边坡地质灾害治理探讨

1边坡地质灾害治理探讨吉书民（河南省岩土工程有限公司）[摘要]近几年来，山体滑坡、泥石流等现象发生频繁，尤其汶川大地震后更甚，加强地质灾害治理刻不容缓。如何经济、有效地消除地质灾害隐患，确保边坡稳定安全，成为亟待解决的问题。本文结合以往施工中的成功经验，对边坡地质灾害治理进行探讨交流。[关键词]边坡，地质灾害，消除，边坡稳定，确保，生态环境，改善一、工程概况本工程为杭州市余杭区中泰乡大坞石矿废弃矿山生态环境综合治理工程。位于杭州市西38km，中泰乡北西260°方向，直距5.7公里，行政隶属中泰乡九峰村。矿区中心地理座标：东经119°51′53.77″，北纬30°14′13.91″。矿山运矿公路与北侧02省道和杭徽高速相通，里程为1.7km,交通方便（图1）。图1中泰乡大坞矿山交通位置图该治理区原来是一岩矿开采区，与周围村庄距离较远，工程施工对周围环境影响相对较小；治理范围大部分为征地范围。原矿山采用不规则的组合台阶式采矿法和中深孔爆破方法进行开采生产，汽车运输至破碎场进行破碎加工。治理区可分为三个区块，分别为A区（山体开挖区）、B区（削坡开阶区）、C区（清坡加固区）。根据现场地质与工程地质测绘及调访成果，边坡整体基本稳定，局部存在崩塌、危岩体；坡面岩石裸露，基本无土质存在，不具备植物的自然生长条件。治理工程总面积16.57万m2，开挖区8.51万m2，削坡开阶区8.07万m2，总开挖石方量100.32万m3，土方量12.81万m3，总计开挖土石方量113.13万m3。岩石比重为2.6t/m3。设计要求通过山体开挖和削坡减载，局部加固，对宕面遮挡绿化的方法，达到消除地质灾害隐患、适当绿化，土地资源基本适宜建设用地目的。2矿区水文地质条件简单，目前最低开采标高77m，高于宕口北侧出口地形标高，宕口自然排水条件良好。治理区宕口位于北侧山坡，山高224m，坡度25—35°，主要接受大气降水补给，并大部份通过地表径流排泄。二、施工方法（一）施工方案1、根据建设单位要求和从实际情况出发，本治理工程首先必须以消除边坡安全隐患和拓宽可利用建设场地为原则，以达到治理区最终可利用场地最大化目的，其次采取适当的绿化措施改善环境景观，使最终矿地能够满足杭州市沥青拌和厂建设利用的要求。2、分为三个区块治理，A区为原始山体，岩体为坚硬的灰岩，通过设置规则的边坡参数，实行自上而下台阶式开挖，能够形成规则的、既安全又有利于绿化的安全边坡。对B区采取削坡开阶措施，消除松动岩块等边坡安全隐患体；充分利用边坡上已有的平台，设计成相对规则的马道，既达到消除边坡安全隐患的目的，又有利于绿化和边坡的管理。C区通过对边坡清除危岩，采用SNS柔性网防护系统等防治措施，达到消除地质灾害隐患的目的。A区和B区的最终开采标高，形成统一的可利用的场地，可供杭州市沥青拌和厂的建设需要。在离最终边坡脚10米处砌筑1.5米高挡墙，在挡墙内侧和马道上回填种植土，种植乔灌植物，达到改善景观环境的目的。3、对东西两侧山岗沿着征地边界，进行降阶预留平台：东部山岗平台基准面控制在178水平左右，西部山岗平台基准面控制在164水平左右；两个平台间南侧边坡顶部修一条马道相连通，同时在边坡降阶过程中，东部平台沿J58-J57号界桩方向向下修一条可供行人行走的踏步路与最终可利用场地相连，西部平台沿J69-J71号界桩方向向下修一条踏步路与原上山公路平台相连。为了达到治理区最终可利用场地面积最大化的目的，结合现场实际情况及建设单位提出的局部变更要求，对设计可变更前后局部最终可利用场地作以下对比（见图2）：4、东西两侧平台预留后，在保证边坡马道正常宽度、正常边坡角和确保边坡稳定的情况下，把最终坡脚线向征地界限范围扩至最大化（见图2），同时目前上山公路从+80m水平段和宕口边坡第一条马道+89m左右水平相通，沿宕口环绕一周至宕口东侧+77水平相连，马道宽度8米，必须具备行车条件。