矿山地质灾害恢复治理的范例——济南盐池山恢复治理示范工程

盐池山位于济南市历下区姚佳镇姚佳村西南，主峰海拔188.67m，地理坐标:东经117 04 ' 15 " ~ 117 04 ' 29 "，北纬36° 39 ' 31 " ~ 36° 39 ' 40 "。砚池山呈东北-西南走向分布，长约650米，宽约430米，面积约0.28平方公里，工作区交通便利，南接窑头路与史静东路，北接解放东路，东至江水泉路，西至二环东路。

地质灾害的主要类型是铁矿采空塌陷形成的山体裂缝，一般呈线状分布在山体上，主要裂缝I #贯穿整个山体(照片9-1)。山体裂缝的形成是由于外力——矿山采空区塌陷。主要运动形式是垂直提升和水平拉伸。

照片9-1俯瞰盐池山(治疗前)

盐池山铁矿从1956开始，由建设铁矿100多人开采，后逐渐转向地下开采。1957 ~ 1960期间，其他单位参与露天开采，经过多次分包，开采方式和层位混乱，矿(孔)分布无规律。1996由于坑口开采，由于开采时剥离地表岩土，造成高陡边坡自由面。随着工作面的不断推进，自由面越来越大。进入巷道开采后，随着采空区的不断增大，区域应力场发生变化，岩体失去下部支撑，导致卸荷失稳变形，导致盐池山山体开裂，产生16条裂缝，其中主裂缝3条，编号为ⅰ #和ⅱ #。次生裂缝的走向、规模和空间分布受主裂缝控制。受切缝影响，山体局部坍塌。目前山北侧悬崖高度为16 ~ 85m。

1998年，I #山主裂缝最大垂直落差和最大宽度分别为1.00米，至2003年7月，最大落差和最大宽度分别为1.50米和2.10米。1996至2003年7月为山体裂缝发育期，裂缝无论是水平位移还是垂直位移都有较大变化(照片9-2、照片9-3)。

图9-2局部裂缝

图9-3裂纹覆盖区域

二、稳定性与危害

山体裂缝经历了孕育期、发展期和基本稳定期。从盐池山铁矿开采到1996铁矿闭坑，出现了山体裂缝的孕育期。在此期间，采空区上方岩体卸荷不稳定，沿山体原有节理裂隙逐渐形成山体裂缝。这一时期裂缝规模较小，体现在表面断续出现裂缝，水平和垂直距离基本不变。1996至2003年为山地裂缝发育期，在此期间逐渐形成地裂缝。在此期间，山体裂缝规模迅速发展，裂缝的长度、宽度和垂直落差迅速扩大。期末裂缝垂直落差达120cm，最大水平宽度达210cm。

盐池山位于济南东部人口密集区，周边有济南市城市建设管理局、济南警校、山东省最高人民检察院、中铁十四局等政府机关、企事业单位，有办公楼和宿舍区，还有当地的小学、幼儿园和居民区。经调查，盐池山周边受地质灾害威胁的民居16栋，民房561栋。

虽然目前盐池山地裂缝的活动性较弱，短时间内基本稳定，但要考虑到地裂缝的基本特征，即其发展是不可逆的，其稳定性只是相对的，满足诱发条件就会发生移动，而且发展迅速，短时间内会造成很大的破坏。考虑到盐池山山体裂缝发生发展的地质背景和地质环境条件，裂缝的发展和破坏可能引发许多次生地质灾害。如果地裂缝遇到诱发因素，引起实质性发展，就可能引发滑坡等次生地质灾害，多种灾害一起发生，后果不堪设想。

第三，综合治理

(一)治理目标原则

1.治理目标

通过合理的工程处理措施，消除1号主裂缝对游客的威胁，恢复盐池山山体地貌，美化盐池山山体不良视觉效果，提升盐池山整体形象。

2.治理原则

安全原则:首先要保证盐池山山体的整体稳定，不能在消除现有地质灾害的同时形成新的地质灾害；其次是施工安全。在施工过程中，应尽可能采取有利于或不影响山体稳定的施工措施，防止山体失稳或崩塌落石。施工人员的安全防护措施要落实到位，防止施工安全事故的发生。

