摘要：本文以黑沟矿区3400m水平不稳定边坡治理工程为例，介绍了预应力锚索结合主动防护网和喷射混凝土面层支护结构在破碎的岩石高边坡支护中的应用。

　　关键词：地质灾害；边坡支护；预应力锚索；主动防护网；喷射混凝土面层

　　1工程概况

　　酒泉钢铁（集团）有限责任公司镜铁山矿业公司，黑沟矿区3400m水平不稳定边坡治理工程位于3400m水平工业场地，设有溜井转运和罐笼出入口工业平台，是罐笼出入口和矿石转运平台，也是矿山人、材、机以及矿石的重要运输通道。该边坡是采用大爆破一次成型的，边坡开挖高度20m～60m，边坡角度为50°~70°。矿山平台施工时已在边坡上部设置了主动防护网，后分别于2012年、2018年进行了二期边坡治理工程，取得了较好的治理效果。但这些工程主要布置于边坡人工开挖临空面以上，对3439m高程以下边坡治理工程较少。场地东侧东硐口处于2022年发生了小范围滑坡。滑坡区域边坡岩层产状较凌乱，裂隙发育，顺层层理突出，在冻融、降雨、爆破等工况影响下，岩层沿节理裂隙面产生岩石顺层层理滑移，滑移区域严重威胁3400m水平工业场地的安全生产。

　　2地质条件

　　2.1工程地质条件

　　工程区所在地貌为中高山地貌，微地貌类型为山体经人工开挖形成的上缓下陡的边坡，高程范围为3400m～3470m左右，高70m左右，平均坡度60°,山坡岩体破碎、坍塌发育。3400m水平不稳定边坡地层为下古生代变质岩，岩性为深灰色钙质千枚岩，上部为残坡积碎石土层，无层理，结构疏松，稍湿，青灰、土黄以及灰褐色互杂，极不均质，局部具架空结构，黏聚力为9kPa，内摩擦角30°,容重17.0kN/m3。下部边坡岩体为寒武系钙质千枚岩(∈),呈灰绿－暗绿－黑灰色，岩石成分主要由石英、绿泥石、绢云母及少量的碳酸盐矿物等组成，局部夹透镜状大理岩和石英岩。场地内千枚岩饱和单向抗压强度为11.4MPa～39.2MPa，平均11.65MPa，属较软岩。强风化层黏聚力为28kPa，内摩擦角30°,容重20kN/m3～24kN/m3，弱风化层黏聚力为105kPa，内摩擦角35°,容重25kN/m3。

　　2.2水文地质条件

　　项目区内主要地下水类型包括松散岩类孔隙水和基岩裂隙水两种类型。其中松散岩类孔隙水仅分布于沟底及河床第四系松散堆积物中。由于区内地形陡峻，地下水迳流排泄条件较好，因此其所含地下水也不丰富，仅在雨季大气降水入渗后形成不连续孔隙潜水。基岩裂隙水分布于寒武系千枚岩中，水量较贫乏对工程无影响。场地水文地质条件简单，环境类型为Ⅳ类。项目场地范围内无地下水。

　　3边坡稳定性分析

　　由于该边坡坡体为人工开挖边坡，局部坡体存在滑塌及危岩体现象，且上部地层较松散，下部坡脚临空面较高，坡体稳定性较低。在冻融、降水、地震、矿山爆破及人工影响下，易形成滑塌，落石，甚至局部滑动的可能性。变形破坏方式将以滑塌，崩塌变形为主。

　　3.1边坡赤平投影法稳定性分析

　　3400工业平台边坡自然坡向为N，坡度39°左右，工程切坡高度40m左右，坡度63°,从而形成高40m左右的临空面。经现场调查，坡体位置岩层层理发育，并发育有三组节理面（J1、J2、J3）。其中层理产状为199°∠83°间距为0.1m～0.5m，与坡面夹角为19°,但倾向相反。三组节理间距2m～5m，除J1与坡面呈大角度（70°)相交外，其他结构面与坡面的夹角较小，为30°~45°。下部由于3400水平场地拓展，形成高30m～45m、坡度60°~70°的临空面，加之卸荷、震动等因素，坡面岩石较为破碎，卸荷裂隙发育，形成较大块体的危岩体及卸荷裂隙带，并受地质构造及节理裂隙等因素控制，在冻融、降雨、爆破等工况影响下，岩层沿节理裂隙面产生岩石顺层层理滑移。

