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矿山环境恢复治理中边坡支护方式探讨论文

发布时间:2022-08-25 10:45:59 文章来源:SCI论文网 我要评论














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  摘要:在矿山环境恢复治理工作中,由于矿山开采导致地形地貌复杂多变,给矿山边坡支护工作带来巨大影响。为了保证边坡支护工作的顺利实施,必须要对多方面影响因素充分考虑,并与矿山区域人文景观充分结合,采取切实有效的支护方式,这样才能有效提高支护效果,保证矿山环境恢复治理整体成效,达到经济可行的理想目标。为此,本文以某矿山环境恢复治理工作为背景,首先阐述分析矿山区域地形地貌和边坡类型,同时指出潜在的不良地质现象;依据矿山工程地质条件,探讨研究矿山环境恢复治理工作当中边坡支护采用的方式,最后对边坡支护效果进行总结。该边坡支护工程实现了边坡治理工程和人文景观的有效融合,该边坡支护工程对于同类工程具有很大的借鉴意义。
 
  关键词:矿山;环境恢复治理;地质灾害;边坡支护;方式
 
  该矿区在历史上是重要的金属资源基地,自上世纪五六十年代,采空区范围内建设了很多简易平房,经过多年发展,采空棚户区人口规模数量越来越大。近年来,随着国家对生态保护工作重视力度不断加大,矿区成为生态保护与区域治理的重要区域。在此背景下,加强矿山环境恢复治理显得越发重要起来。本文结合采空棚户区某地块边坡支护工程为例,探讨分析矿山环境恢复治理工作当中边坡支护技术。边坡支护工程所处矿山地形地貌非常复杂,边坡支护类型多样,而且工程项目区域有着较高的人文景观要求。为此,通过全面详细的调查研究,探讨分析不同地形地貌条件下各种边坡存在的潜在不良地质现象,并结合这些边坡实际选择相应的边坡支护方式进行支护,取得较好效果,对同类工程具有很大的借鉴意义。

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  1工程区域地质条件与边坡类型
 
  1.1地层情况
 
  就矿区地层来讲由上到下包括四层分别为人工填土、粘性土、碎石土及粉砂岩等,表层分布大量的人工填土,在表层土的下部分布有第四季坡洪积成因的粘性土与碎石土,另外还分布一些粉砂岩。
 
  人工填土①:颜色主要表现为黄褐色,略湿一些,从松散到稍微稍密都有,其组成成分主要为粉质粘土,还有砾砂、碎石以及植物根等。素填土中分布有透镜体的杂填土,人工填土处于0m~5.4m的厚度水平。粉质粘土②:颜色表现为杂色与灰褐色,具有可塑性特点,较湿,含有铁锰氧化物以及碎石,表现为棱角样,碎石含量为9%~34%,土层为0.9m~7.3m厚。碎石土③:表现为杂灰色,略湿度、密实,有棱角状的碎石,处于3cm~4cm粒径大小,也有的超过16cm,碎石达到64%含量水平,粉质粘土以及中细沙土在其中充填。全风化粉砂岩④:颜色表现为浅黄色以及灰黄色,由于风化因素影响,岩石较为破碎,有的表现为泥质胶结状,有的呈现碎屑状,该地层没有穿透,揭露厚度为9m。
 
  1.2主要边坡类型
 
  自然边坡以及人工开挖边坡是工程区的主要边坡类型。全风化粉砂岩和粉质粘土是自然边坡的重要组成,坡度在20度左右,有的区域呈现倒坡,边坡高度在10m以下,有的在10m以上,由于重力牵引因素影响,存在较大滑坡隐患,植被在边坡区域长较为低矮,粉质粘土分布于表层,多松散,另有一些风化破碎的岩石散布于边坡上。
 
  人工边坡是过去长时间开发形成的一些老边坡,同时还有挖方、填方形成的边坡。老边坡是矿渣工程堆积形成,或者矿石堆积形成,在山体边缘部位分布。新边坡是由平整场地工程所产生,粉质粘土是主要的填方土,挖方是放坡降低土层自重。人工开挖的边坡不仅包含岩质边坡,同时还有土质以及混合质边坡,总体而言边坡稳定性不良。
 
  2潜在地质灾害
 
  人工开挖边坡以及自然边坡是形成边坡的主要成因,碎石土和粉质粘土以及风化粉砂岩是边坡的主要土层,稳定性不良,由于支护与维护不当,在重力以及雨水因素共同影响下,导致滑坡、泥石流灾害发生几率大幅增加。
 
