格賓擋墻在濟(jì)寧地區(qū)采煤塌陷地治理中的首次應(yīng)用

張敏

(山東省魯南地質(zhì)工程勘察院，山東濟(jì)寧 272100)

0 引言

山東省濟(jì)寧地區(qū)礦產(chǎn)資源豐富，已發(fā)現(xiàn)和探明儲(chǔ)量的礦產(chǎn)有70多種，以煤為主，其次為石灰石、石膏、重晶石、稀土、磷礦、鐵礦石、銅、鉛等。濟(jì)寧市含煤面積4826 km2，占濟(jì)寧市總面積的45%，估計(jì)1500 m以上的儲(chǔ)量為178億噸，主要分布于兗州、曲阜、鄒城、微山等地。經(jīng)勘探預(yù)測(cè)，濟(jì)寧市煤儲(chǔ)量260億噸，占山東省的50%，為全國(guó)重點(diǎn)開發(fā)的八大煤炭基地之一。主要含煤地層都在10層以上，可采厚度約10 m，區(qū)內(nèi)分布眾多煤礦，多年來(lái)造成的塌陷點(diǎn)較多，點(diǎn)點(diǎn)相連，趨于向面發(fā)展的趨勢(shì)，形成眾多塌陷湖面。

本課題區(qū)屬兗州煤田范圍，自20世紀(jì)70年代初至90年代末無(wú)序大面積、高強(qiáng)度開采，致使大片土地塌陷積水，良田沃土被淹，土地資源占用破壞嚴(yán)重，環(huán)境污染加劇，礦山地質(zhì)環(huán)境遭受極大破壞，人民群眾生命財(cái)產(chǎn)遭受極大威脅。隨著城市規(guī)模擴(kuò)張和城市改造加劇，土地資源日益緊缺，需要經(jīng)過(guò)一定方法改造加以充分利用已成當(dāng)務(wù)之急。至今，塌陷區(qū)地面變形基本穩(wěn)定，為了提高土地價(jià)值、改善當(dāng)?shù)鼐用裆钯|(zhì)量，鄒城市太平采煤區(qū)申請(qǐng)了國(guó)家礦山地質(zhì)環(huán)境治理示范工程。該工程有兩個(gè)特點(diǎn)，一是本工程屬于國(guó)家礦山地質(zhì)環(huán)境治理示范工程，其次是本工程中的岸邊護(hù)岸工程在濟(jì)寧乃至山東采煤塌陷地治理中也是首次采用格賓擋墻方式進(jìn)行治理，其成功運(yùn)用將為濟(jì)寧地區(qū)眾多塌陷地治理起到示范作用。

本次課題主要針對(duì)區(qū)內(nèi)鄒城市太平采煤區(qū)礦山地質(zhì)環(huán)境治理中護(hù)岸工程采取格賓擋墻進(jìn)行闡述，由于工程環(huán)境處于岸邊、濕地，擋墻位置將處于被水半淹沒(méi)狀態(tài)。這就決定了地基難免出現(xiàn)沉陷，而格賓擋墻屬于典型的柔性防護(hù)結(jié)構(gòu)，可以適應(yīng)地基的不均勻沉降，既滿足了岸邊防護(hù)作用，又可彌補(bǔ)其他方式對(duì)地基變形的敏感性。同時(shí)，石質(zhì)格賓擋墻具有巖石特有的厚重感與濕地公園整體搭配效果良好。該案例為我院2013年實(shí)施操作的工程，希望該案例為今后遇到類似工程問(wèn)題的同仁提供參考。

