新型綠色加筋格賓擋墻在湖南裕新多金屬礦床技術(shù)改造工程中的應(yīng)用實(shí)例分析

謝 飛,許福丁,唐文波

(1.長(zhǎng)沙有色冶金設(shè)計(jì)研究院有限公司，湖南 長(zhǎng)沙 410011；2.馬克菲爾(長(zhǎng)沙)新型支檔科技開發(fā)有限公司，湖南 長(zhǎng)沙 410000)

我國(guó)有色金屬資源分布地域廣泛，湖南作為有色金屬之鄉(xiāng)、各種類型的礦山眾多，一般由采礦場(chǎng)、采礦工業(yè)場(chǎng)地、選礦工業(yè)場(chǎng)地等場(chǎng)地組成，有色金屬礦山選礦廠的豎向設(shè)計(jì)受地形、工藝要求等因素影響,一般都采用臺(tái)階式布置，在碎礦系統(tǒng)，藥劑制備車間等處出現(xiàn)12m以上高擋土墻的情況較為常見。一般情況下這些擋土墻墻頂荷載由于廠房、堆存礦石等原因荷載較一般民用建筑場(chǎng)地大，而且受工藝條件限制無(wú)法取消或采用放坡方法解決,傳統(tǒng)的重力式擋土墻[1](漿砌石或鋼筋混凝土)在解決支擋問(wèn)題的同時(shí)并不能較好的解決擋土墻基底壓應(yīng)力偏大，施工進(jìn)度慢、工程造價(jià)較高及環(huán)境美化等問(wèn)題。

1 項(xiàng)目背景

湖南裕新多金屬礦床技術(shù)改造工程為大型多金屬礦山，該工程選礦工業(yè)場(chǎng)地選址在一處呈東西走向山坡，場(chǎng)地內(nèi)擋土墻總長(zhǎng)度約900多m。

受選礦工藝藥劑自流進(jìn)入浮選廠房及藥劑自流坡度的要求，藥劑制備車間與選礦主廠房之間出現(xiàn)最大高度15m、長(zhǎng)124m填方邊坡需要修建支擋結(jié)構(gòu)防護(hù)，該墻頂為選礦廠藥劑制備車間，墻趾緊靠場(chǎng)區(qū)繞場(chǎng)道路。

詳細(xì)場(chǎng)地平面布置及擋土墻位置見圖1所示擋土墻平面位置示意圖。

2 工程地質(zhì)

場(chǎng)地整體南高北低，山體自然坡度約40°～50°，巖土層結(jié)構(gòu)自上而下可分為礫質(zhì)粉土0.5～2.5m，平均約1.5m)、強(qiáng)風(fēng)化花崗巖(厚度6.50～38.20m，平均21.03m，力學(xué)強(qiáng)度較高，地基承載力特征值260kPa，可做持力層)和中風(fēng)化花崗巖。

3 方案優(yōu)選

針對(duì)15m高度高大填方擋土墻的處理，查詢圖集[2]后對(duì)兩種傳統(tǒng)處理方案與新型綠色加筋格賓方案進(jìn)行了優(yōu)化比選：

方案一：漿砌片石衡重式擋土墻底寬6.8m，頂寬0.5m，面坡1∶0.05，衡重臺(tái)寬3m，斷面每延米漿砌片石方量為68m3，基底最大承載力420kPa，方案實(shí)施需做基底地基處理。

方案二：扶壁式鋼筋混凝土擋墻墻趾板寬8.85m，厚1m，墻面板厚0.85m，扶壁厚1.2m，斷面每延米混凝土體積26.83m3，鋼筋用量3524kg。

方案三：新型綠色加筋格賓擋墻(圖2)底寬10m，高度15.08m，面墻坡度65°，分上下臺(tái)階布置，臺(tái)階寬度2m，分別采用機(jī)遍六邊形雙絞合2.7mm直徑金屬網(wǎng)面筋帶(極限抗拉強(qiáng)度51kN/m)與經(jīng)編高強(qiáng)土工格柵筋帶(短期極限抗拉強(qiáng)度150kN/m)作為加筋材料。需使用0.58m高度綠色加筋格賓材料1532套，經(jīng)編高強(qiáng)土工格柵9120m2。

最終，擋土墻工程在結(jié)合墻址處的實(shí)際地質(zhì)情況、場(chǎng)區(qū)布置要求、現(xiàn)場(chǎng)填料來(lái)源、場(chǎng)區(qū)生態(tài)視覺要求以及當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)條件等因素后，采用新型綠色加筋格賓方案很好的解決了工程在安全性、經(jīng)濟(jì)性、施工便捷性、生態(tài)性的諸多問(wèn)題。