环保原则:本治理工程必须保证工程完工后治理区与周围环境的和谐，与盐池山整体景观效果达到浑然一体的自然效果。在建设过程中，必须注意保护山体的现有地貌和地质环境。严禁就地取材，在山上乱挖乱挖，保护地貌景观。同时，要在工程竣工后清理现场，清理各种建筑材料、设备设施和建筑垃圾。

自然修复原则:治理工程完成后，要达到生态环境自然修复的效果，节约治理和维护费用。在植被育种过程中，选择生命力强的植物品种，依靠自然条件，能够独立生存，健康发展。

(2)施工规范和程序

1.规范和标准的基础

1)《建筑地基基础设计规范》(GB 50007—2002)；

2)《建筑地基处理技术规范》(jgj 79—2002)；

3)《建筑地基基础工程施工质量验收规范》(GB 50202—2002)；

4)《混凝土结构工程施工质量验收规范》(GB 50204—2002)；

5)《砌体工程质量验收规范》(GB 50203—2002)；

6)《建筑边坡工程技术规范》(GB 50330—2002)；

7)《建筑施工高处作业安全技术规范》(jgj 80—91)；

8)《建筑施工现场供用电安全规范》(GB 50194—93-93)；

9)《地质灾害防治条例》(2004年3月)；

《山东省地质环境保护条例》(2003年3月)。

2.地质基础

1)济南盐池山矿山地质环境治理规划方案(山东省地质环境监测站，2005年8月)；

2)济南盐池山矿山地质环境治理ⅰ#主裂缝治理工程施工方案(山东地矿集团有限公司，2007年7月)。

(3)治理工程方法和施工技术要点

根据山体裂缝发育特征和施工场地条件，本工程主要采用危岩体卸荷、地面裂缝回填、坡面截排水、园林绿化工程、工程维护等方法。其技术要求如下:

1.危险岩体卸载

工程开工前，根据现场踏勘确定裂缝施工区危岩块体，主要分布在裂缝两侧和裂缝内部。根据不同情况，分别采取相应的施工措施进行拆除或加固。对位于裂缝边缘和裂缝内部的危岩变形体进行锤击破碎和撬动，对裂缝周围站立或孤立的大块单体可移动岩石进行锤击破碎，并填入裂缝内，防止对游客的伤害，消除对游客的安全隐患。清除约50m3的危岩块。

2.斜坡拦截和排水

地裂缝西侧处于地表径流聚集区，强降雨过程中形成的地表径流沿坡面进入地裂缝，客观上降低了地裂缝的残余粘结强度，促进了地裂缝的发展。施工中，在主裂缝I #上方沿垂直于地表径流的方向修筑了简易挡墙，阻止了地表径流沿坡面流向地裂缝，改变了地表径流的流向，使地表径流顺脊流下，防止了恶劣天气条件下大量地表径流进入地裂缝，对其稳定性产生不利影响。挡土墙在施工中发挥了巨大作用，经历了“7·18”暴雨的洗礼。雨后发现地表径流并没有影响裂缝填充材料，真正改变了地表径流的方向，有效保护了裂缝填充材料。

3.地裂缝回填

为了保证施工效率，降低工程施工中的安全风险，地面裂缝的填筑以机械为主，人工辅助为辅。施工人员将各种原材料按设计要求混合后，用大型叉车将材料运送到运料设备的起点，再通过运料设备将材料送到山体裂缝的上部。物料将通过导料槽，在人工辅助下沿导料槽进入裂缝。填充材料会在自身重量的作用下掉入裂缝中，材料会受到材料自由下落的冲击而被压实。在第二个区域施工前，首先搭建斜坡上的运料设备和转运轨道，基本沿裂缝方向铺设，由运料设备将充填料运送到第一个区域的裂缝顶部进行转运，然后在第二个区域沿裂缝方向进行充填施工，材料通过导料槽直接进入裂缝。第三施工区裂缝段坡度较大，无法铺设轨道。采用加长导料槽的方法填补裂缝。填充材料顶面的高度应距裂缝下盘70厘米。施工过程中严格执行规范和设计要求，按规定进行操作，保证了工程建设的顺利进行。

