加筋格賓式擋墻在高寒地區(qū)煤炭破碎站的應(yīng)用

張立華，朱宴南，趙健，于亞波

（國家電投蒙東能源集團(tuán)有限責(zé)任公司，內(nèi)蒙古通遼028011）

加筋格賓式擋墻在高寒地區(qū)煤炭破碎站的應(yīng)用

張立華，朱宴南，趙健，于亞波

（國家電投蒙東能源集團(tuán)有限責(zé)任公司，內(nèi)蒙古通遼028011）

以國家電投蒙東能源扎哈淖爾露天礦煤炭破碎站擋墻設(shè)計(jì)方案為例，介紹了加筋格賓擋墻原理及施工步驟，分析了加筋格賓擋墻的安全穩(wěn)定性和經(jīng)濟(jì)可行性，得出了加筋格賓擋墻在高寒地區(qū)煤炭破碎站應(yīng)用具有可行性的結(jié)論。

高寒地區(qū)；加筋格賓；破碎站；擋墻

0 引言

國家電投蒙東能源公司擁有5座千萬噸級以上露天煤礦，均分布在高寒地區(qū)。5座露天礦配置了10套采煤半連續(xù)系統(tǒng)（單斗-卡車-半固定破碎站-膠帶-地面生產(chǎn)系統(tǒng)）。隨著采煤重心的不斷發(fā)展、降深，為縮短汽車運(yùn)距、降低提升高度，采煤半連續(xù)系統(tǒng)的半固定破碎站需每5～7年進(jìn)行1次移設(shè)。目前，蒙東能源所屬露天礦采煤半連續(xù)系統(tǒng)破碎站擋墻均為扶壁式混凝土結(jié)構(gòu)，破碎站移設(shè)過程中，混凝土擋墻施工受氣候影響較大，導(dǎo)致破碎站移設(shè)工程工期較長。在破碎站移設(shè)后，扶壁式混凝土擋墻無使用價(jià)值，無法回收利用，形成工業(yè)建筑垃圾。

扎哈淖爾露天礦1#輸煤系統(tǒng)破碎站于2006年11月投入使用，年破碎能力為7.5 Mt。受采場南幫失穩(wěn)影響，該區(qū)域出現(xiàn)較大沉降，存在重大滑坡風(fēng)險(xiǎn)，1#輸煤系統(tǒng)破碎站位于此區(qū)域范圍內(nèi)，存在重大安全隱患。同時(shí)，隨著采場逐步推進(jìn)、降深，1#輸煤系統(tǒng)破碎站距采煤工作面的距離逐漸增大，加權(quán)運(yùn)距已達(dá)3.8 km，導(dǎo)致生產(chǎn)成本大幅增加。2016年，扎哈淖爾露天礦1#輸煤系統(tǒng)破碎站需進(jìn)行移設(shè)改造，為縮短工期，降低造價(jià)，保護(hù)環(huán)境，計(jì)劃應(yīng)用加筋格賓技術(shù)建設(shè)破碎站擋墻。

1 加筋格賓擋墻原理

土體具有一定的抗壓強(qiáng)度和抗剪強(qiáng)度，本身抗拉強(qiáng)度很低，但在土體中摻入或鋪設(shè)適量的拉筋材料后，就可以在不同程度上改善土體的強(qiáng)度與變形特性。將拉筋材料埋置在土體中，可以擴(kuò)散土體的應(yīng)力、增加土體模量、傳遞拉應(yīng)力和限制土體側(cè)向性。因此，在填土中加入抗拉材料，通過摩擦力將拉筋材料的抗拉強(qiáng)度與土體的抗壓強(qiáng)度有機(jī)的結(jié)合起來，增強(qiáng)土體的穩(wěn)定性，從而使土體的整體強(qiáng)度得到提高。加筋土擋墻是在土中加入拉筋，利用拉筋與土之間的摩擦作用，改善土體的變形條件和提高土體的工程特性，從而達(dá)到穩(wěn)定土體的目的[1-2]。加筋格賓擋墻由填料、在填料中布置的格柵以及格賓籠3部分組成。

2 加筋格賓擋墻設(shè)計(jì)方案

2.1 氣象、地震基本資料

扎哈淖爾露天礦位于內(nèi)蒙古自治區(qū)通遼市西北部，該地區(qū)為典型的寒冷、半干旱大陸性氣候，冬季漫長而寒冷，夏季短促而涼爽。據(jù)氣象資料記錄，該地區(qū)歷史極端最低氣溫-39.4℃，最長結(jié)冰日數(shù)273 d，最大凍土深度2.68 m，全年平均風(fēng)速4.5 m/s，極端最大風(fēng)速30 m/s，最大積雪深度150 mm。

