加筋土挡墙在矿山粗碎破碎站中的应用实践

易平

（中国瑞林工程技术股份有限公司，江西南昌 330038）

破碎站作为金属矿山采选工程中承上启下的连接点，在矿山工程中起到十分重要的作用。根据选矿规模的大小，卸矿平台与粗碎车间之间的高差通常都在15～20 m之间，一般选址在地形高差较大、工程地质较好以及距离出矿口较近的山坡上，尽量利用地形优势，减少建设投资[1]。但特殊情况下，场地地形无法满足要求时，需要人为修建满足卸矿要求的支挡结构。本文以国外某铜钴矿一期项目中粗碎破碎站挡墙方案为例，介绍该项目挡墙结构方案的确定、设计计算及实践结果。

1 工程地质

拟建粗碎破碎站为刚果（金）SICOMINES铜钴矿一期项目的子项目，粗碎破碎站建设场地位于高原微丘陵地带，地面标高介于+1 410～+1 415 m之间，无可利用的高差地形。破碎站平面布置见图1。

图1 破碎站平面布置（单位：m）

拟建场区地层简单，钻探深度范围内未揭露到断层破碎带，为构造稳定区。场区主要揭露地层自上而下可分为：

1）粉质黏土，呈红褐色，可塑—硬塑，无摇震反应，稍有光泽，韧性及干强度中等，含少量角砾、圆砾等。该层层厚为0.30～5.80 m，层底埋深为0.30～5.80 m，层底高程为1 371.02～1 400.21 m。该层分布较连续。

2）全风化泥质粉砂岩,呈紫红—黄褐色、灰黑色，偶见灰白色滑石化，原岩结构基本被破坏，主要成分为泥质矿物、长石、石英等，岩心多为土状、碎屑状或碎块状。少数钻孔未揭穿该层。根据揭穿该层钻孔地层，该层层厚为0.30～17.70 m，层底埋深为0.40～20.10 m，层底高程为1 361.12～1 395.96 m。该层分布连续。

3）强风化泥质粉砂岩，呈灰黑色，偶见白色滑石化，粉砂质结构，块状构造，主要成分为泥质矿物、长石、石英等，岩心呈碎块状—短柱状，节理裂隙较发育。部分钻孔未揭穿该层，根据揭穿该层钻孔地层，该层层厚为0.70～15.20 m，层底埋深为1.20～25.60 m，层底高程为1 357.24～1 389.78 m，该层分布连续。

4）中风化泥质粉砂岩，呈灰黑色、灰色，粉砂质结构，块状构造，主要成分为泥质矿物、长石、石英等，岩心呈柱状、长柱状，节理裂隙不发育，较硬。该层在部分钻孔揭露，层顶埋深为1.20～25.60 m，层顶高程为1 359.17～1 389.78 m。

场地地层物理力学参数，见表1。

表1 场地地层物理力学参数

2 挡墙方案比选

1）方案一（加筋土挡墙支挡方案）。加筋土挡墙高度为10～20 m之间，基底采用碎石换填全风化泥灰岩，下卧层为强风化泥质粉砂岩，要求修正后地基承载力要求≥480 kPa；土工格栅加筋带网布置宽度为18～21 m，每300～400 mm层厚铺设一层土工格栅加筋带网；结构填土采用现场碎石土，分层碾压，压实度不小于95%；面墙采用200 mm厚C30钢筋砼面板，面墙坡率为1∶0。通过钢筋连接面板和加筋土结构体，二者之间设置300 mm厚碎石反滤层。

2）方案二（毛石混凝土挡墙支挡方案）。该方案要求基底位于中风化泥质粉砂岩，采用C20毛石混凝土结构，单位体积中的块石含量不得超过20%，挡土墙高10～20 m之间，顶宽约3 m，面坡坡率为1∶0。

3）方案三（扶壁式挡土墙支挡方案）。该方案要求基底位于中风化泥质粉砂岩，采用C35钢筋混凝土结构，高10～20 m之间，顶宽1.5 m，面坡坡率为1∶0，每3 m设置一道宽1 m的扶壁。

挡墙方案比较，见表2。经过对比，从安全、技术、经济方面综合考虑，最终推荐采用加筋土挡墙方案。

表2 挡墙方案比较

3 加筋土挡墙设计

加筋土挡墙是一种新型有效柔性挡土结构，结合新技术和新材料的应用，在工程实践中取得了很好的经济效益，被广泛应用于工程建设。与传统挡土墙相比，加筋土挡墙具有降低工程成本，施工简便等特点[2]。

3.1 设计条件

拟建挡墙位于项目场地的西北部，场地地势稍有坡度，总体呈北高南低趋势，挡墙顶部通过卸矿道路与外界连接，含基础最大高差为20.5 m。运矿汽车载质量为60 t，若需要满足两辆运矿汽车同时卸料，挡土墙顶部均布载荷须接近100 kPa。另外，依据粗碎“半自磨+球磨+顽石破碎”要求，挡墙外立面必须为直立。

