锚杆式混凝土挡土墙在露天煤矿边坡滑坡治理中的应用（专业文章）

1、. 垂直锚杆式钢筋砼挡土墙在深凹煤矿边坡滑坡治理中的研究和应用摘  要：垂直锚杆式钢筋砼挡土墙是一种复合型的支护结构，其支护原理是利用钢筋砼挡土墙进行抗倾覆与抗滑，利用垂直锚杆弥补抗滑的不足，并通过锚杆将坡体下滑力传递到稳定地层，从而达到利用滑体抗滑段的抗滑力、减少支挡结构的荷载、防护加固滑坡的工程目的。该支护加固结构综合考虑了“地应力最佳边坡角设计”的观念和方法，尽可能提高支护结构的边坡角，减少了剥离量，降低了成本，提高了生产效益；在深凹煤矿边坡滑坡治理中是一次全新的尝试，其变形机理有待进一步研究。本例的成功实施表明，垂直锚杆式钢筋砼挡土墙在深凹煤矿边坡支护与滑坡治理中具

2、有广阔的应用前景。    关键词：垂直锚杆；钢筋砼挡土墙；深凹煤矿；边坡；滑坡治理  工程背景与问题的提出    XX产业集团XX煤矿由原新建煤矿单独保留矿井经兼并重组整合后，开采方式由井工矿改为开采，开采深度由至标高。该煤矿为典型的深凹煤矿，最大的凹陷开采深度达左右，最终形成边坡的垂直高度达。    煤矿兼并重组整合前，由于当地村民私采滥挖，XX庙西南侧已形成深凹煤矿采场。在无设计、无规划、无许可证的情况下，私营业主为节约成本、增加效益，提高剥采比，不顾

3、生产安全，不断地加高加陡采场边坡，对采场已造成严重破坏，导致XX庙西南侧形成高陡边坡。滑坡发生前，边坡土体已出现裂缝，年月中旬连续天大雨，由于雨水冲刷浸泡，XX庙西南侧高边坡发生滑坡。    年月，兼并重组整合后的煤矿进入基建期矿建工程施工，为防止滑坡继续扩展、雨季形成泥石流，危及矿建工程施工交通运输安全及人身安全，消除煤矿生产期采场的安全生产隐患，保护XX庙，需对该滑坡体进行综合治理。  滑坡现场勘察与监测    为治理XX庙西南侧高边坡滑坡，年月，技术人员先后次进行了现场勘察，由XX集团和X

4、X煤炭科学研究院组成滑坡治理专家组，按重大危险源等级对该滑坡进行了工程地质勘察，以工程地质调绘、钻探和室内试验为主，并辅以工程测量（包括：地形图测量、断面测量及定点测量）、挖探等多种现场勘测手段进行工程勘察，对所取资料进行综合分析利用。工程测量采用尼康牌全站仪；钻孔采用一台型和一台型岩芯钻机，对土体部分完全采用干钻，取土用薄壁取土器；探井布置在滑坡周界，以便揭露滑带；室内对所取滑体和滑带土做了常规物理力学性质试验及抗剪强度试验。查清了滑坡的范围、性质和滑体结构，查明了滑坡的规模、分条、分块、分层、滑动面的空间形态和地下水的补排等地质条件，并布置滑坡位移监测网，现场设置观测点个，对滑坡动态进行监

5、测。  滑坡工程地质特征  滑坡形态    该滑坡为典型的高边坡失稳转化为牵引式顺层滑坡，在距XX庙、处分别形成条贯通式弧形张拉裂缝，裂缝最大宽度；滑坡后缘高程为 ，前缘高程为 ，高差约；滑体分为上、中、下三级，分别为抗滑段、主滑段和牵引段；滑坡前缘宽度约为，顺主滑方向长约，滑体最大厚度约为，体积约×，滑动面角度上陡下缓，为大型土质深层滑坡。  滑体岩土特征    滑体钻孔及探井柱状图揭示，组成滑坡体的岩土沿深度范围可以分为三

6、层，上层为淡黄土，以亚砂土，亚粘土为主，厚度，滑体前缘最薄处约，中间约，后缘最厚处约，垂直裂隙发育，岩性呈可塑硬塑状态，结构较松散，钻孔岩芯呈散块状，粉粒含量较高；中层为浅红色土，以红黄色亚粘土为主，厚度 ，硬塑状态，结构致密，钻孔岩芯呈柱状，夹有少量钙质结核；下层又为深黄色土，以亚粘土、肉红色粘土为主，厚度在之间，硬塑状态，结构致密，钻孔岩芯呈散块短柱状，夹薄层紫色泥岩。滑坡体下伏地层为泥岩、砂质泥岩、细砂岩、中砂岩、粗砂岩和含砾粗砂岩。    根据钻孔及探井所揭露的滑动面位置，可以推断出该滑坡的滑动面剖面形状为近似圆弧形，滑坡前缘大致与基岩