1 工程概況

課題區(qū)位于鄒城市西側(cè)—太平鎮(zhèn)，處于新濟(jì)鄒路(濟(jì)寧市至鄒城市快速通道)與泗河交叉處，新濟(jì)鄒路路北，泗河?xùn)|側(cè)，屬兗州煤田范圍。塌陷治理區(qū)共兩處(相距約200 m)，一處塌陷面積1.111 km2，積水水面面積0.77 km2；另一處位于邢村東部，塌陷面積0.639 km2，積水水面面積0.43 km2。兩處位置相鄰，規(guī)劃將兩處塌陷坑挖通，并進(jìn)行人工濕地生態(tài)修復(fù)，改造成濕地公園，總治理面積3.12 km2。根據(jù)設(shè)計(jì)，沿新濟(jì)鄒路和兩處塌陷相鄰?fù)ǖ赖陌哆吂こ滩捎酶褓e擋墻護(hù)岸。整個(gè)治理區(qū)僅選擇這兩處位置采用有棱有角的格賓擋墻方式，主要原因是新濟(jì)鄒路是濟(jì)寧市至鄒城市重要的交通和旅游快速通道，加之塌陷邊緣緊靠道路，需要一定的道路防護(hù)距離，并且還要考慮岸邊綠化空間。如果采用岸邊自然放坡則需要一定的坡距空間，同時(shí)岸邊土壤會(huì)遭到水力長(zhǎng)期沖刷，需要不斷補(bǔ)充填土，對(duì)綠化和保護(hù)不利。而在兩處塌陷相鄰?fù)ǖ赖陌哆吂こ滩捎酶褓e擋墻護(hù)岸，可以防止水力長(zhǎng)期沖刷造成岸邊泥土長(zhǎng)期淤積對(duì)游船正常通行的影響，同時(shí)該通道上方設(shè)有小橋，通道兩岸設(shè)置石質(zhì)格賓擋墻，這樣此處有小橋、游船、石質(zhì)格賓擋墻，加之后期的綠化，則相得益彰，不失一景。更主要的是兩處所處位置的特殊性，不能按常規(guī)的岸邊土質(zhì)邊坡來(lái)治理，而采用石質(zhì)格賓擋墻來(lái)處理則有一種巖石特有的厚重之美，與濕地公園的整體規(guī)劃相輔相成。

2 設(shè)計(jì)要點(diǎn)

2.1 結(jié)構(gòu)形式

采用鍍高爾凡格賓擋墻，擋墻設(shè)計(jì)超高0.7 m，底部埋深≥1 m，格賓擋墻墻后需鋪設(shè)聚酯長(zhǎng)纖無(wú)紡布進(jìn)行反濾。擋墻及材料滿足了穩(wěn)定性、耐久性、安全性、經(jīng)濟(jì)性、維護(hù)便捷性和環(huán)境友好性的要求。格賓重力式擋墻的基本穩(wěn)定原理同漿砌石重力擋墻和混凝土重力擋墻相同，均是通過(guò)墻體自身重量來(lái)維持擋墻在土壓力下的穩(wěn)定，格賓重力式擋墻的外形為外臺(tái)階式。格賓構(gòu)建圖見(jiàn)圖1。

圖1 格賓構(gòu)建圖

2.2 格賓技術(shù)要求

(1)格賓是將低碳鋼絲編制成雙絞合六邊形金屬網(wǎng)格組合的工程構(gòu)件，在構(gòu)件中填石構(gòu)成主要用于支擋防護(hù)的結(jié)構(gòu)。格賓所用鋼絲采用鍍高爾凡(5%鋁鋅合金+稀土元素)防腐處理。

(2)鍍高爾凡層附著力檢驗(yàn)采用纏繞試驗(yàn)方法，并應(yīng)達(dá)到如下標(biāo)準(zhǔn)：當(dāng)鍍高爾凡鋼絲繞相當(dāng)于自身直徑2倍的芯軸緊密纏繞6圈時(shí)，用手指摩擦鋼絲，其鍍層不會(huì)剝落或開裂。

(3)網(wǎng)面裁剪后末端與端絲的聯(lián)接處是整個(gè)結(jié)構(gòu)的薄弱環(huán)節(jié)，為加強(qiáng)網(wǎng)面與端絲的連接強(qiáng)度，需采用專業(yè)的翻邊機(jī)將網(wǎng)面鋼絲纏繞在端絲上≥2.5圈，不能采用手工絞。

(4)綁扎鋼絲必須采用與網(wǎng)面鋼絲一樣材質(zhì)的鋼絲，為保證聯(lián)接強(qiáng)度需嚴(yán)格按照間隔10～15 cm單圈-雙圈交替絞合。