4 綠色加筋格賓擋土墻

4.1 基本介紹

綠色加筋格賓擋墻是由綠色加筋格賓單元(Green Terramesh)組成的一種廣泛用于加筋土領(lǐng)域具有良好的環(huán)境親和性的結(jié)構(gòu)[3]。單元是由機(jī)器編織的六邊形雙絞合鋼絲網(wǎng)面、焊接金屬網(wǎng)、金屬三角支架、金屬支撐桿、可降解生物墊構(gòu)成，基本規(guī)格為：GTM L×2×0.58/0.76ZnP,即長(zhǎng)Lm，寬2m，厚0.58/0.76m，面墻傾斜65°，鋼絲經(jīng)鍍層+覆塑防腐處理。詳細(xì)樣式見圖3。

圖1 擋土墻平面位置示意圖

圖2 綠色加筋格賓擋墻斷面圖

圖3 綠色加筋格賓示意圖

將單元體分層用結(jié)構(gòu)填料填筑、分層壓實(shí)后，可使綠色加筋格賓網(wǎng)面與壓實(shí)填料共同作用組成受拉體系承受土壓力作用，即綠色加筋格賓擋墻。

4.2 優(yōu)勢(shì)總結(jié)

本工程設(shè)計(jì)中，綠色加筋格賓擋土墻展現(xiàn)出了安全性高、造價(jià)低廉、施工簡(jiǎn)便、生態(tài)效果好的突出優(yōu)勢(shì)。

4.2.1 安全性高

作為一種柔性且整體性能優(yōu)異的支擋結(jié)構(gòu)，綠色加筋格賓在許多國(guó)家(如美國(guó)、馬來(lái)西亞、意大利、克羅地亞、泰國(guó)、葡萄牙等)都有眾多的成功應(yīng)用，結(jié)構(gòu)安全性方面是值得肯定的。本工程中，依據(jù)現(xiàn)行規(guī)范[4-5]、相關(guān)研究成果[6-7]、國(guó)外相關(guān)規(guī)范[8-9]，對(duì)結(jié)構(gòu)本身進(jìn)行了計(jì)算。

對(duì)于筋材強(qiáng)度，參照《土工合成材料工程應(yīng)用手冊(cè)》[10]進(jìn)行了符合永久性工程要求的折減。

式中：T為筋材極限抗拉強(qiáng)度；Rf為折減系數(shù)；Rf為折減系數(shù)取值對(duì)于經(jīng)編高強(qiáng)土工格柵而言，主要考慮施工損傷折減系數(shù)、蠕變折減系數(shù)、生物化學(xué)影響折減系數(shù)；對(duì)于機(jī)編六邊形雙絞合鋼絲網(wǎng)面筋材而言，主要考慮制造工藝誤差以及大量數(shù)據(jù)推演的折減系數(shù)、施工損傷折減系數(shù)、環(huán)境影響折減系數(shù)(考慮老化，生物降解，腐蝕等因素)。

最終雙絞合鋼絲網(wǎng)面筋材長(zhǎng)期抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值為36.0kN/m，高強(qiáng)土工格柵長(zhǎng)期抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值為80.6kN/m。同時(shí)為保證金屬筋材的耐久性要求，采用鍍高爾凡(5%鋁鋅合金+稀土元素)防腐并覆塑鋼絲筋材(圖4)，防腐使用年限在國(guó)際鉛鋅組織(International Lead ZincresearchOrganization Inc.)認(rèn)證下完全滿足工程需要。

對(duì)于擋墻自身的內(nèi)、外部穩(wěn)定性安全的驗(yàn)算(圖5、圖6)，通過(guò)加筋土專用軟件MACSTAR W計(jì)算。

圖4 鍍高爾凡防腐并覆塑鋼絲示意圖

圖5 擋墻抗滑移、抗傾覆、地基承載力驗(yàn)算結(jié)果

圖6 擋墻整體穩(wěn)定性驗(yàn)算結(jié)果

計(jì)算所得擋墻抗滑移穩(wěn)定系數(shù)為3.165；抗傾覆穩(wěn)定系數(shù)5.917；地基承載力不低于239.2kPa；擋墻整體穩(wěn)定系數(shù)1.432；上述系數(shù)完全現(xiàn)行規(guī)范[4-5]的要求，擋墻基底僅需坐落在強(qiáng)風(fēng)化花崗巖層上，無(wú)需再進(jìn)行地基處理。

4.2.2 造價(jià)低廉

綠色加筋格賓擋墻使用的主要工程材料為墻體的結(jié)構(gòu)填土，只要符合工程設(shè)計(jì)要求，完全可以現(xiàn)場(chǎng)取材，有效利用當(dāng)?shù)刈陨碣Y源。依據(jù)以往工程經(jīng)驗(yàn)而言，擋墻高度越高，工程造價(jià)成本節(jié)約越大。本工程中15m高擋墻的三種方案優(yōu)選過(guò)程中，進(jìn)行了詳細(xì)的工程造價(jià)對(duì)比，結(jié)果見表1。