4.混凝土工程

在地裂缝FG段，由于裂缝宽度和深度都比较大，为保证工程施工质量，施工前与监理单位协商确定，在裂缝底部和中部铺设钢筋网，并单独浇筑混凝土加固裂缝填充材料。

5.景观绿化工程

根据处理方案的要求，首先在填充料顶部覆盖20cm左右厚的红粘土盖板作为防水底板，用于防止地表水进入裂缝，对裂缝的稳定性产生不利影响；二是涵养表土，促进表土植物生长。粘土盖板顶部铺设50厘米厚的耕植土(外来土)作为绿化的土层。绿化美化工程多角度立体进行。首先，将高羊茅的种子播种在回填的栽培土表面，用于地面绿化。其次，在裂缝施工区域不规则间隔种植连翘、羊蹄甲等攀缘植物覆盖裂缝，对裂缝区域进行遮挡，对裂缝施工区域进行多层次、多角度的立体绿化，以期达到最佳的施工效果。

6.维护

工程施工期间和施工结束后，裂缝区域的植被和其他工程应有专人维护，及时用草帘覆盖和浇灌植被，保证植被的成活率。项目完成后及时确定专职维护人员，并与其签订项目维护目标合同，确保治理项目在项目完成后2年内能够得到有效维护。

(四)施工工艺和施工流程

1.施工工艺流程

本工程施工过程包括场地踏勘、工程施工准备、工程开工、危岩体卸荷、边坡排水、裂缝填筑、混凝土工程、园林绿化工程、维护和竣工清理(图9-7)。

2.施工过程

(1)现场勘测

组织技术人员和工程施工管理人员登上盐池山，对山体裂缝施工现场进行现场踏勘，核对各项工程资料，掌握工程实际情况，现场分析制定施工方案，确定主要施工管理人员。经过对现场情况的认真分析，根据裂缝不同区段的走向、坡度、裂缝规模等现场条件，确定对裂缝进行分区施工，降低了施工难度，提高了施工效率。AB和BC为第一施工区，第二施工区为CD、DE和EF，第三施工区为FG和GH。详见图9-8。

图9-7工程施工工艺流程图

图9-8施工区划图

(2)工程施工准备

根据现场踏勘和区划，组织本工程施工管理人员深入工程施工现场，调查分析现场环境和施工条件，研究确定工程施工措施，以及投入设备、机具、材料、工程材料的运输路线、堆放位置和转运路线等。，并对所用材料进行详细的对比研究。

场地清理:首先对材料存放场地进行清理和整修，确保场地满足施工要求，及时拓宽和整修材料转运路线，确保路线的安全畅通，确保建筑材料的及时安全运输；其次，积极与当地村委会和居民协商，取得他们的支持，在场地附近租用约50m2的房屋和临时水电；三是成立施工现场指挥部，及时指导解决施工过程中遇到的困难和问题。

材料运输设备的制造和安装:为了提高施工效率，考虑到施工场地位于山坡上，坡度大，高度高，运输困难，这是本次治理工程的重点。因此，本工程施工所需的材料、机械设备和废料采用“梯级轨道工程”(图9-4)的方式清除，该方式采用运输和人工辅助相结合的方式。具体做法是:工程材料堆放在盐池山西坡南侧，材料运输采用ZL-50叉车，运输路线沿原碎石路。在山体西坡中部，放置物资运输轨道的起点站，现场放置发电机、电力控制设备等电力设备。从这个起点开始，轨道基本上是沿着山脊铺设到山顶，轨道支架由建筑工程的管架搭建。铺轨过程严格按照建筑工程施工及相关规范进行，确保轨道安全、合格、平顺。