7、面紧密接触。  滑坡变形破坏与成因分析    根据野外调查和勘探，该滑坡是在深凹煤矿采场边坡形成后，发生连续暴雨，雨水沿土体表面垂直裂隙下渗而引发的。滑坡产生后，坡体表层出现了弧形的张拉裂缝。    从总体上来看，造成滑坡的成因主要有以下几点：    （1）坡体结构是形成滑坡的物质基础。上覆黄土，下伏伏泥岩砂岩是易滑坡地层，本边坡上部黄土易渗水，下部泥岩相对隔水，从而形成滑动带，使其具备了滑坡的物质条件。    （2

8、）连续暴雨是滑坡产生的直接诱因。由于滑体后部的未挖设截排水沟，致使雨水顺地表裂缝不断下渗，浸润滑面，使滑带强度进一步降低；同时降雨在滑体后部裂缝中形成较大的静水压力，进一步增加了滑体的不稳定性。    （3）高陡人工临空面，坡体失稳是诱发滑坡产生的主要原因。原因是煤层采剥后，深凹煤矿采掘场帮坡坡体发生卸荷作用，边坡岩体的内应力重新进行调整，在一定深度内形成卸荷带，卸荷带内边坡坡脚附近产生剪应力集中，造成坡脚岩体剪切破坏，形成滑移裂面；同时开挖后的采掘场帮坡改变了地下水的流向和水力梯度，增加了水的动力。由于地表降水、断层导水、陷落柱沟通含水层水及采空区积水

9、等引起边坡地层中的泥岩等软化，降低了主滑坡地段原有裂面的岩土强度，继而在重力作用下，主滑段沿软弱结构面蠕动，边坡后部形成张拉带，地面出现张拉裂缝，在渐进破坏变形过程中，最终使裂面首尾贯通，导致了坡体失稳变形。    （）采剥活动的人为影响加剧了滑坡的发生。边坡土体出现张拉裂缝发生坡体失稳变形后，必须立即停止开挖，甚至回填反压，否则，可能导致深部潜在滑动面下滑，出现更大的滑坡，加大治理难度。不幸的是，在利益的驱动下，采剥活动不但没有停止，由于继续开挖坡脚，切断岩层层面，岩层失去支撑，同时坡体向临空面卸荷进行应力调整，促使坡体向临空面变形松弛，加之采剥爆破震

10、动的影响降低了坡体的稳定性，造成土体结构松动，加剧了滑坡的发生。  滑坡稳定性评价  定性评价    现场调查表明，滑坡体所反应的宏观变形迹象已很明显，主要是由于以前高陡人工临空面爆破施工刷坡及连续暴雨而造成。坡体后缘裂缝不断扩展和下挫，前缘土体有被推出顺坡滑落的现象，均反应了该滑坡处于不稳定状态，对兼并重组整合后的煤矿进入基建期矿建工程施工造成直接威胁。  稳定性计算    根据滑坡推力计算公式和滑坡稳定性计算公式，考虑滑坡发生后的破坏性大小，计算滑坡推

11、力时安全系数取，计算得：最终滑坡推力；饱水状态下最终滑坡推力，滑坡稳定系数为，说明在连续降雨的条件下，可能失稳。  滑坡发展趋势预测    本滑坡为牵引式顺层滑坡，由滑坡稳定性评价可知，滑坡已处于滑动阶段，滑坡的发生发展速度较快。同时本滑坡区斜坡为顺倾的砂泥岩互层，又具有易形成滑坡后缘和侧界的控制性结构面等不良地质基础，因此在前部滑坡的滑动下，会逐渐向后及两侧牵引，若不及时治理，滑动的范围和规模将会越来越大，治理的难度也会随之加大，XX庙亦会发生沉降、坍塌。  滑坡治理方案  治理原则 

12、;   （）综合分析研究滑坡产生的影响因素及其边坡稳定性的相互关系，分清主次因素，确保兼并重组整合后的煤矿基建期及生产运行期采剥施工的边坡稳定，做到一次治理，不留后患。    （）治理方案技术可行、施工简便、安全可靠、经济合理。支挡工程尽可能利用滑体抗滑段的抗滑力，以减少支挡结构的荷载。    （）以刷方减重为基础，采用“支挡、护坡、治水、整坡反压”的综合治理措施，统筹兼顾、因害设防，因地制宜。    （）应急处理与彻底根治相结合，先应急处理，彻

