加筋土挡墙在煤矸石地基中的应用

谢 德 强

(西山煤电集团设计院，山西 太原 030053)



加筋土挡墙在煤矸石地基中的应用

谢 德 强

(西山煤电集团设计院，山西 太原 030053)

介绍了煤矸石的化学成分与矿物组成，针对煤矸石的治理问题，提出了在煤矸石地基中采用加筋土挡墙技术，并阐述了该技术在太原市杜儿坪矿矸石山的实施方法，取得了绿色环保的效果。

煤矸石，加筋土挡墙，矸石山，地基

1 煤矸石的化学成分和矿物组成

煤矸石是与煤体伴生的岩石，煤矸石在煤的开采和洗涤过程中被排出，我国煤矸石的积存量高达3.0×109t,每年不断递增1.5×108t。煤矸石的化学成分和矿物组成：

1)煤矸石的化学成分。煤矸石是由有机物(含碳物)和无机物(岩石物质)组成的混合物。前者可燃烧，但含量少；后者不能燃烧，且含量多。我国煤矸石的主要化学成分见表1。可以看出，煤矸石的无机组分多在80%以上，而可燃物仅10%左右，煤矸石还含有有害组分硫。

表1 煤矸石的化学成分表

2)煤矸石的矿物组成。煤矸石主要由高岭土、石英、蒙脱石、长石、伊利石、石灰石、硫化铁、氧化铝、氧化物组成。煤矸石中的金属组分含量偏低，一般不具回收价值，但也有回收稀土元素的实例。

煤矿煤炭开采都无法避免的伴随着大量煤矸石的产生，对它的堆放和封场治理是所有煤矿都面临的一个大问题，因为现在的科学技术水平还达不到对煤矸石的科学利用，所以只能先把它们封闭起来待以后科学技术水平提高以后再来更好的利用。对每座堆放煤矸石形成的矸石山治理就显得尤为重要，而在煤矸石山上做挡墙和护坡是必然的也是必须的，即所谓的先挡后护，由于煤矸石山大多堆积时间很短，还在不断的自然沉降，且沉降量很大，又伴随着大雨冲灌，会形成大量滑坡。在这类矸石山上做挡墙也只能做成适应地基适当变形的柔性挡墙，且封场治理也是一个长久工程，可能几十年甚至上百年都不再开发利用，因此要求所做的挡墙和护坡必须具有耐久性，不应该按临时建筑设计对待，更不能只是在表层堆黄土覆盖处理，一下雨就全冲垮了。另外封场治理就是为了保护当地自然环境，不让煤矸石直接暴露在外，除了有很难闻的硫化物气味，又极容易自燃，雨水直接落在煤矸石上又容易爆炸同时形成山体滑坡，严重危害当地居民的生命安全，必须对其进行合理的科学的治理。

2 加筋土挡墙特点

加筋土挡墙源于20世纪60年代初期的法国，并于70年代后期引入我国，我国于1979年首次在云南建成加筋土挡墙试验工程。加筋土技术的应用也从最初的用作挡土墙而扩展用于桥台、护岸、堤坝。近年来加筋土技术广泛应用于高速公路两侧的土坡治理，既经济又美观，可以在面板上标识各种美丽的图案，其优越性越来越明显，归纳起来有如下特点：

1)加筋土最大的特点是可以做成很高的垂直填土边坡，从而可以减少占地面积，这对填土放坡困难的地区，城市郊区的道路，以及土地珍贵的地区、有着巨大的经济意义。

2)加筋土结构是柔性结构，能适应地区较大的变形。

3)施工简便。加筋土的组成构件(面板、拉筋、路缘石、栏杆、条形基础等)均可以预先制作，除需压实机械外，施工时一般不需配备其他机械，易于掌握。同时可缩短工期和节省劳力。

4)抗地震。由于加筋土结构所独有的柔性能吸收地震的能量，故具有刚性结构物无法与之比拟的耐震性能。

5)造型美观。墙面板形式可以根据需要、受力特点进行各种设计、造型，并使之拼装成美观的建筑物，改善当地景观。

6)投资省。加筋土挡墙面板薄，基础尺寸小，与重力式挡墙相比，可节省圬工数量95%～97%，造价可比石砌重力式挡墙和钢筋混凝土挡墙减少20%～60%以上。挡土墙高度越大，节省资金越多。

3 加筋土挡墙应用实例

西山煤电集团杜儿坪矿矸石山挡墙就是一例，杜儿坪矿矸石山位于具有煤海之称的山西省太原市万柏林区的西山地区，这里曾经也是山清水秀，伴随着半个多世纪的煤炭开采现在已经是满目苍夷，环境污染到早已不再适合人类生存的地步。笔者于2009年4月接到单位的设计任务，在和有关领导和专家多次考察完现场后，决定采用柔性挡墙。由于缺乏这方面的经验，笔者参考了滑坡治理方面的很多书籍和资料，并多次下现场实地考察，最终决定把加筋土挡墙用于煤矸石堆场，在国内煤矿矸石山治理方面尚属较早应用，也具有很大的示范推广意义。

