某露天開采水泥砂巖礦排土場設計

李志軍

（安徽省水利水電勘測設計院勘測分院 蚌埠 233000）

某露天開采水泥砂巖礦排土場設計

李志軍

（安徽省水利水電勘測設計院勘測分院 蚌埠 233000）

根據某露天開采水泥砂巖礦排土場設置要求，結合現場條件和水土保持要求，計算設計排土場擋土墻和排水措施，并配置植物環保美化措施。實踐證明，防控由于施工建設而產生的水土流失影響及危害的效果明顯。

排土場 選址 設計 工程措施 植物措施

1 工程概況

繁昌縣某水泥用砂巖礦50萬t/a建設工程位于安徽省繁昌縣城265°方向約11.5km處，行政區劃隸屬繁昌縣孫村鎮。礦床中心地理坐標：東經：118°04′40″，北緯：31°04′48″。該工程為新建露天開采礦，主要建設內容包括露天采場、運輸公路、破碎站及維修車間、辦公室等。工程總占地12.79hm2，其中礦山開采區 7.52hm2（其中礦權面積7.34hm2），外部運輸道路區 1.82hm2，排土場區 2.25hm2，工業場地區1.20hm2，主要占地類型為林地。基建期內總挖方3.85萬m3，總填方2.31hm2，總棄方1.57萬m2。整個生產期總棄土石渣約11萬m3。

2 排土場設計

該工程基建和運行期間排土總量大，設計不僅要考慮經濟實用滿足工程建設堆放土渣的要求，又要從水土保持角度提出防治措施，并做相應設計。

2.1 選址

該工程排土場設在礦山開采區南側的山坳內，“肚大口小”，既有較大的容積，又便于山坳口布設攔擋設施且工程量較小。上游匯水面積小，不會產生大徑流沖刷堆土坡面，進而造成嚴重水土流失。項目區的鉗口水庫與該排土場在山兩側分布，排土場不在鉗口水庫的管理范圍，不會對鉗口水庫和周邊水系造成影響。與平原區排土場相比，本排土場具有占地小、容納棄土大的優點，能夠滿足礦山開采過程中的堆土需要，選址符合水土保持相關規定。

2.2 工程措施設計

排土場在山坳出口處設重力式漿砌石擋土墻，M10砂漿砌筑。為了避免上游來水沖刷排土場，沿排土場西邊設漿砌石截排水溝，并連接礦山開采區及外部運輸道路區的截排水溝。為了緩流、沉沙，在截排水溝上設兩個漿砌石沉砂池。排土場內堆土結構松散，植被恢復尚需時間，堆土坡面易受降雨的沖刷，雨水滲流路徑對新建擋土墻穩定有重要影響，因此在墻背側縱向設一道臨時土質截水溝（溝底、溝壁覆塑料布），并與排土場外截水溝順接，土質截水溝兩端各設漿砌磚沉砂池一座。

根據該工程的地質報告資料，排土場所要攔擋的為采礦而剝離的第四紀殘坡積土。上部為夾石的亞粘土，稍濕，可塑，中壓縮性，碎石直徑大小不一，最大50cm，一般1～10cm，成份為灰巖，承載力特征值為100～150kPa；下部為夾土的碎石，稍濕，承載力特征值為400～450kPa；亞粘土的物理力學性指標：γ=18.5kN/m3，с=23kPa，φ=30°，填土表面傾角β=15°。現試算重力擋土墻斷面輪廓尺寸：墻體構造為漿砌塊石，俯斜墻背，坡率1∶0.35，即α=19°17',取外摩擦角δ=φ/2=15°；塊石重度取26kN/m3，考慮到地基為夾土碎石取f=0.45。為簡化計算，忽略墻的前襟邊上的土重，僅計算墻背和后襟邊上的土重。計算過程如下。

抗滑計算：Kc=f∑V/∑H

式中：∑V——作用在墻上的豎直力代數和；

∑H——作用在墻上的水平力代數和。

Kc=0.45×662.02/198.31=1.50＞1.3（滿足）

抗傾覆計算：Ko=∑Mv/∑MH

式中：∑Mv——對擋土墻基底前趾的抗傾覆力矩（kN·m）；

∑MH——對擋土墻基底前趾的傾覆力矩（kN·m）。

Ko=1479.71/479.3=3.08＞1.5（滿足）

基底應力驗算：e=B/2-eb=B/2-（∑Mv-∑MH）/∑V；

e=2-（1479.71-479.3）/662.02=0.5＜B/6=0.67（滿足）；

Pmax=（1+6e/B） ∑V/B=1.75×662.02/4=289.6kN/m2＜400kPa（滿足）；

Pmin=（1-6e/B） ∑V/B=0.25×662.02/4=41.4kN/m2＞0（滿足）。

經計算可知，上述重力擋土墻斷面尺寸能滿足擋土安全要求。故排土場擋土墻典型設計采用該斷面尺寸。

漿砌石擋墻采用俯斜式，墻總高6.8m，墻身高6m，基礎高0.8m，寬4m，墻頂寬0.8m，墻背坡比為1∶0.35，前襟寬0.6m，后襟寬0.5m。墻背鋪設土工布加碎石土反濾層，墻體埋設PVC排水盲管。擋墻施工根據基礎開挖情況進行調整，根據地勢基礎可設成臺階狀，墻頂高程應統一，兩端與山體順接。擋土墻共計24m，土方開挖76.8m3，共需M10漿砌石343.2m3，土工布164.4m2，PVC排水管46.56m。

截排水溝設計按10年一遇洪水設計，15年一遇洪水校核。漿砌石截排水溝上口寬1.35m，下口寬0.75，溝深0.6m，溝壁、溝底厚0.3m，溝底有0.1m碎石墊層。漿砌石截排水溝共計220m，截排水溝土方開挖320.10m3，M10漿砌石158.40m3，碎石墊層23.10m3。漿砌石沉沙池長×寬×深為2m×1.5m×1m，池壁、池底厚0.5m，池底下設0.1m碎石墊層。沉沙池共計2座，土方開挖24m3，M10漿砌石13.59m3，碎石墊層1.5m3。土質排水溝長24m，上口寬0.9m，下口寬0.3，溝深0.3m。開挖土方4.32m3，塑料布27.6m2。漿砌磚沉砂池長×寬×深為1.8m×1.5m×1m，池壁、池底厚0.3m，池底下設0.1m碎石墊層。漿砌磚沉砂池共計2座，土方開挖 14.11m3，漿砌磚 6.97m3，碎石墊層 1.15m3。

2.3 植物措施設計

為減少降雨徑流侵蝕，基建期渣土堆放結束后，在堆土表面撒播狗牙根草籽。

3 結語

該工程自2011年開工建設后，排土場已投入使用，運行正常，有效地防控了由于施工建設而產生的水土流失影響及危害。由于所處地區的差異，地質條件、水文氣象各異，排土場的設計應結合工程實際有針對性地合理確定擋土墻的結構構造，正確采用土壓力計算和結構計算公式，確保工程安全。同時，考慮水土保持的相關法律法規、技術規范要求，同步布設合理適用的水保措施，預防和降低工程建設新增的水土流失影響和危害