加筋格宾式挡墙在高寒地区煤炭破碎站的应用

张立华，朱宴南，赵健，于亚波

（国家电投蒙东能源集团有限责任公司，内蒙古通辽028011）

加筋格宾式挡墙在高寒地区煤炭破碎站的应用

张立华，朱宴南，赵健，于亚波

（国家电投蒙东能源集团有限责任公司，内蒙古通辽028011）

以国家电投蒙东能源扎哈淖尔露天矿煤炭破碎站挡墙设计方案为例，介绍了加筋格宾挡墙原理及施工步骤，分析了加筋格宾挡墙的安全稳定性和经济可行性，得出了加筋格宾挡墙在高寒地区煤炭破碎站应用具有可行性的结论。

高寒地区；加筋格宾；破碎站；挡墙

0 引言

国家电投蒙东能源公司拥有5座千万吨级以上露天煤矿，均分布在高寒地区。5座露天矿配置了10套采煤半连续系统（单斗-卡车-半固定破碎站-胶带-地面生产系统）。随着采煤重心的不断发展、降深，为缩短汽车运距、降低提升高度，采煤半连续系统的半固定破碎站需每5～7年进行1次移设。目前，蒙东能源所属露天矿采煤半连续系统破碎站挡墙均为扶壁式混凝土结构，破碎站移设过程中，混凝土挡墙施工受气候影响较大，导致破碎站移设工程工期较长。在破碎站移设后，扶壁式混凝土挡墙无使用价值，无法回收利用，形成工业建筑垃圾。

扎哈淖尔露天矿1#输煤系统破碎站于2006年11月投入使用，年破碎能力为7.5 Mt。受采场南帮失稳影响，该区域出现较大沉降，存在重大滑坡风险，1#输煤系统破碎站位于此区域范围内，存在重大安全隐患。同时，随着采场逐步推进、降深，1#输煤系统破碎站距采煤工作面的距离逐渐增大，加权运距已达3.8 km，导致生产成本大幅增加。2016年，扎哈淖尔露天矿1#输煤系统破碎站需进行移设改造，为缩短工期，降低造价，保护环境，计划应用加筋格宾技术建设破碎站挡墙。

1 加筋格宾挡墙原理

土体具有一定的抗压强度和抗剪强度，本身抗拉强度很低，但在土体中掺入或铺设适量的拉筋材料后，就可以在不同程度上改善土体的强度与变形特性。将拉筋材料埋置在土体中，可以扩散土体的应力、增加土体模量、传递拉应力和限制土体侧向性。因此，在填土中加入抗拉材料，通过摩擦力将拉筋材料的抗拉强度与土体的抗压强度有机的结合起来，增强土体的稳定性，从而使土体的整体强度得到提高。加筋土挡墙是在土中加入拉筋，利用拉筋与土之间的摩擦作用，改善土体的变形条件和提高土体的工程特性，从而达到稳定土体的目的[1-2]。加筋格宾挡墙由填料、在填料中布置的格栅以及格宾笼3部分组成。

2 加筋格宾挡墙设计方案

2.1 气象、地震基本资料

扎哈淖尔露天矿位于内蒙古自治区通辽市西北部，该地区为典型的寒冷、半干旱大陆性气候，冬季漫长而寒冷，夏季短促而凉爽。据气象资料记录，该地区历史极端最低气温-39.4℃，最长结冰日数273 d，最大冻土深度2.68 m，全年平均风速4.5 m/s，极端最大风速30 m/s，最大积雪深度150 mm。

根据GB50011—2010建筑抗震设计规范及DBJ03-23—2006内蒙古自治区工程建设标准的规定，抗震设防烈度为Ⅵ度，设计基本地震加速度值为0.05 g[3]。根据GB50223—2008建筑工程抗震设防分类标准，确定本建设工程抗震设防类别为标准设防类，根据GB50011—2010建筑抗震设计规范4.3.1条规定，可不进行饱和土的液化评价。

2.2 破碎站位置选择

考虑扎哈淖尔露天矿采场西部内排发展和1#输煤系统破碎站稳定性，将破碎站布置在南四路西侧坑下，将西部空间释放，为后续西部采出四煤组实现内排创造条件。同时，移设后上坑胶带能够得到南四路支撑，稳定性较好。设计将1#输煤系统破碎站由坑上原位置985水平移设到南四路西部坑下3B煤底板与4煤顶板之间，移设直线距离2.55 km，目前该位置采至3B煤底板。为保证1#输煤系统破碎站移设后运距及提升高度的经济合理，将3B煤底板在现有基础上降深24 m，破碎站标高坐落在836 m水平。破碎站移设后主要服务采场西侧，可缩短卡车运距2.9 km，降低提升高度138 m。