　　根据结构面赤平投影分析，J1、J2、J3三组节理形成的软弱结构面组合倾向较为集中（11.8°~17.4°),坡度为50°左右，与边坡小角度相交，且坡度较缓，形成不利结构面，综合判定其稳定条件为较不稳定组合，稳定性较差。三组结构面之间形成的块体厚度4m～5m，变形失稳后以滑塌为主，这也是发生滑坡的主要原因。

　　3.2边坡稳定性定量计算

　　（1）边坡安全等级。本次边坡工程设计按照《非煤露天矿边坡工程技术规范》（GB 51016-2014）相关规定，根据边坡损坏后可能造成的破坏后果的严重性、边坡类型和边坡高度等因素，确定边坡工程安全等级。该边坡高70m左右，属低边坡（高度小于100m）；边坡失稳后会造成人员受伤，直接损失≥1000万元，边坡危害等级为I级（很严重），本边坡工程安全等级属I级。正常工况下安全系数为1.25～1.20，爆破工况下安全系数为1.23～1.18，地震工况下安全系数为1.20～1.15。

　　（2）定量计算公式和方法。根据滑坡所处坡体的地质结构，本斜坡稳定性定量计算采用毕晓普（Bishop）条分法计算。

　　（3）参数选取。在收集相关资料的基础上，根据边坡稳定情况进行反算，并参考了有关经验值后综合确定本次稳定性计算中的有关参数。其中①层残坡积层：重度17kN/m3，内聚力9kPa，内摩擦角30°,②层强风化钙质千枚岩：重度24kN/m3，内聚力28kPa，内摩擦角30°,

　　③层弱风化钙质千枚岩：重度25kN/m3，内聚力105kPa，内摩擦角35°。

　　（4）计算结果。经稳定性定量计算，本边坡的安全等级为一级，边坡稳定安全系数要求大于1.25。而本边坡在正常条件下边坡稳定性系数仅为0.953～1.067，处欠稳定—基本稳定状态；地震工况下边坡稳定性系数仅为0.942～1.004，处不稳定或欠稳定状态。

　　3.3边坡稳定性综合评价

　　边坡稳定性定性评价该边坡稳定性较差，边坡赤平投影法稳定性分析，岩石层理与节理形成三组软弱结构面由失稳变形以小型掉块为主，块体小于0.5m。J1、J2、J3三组节理形成的软弱结构面组合倾向较为集中，形成不利结构面，为较不稳定组合，稳定性较差。

　　定量计算结果表明，在正常条件下边坡稳定性系数仅为0.953～1.067，处欠稳定—基本稳定状态；地震工况下边坡稳定性系数仅为0.942～1.004，处不稳定—欠稳定状态。

　　综合评价现状条件下，3400m水平工业平台不稳定边坡下部临空面稳定性较差，依据《非煤露天矿边坡工程技术规范》（GB 51016-2014）相关规定，需要对3439m高程以下边坡进行治理。

　　4边坡治理方案及设计

　　影响边坡稳定性的因素主要有边坡岩性、边坡类型、结构面、降雨及地表水入渗以及人类工程活动等几个方面，此外地形地貌、周边环境、地震等因素对边坡稳定性也有很大影响，治理方案设计时需要综合考虑。该边坡上部为3470m平台和提升机房，下部为3400m工业场地，由于矿山日常生产任务繁重，治理工程施工期间不能停产，治理边坡坡脚紧邻运输轨道，作业空间狭窄，施工作业条件较差。根据以往类似矿山边坡治理经验，结合该边坡的具体工程地质条件，经多种治理措施对比分析后，确定采取预应力锚索＋主动防护网＋喷射混凝土面层＋截排水的综合治理工程措施。

