易平

（中國瑞林工程技術(shù)股份有限公司，江西南昌 330038）

破碎站作為金屬礦山采選工程中承上啟下的連接點(diǎn)，在礦山工程中起到十分重要的作用。根據(jù)選礦規(guī)模的大小，卸礦平臺與粗碎車間之間的高差通常都在15～20 m之間，一般選址在地形高差較大、工程地質(zhì)較好以及距離出礦口較近的山坡上，盡量利用地形優(yōu)勢，減少建設(shè)投資[1]。但特殊情況下，場地地形無法滿足要求時，需要人為修建滿足卸礦要求的支擋結(jié)構(gòu)。本文以國外某銅鈷礦一期項(xiàng)目中粗碎破碎站擋墻方案為例，介紹該項(xiàng)目擋墻結(jié)構(gòu)方案的確定、設(shè)計(jì)計(jì)算及實(shí)踐結(jié)果。

1 工程地質(zhì)

擬建粗碎破碎站為剛果（金）SICOMINES銅鈷礦一期項(xiàng)目的子項(xiàng)目，粗碎破碎站建設(shè)場地位于高原微丘陵地帶，地面標(biāo)高介于+1 410～+1 415 m之間，無可利用的高差地形。破碎站平面布置見圖1。

圖1 破碎站平面布置（單位：m）

擬建場區(qū)地層簡單，鉆探深度范圍內(nèi)未揭露到斷層破碎帶，為構(gòu)造穩(wěn)定區(qū)。場區(qū)主要揭露地層自上而下可分為：

1）粉質(zhì)黏土，呈紅褐色，可塑—硬塑，無搖震反應(yīng)，稍有光澤，韌性及干強(qiáng)度中等，含少量角礫、圓礫等。該層層厚為0.30～5.80 m，層底埋深為0.30～5.80 m，層底高程為1 371.02～1 400.21 m。該層分布較連續(xù)。

2）全風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖,呈紫紅—黃褐色、灰黑色，偶見灰白色滑石化，原巖結(jié)構(gòu)基本被破壞，主要成分為泥質(zhì)礦物、長石、石英等，巖心多為土狀、碎屑狀或碎塊狀。少數(shù)鉆孔未揭穿該層。根據(jù)揭穿該層鉆孔地層，該層層厚為0.30～17.70 m，層底埋深為0.40～20.10 m，層底高程為1 361.12～1 395.96 m。該層分布連續(xù)。

3）強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖，呈灰黑色，偶見白色滑石化，粉砂質(zhì)結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，主要成分為泥質(zhì)礦物、長石、石英等，巖心呈碎塊狀—短柱狀，節(jié)理裂隙較發(fā)育。部分鉆孔未揭穿該層，根據(jù)揭穿該層鉆孔地層，該層層厚為0.70～15.20 m，層底埋深為1.20～25.60 m，層底高程為1 357.24～1 389.78 m，該層分布連續(xù)。

4）中風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖，呈灰黑色、灰色，粉砂質(zhì)結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，主要成分為泥質(zhì)礦物、長石、石英等，巖心呈柱狀、長柱狀，節(jié)理裂隙不發(fā)育，較硬。該層在部分鉆孔揭露，層頂埋深為1.20～25.60 m，層頂高程為1 359.17～1 389.78 m。

場地地層物理力學(xué)參數(shù)，見表1。

表1 場地地層物理力學(xué)參數(shù)

2 擋墻方案比選

1）方案一（加筋土擋墻支擋方案）。加筋土擋墻高度為10～20 m之間，基底采用碎石換填全風(fēng)化泥灰?guī)r，下臥層為強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖，要求修正后地基承載力要求≥480 kPa；土工格柵加筋帶網(wǎng)布置寬度為18～21 m，每300～400 mm層厚鋪設(shè)一層土工格柵加筋帶網(wǎng)；結(jié)構(gòu)填土采用現(xiàn)場碎石土，分層碾壓，壓實(shí)度不小于95%；面墻采用200 mm厚C30鋼筋砼面板，面墻坡率為1∶0。通過鋼筋連接面板和加筋土結(jié)構(gòu)體，二者之間設(shè)置300 mm厚碎石反濾層。