13、底根治跟进，确保边坡安全稳定；在“无水、轻载”的前提下，遵循“工艺简单、快速高效、投资合理”的原则。  滑坡治理方案    由于滑坡体总体已滑移，滑坡土体的残余强度极低，土体松散，力学强度低，采用预应力锚索抗滑桩、预应力长锚索加固时，因锚索易受酸性水锈蚀和应力松弛及土体蠕变等不利因素影响，且工期长、工艺复杂、费用高、施工难度大，加固效果极差，故不宜采用；补强土体只是局部强度提高，而整体抗拉强度仍低，难以满足彻底根治的要求，不宜采用；采用钻孔灌注桩加固时，由于设备重、耗水量大，钻孔冲击震动荷载大，会加剧滑坡体的滑移，且工期长、投资大，也

14、不宜采用。    经过技术、经济及施工几方面的综合比较，结合应急处理与彻底根治的需要，决定采用垂直锚杆式钢筋砼挡土墙支护治理方案，具体见图1。  治理工程措施  应急处理工程措施    XX庙滑坡治理工程主要是针对已失稳的边坡进行，带有应急工程的性质。应急处理遵循“工艺简单、快速高效”的原则，以达到快速消除滑坡危险源、控制滑坡发展趋势的目的。应急工程以坡面刷方减载、滑坡体前缘回填反压为基础，同时夯填地表裂缝，完善地表截排水措施，并进行临时支挡与加固处理。  

15、;  （）刷方减载。由于滑坡体总体已滑移，为控制滑坡的范围和规模，快速消除滑坡危险源，采取放缓边坡与减重相结合的措施对滑坡体进行刷方减载。第一级边坡设计高度为，边坡坡率为：，滑坡体前缘堆置块石排水棱体反压码，以利于滑坡前缘剪出口排水；第二级边坡设计高度为，边坡坡率为：，卸荷平台宽度；第三级边坡设计高度为，边坡坡率为：，卸荷平台宽度；其余边坡设计高度均为，边坡坡率均为：，卸荷平台宽度均为。刷方卸载约×。    （）回填反压。为防止滑坡前缘土体被推出顺坡滑落，逐渐向后及两侧牵引，导致深部潜在滑动面下滑，出现更大的滑坡，在滑坡体前

16、缘堆置块石排水棱体反压码进行回填反压。    （）夯填地表裂缝。由于滑坡体上裂缝满布，为防止地表水沿裂缝渗入滑坡土体，导致滑坡体推力增大，滑床摩察系数减小，在施工之前用粘士对滑体上的裂缝进行夯填封闭处理。    （）临时支挡加固。为防止滑体后缘土体不发生崩塌，避免XX庙基础土体产生沉降、裂缝，保护XX庙，在距滑体后缘张拉裂缝处打设排抗滑松木桩，桩径，桩长，间距  ，深入滑床下部土体，将坡体下滑力传递到稳定地层中，从而达到支挡滑体、增加坡体抗滑力的目的。   

17、0;（）截排水。在边坡坡顶滑坡后缘以外，设矩形地面截水沟及急流槽，截排山坡上的汇水，将其引入到附近的自然冲沟中，防止渗入滑体。由于滑坡体两侧有道自然冲沟，呈“”宇形，冲切严重，不利于滑体的稳定，故对自然冲沟沟底用浆砌片石进行铺砌，提高自然冲沟的排水能力。  垂直锚杆式钢筋砼挡土墙支护    边坡在刷方减载后，坡体在降雨及地下水的作用下仍然变形滑动，如果过度刷方减载可能牵引上部坡体，切断坡脚岩层，使其稳定性降低。为彻底根治XX庙滑坡，在应急处理工程措施的基础上，尽可能利用滑体抗滑段的抗滑力，减少支挡结构的荷载，在滑坡体前缘坡脚采用垂直锚

18、杆式钢筋砼挡土墙支护进行治理。6.2.  垂直锚杆式钢筋砼挡土墙构造与支护原理    垂直锚杆式钢筋砼挡土墙是一种复合型的支护结构，其基本原理是利用钢筋砼挡土墙作为直接挡土结构，挡土墙基础附加设置垂直锚杆，锚杆深入基础下部岩体，将坡体下滑力传递到稳定地层中，从而达到支挡滑体、增加坡体抗滑力的目的。    通常情况下，钢筋砼挡土墙的抗倾覆能力、拉应力、压应力满足稳定要求，抗滑能力不足。其支护原理是利用钢筋砼挡土墙进行抗倾覆与抗滑，利用垂直锚杆弥补抗滑的不足，并通过锚杆将坡体下滑力传递到稳定地层，从而达到利用滑体抗滑段的抗滑力、减少支挡结构的荷载、防护加固滑坡的工程目的。6.2.  垂直锚杆式钢筋砼挡土墙结构的特点    通过工程实践证明，应用该技术进行滑坡支护加固具有以下特点：施工工艺简单，易操作；防治滑坡效果好。由于锚杆的加入，提高了墙体整体的抗弯刚度，也使墙底地基抗扭刚度得到提高；增加了墙体底部摩擦