§ 5. Комбинированные способы укрепления откосов

В сложных инженерно-геологических условиях укрепление усту­пов одним из перечисленных способов зачастую не приводит к же­лаемым результатам. Поэтому на практике обычно применяются

Рис. 11.15. Схема комбинированного укрепления откосов: 1 — железобетонные сваи; 2 — анкеры; 3 — зона цементации; 4 — подвесная железобетонная стенка

комбинации различных способов укрепления: железобетонные сваи со штангами или тросовыми тяжами, механические способы с цементацией трещиноватых пород или с изоляцией поверхности

откоса.

В практике открытых горных работ применяются следующие

комбинации способов укрепления:

железобетонные сваи со штангами или тросовыми тяжами (рис. 11.15,с); железобетонные сваи или штанги с цементацией пород (рис. 11.15,6); железобетонные сваи (рис. 11.15, в) или штанги (рис. 11.15, г) с изоляцией поверхности откоса; железо­бетонные сваи со штангами и изоляцией поверхности откоса (рис. 11.15,(3).

Возможны и другие сочетания различных способов укрепления.

55

§ 6. Инженерно геологические условия применения различных способов укрепления уступов

Уступы скальных и полускальных пород с подрезанными поверхностями ослабления, контак­тами слоистости, сланцеватости, трещинами и другими наруше­ниями, падающими согласно с простиранием борта. Заоткоска уступов под углами, большими угла падения слоев пород и других поверхностей ослабления, приводит к подрезке контактов, которые являются потенциальными поверхностями скольжения. С течением времени связи между частицами пород в зоне контакта ослабевают и сцепление практически стремится к нулю. Так как только силами трения уступ удержаться в равновесии не может, особенно при увлажнении контактов, развиваются деформации, оползни и обру­шения уступов. Предотвратить такие деформации возможно, свое­временно приняв меры по их укреплению. Наиболее приемлемыми для рассматриваемых условий будут механические способы укреп­ления: железобетонные сваи и штанги, гибкие тросовые тяжи. Иногда укрепление сочетается с цементацией пород.

При полной подрезке контактов слоев пород в пределах высоты уступа неустойчивой является вся толща выше поверхности ВС (рис. 11.16, а). Уступ укрепляется железобетонными сваями боль­шого диаметра трубчатого сечения, которые «прошивают» все под­резанные слои пород. ^ч3амки свай закрепляются ниже поверх­ности ВС, а верхние концы заанкериваются в устойчивом массиве. Пологие откосы в верхней части укрепляются железобетонными сваями, а в нижней — штангами (рис. 11.16, б).

При частичной подрезке контактов расчетом определяется воз­можность разрушения пород вкрест слоистости в основании откоса и сдвига по контакту ВС (рис. 11.16, в). Если расчеты подтверж­дают такую возможность, то за потенциальную поверхность сколь­жения принимается поверхность BDC, а укрепление нижней части откоса производится тросовыми тяжами.

В зависимости от физико-механических свойств горных пород в контактных зонах, коэффициент запаса устойчивости уступов после заоткоски может быть больше или меньше 1. Если м>1, то работы по укреплению уступов могут производиться после их за­откоски. Если же п<\, т. е. подрезка контактов недопустима, вначале производится укрепление уступа железобетонными сваями, а затем его заоткоска (рис. 11.16, г). Укрепление сваями обеспечит достаточную устойчивость уступа на время, необходимое для за­вершения укрепительных работ, которые могут производиться только с откоса уступа (укрепление анкерами, покрытие поверх­ности откоса и пр.).

Уступы скальных пород, подсеченные трещинами или тектони­ческими нарушениями, укрепляются в зависимости от угла паде­ния поверхности ослабления сваями или анкерной крепью. При

56

углах падения нарушений Р<50° применяются сваи (или шпоны), а при р>50° — анкерная крепь.

Уступы скальных и полускальных пород, ос­лабленные системами трещин или отдельными трещинами, ориентированными диагонально на­правлению простирания борта. В трещиноватых поро­дах выделяют несколько систем трещин, ориентированных под не-

Рис. 11.16. Схемы укрепления слоистых откосов с подрезан­ными контактами слоев пород:

/ — железобетонные сваи; 2 — анкер; 3 — анкерная тяга; 4 — отрезная

щель

которым острым углом к направлению простирания борта. Влияние их на устойчивость уступов различно. Поэтому выделяются основ­ные, наиболее опасные системы трещин. По этим трещинам и со­пряженным с ними системам трещин возможны обрушения пород с образованием «желобов». Деформации развиваются постепенно и сопровождаются вначале небольшими осыпями. Процесс акти­визируется в результате сейсмического действия взрывов. Нараста­ние деформаций во времени приводит к обрушениям больших массивов пород. Такие обрушения наблюдались на карьерах «Объединенный» н «Миллионный» Донского рудоуправления, на Кургашннканском, Сибайском и др.