图9-4物料运输轨迹

图9-5材料转移

物料运输轨道分为两段，1段为进料轨道，第二段为转运轨道。建筑材料在山坡顶部转移，以便于第二和第三区域的建设。过境轨道距离山脚约80m，基本沿裂缝方向铺设，位于二施工区。

安全防护设施:在施工过程中，为防止落石、施工人员滑倒和材料运输设备机械打滑，在施工前方裂缝方向安装防护网，用建筑脚手架管搭设安全围栏，挂安全网，在材料运输路线下方安装防护栏和防护网，在轨道绞车侧面上方安装防滑装置，防止绞车滑下斜坡造成安全事故。工地周围放置了安全警示牌，建议盐池山周边居民登山，提醒登山者注意安全。组织人员沿裂缝底部搭设安全围栏和安全网，防止施工过程中填料脱落和施工人员坠落，确保工程施工安全。沿物料运输路线下部安装防护栏(网)，防止人员在物料运输过程中坠落。

项目施工准备工作完成后，立即向监理单位提交全部项目准备资料并将项目准备情况上报监理单位，监理单位现场检查后同意开工。

(3)施工流程

危岩体卸荷:根据现场勘察，现场施工技术人员圈定了裂缝及其周边的危岩块，并确定了处理方案。对裂缝内部的危岩体进行凿除，对裂缝两侧的危岩体进行破碎回填或加固，处理危岩体十余处，保证了下一步施工过程的安全，消除了对游客的潜在威胁。

坡面截排:地裂缝治理施工区位于盐池山西北坡，处于山体地表径流的汇聚区。施工期正值汛期，降雨可能造成坡面地表径流，对裂缝处理工程的施工和裂缝充填材料的稳定性构成潜在威胁。因此，在施工期间，现场施工人员沿裂缝上部走向修建了长约35m、高约30cm的挡水墙，以改变地表径流的流向，防止地表径流向地裂缝方向聚集，防止地表水流向裂缝，对工程施工和裂缝稳定性产生不利影响。裂缝施工完成后，将予以清除，恢复原地貌。

山体裂缝回填:根据处理方案的技术要求和施工方案的要求，对地面裂缝进行回填，回填材料为级配碎石。材料由绞车通过运输轨道运输(图9-5)，通过导料槽自由落入地裂缝中，材料靠自重被压实。

混凝土工程:是本工程施工的关键工序。其核心是保证裂缝的连接强度。本工程混凝土工程主要处于FG段裂缝施工过程中，该段裂缝宽度和深度较大，最大宽度约为2.10m，最大深度约为12.10m。为保证工程施工质量，消除主裂缝I #对游客的潜在威胁，经与监理单位协商，决定在裂缝底部和中部铺设两层钢筋混凝土，以加强裂缝填充材料的结构强度，并分别铺设两层混凝土？16@250×250钢筋网。混凝土层厚度为50cm，编号为C25。

施工时对裂缝底部进行初步填筑，填筑高度约为1.0m，填筑料顶面平整。准备工作完成后，测量裂缝的宽度和深度，根据测量结果确定钢筋笼的规格。经现场协商，决定将钢筋笼制作成等腰梯形，将加工好的钢筋笼放在裂缝内填充料的顶部，钢筋笼底部与材料顶面的距离约为10cm。钢筋笼主筋为7 ~ 9？18 @ 250 ~ 400，环形钢筋？8.5@250。钢筋笼放置稳定后，检查其距裂缝两侧的距离和距填充料顶面的距离，确保符合施工规范要求，钢筋保护层厚度符合施工要求。混凝土采用现浇C25混凝土。混凝土在山脚下搅拌均匀，通过运料轨道运至施工现场，沿导料槽进入裂缝。在浇筑过程中，使用振动棒进行振动压实。钢筋混凝土不小于60cm。详见混凝土工程施工剖面示意图(图9-9)。