5、针对治理区目前山体状况，项目开工后首先利用现有上山公路，对治理区西侧山岗进行表土剥离和削顶开阶；剥离物利用可堆置场地进行堆置以便后期绿化加以综合利用，马道复绿需种植土约1.7万m3，最终挡墙需回填土石方约0.7万m3；6、沿西侧山岗边坡顶部向东至J58号界桩修一条便道（前提是要处理好越界的土地征用问题），以便对东部山岗进行削顶降阶；东部拐角J58-J60段178标高左右实施预留平台，按正常放坡后可利用平台面积约约3.3亩，然后利用钻机或三角架钻机自上而下逐层进行穿孔作业，手风钻加以辅助进行削坡降阶；西部山岗J65-J70桩界拐角段164水平左右预留一平台，按正常放坡后可利用平台面积约17.4亩，164水平以下降阶与南侧马道修整按自上而下、从左到右的顺序交叉同步进行；7、先期利用治理区西南侧118平台，对西南侧118至204标高山体进行爆破拉运，待整体边坡除了预留平台外降至118水平后，顶部第一套破碎机组须转移至J53-J54界外山包上，然后再对A区118水平以下山体逐层进行爆破推进施工；8、削坡降阶自上而下，做好顶部排水沟设施，待南侧清坡加固C区完成SNS柔性防护网施工后，先期完成的A、B区上半部分和东、西两个预留平台等马道台阶，便可以进行交叉复绿施工，保持一定的超前关系，以A区为主、B区为辅，马道挡墙、覆土绿化和削坡开阶同步进行；39、钻机穿爆主要以A区山体开挖为主，边坡修整和现有马道修整以手风钻辅助为主；B区南侧边坡降阶穿爆过程中，可以尽量利用岩层天然光滑面进行放坡，确保边坡稳定和美观平整。10、施工顺序为：施工测量→山体剥离开挖→削坡开阶（爆破施工）→坡面清理→土石回填→修筑挡墙和护墙→挡墙和护墙绿化→植被养护。治理区范围变更前后对比示意图征地红线范围预留178平台预留164平台原设计最终场地范围最大化场地最终可利用范围原设计治理区范围最大化治理区范围图2（二）削坡开阶（山体剥离开挖）本工程开挖区表土覆盖较薄，着重以山体开挖为主，削坡开阶、清坡加固施工为辅，利用矿山现有台阶、上山公路和施工便道，采用自上而下逐级、逐层从治理区东西两侧合拢跟进进行爆破施工，首期东侧预留平台削顶标高定在+206m,西侧预留平台削顶标高定在+188m,施工作业分幅、分行交叉作业，石方清运与凿岩爆破轮翻作业，以加快工程进度。先期爆破施工的同时，充分利用矿山现有两套破碎机组，实行24小时作业制度，对开挖岩石进行加工破碎以便综合利用；待A区（山体开挖区）爆破施工影响到破碎机组安全的时候，再把破碎机组移迁到治理区东北侧J54桩外小山包处，继续对后期开挖石方进行破碎加工。4（三）爆破本着充分利用治理区矿石资源、美观及最终可利用场地最大化的目地，针对目前矿区不规则的台阶和坡面，参照设计边坡角和台阶宽度要求，采用中深孔加浅孔的爆破方法自上而下进行分台段爆破施工，横向到边、纵向到底，大致可分为77m、92m、107m、122m、137m、152m、167m和182m共8个台阶，除了东西两侧178m和164m预留平台外，最终达到台阶高度基本一致、马道宽度基本一致和坡面平整美观的效果。为有效控制飞石、震动、滚石等有害效应的影响，结合以往类似爆破经验，将该工程爆破施工实施分区管理，划分不同爆破区块，实施不同施工方法和安全技术措施。A区主要以中深孔加预裂爆破为主，B区主要以中深孔、光面爆破辅助浅孔刷坡为主，浅孔主要以辅助爆破（如二次破碎和局部边坡修整等）为主。光面爆破虽然对边坡平整度控制效果较好，但施工工艺复杂，爆破成本较高，施工过程中可以以现场情况综合考虑安全、经济等方面因素加以摸索实施；为防止超爆，主爆区与边坡留有一定距离，确定装药孔中心线与边坡线的预留距离，爆破后较宽的平台边坡用镐头机和挖掘机刷坡至设计标准。1、浅孔爆破参数根据机具情况，在此区域可以采用爆破施工中常用的手持式风动凿岩机（手风钻）或手持式内燃凿岩机（内燃钻）进行钻孔作业，钻杆采用中空六楞钢，钻头采用“一”字形镶嵌合金钻头，钻头直径40MM。