2.3 裝填石料要求

(1)填充物采用卵石、片石或塊石，格賓和賽克格賓填石粒徑以100～300 mm為宜，空隙率不超過(guò)30%，要求石料質(zhì)地堅(jiān)硬，強(qiáng)度等級(jí)MU30，密度不小于2.5 t/m3，抗風(fēng)化，遇水不易崩解和水解。

(2)薄片、條狀等形狀的石料不宜采用，風(fēng)化巖石、泥巖等亦不得用作充填石料。

(3)格賓靠面墻300 mm范圍采取干砌方式。

2.4 土工布要求

使用聚酯長(zhǎng)纖無(wú)紡布，標(biāo)稱斷裂強(qiáng)度10 kN/m，詳細(xì)指標(biāo)參照國(guó)標(biāo)GB/T 17639- 2008《長(zhǎng)絲紡粘針刺非織造土工布》。

3 施工要點(diǎn)

沿新濟(jì)鄒路段，此類擋墻分水上、水下兩個(gè)部分設(shè)計(jì)，水上為典型的格賓擋墻，水下采用格賓+賽克格賓擋墻，即使用賽克格賓墊拋投到設(shè)計(jì)枯水位線，然后再在上部建格賓擋墻。擋墻設(shè)計(jì)高于洪水位0.7 m，底部埋深≥1 m，詳見(jiàn)圖2和圖3。

圖2 格賓擋墻設(shè)計(jì)斷面圖

圖3 格賓+賽克格賓擋墻設(shè)計(jì)斷面圖

兩處塌陷區(qū)開挖連通處，擋墻設(shè)計(jì)超高0.7 m，底部埋深為≥1 m。

格賓具有較高的空隙率且整體性好，可以迅速降低結(jié)構(gòu)后填土內(nèi)由于降雨等原因?qū)е碌倪^(guò)高地下水位，消散孔隙水壓力，維持土體強(qiáng)度，降低發(fā)生滑坡、坍塌的危險(xiǎn)，且為柔性結(jié)構(gòu)能夠適應(yīng)基礎(chǔ)的不均勻沉降，施工便捷、整體美觀，同時(shí)具有良好的生態(tài)性。

施工中清基、組裝格賓、填沖石料、封蓋等各工序均應(yīng)嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)要求進(jìn)行作業(yè)。網(wǎng)箱組砌體平面位置必須符合設(shè)計(jì)圖紙要求；網(wǎng)箱層與層間砌體應(yīng)縱橫交錯(cuò)，水下聯(lián)接，嚴(yán)禁出現(xiàn)“通縫”；每層網(wǎng)箱體均應(yīng)放置“丁”字箱體；砌體外露面應(yīng)平整美觀。

4 工藝流程

工藝流程為：測(cè)量定位→修筑施工便道→擋墻清基→水下格賓墻→水上格賓墻→填充石料→封蓋。

4.1 測(cè)量

測(cè)量根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙放樣格賓擋墻軸線及內(nèi)外側(cè)邊線。格賓擋墻采用分段施工，每50 m設(shè)為一個(gè)施工段，具體施工根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況可作調(diào)整。擋墻位置確定后，在擋墻南側(cè)確定施工便道位置。

4.2 修筑施工便道

采用煤矸石，距離擋墻一定距離修筑便道(可按現(xiàn)場(chǎng)情況確定)，寬度3 m左右，從中間部位向東、西方向同時(shí)修筑，修筑過(guò)程中運(yùn)輸車輛反復(fù)碾壓，形成一個(gè)堅(jiān)實(shí)的“石頭墻”，對(duì)格賓擋墻起到很好的外圍防護(hù)作用。

4.3 擋墻清基

清基厚度約1 m(可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況確定)，用挖掘機(jī)直接挖槽清理淤泥等雜物，將淤泥雜物拋填至岸邊回填區(qū)。遇較差地基土質(zhì)時(shí)，應(yīng)做地基處理，如拋填碎石或煤矸石等。

4.4 水下格賓墻

清基完成后，按照設(shè)定標(biāo)高水下部分放置賽克格賓。

4.5 水上格賓墻

上道賽克格賓經(jīng)監(jiān)理驗(yàn)收后，按照設(shè)計(jì)鋪設(shè)格賓。

4.6 填充石料

必須同時(shí)均勻地向同層各箱格內(nèi)投料，嚴(yán)禁一次性投滿，填料過(guò)程中每層填料厚度控制在0.3 m，必須密實(shí)，空隙處宜用小碎石填塞。