2.3 破碎站设计参数

挡土墙设计寿命25年，服务年限5～7年，破碎站一次破碎能力2 000 t/h，采用双齿辊式破碎机。运煤采用百吨级自卸卡车，煤破碎站平均卸车次数为23.1次/h。考虑卡车在破碎站三角折返调车及卸车时间，为满足系统生产能力的要求，破碎站设计3个卸车台位。

2.4 挡墙设计方案

根据高寒地区露天矿煤炭生产工艺特点，设计了加筋格宾预制桩挡墙方案，如图1、图2所示。

图1 加筋格宾挡墙断面图

图2 加筋格宾构件部件图

岩土勘察技术资料表明，该挡墙地基地层自上而下依次为素填土、粉细砂、粉质黏土、黏土、残积土、泥岩等。泥岩层可做天然基础持力层，泥岩为灰色，较坚硬，大部分岩芯较完整，局部破碎，并被泥质充填，浸水软化，局部夹灰绿色砂岩成分，承载力不小于450 kPa，无地下水，揭露厚度为7.70～9.80 m。格宾挡墙基础承载力特征值不小于360 kPa，满足承载力要求。格宾挡土墙基础铺设800 mm厚三七灰土，压实度≥95%。

筋带长度18 m，采用MacGrid WG15、Paralink M300，加筋土采用1：6碎石土回填，内摩擦角≥35°，压实度≥95%。挡墙侧采用镀锌覆塑加筋格宾笼，填料为级配碎石，无风化、质地坚硬，强度满足规范要求，填石粒径10～30 mm，密度不小于2.45 t/ m3，机械捣实，空隙率不超过20%。

卡车卸载平台高度11 m，采用钢筋混凝土结构，厚0.8 m，混凝土强度C30。为承载扎哈淖尔露天矿百吨级卡车，每个平台底部设置4个预制桩，桩底部伸入基岩3～4 m，以分散卡车的荷载，减少对挡墙的集中荷载。破碎站受料口车挡高度700 mm，并满铺20 mm钢板，防止车辆撞击损坏。

3 加筋格宾挡墙施工步骤

3.1 地基准备

根据露天煤矿开采现状，按照减少汽车运输，降低提升高度的原则，合理确定破碎站的位置。参考扎哈淖尔露天矿地质勘察报告，将土方挖掘至满足承载力要求的稳定持力层上，基槽开挖后在基础底面进行普遍钎探，如土质条件与勘察报告有较大出入或持力层的土质与建议的持力层不符时，应会同有关部门共同研究解决，并结合钎探成果妥善处理。

3.2 基础施工

按照施工设计做好基础测量和地基勘探工作，铺设三七灰土，随着时间缓慢增长，三七灰土层具有一定的水稳性和不渗水性。石灰为熟石灰，土为黏性细粒土，拌合均匀，利用压实机械分层碾压和夯实，含水率一般控制在20%～23%，铺设完成后进行压实系数检测，满足设计要求后进行安装格宾网。

3.3 格宾网安装

将格宾网置于压实的平整基础面上展开，压平多余的折痕。将前板和端板立起到一定位置,呈箱体形状，相邻网箱组的上下四角以双股组合丝连接，并使用螺旋同定丝绞绕收紧联结，所有的面板、端板均采用直径更大的钢丝连接。

3.4 填充结构土

按照设计要求填充结构土。扎哈淖尔矿区表层第四系为10 m左右的粉砂、细砂层。粉砂（稍湿饱和，松散稍密），细砂（稍湿饱和，稍密中密），主要成份以石英为主，可就地取材利用，去除表层杂草，按照设计要求混入一定比例的碎石，拌合均匀，进行填充，并分层碾压夯实。完成铺设后，及时进行压实系数检测，合格后方可进行下一道工序施工[4-6]。

3.5 格宾网箱填充

面板和端板格宾网箱按设计要求放置在适当的位置，沿边把各个部分连接起来，形成连续统一的整体，填料为10～30 mm无杂质风化的级配碎石，按照设计要求捣实，碎石强度、密度满足设计及规范要求，扎哈淖尔矿区属于高寒气候，碎石在遇水冻融、暴晒等恶劣环境下不易崩裂和水解，抗风化。