  2.1滑坡
 
  在山地地形时常发生一些滑坡地质灾害,由于重力因素影响,较大的高坡山体出现滑移的趋势较大,人工切坡和降雨是引发滑坡的主要诱发因素,发生滑坡灾害不仅会损坏房屋建筑,还会损坏道路。该工程在山体前缘部位分布一些自然边坡,同时受雨水因素影响植被根系都分布于浅层土壤。自然边坡由于植被保护相对较弱,再加上岩层发育很多节理裂隙,岩层受风化因素影响较为突出,稳定性不良,降雨天气条件下,滑坡、垮塌危害会进一步增大。另外,人为因素也会使增大自然边坡灾害发生几率。矿山开采之后常常出现较大差异的地质条件,并出现较多天然边坡失稳现象,由于采矿工程和爆破因素影响,边坡形态无法得到有效维护,使得滑坡灾害发生概率大幅增加。
 
  人工边坡滑坡灾害发生几率也很大,废弃尾矿坝和露天矿山等人工边坡存在很多岩层暴露现象,地形、岩体性质,还有气候以及地下水等方面影响,导致边坡失稳现象发生。另外由于采矿过程当中应用原始手段,导致灾害发生几率大幅增加,和一般露天矿山相比引发的灾害类型和带来的破坏性都相对较大,填方新填方与挖方工程能够有效平整土地,然而也应当及时运用有效方式进行支护,不然极易增加滑坡灾害发生几率。
 
  2.2泥石流
 
  暴雨因素影响下,很容易导致山体滑坡增加泥石流灾害发生几率,而且泥石流灾害和边坡周围的水环境条件有着紧密的关联性,为了调查了解工程受到水环境带来的影响,对相邻的河道与沟渠进行调查,据该工程1.5km区域上分布有河流,但属于长期断流状态,近些年来又逐步恢复,不会对工程造成影响。沟渠和工程相距150m,具有明显的季节性特点,引发洪水可能性不高,并且调查发现该区地下水不稳定,工程区域呈现较为简单的水文地质条件。然而工程区域土层稳定性不良,遭遇强降雨天气极易增加泥石流灾害发生概率,为控制和减少泥石流灾害带来的危害。此项工程运用分梯度设置排水沟的方式进行支护,将截水沟设置于坡顶,同时将排水沟设置于坡底,集水流进邻近水系当中,通过相应的排水措施能够使得降雨引发的泥石流灾害得到有效控制。
 
  2.3采空区塌陷
 
  工程所在区域属于采空棚户区,由于分布于地下的采空区比较隐蔽并存在复杂的井巷系统,这些会影响地表,调查发现,矿区曾经发生过多次踩空塌陷灾害,为了避免这种灾害的再次出现,对工程所在区域认真的进行勘察,了解地下空间分布情况,通过相应的勘探研究,工程所在区域没有踩空坑洞,不会出现采空区塌陷灾害。

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  3边坡支护方式
 
  工程所在区域边坡地形较为复杂,地形、地貌的不同,并存在较大的土质差异。结合不同边坡类型以及工程地质条件,在边坡支护过程当中主要采用下面几种方式,分别为土工格栅加筋挡墙与锚杆格构挡墙以及下部重力式+上部挡墙和现浇立柱式挡墙等。
 
  3.1土工格栅加筋挡墙
 
  这种支护方式属于加筋的土挡墙,主要运用土工格栅对土体进行反包形成加筋土,这些土在自身重力因素影响下,可以有效确保边坡稳定性,格栅施工工作开展过程当中,可同时回填土方与平整地面,达到坡之后的良好效果,造价投入方面相对较少,而且不需要较长工期,另外坡面也可运用植被进行绿化,增加绿化美化效果。此项工程运用密度较高的聚乙烯(HDPE)格栅材料来制作拉锚土工格栅挡墙,与工程区的地形条件充分结合,运用的格栅网包括平面和立体两种类型,并运用土工格栅挡墙对于人工填土区域和挖方区域进行支护。
 