根據(jù)GB50011—2010建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范及DBJ03-23—2006內(nèi)蒙古自治區(qū)工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，抗震設(shè)防烈度為Ⅵ度，設(shè)計(jì)基本地震加速度值為0.05 g[3]。根據(jù)GB50223—2008建筑工程抗震設(shè)防分類標(biāo)準(zhǔn)，確定本建設(shè)工程抗震設(shè)防類別為標(biāo)準(zhǔn)設(shè)防類，根據(jù)GB50011—2010建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范4.3.1條規(guī)定，可不進(jìn)行飽和土的液化評價(jià)。

2.2 破碎站位置選擇

考慮扎哈淖爾露天礦采場西部內(nèi)排發(fā)展和1#輸煤系統(tǒng)破碎站穩(wěn)定性，將破碎站布置在南四路西側(cè)坑下，將西部空間釋放，為后續(xù)西部采出四煤組實(shí)現(xiàn)內(nèi)排創(chuàng)造條件。同時(shí)，移設(shè)后上坑膠帶能夠得到南四路支撐，穩(wěn)定性較好。設(shè)計(jì)將1#輸煤系統(tǒng)破碎站由坑上原位置985水平移設(shè)到南四路西部坑下3B煤底板與4煤頂板之間，移設(shè)直線距離2.55 km，目前該位置采至3B煤底板。為保證1#輸煤系統(tǒng)破碎站移設(shè)后運(yùn)距及提升高度的經(jīng)濟(jì)合理，將3B煤底板在現(xiàn)有基礎(chǔ)上降深24 m，破碎站標(biāo)高坐落在836 m水平。破碎站移設(shè)后主要服務(wù)采場西側(cè)，可縮短卡車運(yùn)距2.9 km，降低提升高度138 m。

2.3 破碎站設(shè)計(jì)參數(shù)

擋土墻設(shè)計(jì)壽命25年，服務(wù)年限5～7年，破碎站一次破碎能力2 000 t/h，采用雙齒輥式破碎機(jī)。運(yùn)煤采用百噸級自卸卡車，煤破碎站平均卸車次數(shù)為23.1次/h?？紤]卡車在破碎站三角折返調(diào)車及卸車時(shí)間，為滿足系統(tǒng)生產(chǎn)能力的要求，破碎站設(shè)計(jì)3個(gè)卸車臺位。

2.4 擋墻設(shè)計(jì)方案

根據(jù)高寒地區(qū)露天礦煤炭生產(chǎn)工藝特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了加筋格賓預(yù)制樁擋墻方案，如圖1、圖2所示。

圖1 加筋格賓擋墻斷面圖

圖2 加筋格賓構(gòu)件部件圖

巖土勘察技術(shù)資料表明，該擋墻地基地層自上而下依次為素填土、粉細(xì)砂、粉質(zhì)黏土、黏土、殘積土、泥巖等。泥巖層可做天然基礎(chǔ)持力層，泥巖為灰色，較堅(jiān)硬，大部分巖芯較完整，局部破碎，并被泥質(zhì)充填，浸水軟化，局部夾灰綠色砂巖成分，承載力不小于450 kPa，無地下水，揭露厚度為7.70～9.80 m。格賓擋墻基礎(chǔ)承載力特征值不小于360 kPa，滿足承載力要求。格賓擋土墻基礎(chǔ)鋪設(shè)800 mm厚三七灰土，壓實(shí)度≥95%。

筋帶長度18 m，采用MacGrid WG15、Paralink M300，加筋土采用1：6碎石土回填，內(nèi)摩擦角≥35°，壓實(shí)度≥95%。擋墻側(cè)采用鍍鋅覆塑加筋格賓籠，填料為級配碎石，無風(fēng)化、質(zhì)地堅(jiān)硬，強(qiáng)度滿足規(guī)范要求，填石粒徑10～30 mm，密度不小于2.45 t/ m3，機(jī)械搗實(shí)，空隙率不超過20%。

卡車卸載平臺高度11 m，采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，厚0.8 m，混凝土強(qiáng)度C30。為承載扎哈淖爾露天礦百噸級卡車，每個(gè)平臺底部設(shè)置4個(gè)預(yù)制樁，樁底部伸入基巖3～4 m，以分散卡車的荷載，減少對擋墻的集中荷載。破碎站受料口車擋高度700 mm，并滿鋪20 mm鋼板，防止車輛撞擊損壞。