В зависимости от назначения берм выбирается способ их укреп­ления. Обычно применяется комплексное укрепление: транспортные бермы- укрепляются сваями и штангами с одновременной цемен­тацией ослабленной зоны (рис. 11.17). В качестве цементационных используются скважины, пробуренные для установки свай. Штанги устанавливаются в плоскости, нормальной к простиранию поверх­ности трещин.

57

Уступы п е с ч а н о-г л и н и с т ы х пород. Устойчивость от­косов песчано-глинистых пород обеспечивается в первую очередь гидрогеологическими условиями месторождения. При притоках подземных вод возникают фильтрационные оползни, происходит размыв поверхности откосов и их выполаживание. Фильтрацион­ные деформации откосов можно предупредить устройством пригру-зочных призм (см. рис. 11.11).

Если вода не просачивается на поверхность откоса, а песчано-глинистые породы имеют высокую влажность, в этом случае разви­ваются оползни откосов. Они могут быть предотвращены следую­щим образом:

Рис. 11.19. Схема стабилизации откоса с помощью аг­ромелиоративных мероприятий:

/ — растения с развитой корневой системой; 2 — дренажная ка­навка; 3— спланированная площадка

упрочнением пород взрывами камуфлетных зарядов с последую­щим заполнением образовавшейся полости бетоном [9];

электрохимическим упрочнением пород постоянным электриче­ским полем [58].

Одним из эффективных способов борьбы с ветровой эрозией и размывом поверхности откосов сточными водами является при­менение комплекса агромелиоративных мероприятий: засев тра­вами и кустарником с развитой корневой системой поверхности от­косов; обеспечение организованного сбора и отвода поверхностных стоков; соответствующая планировка поверхности берм и террито­рии, примыкающей к карьеру, проходка нагорных и дренажных канав и пр. (рис. 11.19).

Укрепление уступов многолетне мерзлых по­род. При разработке месторождений полезных ископаемых откры­тым способом в условиях вечной мерзлоты возникает проблема изоляции многолетнемерзлых пород для предотвращения их сезон­ного оттаивания в теплый период года.

В обычных температурных условиях основное назначение мето­дов укрепления — стабилизация неустойчивых участков бортов, тогда как в условиях вечной мерзлоты преследуется цель изоля-

ции массива от воздействия положительных температур в теплый период года. Вечномерзлые породы различного состава и свойств, сцементированные трещинным льдом, в обнажениях подобны моно­литным скальным породам. Под воздействием положительных тем­ператур происходит сезонное оттаивание пород на определенную глубину, что и обуславливает образование осыпей и обрушений. Для сохранения устойчивости откосов необходимо либо предотвра­тить проникновение тепла в глубь массива, либо удержать оттаяв­ший слой пород на поверхности откоса и тем самым локализовать процесс оттаивания. В по-

-- _х—. — следнем случае теплоизоля-тором служит оттаявший по­родный слой.

Рис. 11.20. Схемы укрепления откосов в

условиях многолетней мерзлоты: / — пенополистирол; 2— железобетонные плит­ки; 3 — сборная защитная железобетонная стенка; 4 — анкеры; 5 — слой пород, подвер­женный сезонному оттаиванию

Наиболее простым счи­тается метод теплоизоляции материалами с малым объ­емным весом и низким ко­эффициентом теплопровод­ности, например пенополи-стиролом ПСБ (пенополи-стирол суспензионный бес­прессовый). Этот материал имеет плотность 30 кг/.м³, коэффициент теплопровод­ности 0,035—0,040 и водопо-глощение около 2% от объ­ема. Но существенным пре-

пятствием к его применению является пока высокая стоимость-Конструкция покрытия с использованием пенополистирола приве­дена на рис. П-20, а.