4.7 網(wǎng)箱封蓋

封蓋必須在頂部石料砌筑平整的基礎(chǔ)上進(jìn)行，封蓋與網(wǎng)箱邊框相交，應(yīng)每隔100～150 mm單圈-雙圈交替絞合綁扎。

5 施工注意事項(xiàng)

(1)為了確保裝填量達(dá)到設(shè)計(jì)要求，賽克格賓在裝填過(guò)程中一定要架起，使網(wǎng)面全部拉撐，如果支架的高度或者強(qiáng)度不足，在初次裝填滿后，需采用起重設(shè)備將賽克格賓提起、拉撐，再進(jìn)行補(bǔ)充裝填。

(2)裝填后的封口要求緊密且符合間距要求，應(yīng)加強(qiáng)對(duì)該工序的檢查，防止在起吊過(guò)程中出現(xiàn)散開等現(xiàn)象。

(3)拋沉過(guò)程中要加強(qiáng)監(jiān)控，確保拋沉位置達(dá)到預(yù)期的目標(biāo)，如不符合要求，應(yīng)及時(shí)總結(jié)分析，提出下一步工作的改進(jìn)方案。

(4)土工布鋪時(shí)，在伸縮縫背面從上至下鋪設(shè)一層土工布條，寬0.6 m。土工布物理性能指標(biāo)應(yīng)符合有關(guān)規(guī)程，在外觀上不能有針眼、疵點(diǎn)和厚薄不一，不允許有裂口、空洞、裂紋和變質(zhì)現(xiàn)象；進(jìn)場(chǎng)的土工布條必須貼有標(biāo)簽，表明生產(chǎn)廠家、制造號(hào)、安裝號(hào)、類型、厚度及重量，附有專門裝卸和施工說(shuō)明書；土工布的搭接方式和搭接長(zhǎng)度要符合設(shè)計(jì)要求；土工布應(yīng)通過(guò)錨固槽與鋪設(shè)面緊密連接，錨固長(zhǎng)度應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求。在鋪設(shè)前，須清除鋪設(shè)面上樹根、雜草和尖石，保證鋪設(shè)層面平整，不允許出現(xiàn)凸凹不平現(xiàn)象，面層應(yīng)壓實(shí)，排除工作范圍內(nèi)所有積水，鋪設(shè)應(yīng)符合圖紙要求，并通過(guò)監(jiān)理驗(yàn)收。

6 效果評(píng)價(jià)

(1)格賓單元網(wǎng)格在工廠整體編織而成，到工地現(xiàn)場(chǎng)組裝成型，相互綁扎成整體，屬于典型的柔性防護(hù)結(jié)構(gòu)，可以適應(yīng)地基的不均勻沉降。賽克格賓通過(guò)網(wǎng)面的約束和使用較小的石料裝填，起到類似拋石并取代拋石的作用。

(2)格賓可按設(shè)計(jì)意圖，工廠化生產(chǎn)制作出半成品，施工現(xiàn)場(chǎng)按施工圖進(jìn)行組裝定型。整體工法操作簡(jiǎn)便、工序少、無(wú)需特殊的技術(shù)工人、受氣候干擾小，對(duì)石料的要求不高，整體施工效率高且效果易于保證。在有機(jī)械進(jìn)行配合時(shí)，更加能夠加快施工進(jìn)度。工人無(wú)需特別培訓(xùn)。此類結(jié)構(gòu)的施工效率很高(是傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的施工效率2到3倍)，可以大大減少施工周期。

(3)賽克格賓施工操作簡(jiǎn)單，將成品展開后，人工或者機(jī)械裝填石料(100～300 mm)，隨后閉合鎖口鋼絲進(jìn)行鎖口，即可進(jìn)行拋投。由于裝填的石料較小，因此相對(duì)較為簡(jiǎn)單且不易產(chǎn)生安全隱患。同時(shí)，小石料的采用擴(kuò)大了石料來(lái)源，可以有效就地取材，并且節(jié)約運(yùn)輸?shù)瘸杀?，降低工程造價(jià)。