  土工格栅挡墙护土过程当中主要运用人工抗拉材料来实现,具有很高的整体性,和耐降雨性,并能有效控制结构,布置起来也十分简单,是一种非常重要的挡墙支护结构。同时可分层使用土工格栅,将多层格栅放置于各种回填土层间。并且与生态反包麻袋充分结合,有效连接上下两层格栅,增加其整体性,但是土工格栅缺乏较强的横向抗压力,为避免土层出现移位,将横向以及纵向的加强筋设置于格栅间。在B1地块与拉锚格构有效结合运用土工格栅挡墙,根据8m~10m设置挡墙高度,长度处于39m~69m之间。施工工作开展过程当中回填用的土质,还有所采用的回填方式非常重要,运用回填材料回填堆口反包麻袋后面坡体,灰土作为重要的回填材料主要运用3:7的灰土,素土为主要土料,同时确保涂料当中没有垃圾、腐殖质和砖石存在,白灰运用块灰进行消化。坡体素土以及灰土厚度保持在0.5m,碾压过程当中分两次进行,每层填约0.3m厚,压实系数按照0.93进行设置,完成回填之后,将15钢筋混凝土按照200mm的厚度设置于挡墙顶部进行压顶,并将规格为Φ6的钢筋按照200mm×200mm内置两层钢筋网,提高顶部抗剪切力与抗压力。防水处理过程当中,将排水沟设置于最下一级挡墙坡脚部位,截水沟设置于最上一级挡墙坡顶部位,并把截水沟充分纳入场区排水系统全面的进行设计。
 
  3.2锚杆格构挡墙
 
  这种支护方式主要运用砼框架与锚杆共同结合所形成,于边坡表面打造格构结构,并运用锚杆纵深进行加固,具有很强的支护作用,与此项工程挖方边坡支护相当实用。相比较土工格栅挡墙,该支护方式主要运用面板和锚杆来有效稳固边坡。在砼框架承力结构部位设置锚杆,并在岩层当中钉入,之后进行注浆与张拉,确保钢筋混凝土墙和土层彼此充分连接,形成完整整体。混凝土框架和节点部位的锚杆纵横交错,有效保护边坡稳定性,另外还可利用植草绿化方式对框架内部进行绿化,增加绿化美化效果。
 
  B2地段与土工格栅挡墙充分进行结合,运用此方式进行支护,该段属于挖方岩层边坡,边坡有10m高,长度为41m,主要分为两段,上层坡有5m高,下层为6m高,支护结构运用柱板式挡土墙,彼此垂直的纵向与横向柱共同组成承力柱板,锚杆设置于纵横向柱交叉位置,锚杆为4m长,共有六层之分,通过现浇钢筋混凝土对柱间进行浇筑固定,并与压顶梁以及联系梁充分结合构建完善的整体结构,确保边坡稳定性,由上到下对格构式挡墙展开分段施工,下段达到60%以上强度之后,在开展上段施工将c15钢筋混凝土按照200mm的厚度铺设于挡墙顶部进行压顶,规格为Φ6的两层200mm×200mm的钢筋网内置其中,截水沟与排水沟分别设置于挡墙的顶底部位。
 
  3.3下部重力式+上部土工格栅或锚拉挡墙
 
  运用重力挡墙过程当中,土质边坡应当在6m以下,岩质边坡应当在10m以上,这种挡墙具有很高的刚性,还能避免地基沉降现象的发生,然而成本投入较大相对较大。
 
  区域边坡高度西湖在6m以上,应当于拉锚挡墙充分结合进行支护,为此运用下部重力式+上部土工格栅挡墙进行支护,边坡属于土质填方,施工工作开展之前将场地认真清理,并逐层的进行回填。修筑好底部重力挡墙之后,在上部实施土工格栅施工。在边坡超过10m以上的地段运用下部重力式+上部土工格栅挡墙进行支护,挡墙按照6m高进行设置。锚杆运用4m浅孔锚杆,一共为四层,总共为40根。
 
  运用重力挡土墙必须要地基坚实,为避免滑坡灾害的发生,运用逆坡作为重力挡墙基底,并运用碎石土回填墙背,分层进行回填夯实。墙后运用碎石作为反滤材料设置宽度为0.5m的反滤层,并将0.5m的粘土隔水区段设置于反滤层上下各段,墙体当中间隔两米安排泄水孔,孔径达到100mm,竖向间距在两米以下,根据梅花状进行设置。运用15钢筋混凝土200mm厚铺设于挡墙顶部进行压顶,将规格为Φ6的2层钢筋网按照200mm×200mm进行设置,安排排水设施,将排水沟设置于重力是挡墙最下一级坡脚部位,并将截水沟设置于最上一级挡墙坡顶部位。
 
