张 程 胡 崴 张 斌 杨强胜

(1.合肥城改投资建设集团有限公司；2.中钢集团马鞍山矿山研究院有限公司)

目前我国大多数露天矿已经进入深部开采，深凹露天矿山面临着高边坡、高地应力等技术难题。随着边坡高度不断增加，滑坡灾害事故增多，滑体规模也变大[1]。这就需要对边坡进行加固，以保证矿山的正常生产运行。随着国家对环保和安全的重视，全国各地的矿山地质环境治理方兴未艾，对废弃露天矿山的地质环境治理项目多、体量大，对露天矿边坡治理更是其中的关键[2]。

1 工程概况

某铜矿采场总出入沟边坡位于采场东南部，是矿山人、材、机、矿石运输的主通道，是矿山生产的咽喉。该处边坡部分地段由于受地质作用影响，节理面发育、岩石暴露时间长且风化作用明显、上部台阶出入沟道路车辆进出频繁、采矿爆破震动等多重因素交替影响，出现较为严重的垮塌和变形。由于下部路基边坡发生滑塌，导致出入口道路路面边线发生垮塌，产生缺口，道路变窄，如不采取加固措施，极有可能产生更加严重且治理成本大大提高的边坡地质灾害演变。

根据工程地质勘查和现场踏勘结果，结合采场三期规划，划分边坡分区，见图1。通过对不同分区的典型边坡剖面进行稳定性计算，得出各分区边坡现状安全系数，最终确定整体边坡的治理范围，见表1。

针对该出入沟+38～+75 m台阶中部分区边坡变形破坏最为严重，局部已经发生较大滑塌破坏，严重影响矿山正常生产的实际情况，选择该处较为典型的边坡作为范例进行技术和经济方案的对比分析，以确定该区边坡的最终治理方案。

图1 某矿山出入沟边坡分区表1 边坡分区及稳定性情况

台阶边坡分区地质条件采场规划安全系数是否纳入治理范围+38 m以下三期完成靠帮不纳入+38～+75 m+75 m以上东部类土质、松散岩三期剥离扩帮不符合规范出入沟拐点以西纳入中部全风化、松散岩完成靠帮不符合规范纳入中西部强风化、松散岩完成靠帮不符合规范纳入西部强风化完成靠帮符合规范不纳入东部强风化、全风化、坡度陡完成靠帮不符合规范纳入西部强风化、全风化、坡度缓完成靠帮符合规范不纳入

2 边坡支护加固方案

对于边坡加固工程，要达到2个目的，其一是对深层岩体进行加固，以确保边坡的整体稳定性;其二是对边坡表层岩体进行固定，以减小坡面的破坏[3]。基于这两点考虑，主要采用的深层加固措施有锚索、锚杆、抗滑桩，表层处理措施采用喷浆、框架梁、挡墙和防护网以及植被防护。在方案确定时需要采用组合加固措施以适应边坡加固要求。其中,抗滑桩很难与表层加固措施进行组合，在岩质边坡上大范围建设挡墙工程费用太高。最终，选择采用锚杆框架梁、挂网喷锚等方案配合疏排水措施。

挂网喷锚采用普通锚杆加固，坡面布置钢筋网并喷射混凝土面层加固边坡体，适用于坡面浅层处理，支护强度要求不高的边坡。锚杆框架梁采用预应力锚杆和坡面浇筑框架梁的方式进行边坡加固，适用于深层加固，支护强度要求高边坡。

2.1 挂网喷锚方案设计

在+38～+75 m台阶中部分区边坡设置6排全长粘结型锚杆，锚杆与水平线夹角下倾15°，从上至下第一～第六排锚杆分别长16，15，13.5，12，10，8 m。锚杆采用φ28 mm螺纹钢筋制作，锚杆孔径为110 mm，锚杆水平间距为4 m，垂直间距为4 m。

坡面布置钢筋网片，挂网应基本与坡面平行，与坡面垂直距离为50 mm。钢筋网采用φ6.5 mm圆钢制作，规格为250 mm×250 mm。同时在锚杆外端设置弯钩与挂网钢筋绑扎连接。

在坡面喷射C20细石混凝土，厚15 cm。喷射混凝土面层后形成锚杆、钢筋网和混凝土层的共同作用，提高了岩土体的结构强度和抗变形刚度，增强边坡的整体稳定性。

距坡脚1.5 m开始预留泄水孔，水平间距为4 m，垂直间距为4 m，梅花型布置，共布置6排。采用φ110 mmPVC排水管，长1 m，与水平线夹角为5°。

2.2 锚杆框架梁方案设计

在该区边坡垂直方向布置6排预应力锚杆，从上至下第一～第六排锚杆分别长16，15，13.5，12，10，8 m。其中，锚固段长5 m，相邻锚杆水平和垂直间距为4 m，孔径为110 mm，倾角为15°，锚筋采用2×φ28 mm螺纹钢筋焊接成束制作。采用M30水泥砂浆进行压力注浆，考虑到节理裂隙较为发育，注浆压力不小于0.5 MPa，锚杆施加预应力100 kN。在锚杆边坡端头设置锚墩，锚墩尺寸为0.4 m×0.4 m×0.4 m。

由于边坡变形体局部风化破碎，为使锚固体系能整体受力，稳定滑坡和加固边坡，设计采用C25钢筋混凝土框架梁作反力装置，在竖、横梁交点处设置预应力锚杆。纵横梁的截面尺寸为400 mm×400 mm，纵横梁的间距为4 m。每榀框架由2根竖肋和6道横梁连接而成。

3 支护加固方案比选

采用极限平衡计算方法分析边坡稳定性，根据勘察报告选择岩土力学参数，加入锚杆单元，带入中部分区边坡概化模型，得到加固前后稳定性安全系数，见图2、图3。采用挂网喷锚方案安全系数提高到1.200，采用锚杆框架梁方案安全系数提高到1.251，两方案加固后边坡均符合相关规范，表明2种加固支护方案技术可行。

图2 挂网喷锚方案边坡安全系数计算结果

图3 锚杆框架梁方案边坡安全系数计算结果

边坡加固方案技术经济比较见表2～表4。

表2 挂网喷锚方案工程量及工程造价

续表

表3 锚杆框架梁方案工程量及工程造价

表4 边坡加固方案技术经济对比

从工程要求来看，该边坡承受荷载大，安全性要求高，使用锚杆框架梁加固强度高，加固效果好，推荐使用锚杆框架梁方案。从加固效果来看，两方案的安全系数均满足规范要求，但锚杆框架梁方案安全系数提高幅度远高于挂网喷锚，推荐使用锚杆框架梁方案。从施工条件来看，该处坡形较规整，现场条件好，有利于大型机械和人员施展，两方案均可行。从工程造价来看，两方案费用大致相当，锚杆框架梁方案造价稍低，推荐使用锚杆框架梁方案。

通过对两方案在工程要求、加固效果、施工条件、工程造价等方面的对比分析，可以得出使用锚杆框架梁作为该边坡的加固支护方案技术经济优势较明显。

4 结 论

针对某矿山采场出入沟边坡变形破坏的实例，通过地质勘查分析、稳定性计算，结合采场规划，划分出边坡加固治理的范围；通过对治理区变形破坏特征的分析，提出可行的治理方案；经过对工程要求、加固效果、施工条件和工程造价的综合对比分析，选择锚杆框架梁作为最终加固方案，实现边坡治理的目的。