图9-9混凝土工程施工剖面示意图

园林绿化工程:是本工程施工的关键工序。其核心是保证覆盖层与岩体的稳定结合，防止新的水土流失。施工的重点和关键是保证红粘土与裂缝两壁的紧密接触。采用的施工工艺为“缩略图床土固结工艺”，具体方法如下:

根据设计要求，在填缝料顶部铺设红粘土盖板，厚度20cm，选用山前残积土红粘土。严格按照技术要求进行施工，红粘土与裂缝两壁紧密接触，人工夯实。地裂缝控制区的绿化养护用粘土盖板上部铺设耕作土层。耕土层厚50cm，用耕土。施工时，人工夯实耕层。为了使压实措施不影响地裂缝的稳定性，使用16磅重的锤子进行压实(图9-6和9-7)。

图9-6耕植土填筑施工

图9-7人工捣固

为了最大限度地恢复盐池山的景观，工程技术人员经过多次讨论，确定了多角度、立体化的造景绿化方案:首先将高羊茅种子播种在耕作土壤表面，耐寒、抗旱，能在田间独立成活生长，地面进行绿化；其次，在裂缝处理区不定期种植紫荆花、连翘等植物，遮挡裂缝的垂直裂面，以达到最佳视觉效果。

为了保证地表回填土层不会随地表径流或大气降水流失，在断裂FG段的表层耕土中埋设钉床(照片9-8)以固定表层土层。该段裂缝坡度较大，裂缝宽度和深度均大于其他部位。为保证该段裂缝的施工质量，防止表土随地表径流流失，FG段埋设钉床，钉床宽50cm，长250cm，钉长约20cm。钉床固定地表植被的原理是地表植被的根系深入地下后与钉床相连，有效增加地表植被的地表附着，防止地表植被因坡度过大而整体滑动。

养护:施工过程中，分段施工，及时确定绿化工程的养护人员，对绿化区域进行养护。表面播草籽后，用草帘覆盖保护(图9-9)，并及时浇水养护。与现场维护人员签订协议，负责地裂缝施工区域在工程竣工后2年内的定期维护。

照片9-8甲床照片

图9-9地面绿化

竣工后的清理:工程竣工后及时对施工现场进行地毯式清理。一定要清理好各种施工机具和施工垃圾，及时清理现场并妥善处理，以便下班后清理场地。施工破坏的植被将及时恢复，以保护环境。

第四，治理效果

1)危岩体卸荷:根据现场调查，确定裂隙两侧危岩块的位置和规模，及时采取卸荷措施或采取加固措施。裂缝周边区域施工完成后，不存在对游客构成潜在威胁的危岩体。

2)截坡排水:截坡排水挡墙在施工过程中发挥了作用。7月18日的暴雨并没有对裂缝产生不利影响。裂缝中的绿色植被保存完好，挡墙有效阻挡了地表径流，阻止了大部分地表径流进入裂缝，破坏了裂缝和填充材料的稳定性。治理工程完成后，为最大限度地保护矿山地质环境，将其拆除。

3)裂缝回填:严格按照设计要求和施工方案要求进行施工。裂缝内充填物密实，沉降变形很小。经过7月18日暴雨的洗礼，没有发生沉降变形。同时，在FG段裂缝处增加了钢筋混凝土层，增强了裂缝填充材料的整体结构强度，保证了工程施工质量。

4)园林绿化:严格按照设计要求进行粘土盖板和耕土回填施工，红粘土与裂缝两侧紧密接触，能有效起到阻水作用。耕作土层采用成熟土壤，有利于绿色植被的种植和成活。施工中均采用人工夯实，厚度满足设计要求，施工质量良好。

绿化美化工程采用多角度、立体的方式，在地表种植耐寒、耐旱的高羊茅草种进行绿化，辅以连翘、紫荆花等攀缘植物，最大限度地还原盐池山的地质景观，保证其良好的视觉效果。

具体处理效果见处理后模拟效果图9-10。

图9-10西侧处理后模拟效果图