3.2 挡墙设计方案

1）基础。根据工程地质详勘资料，场地存在层厚0.30～5.80 m的粉质黏土与层厚0.30～17.70 m的全风化泥质粉砂岩，故要求将挡墙基础下的粉质黏土与全风化泥质粉砂岩全部清除，并开挖至强风化泥质粉砂岩。采用1 800 mm厚碎（块）石换填后作为基础持力层，要求碎（块）石质地坚硬，遇水不会崩解和水解，抗风化性能强。不能采用薄片、条状等形状的石料，也不得采用风化岩石、泥岩等作为换填碎石。换填碎石饱和单轴抗压强度不小于30 MPa。上部采用200 mm厚C20钢筋混凝土找平后作为加筋挡墙基础。

2）面墙。挡墙墙体面板采用200 mm厚C35钢筋混凝土，面板预埋钢筋采用长4.4 m、直径25 mm的钢筋。填料回填时预埋钢筋，露出墙面150 mm，与后浇面墙整体浇筑。墙体预埋筋要涂刷沥青或镀锌后再采用沥青玻纤布缠绕两层防腐；墙后采用300 mm厚碎石反滤层，墙体每2 m×2 m预留一处Φ50泄水孔。墙后采用碎石土分层碾压回填，分层厚为0.3～0.4 m。层间铺满一层高强度土工格栅，且纵向伸长率为5%时，土工格栅的抗拉强度不小于170 kN/m。填料土体要求采用砂性土或碎石土回填，粒径＞60 mm的含量不得超过30%，最大粒径不宜超过100 mm，内摩擦角≥35°，压实度≥95%。

3）墙顶平台。墙顶平台设置600 mm厚钢筋混凝土汽车底板和1 400 mm高挡车器，在面板两侧设置安全防护栏，高度不小于1.2 m。

表3 170型单向土工格栅技术指标

加筋土挡墙典型断面见图2。

图2 加筋土挡墙典型断面（单位：mm）

3.3 挡土墙整体稳定性分析

根据场地地层物理力学参数、筋带材料与结构填土力学参数以及外部荷载，借助Slide V6.0岩土软件，采用简化Bishop法进行整体稳定性分析。Bishop法是圆弧形滑动面的普遍使用的稳定性计算方法，且满足所有条块力的平衡条件，Bishop法计算简图见图3。当考虑地震和地下水作用时，Bishop法计算公式见式（1）、式（2）。

图3 简化Bishop法计算

图3中各条块间作用Xi是未知的，通过迭代可求出满足每一条块力平衡条件的安全系数Fi。精确的Bishop法计算比较复杂，为此，Bishop提出了假定Xi=0的简化法。各种工程实践研究表明，简化Bishop法与精确计算方法的计算成果很接近，因此简化Bishop法是计算圆弧型破坏最常用的方法，计算精度也较高。

挡土墙土压力计算、基底滑移验算、倾覆稳定性验算、基础底面地基承载力验算以及整体稳定性计算结果与规范值对比见表4。上述系数均满足《建筑边坡工程技术规范》（GB 50330—2013）、《建筑地基基础设计规范》（GB 50007—2011）[3-4]的要求，挡墙基底须坐落在换填后的强风化泥质粉砂岩层上。

表4 挡墙计算结果与规范值对比

3.4 设计注意事项

1）基础底部必须开挖至强风化泥质粉砂岩一定深度，后采用碎石换填至挡墙基础底部设计标高，通过深宽修正后的地基承载力不小于480 kPa。

图4 加筋土挡墙整体稳定性分析计算

2）填料就地选取，可采用砂性土、砂砾、碎（砾）石土等材料，严禁采用淤泥、腐殖土。距面板内侧1 m以外，填料压实度要求≥95%；距面板内侧1 m以内，填料压实度要求≥90%。

3）卸填料时，机具与面板距离不应小于1.5 m，机具不得在未覆盖填料的筋材上行驶，并不得扰动下层筋材。可用人工摊铺货或机械摊铺，摊铺厚度均匀一致，表面平整，并设不小于3%的横坡。机械摊铺时，摊铺机械距面板不应小于1.5 m，运行方向与筋材垂直，不得在未覆盖填料的筋材上行驶或停车。距面板1.5 m范围内，应用人工摊铺。

4）加筋挡墙与结构填土层之间应设置水平排水层，及时将雨水排出墙体，减少水的侧压力，排水层可采用300 mm厚碎石反滤层，袋装碎石错缝堆码。

5）墙顶设置一层钢筋混凝土面板，防止电动轮汽车荷载引起顶部土工格栅集中受力后变形。墙顶边缘必须有挡车器，保证电动轮汽车可以安全卸矿。

4 结论

加筋土式挡墙较其他形式挡墙，在金属矿山破碎站高大挡墙中具有安全性高、造价较低、施工速度快，能就地取材等优势。通过分析计算，基底抗滑移安全系数、整体抗倾覆安全系数、基础底面地基承载力以及整体稳定性安全系数均满足现行规范要求。刚果（金）SICOMINES铜钴矿一期项目破碎站高挡墙采用了该种加筋土挡墙结构，自2014年建成投产以来，一直能稳定运行，达到了最初的设计预期。