  3.4现浇立柱式挡墙
 
  这种支护方式,对于高差超过10m的高填方边坡起着很好的支护效果,并且施工较为简单、效率高,还十分美观。该工程某地块13m,具有较好的坡地岩层基础,放坡面积相对较小,所以运用现浇立柱式挡墙结构进行支护,根据1m设置立柱桩径,并按照1.6m设置桩间距,运用C30混凝土进行浇筑,将3道预应力锚杆设置于立柱上,锚杆按照18m进行设置,纵向按照3m间距进行设置,由于现浇立柱同时又与预应力锚杆充分结合能够起到较好的边坡支护作用。
 
  4综合治理效果
 
  该支护工程处于山角部位,边坡为岩质的顺层边坡,边坡部位具有非常严重的风化岩层,松散颗粒状的粉质粘土分布于表层,整体层面进行分析地块处在整体塌方当中,边坡支护工程涉及很多边坡类型,稳定性不良,边坡支护过程当中应当对滑坡、泥石流以及采空区塌陷等灾害给予充分考虑。同时边坡支护难度相对较大。结合工程所处区域的地形地貌,还有边坡所在区域的危害特点,采用不同的支护方案进行支护,施工工作开展之前,结合边坡区域地形地貌、土质特点,全面实施平整土地工作,通过平整将一些松散的土质土层有效消除,并控制和减少了边坡自身重量,并且形成稳定性较好的新填方层。在此前提下,结合填方以及挖方土质结构,选用土工格栅挡墙、锚杆格构挡墙以及重力挡土墙和现浇立柱挡墙支护方案进行支护,充分做到了因地制宜,联合应用,大幅提高了边坡支护效果,而且有效减少了资源浪费,还将很多有用空间腾出,丰富了人文景观。
 
  结合项工程治理整体情况进行分析,工程依照山势运用错台以及错层式建筑格局,主要建筑布置在挖方区,而次要建筑设置在填方区,不仅使得工程景观人文性大幅提升,还使得地质灾害问题得到了科学控制,此项工程建成之后,历经多次大暴雨天气,无灾害现象出现,进一步证实此项工程选择的支护方式是科学合理的。该项工程作为治理地质灾害的重要工程项目,在施工过程当中运用了很多种支护方式,而且每一种方式都非常匹配区域易发灾害类型,并且各类支护方式有效配合,实现了实用性和景观性的彼此高效结合,确保棚户区地质灾害防治和工程所在区域自然风光相结合,该工程的也为治理棚户区地质灾害提供了重要的参考作用。此项工程施工过程当中,在充分重视边坡造成危害的同时,充分结合当地人文景观,并在施工过程当中避免对周围地形地貌的破坏性,在消除地质灾害危害因素的基础上,使当地的自然景观有效保留下来。整体层面进行分析工程不仅充分融入了政府规划与百姓生活的需求,而且还减少了成本投入,避免了资源浪费,取得非常显著的效果。
 
  5结论和建议
 
  (1)治理地质灾害应当充分结合工程建设区域景观,做到彼此充分融合,在确保工程整体美化以及协调性基础上,科学利用原有治理结构,该项工程提供的治理思路与技术方案,对于治理地质灾害具有很大的借鉴作用,还充分体现了工程治理地质灾害的创新性以及社会生态效益。
 
  (2)此项工程实施过程当中运用的多种支护方式,实现了多种支护方式的有效融合,通过项目内容整体分析,该工程项目涵盖的地质灾害类型较多,支护项目复杂程度较高,无论对于施工单位还是现场组织协调都提出了较高的要求,通过详细的勘察研究,并结合工程具体实际不断创新设计,打造了更为有效的边坡治理方案,在工程实践当中逐一落实,取得很好的治理效果。
 
  (3)该工程在具体施工过程当中,还将各种挡墙彼此交会结合以及立式钢筋混凝土挡土墙正常浇筑等各种难题得到了有效解决,使得棚户区居民居住条件大幅改善,并有效消除了滑坡地质灾害带来的危害,给当地人民群众创造了安全而又舒心的生活环境,有效解决了民群众的后顾之忧。
 
  (4)确保支护效果是该项工程的重中之重,该工程通过合理运用支护措施,不仅有效保证了支护效果,而且还非常经济实用,另外和当地人文景观有效融合,经受多次暴雨天气,未出现次生灾害,本工程各类支护方案的协调一致,并于周边环境和谐统一,对类似工程有重要的借鉴意义。
 
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