3 加筋格賓擋墻施工步驟

3.1 地基準(zhǔn)備

根據(jù)露天煤礦開采現(xiàn)狀，按照減少汽車運(yùn)輸，降低提升高度的原則，合理確定破碎站的位置。參考扎哈淖爾露天礦地質(zhì)勘察報(bào)告，將土方挖掘至滿足承載力要求的穩(wěn)定持力層上，基槽開挖后在基礎(chǔ)底面進(jìn)行普遍釬探，如土質(zhì)條件與勘察報(bào)告有較大出入或持力層的土質(zhì)與建議的持力層不符時(shí)，應(yīng)會同有關(guān)部門共同研究解決，并結(jié)合釬探成果妥善處理。

3.2 基礎(chǔ)施工

按照施工設(shè)計(jì)做好基礎(chǔ)測量和地基勘探工作，鋪設(shè)三七灰土，隨著時(shí)間緩慢增長，三七灰土層具有一定的水穩(wěn)性和不滲水性。石灰為熟石灰，土為黏性細(xì)粒土，拌合均勻，利用壓實(shí)機(jī)械分層碾壓和夯實(shí)，含水率一般控制在20%～23%，鋪設(shè)完成后進(jìn)行壓實(shí)系數(shù)檢測，滿足設(shè)計(jì)要求后進(jìn)行安裝格賓網(wǎng)。

3.3 格賓網(wǎng)安裝

將格賓網(wǎng)置于壓實(shí)的平整基礎(chǔ)面上展開，壓平多余的折痕。將前板和端板立起到一定位置,呈箱體形狀，相鄰網(wǎng)箱組的上下四角以雙股組合絲連接，并使用螺旋同定絲絞繞收緊聯(lián)結(jié)，所有的面板、端板均采用直徑更大的鋼絲連接。

3.4 填充結(jié)構(gòu)土

按照設(shè)計(jì)要求填充結(jié)構(gòu)土。扎哈淖爾礦區(qū)表層第四系為10 m左右的粉砂、細(xì)砂層。粉砂（稍濕飽和，松散稍密），細(xì)砂（稍濕飽和，稍密中密），主要成份以石英為主，可就地取材利用，去除表層雜草，按照設(shè)計(jì)要求混入一定比例的碎石，拌合均勻，進(jìn)行填充，并分層碾壓夯實(shí)。完成鋪設(shè)后，及時(shí)進(jìn)行壓實(shí)系數(shù)檢測，合格后方可進(jìn)行下一道工序施工[4-6]。

3.5 格賓網(wǎng)箱填充

面板和端板格賓網(wǎng)箱按設(shè)計(jì)要求放置在適當(dāng)?shù)奈恢?，沿邊把各個(gè)部分連接起來，形成連續(xù)統(tǒng)一的整體，填料為10～30 mm無雜質(zhì)風(fēng)化的級配碎石，按照設(shè)計(jì)要求搗實(shí)，碎石強(qiáng)度、密度滿足設(shè)計(jì)及規(guī)范要求，扎哈淖爾礦區(qū)屬于高寒氣候，碎石在遇水凍融、暴曬等惡劣環(huán)境下不易崩裂和水解，抗風(fēng)化。

3.6 卸載平臺

將預(yù)制樁按照設(shè)計(jì)要求就位，預(yù)制樁底部伸入地基下部持力層中不少于3 m，周圍采用碎石填充并搗固夯實(shí)，上部臨時(shí)支護(hù)，隨著格賓網(wǎng)的鋪設(shè)，支護(hù)拆除。格賓網(wǎng)安裝達(dá)到設(shè)計(jì)要求后，澆筑鋼筋混凝土卸載平臺及車擋。

3.7 土方回填

隨著格賓網(wǎng)安裝的進(jìn)度，及時(shí)對擋墻外側(cè)進(jìn)行土方回填，回填土可利用礦區(qū)的剝離土。選擇無大塊的松散土進(jìn)行回填，分層碾壓，直至滿足卸載卡車的運(yùn)輸要求。