　　4.1预应力锚索

　　3400m不稳定斜坡坡脚呈不规则坡面，临空较大，无法采取框架、地梁进行支护，自东硐口向西总长度为132m、高度3400m～3439m边坡区域，采用锚墩锚索进行支护，锚索水平间距3m，竖向间距3m，按照梅花状布置，锚索长度20m～24m，倾角20°,设计轴向设计拉力为240kN，锚筋由5φ15.2标准强度为1860MPa的高强度低松弛预应力钢绞线制作，要求钢绞线顺直、无损伤、无死弯。采用“四棱台”型C30钢筋混凝土锚墩锚固，锚墩底面边长0.8m，顶面边长0.4m，厚0.4m。

　　4.2主动防护网

　　治理区边坡发生滑坡的坡面原有主动防护网已破坏，该区域边坡岩石裸露，节理、裂隙发育，在震动、冻融、爆破等作用下易产生崩塌、掉块，严重威胁下部3400m工业场地人员和财产安全。对布置预应力锚索区域的3400m～3439m边坡坡面加设GAR2型主动防护网，并对坡面浮石进行清理。

　　4.3喷射混凝土面层

　　对自东硐口向西约132m，高度3400m～3439m锚墩锚索支护区域坡面采用喷射混凝土面层的防护措施，喷射混凝土应保证主动防护网覆盖厚度大于100mm，喷射混凝土强度等级为C25。

　　4.4截排水措施

　　由于3400水平无排水措施，遇到降雨等工况，3400m～3470m山坡汇水流至3400工业平台，一方面，轨道两侧积水泥泞对安全作业存在隐患，另一方面，无序排放对山坡环境影响较大，可能造成泥石流滑坡。

　　本次在3400水平坡脚设长173m东西向布置的截水沟，并在西侧端由南向北设长21m的排水沟，向北排泄至平台以外。截水沟采用矩形断面，宽、深尺寸均为0.5m，采用C25混凝土浇筑。为便于渣土清理，在截水沟顶设水篦子，水篦子采用角钢及钢筋焊结而成。

　　4.5监测措施

　　为进一步监测3400m～3470m坡面整体位移沉降情况，对东、西硐口区域坡面设置位移计，对坡面进行位移监测，动态监测坡面稳定性，根据3400m～3470m坡面整体地质结构发育情况，在坡面安装3个位移计。施工时进行安全监测预警，并加强施工期边坡的变形动态巡查预警，以防患于未然；施工结束后安排专人定期对各点位移状况进行监测，进行边坡稳定性长期观测。

　　5边坡施工

　　根据治理设计方案，治理工程主要包括预应力锚索施工、GAR2型主动防护网施工、喷射混凝土施工和截排水沟施工。关键施工工序有锚索的钻孔、制作安装和注浆、主动防护网挂设和喷射混凝土作业。

　　5.1钻孔

　　根据岩层情况，采用QZJ-100B型潜孔冲击钻机成孔，钻头直径130mm，在破碎岩层等容易缩孔、卡钻和埋钻的地层中需采用跟管钻进技术。为确保锚索钻孔施工不破坏边坡岩体的工程地质条件和孔壁的黏结性能，钻孔采用干钻。各孔的地层、钻入状态、地下水等，在钻孔过程中都有详细的记录。遇到塌孔等不良钻进现象时应立即停钻，根据钻进记录和现场情况分析原因，采用灌水泥砂浆固化岩土层后重新扫孔钻进。锚索孔成孔结束经孔深核验后，使用高压空气自孔底至孔口将孔内岩粉全部清除出孔外。安装锚索前对孔深、斜度、孔内塌孔等现象进行再次检查确认，符合设计要求后再安装锚索。

