用P·O42.5普通硅酸鹽水泥漿液，注漿樁體的單軸抗壓強(qiáng)度達(dá)到3MPa。注漿位置在結(jié)構(gòu)樁基時(shí)，可環(huán)繞布置(見(jiàn)圖6)。注漿壓力、漿液配合比等應(yīng)通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試確定。

圖6 旋噴樁布置

5 地下水控制

邊坡范圍以外的地表水，以攔截和旁引為原則；邊坡范圍以內(nèi)的地表水，以防滲、盡快匯集和引出為原則。邊坡施工前對(duì)場(chǎng)地進(jìn)行平整硬化，完成系統(tǒng)的排水設(shè)施，嚴(yán)禁坡頂積水。礦坑邊坡范圍外，沿開(kāi)口線周界設(shè)置一條截水溝，攔截并旁引地表徑流。同時(shí)在各級(jí)馬道及平臺(tái)上設(shè)置排水溝。

礦坑邊坡表面及坡內(nèi)的地下水通過(guò)排水溝和排水管導(dǎo)出后，引入坑底進(jìn)行抽排。

截水溝采用倒梯形斷面，排水溝采用矩形斷面，在陡坎或落差較大的地段采取多級(jí)跌水坎。排水溝的過(guò)流斷面選取邊長(zhǎng)為0.40m的矩形斷面。截排水溝的溝頂?shù)乇磉M(jìn)行硬化，溝內(nèi)設(shè)不小于1%的縱向找坡，每隔15～20m設(shè)置伸縮縫。

在排水溝低洼處用急流槽結(jié)合消力池的形式將各級(jí)排水溝連接起來(lái)，形成邊坡豎向排水系統(tǒng)，匯流入坑底統(tǒng)一抽排。

6 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)長(zhǎng)沙冰雪世界工程礦坑生態(tài)修復(fù)邊坡加固技術(shù)進(jìn)行研究，得出如下結(jié)論。

1)巖溶地區(qū)礦坑地質(zhì)環(huán)境復(fù)雜多變，項(xiàng)目巖壁與建筑物關(guān)系復(fù)雜，不同區(qū)段和標(biāo)高的荷載情況各異，邊坡加固需分區(qū)分段進(jìn)行設(shè)計(jì)。

2)工程場(chǎng)地內(nèi)土質(zhì)邊坡加固分A，B，C 3個(gè)區(qū)進(jìn)行設(shè)計(jì)。A，B區(qū)采用預(yù)應(yīng)力錨桿+全長(zhǎng)粘結(jié)錨桿格構(gòu)+面板支護(hù)。C區(qū)邊坡上部采用放坡+錨桿支護(hù)，下部標(biāo)高32.000～42.000m采用支護(hù)樁+預(yù)應(yīng)力錨索支護(hù)，支護(hù)樁被動(dòng)土壓力區(qū)段采用水泥土攪拌樁進(jìn)行加固。

3)巖質(zhì)邊坡采用預(yù)應(yīng)力錨索、全長(zhǎng)粘結(jié)錨桿+格構(gòu)的加固形式，錨索長(zhǎng)度≥20m，錨固段須錨入完整微風(fēng)化巖體，長(zhǎng)度為6m。

4)邊坡開(kāi)挖揭露的溶洞、溶溝、溶槽等，清理填充物、清洗巖面后，采用C30或片石混凝土回填；人工填土及砂卵石層采用雙管高壓旋噴注漿加固。

5)邊坡范圍以內(nèi)的地表水進(jìn)行盡快匯集和引出；邊坡范圍以外的地表水進(jìn)行攔截和旁引。