Механическое укрепление поверхности откосов и берм в усло­виях многолетней мерзлоты имеет свои особенности. Если в обыч­ных условиях легкие покрытия служат в -качестве изоляторов и почти не несут нагрузок, то в условиях вечной мерзлоты они должны рассчитываться на давление слоя пород, мощностью рав­ного глубине сезонного оттаивания. Эта глубина составляет 1,5—2 м.

Наиболее приемлемым для условий вечной мерзлоты является способ укрепления уступов сборными железобетонными защитными стенками в сочетании со штанговой крепью (рис. 11.20, б). Такая стенка не может исключить оттаивания пород за ней, по она спо­собна оказать необходимое сопротивление давлению оттаявшего слоя пород.

61

На карьере «Объединенный» таким способом укреплены транс­портные бермы на двух горизонтах общей протяженностью около 350 м.

Улавливающие бермы, не несущие постоянных нагрузок, доста­точно укреплять штангами в сочетании с покрытием поверхности откосов подвесными железобетонными стенками.

Рис. 11.17. Схема комплексного укрепления откоса, подсеченного кососекущими поверхностями ослабления:

(5 — угол падения поверхности ослабления

Если породы не склонны к выветриванию, то для предотвра­щения осыпей, вызываемых сейсмическим действием взрывов и локальных обрушений, поверхность откоса между штангами затя­гивается металлической сеткой с антикоррозийным покрытием.

Уступы скальных и по л у скальных пород, за-откошенные по наслоению или согласнопадаю-щим трещинам. В уступах, заоткошенных по наслоению, деформации проявляются в виде отслаивания отдельных блоков пород, разбитых трещинами, нормальными к поверхности слоев. Откосы укрепляются штангами или сваями. Штанги применяются для укрепления крутых (а^=60°) откосов (рис. 11.18, а). Пологие откосы укрепляются комбинированно: железобетонными сваями в верхней части уступа и штангами или тяжами в нижней части (рис. 11.18, б).

Уступы, сложенные интенсивно выветриваю­щимися скальными и полускальными породами. Уступы скальных и полускальных пород, не нарушенных поверх­ностями ослабления, но склонных к интенсивному выветриванию после их обнажения, образуют осыпи, которые приводят к сработке берм. Поверхность откосов таких уступов укрепляется подвесными

58

стенками (см. рис. 11.15, г). Отдельные неустойчивые блоки пород укрепляются штангами, которые одновременно служат для под­вески металлической сетки.

Уступы в делювиальных отложениях. Естествен­ ные склоны, примыкающие к бортам карьеров, а также долины древних рек, пересекающие карьерное поле, являются причинами возникновения делю-

виальных оползней.

В основании делювия залегают либо скальные и полускальные породы, либо плотные глины и суглинки.

Рис. 11.18. Схемы укрепления уступов, откошенных по наслоению

При твердых породах в основании оползня ус­тупы укрепляются мас­сивными железобетон­ными подпорными стена­ми (см. рис. II.8, а) или

МИ (СМ. рис. 11.о, и/ гши

контрфорсами (см. рис. 11.10, а, б), которые сооружаются не­посредственно на скальном или полускальном основании.

Подпорные стены возводятся на всю высоту уступа только в тех случаях, когда породы сильно увлажнены, в связи с чем оползень обладает большой подвижностью. Чаще такой необходимости не возникает и высота стены составляет ⁴/г или */з высоты уступа.

Контрфорсы обычно отсыпаются на всю высоту уступа. Осо­бенно это необходимо в тех случаях, когда отсыпка ведется взамен вынутых рыхлых пород. В противном случае обрушение подрабо­танных откосов рыхлых пород над контрфорсом приведет к посте­пенному его заиливанию и потере фильтрующей способности.

Если в основании контрфорса расположены недостаточно проч­ные породы, сдвиг может произойти по более глубоко расположен­ным поверхностям скольжения. Для предотвращения этой опас­ности подпорные стены и контрфорсы сооружаются на свайных фундаментах (см. рис. 11.8,6 и 11.10, в).

Уступы полускальных пород со слабыми про­слоями в основании. Если в основании уступов, сложен­ных относительно крепкими горными породами, залегает слабый слой даже небольшой мощности, это может привести к образова­нию оползней. В зависимости от мощности слабого слоя укрепле­ние производят:

железобетонными сваями и шпонами при мощности слабого прослоя 0,5 м и более;

разрушением взрывом контактов, включающих слабый слой, с перемешиванием пород и в некоторых случаях с цементацией в раздробленной зоне при мощности слабого слоя менее 0,5 м (см. рис. 11.14).

59