2）方案二（毛石混凝土擋墻支擋方案）。該方案要求基底位于中風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖，采用C20毛石混凝土結(jié)構(gòu)，單位體積中的塊石含量不得超過20%，擋土墻高10～20 m之間，頂寬約3 m，面坡坡率為1∶0。

3）方案三（扶壁式擋土墻支擋方案）。該方案要求基底位于中風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖，采用C35鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，高10～20 m之間，頂寬1.5 m，面坡坡率為1∶0，每3 m設(shè)置一道寬1 m的扶壁。

擋墻方案比較，見表2。經(jīng)過對比，從安全、技術(shù)、經(jīng)濟(jì)方面綜合考慮，最終推薦采用加筋土擋墻方案。

表2 擋墻方案比較

3 加筋土擋墻設(shè)計(jì)

加筋土擋墻是一種新型有效柔性擋土結(jié)構(gòu)，結(jié)合新技術(shù)和新材料的應(yīng)用，在工程實(shí)踐中取得了很好的經(jīng)濟(jì)效益，被廣泛應(yīng)用于工程建設(shè)。與傳統(tǒng)擋土墻相比，加筋土擋墻具有降低工程成本，施工簡便等特點(diǎn)[2]。

3.1 設(shè)計(jì)條件

擬建擋墻位于項(xiàng)目場地的西北部，場地地勢稍有坡度，總體呈北高南低趨勢，擋墻頂部通過卸礦道路與外界連接，含基礎(chǔ)最大高差為20.5 m。運(yùn)礦汽車載質(zhì)量為60 t，若需要滿足兩輛運(yùn)礦汽車同時卸料，擋土墻頂部均布載荷須接近100 kPa。另外，依據(jù)粗碎“半自磨+球磨+頑石破碎”要求，擋墻外立面必須為直立。

3.2 擋墻設(shè)計(jì)方案

1）基礎(chǔ)。根據(jù)工程地質(zhì)詳勘資料，場地存在層厚0.30～5.80 m的粉質(zhì)黏土與層厚0.30～17.70 m的全風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖，故要求將擋墻基礎(chǔ)下的粉質(zhì)黏土與全風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖全部清除，并開挖至強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖。采用1 800 mm厚碎（塊）石換填后作為基礎(chǔ)持力層，要求碎（塊）石質(zhì)地堅(jiān)硬，遇水不會崩解和水解，抗風(fēng)化性能強(qiáng)。不能采用薄片、條狀等形狀的石料，也不得采用風(fēng)化巖石、泥巖等作為換填碎石。換填碎石飽和單軸抗壓強(qiáng)度不小于30 MPa。上部采用200 mm厚C20鋼筋混凝土找平后作為加筋擋墻基礎(chǔ)。

2）面墻。擋墻墻體面板采用200 mm厚C35鋼筋混凝土，面板預(yù)埋鋼筋采用長4.4 m、直徑25 mm的鋼筋。填料回填時預(yù)埋鋼筋，露出墻面150 mm，與后澆面墻整體澆筑。墻體預(yù)埋筋要涂刷瀝青或鍍鋅后再采用瀝青玻纖布纏繞兩層防腐；墻后采用300 mm厚碎石反濾層，墻體每2 m×2 m預(yù)留一處Φ50泄水孔。墻后采用碎石土分層碾壓回填，分層厚為0.3～0.4 m。層間鋪滿一層高強(qiáng)度土工格柵，且縱向伸長率為5%時，土工格柵的抗拉強(qiáng)度不小于170 kN/m。填料土體要求采用砂性土或碎石土回填，粒徑＞60 mm的含量不得超過30%，最大粒徑不宜超過100 mm，內(nèi)摩擦角≥35°，壓實(shí)度≥95%。

3）墻頂平臺。墻頂平臺設(shè)置600 mm厚鋼筋混凝土汽車底板和1 400 mm高擋車器，在面板兩側(cè)設(shè)置安全防護(hù)欄，高度不小于1.2 m。

表3 170型單向土工格柵技術(shù)指標(biāo)