　　5.2锚索的制作、安装与注浆

　　锚索锚筋制作时，应先进行除锈、除油污，对有死弯、机械损伤及锈坑处剔出。锚索在锚固段，每隔1.0m设置一个对中支架，使锚索居中，锚索锚固段内的钢绞线采用隔离架和扎丝分离、扎紧，保证隔离架与锚索垂直；锚索自由段需做防腐处理，每束钢绞线分别采用波纹管隔离保护，管内注满黄油，外用铁丝绑扎成一体，对张拉段裸露部分应做防腐处理。

　　锚索束放入钻孔后应及时灌注M30水泥砂浆，注浆采用孔底注浆法，中途不得停浆，注浆压力宜为0.6MPa～0.8MPa，砂浆灌注应饱满密实。第一次注浆完毕，水泥砂浆凝固收缩后，孔口应进行补浆，注浆材料宜选用水灰比0.45～0.5的纯水泥浆。

　　5.3主动防护网挂设

　　主动防护网施工前需先对坡面进行清坡处理，之后按设计位置进行挂网锚杆的放线工作，完成之后进行挂网锚杆钻孔，成孔后进行锚杆安设并注浆，最后进行GAR2型主动网挂设。首先安装纵横向支撑绳，张拉紧后两端各用4个绳卡与锚杆外露环套紧固连接，绳卡间距宜为钢丝绳直径的6倍～7倍；然后从上向下铺挂格栅网，两张格栅网间重叠宽度不宜小于5cm，格栅网之间以及格栅网与支撑绳间用φ1.5扎丝进行绑扎牢固；最后从上向下铺设钢丝绳网并缝合，缝合绳两端各用两个绳卡与网绳进行紧固连接。

　　5.4喷射混凝土

　　在喷射前对喷射坡面进行检查，清除坡面的浮石和其他杂物，用高压风清扫待喷坡面，预先埋设控制喷射混凝土厚度的标志；喷射混凝土作业分段、分片、分层进行，喷射顺序自下而上；分层喷射时，后一层混凝土应在前一层混凝土初凝后进行；喷射时喷嘴保持与岩面垂直，距受喷坡面1.5m～2.0m，采用螺旋往复式喷射，以保证混凝土喷射密实度。

　　6施工难点与采取的措施

　　本项目边坡下方紧邻矿山工业场地，日常矿山生产繁忙，施工作业面狭窄且与矿山生产存在交叉作业；边坡陡峭，坡面岩石裸露，存在大量松散碎石，易发生崩落、掉块现象，对其下部施工人员、机械设备、材料等安全威胁较大；支护段边坡高度40m左右，锚索施工须搭设脚手架，属危险性较大分项工程，对施工队伍的专业性和技术力量要求较高。为此采取了如下技术措施。

　　（1）在支护边坡坡脚采用“脚手架+彩钢板围挡”的方式将边坡支护作业区和矿山生产区进行隔离，保证边坡支护施工时不影响矿山正常生产。

　　（2）采用坡顶设置安全桩后系安全绳，人工自上而下进行坡面松散碎石清理，清理后及时挂设主动防护网，再进行后续施工。

　　（3）脚手架施工作业按规范编制专项施工方案，根据现场实际情况报审论证，作业人员持证上岗，技术人员现场指导施工，搭设完毕验收合格后方可使用，并定期开展脚手架专项检查。

　　（4）由于边坡作业的高危性和施工环境的不确定性，配备专业安全管理人员现场全程进行盯控，配备对讲机和望远镜，发现异常情况立即通知边坡施工作业人员停止作业并及时撤离。

　　7结论

　　本次工程采用预应力锚索+主动防护网+喷射混凝土面层+截排水工程支护的治理措施，对已发生局部滑坡的不稳定边坡进行了加固治理，工程实施过程中根据现场实际情况对方案进行了优化，项目竣工后达到了预期治理效果。通过该方案的实施，该边坡稳定性明显提高，该方案是安全有效的，可以作为类似高陡边坡治理的应用经验。