谈谈矿坑生态修复强风化花岗岩垂直高边坡的开挖施工

谈谈矿坑生态修复强风化花岗岩垂直高边坡的开挖施工

作者姓名：张乐吉

作者单位：中国水利水电第五工程局有限公司  四川成都   610066

摘  要：矿坑强风化花岗岩；垂直高边坡开挖施工。

关键词：矿坑生态修复；强风化花岗岩垂直高边坡的开挖施工。

引言：对于矿坑形成垂直陡坡，为生态保护和环境安全，进行安全开挖施工提供经验。

1 工程概况

本工程为登封市环嵩山生态修复工程为EPC总承包项目，位于登封市西南，紧邻嵩山景区，主要建设内容为地表整形、景观绿化。地表整形矿坑综合治理分为9个治理区域，治理面积总计约为79万㎡，其中挖方约498.37万m³，填方约14.83万m³；矿坑综合治理后形成7个人工湖及4条景观道路 ；绿化工程地被组合面积24.3万m2，地被面积26.26万m2，乔灌木共32257株。本项目为矿坑修复，有多个部位经原先开挖为深坑或垂直高边坡。需对此根据设计进行开挖或回填。以下为本工程高边坡施工重点部位：

1#治理区7#坑塘四周，形成70-90度直立陡壁，高度5-25m，长度约300m，宽度100m。其中部分部位有坑积水，有些部分为回填坑塘，为淤泥区。此部分为开挖和部分回填区。

8#治理区坑塘四周，形成70-90度直立陡壁，高度25-40m，长度约200m，宽度约100m。其中部分部位有水塘积水，此部分为回填区。

9#治理区东北侧，形成70-90度直立陡壁，高度10-25m，长度约500m，宽度约60m。此部分为开挖区。

4#治理区4#坑塘，形成70-90度直立陡壁，高度25m，长度约150m，此部分为局部开挖区。

2 工程地质条件

治理区东部及采砂坑，完整的花岗岩体直接出露于地表或风化层较薄。

治理区西部及西南部，风化花岗岩层直接出露于地表，推测面积大，厚度较深，最深可达 40m，一般在 15～25m。

治理区北部，上覆坡积物、亚粘土地层，厚度一般 1～5m，花岗岩风化层厚度一般 10～15m。

矿坑本垂直边坡属西南部，已开挖多年，基本处于自稳临界状态，表面裸露，局部出现开裂。

3 施工技术准备

3.1 施工准备

（1）施工前，根据现场的实际情况，做好施工方案编写，然后进行室内技术交底，明确高边坡开挖的施工程序和方法；并组织施工技术人员和现场生产人员现场技术交底，明确安全技术指标及相应的施工方法；以保证技术施工安全。

（2）开挖生产设备证件齐备，操作人员有相应的安全操作证，进场后进行安全培训教育，培训后上岗施工。

3.2 高边坡安全计算

（1）垂直崖壁开挖安全分析计算：

根据抗剪强度，T=Ôtgθ+C，其强风化花岗容重γο=2300kg/m³，内摩擦角θ=30°，粘聚力C=35kpa，取高为1m，水平距离a，滑移面斜长为l=（a²+1）½，Ô为正应力，T为剪应力，Φ为安全坡角，sinΦ=1/（a²+1）½）,cosΦ=a/（a²+1）½）；

反铲重量为按：G=40t考虑,履带长4.2m，宽为0.6m，反铲产生剪应力:TG=40000/4.2*0.6*2=7936kg/m²。

按照垂直边坡，设高为1m,水平安全距离a，sinΦ=1/（a²+1）½）；根据抗剪平衡：TG+1/2*a*γο*g*sinΦ=1/2*a2*γο*g*（a²+1）½*tg30°+C（a²+1）½

经计算a=1.83m

即距崖壁的1.83m范围内为临界工作距离，考虑安全：反铲工作至崖壁为3-4m，安全系数为1.6-2.2之间，满足要求。

（2）边坡坡比安全分析：

根据自身抗剪强度，T=Ôtgθ+C；

根据抗剪平衡：1/2*a×γο*g*sinΦ=1/2*a*γο*g*cosΦ*tgθ+Cl

经计算a=0.58  ,即为Φ=60°， 即开挖边坡设计1:0.58以下；满足要求。

因此开挖过程中反铲工作至崖壁为3-4m，以上满足安全要求。施工时才做好相应的安全警示和标识并做好交底工作。

4 垂直高边坡土石方开挖

4.1垂直高边坡开挖程序

测量放线、定高程→修建施工道路→机械开挖→场地削坡修整→坡面验收。

测量放线、定高程：为保证测量精度，项目部对本项目采用GPS全球定位系统进行定位测量。修建施工道路：规划好施工道路，主干道规划7.0m宽，开挖施工支路4m，远离垂直边坡，道路坡比控制在8%以内，路面平整，排水通畅，并准备相应的湿法作业的设备，保证环保。