原先的杜儿坪矿矸石山位于两山之间的山谷，在一次煤矸石山体自燃爆炸后，山顶高度降低了近一半，冲击下来的煤矸石向前滑移了近百十米，造成了重大人员伤亡事故。滑移下来的煤矸石填塞山谷，平均厚度达到二十几米，根本无法清底。在这种煤矸石地基上做挡墙并对其后的矸石山进行封场治理难度很大，困难很多。如地基问题、排水问题都是关系到此类挡墙和矸石山治理成败的关键问题。传统的挡墙无论是钢筋混凝土挡墙还是片石挡墙都对地基有很高的要求，都必须座在老土上，且要求地基承载力特征值都很高，而此类煤矸石地基最多能达到80 kPa左右。适合此类柔性地基的挡墙只能做成柔性挡墙。加筋土挡墙就是柔性挡墙，适合此类地基，可以伴随地基轻微变形，但也不能沉降过大。此类挡墙施工包括下列工序：基槽(坑)开挖、地基处理、排水设施、基础浇(砌)筑、构件预制与安装、筋带铺设、填料填筑与压实、墙顶封闭等，其中现场墙面板拼装、筋带铺设、填料填筑与压实等工序是交叉进行的。加筋土挡墙施工前必须对煤矸石地基注浆灭火、夯实、浅层灰土换填基底煤矸石，个人经验认为换填2 m厚较适宜，另外挡墙纵向每隔10 m左右设一道沉降缝，缝宽30 mm，内塞沥青麻刀或胶泥稻草。另外就是排水问题，挡墙施工前首先要解决排水问题，以免形成人为的堰塞湖，此工程先沿山谷两侧各做一片石排水明沟，水沟净宽1 m，净高0.8 m，坡度同山谷纵向地形由上游向下游排水，这样可以最大限度的解决两侧山坡汇集下来的雨水排入挡墙后面和下部的煤矸石缝隙中造成滑坡。又于挡墙背后做了一道钢筋混凝土截水沟，净宽高均为1 m，壁厚0.2 m，水沟底板厚0.25 m。并用5根直径1 m的钢筋混凝土排水管将水引入下游排走。

此加筋土挡墙下部挡墙高5.4 m，上部挡墙高6.8 m。中间有错台，总高约12 m。面板后填料选用砾(碎)石类土，计算内摩擦角为35°，容重为20 kN/m3,筋带与土体摩擦系数f=0.5，填土分层压实厚度不宜超过250 mm，筋带与面板的钢筋焊接宜采用双面焊接，焊缝长度大于5d。上部挡墙碎石土后需竖向打1.5 m厚三七灰土进行封闭，截水沟上方竖向范围内需铺设1 m厚卵石滤水层，加筋土挡墙后侧堆矸按相关环保部门要求铺2 m矸石和1 m黄土分层铺设。挡墙要求基底承载力特征值不小于100 kPa。基坑开挖后应进行碾压夯实，使基底允许承载力满足设计要求后方可施工加筋土工程，墙址部分的基坑，在基础施工完成后应及时回填夯实。墙面板预制后拼装，为固定墙面板需要安装锚杆和锚固块。为墙面稳定和施工安全，压路机等大型设备不得靠墙面板过近作业，以防止预制块与其后部所连筋带被后侧土压力挤坏，在靠墙面板1 m范围内需采用人工或小型打夯机分层压实，压实厚度控制在0.25 m左右，压实系数不小于90%，靠近面板1 m范围以外方可以用压路机碾压，压实系数不小于95%。经过前后近一年的艰苦施工，建设单位和施工单位多次就现场发生的问题组织有关人员图纸交底和现场会审，排除了一个又一个困难，最终此挡墙于2010年7月建成。至今已有6个多年头，当时还在挡墙面板上布设了一些观测点，至今既无明显沉降，变形缝也没有变形，面板保持完好。该挡墙早已成杜儿坪矿矸石山治理的示范工程(见图1)，也成为当地一道亮丽的风景线，吸引好多其他地方的同行们过来参观。

2016年年底，西山煤电集团镇城底矿主井矸石山同样需要封场治理，笔者和相关专家去现场考察完地形地貌后，一致认为加筋土挡墙是最适合的，相信很快就会在这里见到另一座美丽的加筋土挡墙。

4 结语

随着环保要求越来越高，以及生态修复和可持续发展的深入人心，将来会有越来越多的新技术应用于此类柔性地基之上。作为一个设计人员，需要在多方面的设计中融入环保和创新理念，要勇于不断推陈出新。在吸取前辈设计精髓的基础上，与时俱进，努力设计出更多符合时代要求的好的作品。尽最大努力为后人营造一个个绿色的，生态的，美丽的矸石山。

[1] 郑颖人，陈祖熠，王恭先，等.边坡与滑坡工程治理[M].北京：人民交通出版社,2007.

[2] 谢德强.西山煤电集团公司杜儿坪矿矸石山治理S2010-49土(设计图纸)[Z].

The application of reinforced earth retaining wall in coal gangue foundation

Xie Deqiang

(Xishan Coal and Electricity Group Design Institute, Taiyuan 030053, China)

This paper introduced the chemical composition and mineral composition of coal gangue, according to the treatment problems of coal gangue, put forward using reinforced earth retaining wall technology in coal gangue foundation, and elaborated the implementation method of this technology in Taiyuan Duerping mine gangue dump, made green environmental protection effect.

coal gangue, reinforced earth retaining wall, gangue dump, foundation

1009-6825(2017)12-0064-03

2017-02-19

谢德强(1977- ),男,工程师

TU476.4

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