3.6 卸载平台

将预制桩按照设计要求就位，预制桩底部伸入地基下部持力层中不少于3 m，周围采用碎石填充并捣固夯实，上部临时支护，随着格宾网的铺设，支护拆除。格宾网安装达到设计要求后，浇筑钢筋混凝土卸载平台及车挡。

3.7 土方回填

随着格宾网安装的进度，及时对挡墙外侧进行土方回填，回填土可利用矿区的剥离土。选择无大块的松散土进行回填，分层碾压，直至满足卸载卡车的运输要求。

4 加筋格宾挡墙安全性、经济性分析

4.1 安全性

为满足百吨级自卸卡车卸载场地要求，格宾挡墙在卸载平台下增设了预制钢筋混凝土桩，填充物料为级配砂石，在筋带强度、填充物料压实系数满足设计要求的条件下，通过计算机模拟数据演算，使用有限元软件Midas/GTS完成数值模拟分析，进行验证加筋格宾挡墙安全稳定性。以平台最大运动载荷1 200 （t6台卸载车辆）为验证基础，利用梁单元、接触单元模拟土工格栅、预制桩，采用分步施工分析，每0.5 m分析1次[7-9]。

结合验证数据，通过Midas/GTS稳定性分析，加筋格宾挡墙的安全系数达到了1.3以上，满足相关规范要求，结构安全。

4.2 经济性

加筋格宾挡墙可以利用碎石作为面墙，矿区剥离表层砂性土作为结构土填充材料，降低挡土墙造价。根据定额计算估算，加筋格宾挡墙方案造价约为367万元（包含挖方填方费用），现场采剥工程中可能兼顾到挖方填方工程，实际造价将低于367万元左右。根据经验数据，扶壁式钢筋混凝土挡墙实际造价为465万左右（未包含挖方填方费用）。加筋格宾挡墙造价比扶壁式混凝土挡墙造价低30%。

加筋格宾挡墙在完成5～7年服务期后，需要移设，通过保护性拆除，原材料格宾网、网箱面板、碎石利用率在75%以上，在二次移设时可降低造价。

4.3 时间性

目前矿区的输煤系统生产任务紧张，破碎站移设对煤炭破碎外运生产的影响较大。扎哈淖尔矿区无霜期为5—10月（5个月），扶壁式混凝土挡墙施工受气候限制，且施工工艺复杂，工期为90 d。加筋格宾挡墙为干法施工，施工工艺简单，矿区可以就地取材，无需大宗材料运输，除压实机械外，施工时一般不需配备其它机械，工期为50 d。

5 结语

与扶壁式混凝土挡墙相比，加筋格宾式挡墙安全稳定，满足百吨级自卸卡车的卸载要求。造价低廉，可充分利用矿区剥离物，二次移设时不产生工业垃圾，材料重复利用率达75%以上。工期较短，施工受气候影响小，在高寒地区具有推广应用价值。

［1］周世良，何光春，汪承志.加筋土挡墙研究现状及展望［J］.重庆交通学院学报，2006，25（5）：74-79.

［2］黄向京，王维，刘泽，等.双绞合钢丝网加筋格宾挡土墙设计方法研究［J］.公路工程，2009，34（2）：10-15.

［3］程火焰，周亦唐，钟国强.加筋土挡土墙地震动力特性研究［J］.公路交通科技，2004，21（9）：16-20.

［4］杨乃彬，龙浪波.新型绿色加筋格宾挡墙的特点及其应用［J］.四川建筑，2010，30（2）：98-99.

［5］李军.加筋格宾挡土墙的施工优点及工艺控制［J］.山西建筑，2012，38（20）：149-150.

［6］祝和意，马晓华.加筋格宾挡墙施工关键技术研究［J］.铁道建筑，2011（5）：71-74.

［7］刘哲哲.双绞合六边形钢丝网加筋土挡墙在车辆重复荷载作用下的静动力分析［D］.长沙：中南大学，2010.

［8］林宇亮，杨果林，李昀，等.加筋格宾挡墙在重复荷载作用下动变形特性试验研究［J］.岩石力学与工程学报，2009（S2）.

［9］黄向京，王维，许桂林.加筋格宾挡土墙材料耐久性研究［J］.公路工程，2010，35（6）：8-13.

【责任编辑：张东旭】

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

张立华，朱宴南，赵健，等.加筋格宾式挡墙在高寒地区煤炭破碎站的应用［J］.露天采矿技术，2017，32（1）：23-25.

2016-08-03

张立华（1972—），男，内蒙古通辽人，工程师，2012年毕业于辽宁工程技术大学土木工程专业，现在国家电投蒙东能源集团有限责任公司煤炭部从事工程与设备管理工作。