机械开挖：强风化花岗岩开挖采用1m³挖掘机开挖，20t自卸汽车运输至临时堆料场。

根据垂直高边坡特点：首先开挖遵循自垂直高边坡低处向高处先进行一层，即从安全性较强的一侧向高危的一侧推进。然后同步层层下降开挖，开挖高度按2～4m一层，保证其安全。

4.2垂直高边坡土石方开挖

1#治理区7#坑塘四周，形成70-90度直立陡壁，高度5-25m，长度约300m，宽度100m。边坡有不同程度的裂缝，其中坑塘部分部位有坑积水，有些部分为回填坑塘，为淤泥区。

开挖从西北角开始进行，并结合回填，从低处一段（西北角）向高处另一端（东南角）进行，距高边坡面3-4 m，局部采取从上往下开挖砂石料从回填基脚，以保证其开挖临时边坡稳定，推进开挖进行，禁止从中间开始开挖，防止中间失稳。开挖中在高边坡与开挖面间（即3-4m范围外）预留30-50cm左右虚渣或风化岩体，以防交通及开挖设备滑移安全，并设立警示标识牌。开挖采用轻型挖机。坑塘影响开挖施工，采取抽排措施；有些部分为回填坑塘，为淤泥区，采用大块石回填挤淤，保证其施工安全。

8#治理区坑塘四周，形成70-90度直立陡壁，高度25-40m，长度约200m，宽度约100m。其中部分部位有水塘积水，此部分为回填区。

回填区，有积水采取抽排措施，回填从北向南进行，采取静压措施，靠近高边坡5-6m范围，因安全原因，无结构要求，采用自重堆压，回填到位，禁止在无安全看守和施工措施下，在高边坡下通行过车，碾压等工作。

9#治理区东北侧、4#治理区4#坑塘基本以上述相同，采用勾挖方式将保留岩壁开挖到位。

经过上述方案，安全将垂直高边坡开挖至设计位置高程；无安全施工事故和质量环保事故，取得了良好效果。

5 资源配置

主要施工机械设备配置为6台 PC2201m³反铲挖掘、30台20t自卸汽车、4台SD22推土机、5台ZL50C装载机、4台18t振动压路机、4台洒水车、6台雾炮车、3台QS10-40-2潜水泵等。

6 主要保证措施

6.1 安全保证措施

1）施工现场管理人员和工人须佩戴分色或有区别的安全帽，现场保卫、质量、安全等检查人员须佩戴明显的袖章或标志，危险施施工分部域挂警示牌或警示红灯。

2）新入场的工人进行严格的两级安全教育。对应熟知的安全技术操作规程进行考核，不合格者不能上岗。特种作业工人经专业培训合格后持证上岗。

3）现场设2名专职安全员，配备兼职安全员以及专门的安全工人，以检查和维护安全设施的使用，监督安全规章制度的执行。

6.2 扬尘环保等措施

1）主体施工时要对工作面进行封闭，施工期间产生的垃圾集中堆放采用封闭车辆运输至处理厂。

2）对施工垃圾，严禁随意抛撒，并应及时清运，对施工道路上适量洒水，减少扬尘。

3）配备专职扬尘治理管理人员，施工期间对围挡、土石方施工等方面进行旁站、巡视并定期组织各作业队评比，实施奖惩。开挖施工采取湿法作业，保证开挖时不起扬尘。

4）在施工现场出入口设立醒目公示及监督牌，明确扬尘治理措施、负责人、主管部门信息及监督举报电话。

5）落实扬尘治理管理措施，检查防治情况，纠正施工过程中扬尘治理违章行为，对进场人员进行环境保护意识培训教育。

6）土方存放时及时采用防尘网覆盖、临时草籽绿化等措施抑尘，并定时洒水。

7 结束语

近年来，因矿山开采，遗留垂直高边坡，存在坍塌，裸露等生态安全问题，对于垂直高边坡开挖安全提出了相应的开挖技术施工措施，本工程采取从低处向高处过渡，即从低危向高危，层层下挖施工特点，打破了传统直接从高向低开挖，既保证安全施工，又保证施工质量，取得了良好效果。与本工程设计强风化岩石垂直高边坡开挖的类似工程可供参考。

参考文献：

《登封市环嵩山生态修复工程可行性研究报告》

《岩土力学》

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