4 加筋格賓擋墻安全性、經(jīng)濟(jì)性分析

4.1 安全性

為滿足百噸級自卸卡車卸載場地要求，格賓擋墻在卸載平臺下增設(shè)了預(yù)制鋼筋混凝土樁，填充物料為級配砂石，在筋帶強(qiáng)度、填充物料壓實(shí)系數(shù)滿足設(shè)計(jì)要求的條件下，通過計(jì)算機(jī)模擬數(shù)據(jù)演算，使用有限元軟件Midas/GTS完成數(shù)值模擬分析，進(jìn)行驗(yàn)證加筋格賓擋墻安全穩(wěn)定性。以平臺最大運(yùn)動(dòng)載荷1 200 （t6臺卸載車輛）為驗(yàn)證基礎(chǔ)，利用梁單元、接觸單元模擬土工格柵、預(yù)制樁，采用分步施工分析，每0.5 m分析1次[7-9]。

結(jié)合驗(yàn)證數(shù)據(jù)，通過Midas/GTS穩(wěn)定性分析，加筋格賓擋墻的安全系數(shù)達(dá)到了1.3以上，滿足相關(guān)規(guī)范要求，結(jié)構(gòu)安全。

4.2 經(jīng)濟(jì)性

加筋格賓擋墻可以利用碎石作為面墻，礦區(qū)剝離表層砂性土作為結(jié)構(gòu)土填充材料，降低擋土墻造價(jià)。根據(jù)定額計(jì)算估算，加筋格賓擋墻方案造價(jià)約為367萬元（包含挖方填方費(fèi)用），現(xiàn)場采剝工程中可能兼顧到挖方填方工程，實(shí)際造價(jià)將低于367萬元左右。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，扶壁式鋼筋混凝土擋墻實(shí)際造價(jià)為465萬左右（未包含挖方填方費(fèi)用）。加筋格賓擋墻造價(jià)比扶壁式混凝土擋墻造價(jià)低30%。

加筋格賓擋墻在完成5～7年服務(wù)期后，需要移設(shè)，通過保護(hù)性拆除，原材料格賓網(wǎng)、網(wǎng)箱面板、碎石利用率在75%以上，在二次移設(shè)時(shí)可降低造價(jià)。

4.3 時(shí)間性

目前礦區(qū)的輸煤系統(tǒng)生產(chǎn)任務(wù)緊張，破碎站移設(shè)對煤炭破碎外運(yùn)生產(chǎn)的影響較大。扎哈淖爾礦區(qū)無霜期為5—10月（5個(gè)月），扶壁式混凝土擋墻施工受氣候限制，且施工工藝復(fù)雜，工期為90 d。加筋格賓擋墻為干法施工，施工工藝簡單，礦區(qū)可以就地取材，無需大宗材料運(yùn)輸，除壓實(shí)機(jī)械外，施工時(shí)一般不需配備其它機(jī)械，工期為50 d。

5 結(jié)語

與扶壁式混凝土擋墻相比，加筋格賓式擋墻安全穩(wěn)定，滿足百噸級自卸卡車的卸載要求。造價(jià)低廉，可充分利用礦區(qū)剝離物，二次移設(shè)時(shí)不產(chǎn)生工業(yè)垃圾，材料重復(fù)利用率達(dá)75%以上。工期較短，施工受氣候影響小，在高寒地區(qū)具有推廣應(yīng)用價(jià)值。

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［9］黃向京，王維，許桂林.加筋格賓擋土墻材料耐久性研究［J］.公路工程，2010，35（6）：8-13.

【責(zé)任編輯：張東旭】

Application of reinforced gabion retaining wall in cold region crushing station

ZHANG Lihua,ZHU Yannan,ZHAO Jian,YU Yabo
(Mengdong Energy Group Co.,Ltd.,Tongliao 028011,China)

Taking the crushing station retaining wall design scheme for example,the article introduced the principle of reinforced gabion retaining wall and construction steps,analyzed the safety stability and economic feasibility of reinforced gabion retaining wall,obtained that the application of reinforced gabion retaining wall in cold areas coal crushing station is feasible.

high cold area；reinforced gabion；crushing station；retaining wall

TD422

B

1671－9816（2017）01－0023－04

10.13235/j.cnki.ltcm.2017.01.007

張立華，朱宴南，趙健，等.加筋格賓式擋墻在高寒地區(qū)煤炭破碎站的應(yīng)用［J］.露天采礦技術(shù)，2017，32（1）：23-25.

2016-08-03

張立華（1972—），男，內(nèi)蒙古通遼人，工程師，2012年畢業(yè)于遼寧工程技術(shù)大學(xué)土木工程專業(yè)，現(xiàn)在國家電投蒙東能源集團(tuán)有限責(zé)任公司煤炭部從事工程與設(shè)備管理工作。