（1）、钻孔直径D:D=40mm（2）、最小抵抗线W：W＝d√（7.85△τ/qm）取1.4m（3）、底盘抵抗线W1：W1=（25~40）D=1.6m（4）、孔深H：取5m。（5）、孔距a:a=m1w1=(1.0~1.5)w1=1.6~2.4m（6）、排距b:b=W=１.４m（7）、超深Δh:Δh=(0.15~0.35)W1=0.24~0.56m（8）、单耗q:取q=0.35kg/m3。（9）、单孔装药量Q:Q前=qaw1HQ后=qabH（10）、装药长度L1:L1=Q/qxqx:炮孔装药线密度qx=1kg/m（11）、填塞长度L2:L2=L-L1根据控制爆破的要求应满足L2=1.0~1.2W12、光面、预裂爆破技术参数为确保边坡的稳定、光滑和平整，减少边坡修整工程量，最终边坡降阶局部采用光面、预裂爆破技术，两种爆破方式除了起爆时间有区别外，其他爆破技术参数基本相同，其中光爆孔在主爆区起爆完后起爆，而预裂孔则在主爆区起爆前起爆，例光面爆破参数：⑴台阶高度:正常台段H取15m，其他以原台段高度而定⑵钻孔孔径：D=90mm；⑶钻孔倾角：按边坡坡度设计要求确定。⑷钻孔深度L=（H+h）/sinα，H为台阶5高度，α为钻孔倾角，h为超深，取1.0m；⑸孔距:a光=（10～20）D，取a光=1.5m；⑹最小抵抗线：W光=（1.2～1.8）a光，取W光=2.0m；⑺线装药密度：取q线=0.5Kg/m；表1浅孔控制爆破参数表（D=40mmq=0.35kg/m3，线装药密度1kg/m）台阶高度H(m)抵抗线w1(m)超深Δh(m)孔距a(m)排距b(m)填塞长度L2(m)单孔装药Q(kg)1.00.70.2110.850.351.510.2111.180.532.01.10.21.21.11.280.922.51.20.21.31.21.341.373.01.30.31.31.31.531.774.01.30.31.41.31.752.555.01.40.31.51.41.623.68表2光面爆破设计参数汇总表序号基本参数单位数量备注1台阶高度Hm10、152孔径Dmm903钻孔倾角a度60º、65º4超深hm1.55钻孔深度Lm（H+h）/sinα根据台段高度而定6孔距a光m1.57最小抵抗线W光m2.08线装药密度q线Kg/m0.503、中深孔爆破参数A、当钻机钻头直径为90mm时，孔网各项参数为：台段高度：正常台段H＝15m，其他以现场原台段高度而定第一排孔底盘抵抗线：W＝40×90=3.6m（根据矿石易爆性而定），孔间距:a＝0.8～1.2W＝3.36～5.04m＝3.6m，多排时排间距：b＝0.7～0.9W＝3.0m，超深:L＝0.1H＝1.5m。单位炸药消耗量：第一排g＝0.44kg/m3=0.164kg/T，后排g＝0.5kg/m3=0.186kg/T，这样第一排孔：V＝Hwa＝15×3.6×3.6＝194.4m3＝522.94T，Q＝g·v＝0.44×194.4＝85.5kg/孔，后排：V＝Hab＝15×3.6×3＝162m3＝435.78T，Q＝g·v＝0.5×162＝97.2kg/孔。关于装填系数：延米装药量＝（90/2）2×3.14×10分米＝6.35kg/m，第一排装药高度＝85.5kg÷6.35kg/m=13.46m，装药系数：13.46÷17＝79.2%，充填高度：17m－13.46m＝3.54m，充填系数：3.54÷17＝20.8%，充填长度≥W即3.54≈3.6m，较为合理。6延米取矿量＝（522.94×4＋435.78）÷（5×17）＝29.74T/mB、当钻机钻头直径为115mm时，孔网各项参数为：台段高度：H＝15m，其他以现场原台段高度而定；根据经验公式:W1=K·d，式中:W1:底盘抵抗线,m；K:系数,根据经验F=6-10时,K在35～43之间选取,本案K=40；d:炮孔直径φ=115mm；W1=40×115=4.6m；孔深L及超深h值，超深值的选取按h=0.1H常规参数选取,段高在10m以下时h=1.0m,段高超过10m