加筋土擋墻典型斷面見圖2。

圖2 加筋土擋墻典型斷面（單位：mm）

3.3 擋土墻整體穩(wěn)定性分析

根據(jù)場地地層物理力學(xué)參數(shù)、筋帶材料與結(jié)構(gòu)填土力學(xué)參數(shù)以及外部荷載，借助Slide V6.0巖土軟件，采用簡化Bishop法進(jìn)行整體穩(wěn)定性分析。Bishop法是圓弧形滑動面的普遍使用的穩(wěn)定性計(jì)算方法，且滿足所有條塊力的平衡條件，Bishop法計(jì)算簡圖見圖3。當(dāng)考慮地震和地下水作用時，Bishop法計(jì)算公式見式（1）、式（2）。

圖3 簡化Bishop法計(jì)算

圖3中各條塊間作用Xi是未知的，通過迭代可求出滿足每一條塊力平衡條件的安全系數(shù)Fi。精確的Bishop法計(jì)算比較復(fù)雜，為此，Bishop提出了假定Xi=0的簡化法。各種工程實(shí)踐研究表明，簡化Bishop法與精確計(jì)算方法的計(jì)算成果很接近，因此簡化Bishop法是計(jì)算圓弧型破壞最常用的方法，計(jì)算精度也較高。

擋土墻土壓力計(jì)算、基底滑移驗(yàn)算、傾覆穩(wěn)定性驗(yàn)算、基礎(chǔ)底面地基承載力驗(yàn)算以及整體穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)果與規(guī)范值對比見表4。上述系數(shù)均滿足《建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范》（GB 50330—2013）、《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50007—2011）[3-4]的要求，擋墻基底須坐落在換填后的強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖層上。

表4 擋墻計(jì)算結(jié)果與規(guī)范值對比

3.4 設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)

1）基礎(chǔ)底部必須開挖至強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖一定深度，后采用碎石換填至擋墻基礎(chǔ)底部設(shè)計(jì)標(biāo)高，通過深寬修正后的地基承載力不小于480 kPa。

圖4 加筋土擋墻整體穩(wěn)定性分析計(jì)算

2）填料就地選取，可采用砂性土、砂礫、碎（礫）石土等材料，嚴(yán)禁采用淤泥、腐殖土。距面板內(nèi)側(cè)1 m以外，填料壓實(shí)度要求≥95%；距面板內(nèi)側(cè)1 m以內(nèi)，填料壓實(shí)度要求≥90%。

3）卸填料時，機(jī)具與面板距離不應(yīng)小于1.5 m，機(jī)具不得在未覆蓋填料的筋材上行駛，并不得擾動下層筋材?？捎萌斯備佖浕驒C(jī)械攤鋪，攤鋪厚度均勻一致，表面平整，并設(shè)不小于3%的橫坡。機(jī)械攤鋪時，攤鋪機(jī)械距面板不應(yīng)小于1.5 m，運(yùn)行方向與筋材垂直，不得在未覆蓋填料的筋材上行駛或停車。距面板1.5 m范圍內(nèi)，應(yīng)用人工攤鋪。

4）加筋擋墻與結(jié)構(gòu)填土層之間應(yīng)設(shè)置水平排水層，及時將雨水排出墻體，減少水的側(cè)壓力，排水層可采用300 mm厚碎石反濾層，袋裝碎石錯縫堆碼。

5）墻頂設(shè)置一層鋼筋混凝土面板，防止電動輪汽車荷載引起頂部土工格柵集中受力后變形。墻頂邊緣必須有擋車器，保證電動輪汽車可以安全卸礦。

4 結(jié)論

加筋土式擋墻較其他形式擋墻，在金屬礦山破碎站高大擋墻中具有安全性高、造價較低、施工速度快，能就地取材等優(yōu)勢。通過分析計(jì)算，基底抗滑移安全系數(shù)、整體抗傾覆安全系數(shù)、基礎(chǔ)底面地基承載力以及整體穩(wěn)定性安全系數(shù)均滿足現(xiàn)行規(guī)范要求。剛果（金）SICOMINES銅鈷礦一期項(xiàng)目破碎站高擋墻采用了該種加筋土擋墻結(jié)構(gòu)，自2014年建成投產(chǎn)以來，一直能穩(wěn)定運(yùn)行，達(dá)到了最初的設(shè)計(jì)預(yù)期。