表1 工程造價(jià)比較表

由表1可知，該工程中的綠色加筋格賓擋墻的方案建造成本相對(duì)于漿砌石擋墻節(jié)約22%(還未考慮地基處理費(fèi)用)，對(duì)比鋼筋混凝土擋墻造價(jià)節(jié)約48%。

4.2.3 施工簡(jiǎn)便

綠色加筋格賓擋土墻的組件(面板、筋材等)均為工廠預(yù)制結(jié)構(gòu)，現(xiàn)場(chǎng)施工時(shí)僅需展開、拼裝、安裝即可，同時(shí)面板后的填土作業(yè)與一般性填土壓實(shí)并無(wú)太大區(qū)別；施工機(jī)械除一般的壓實(shí)機(jī)械外，無(wú)需配備其它機(jī)械；施工人員無(wú)專業(yè)技能要求，僅需進(jìn)行簡(jiǎn)單現(xiàn)場(chǎng)演示操作即可掌握施工要領(lǐng)。因此施工流程簡(jiǎn)單、人員技能要求低、施工費(fèi)用低、效率高，可大幅縮短工期和節(jié)省勞力。本工程施工單位在掌握了施工要領(lǐng)后達(dá)到了完成80套/d的施工速度，擋墻實(shí)際施工周期僅為40天；值得一提的是擋墻在填筑完成后立即投入了使用，有效壓縮了整個(gè)場(chǎng)地的施工工期，間接也節(jié)約了工程投資。

4.2.4 生態(tài)效果好

綠色加筋格賓所采用的主料是直接從周邊自然界中直接取得的，天然填筑材料使得擋墻的整體景觀效果可與周圍環(huán)境融為一體，實(shí)現(xiàn)了工程與環(huán)境的完美融合。同時(shí)擋墻面墻還可以自然覆綠或人工噴播植草綠化，使它不僅是一座穩(wěn)固的支擋結(jié)構(gòu)，更是場(chǎng)區(qū)內(nèi)一道綠色風(fēng)景線。良好的生態(tài)效果不但不會(huì)破壞擋墻的結(jié)構(gòu)，綠色植物的根系反而使擋墻面層更加穩(wěn)固，結(jié)構(gòu)更加安全。

5 結(jié)語(yǔ)

本文通過(guò)綠色加筋格賓擋墻在湖南裕新多金屬礦床技術(shù)改造工程中的成功應(yīng)用，發(fā)現(xiàn)并總結(jié)了擋墻在安全性、經(jīng)濟(jì)性、施工便捷性、生態(tài)性方面的特點(diǎn)。這種結(jié)構(gòu)形式與綠色礦區(qū)、生態(tài)礦區(qū)建設(shè)目標(biāo)完美的契合在了一起，以實(shí)際工程踐行了“工程與環(huán)境的完美結(jié)合”的優(yōu)秀設(shè)計(jì)理念。擋墻修建完畢后的安全性能、生態(tài)景觀效果、工程造價(jià)控制方面的優(yōu)良表現(xiàn)令各方均非常滿意，充分說(shuō)明了新型綠色加筋格賓技術(shù)值得在此類礦山工程中推廣與應(yīng)用。

[1] 交通部第二公路勘察設(shè)計(jì)院編.公路設(shè)計(jì)手冊(cè)(路基)[M].第2版.北京:人民交通出版社,1996.

[2] 中國(guó)建筑標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)研究院組織編制.國(guó)家建筑標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)圖集04J008擋土墻[S].北京:中國(guó)建筑標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)研究院出版社，2006.

[3] 美國(guó)國(guó)家材料標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會(huì).Standard Specification for Double-twisted Hexagonal Mesh Gabions and Revet Mattresses (Metallic-Coated Steel Wire or Metallic-Coated Steel Wire With PVC Coating) [D].USA,2003.

[4] 中華人民共和國(guó)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn).JTG D30—2004公路路基設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京:人民交通出版社,2004.

[5] 中華人民共和國(guó)交通部.(JTJ/T 019—98)公路土工合成材料應(yīng)用技術(shù)規(guī)范[S].北京:人民交通出版社，1999.

[6] 楊果林,彭立,黃向京.加筋土結(jié)構(gòu)分析理論與工程應(yīng)用新技術(shù)[M].第1版.北京:中國(guó)鐵道出版社,2007.

[7] 蔣鑫,凌建明,邱延峻.加筋土路基穩(wěn)定性分析[J].重慶交通大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版,2007,26(5):80-83.

[8] 黃向京,王維,劉澤.雙絞合鋼絲網(wǎng)加筋格賓擋土墻設(shè)計(jì)方法研究[J].公路工程,2009,34(2):10-15.

[9] J.Michael Duncan,Stephen G.Wright.Soil Strength and Slope Stability[S].USA New Jersey:JOHN WILEY & SONS,INC,2005.

[10] Geotechnical Engineering Office Civil Engineering Department of the Hong Kong.Guide to reinforced fill structure and slope design，Hong Kong：The Government of the Hong Kong Special Administrative Region,2002.