新型綠色加筋格賓擋墻在湖南裕新多金屬礦床技術改造工程中的應用實例分析

謝 飛,許福丁,唐文波

(1.長沙有色冶金設計研究院有限公司，湖南 長沙 410011；2.馬克菲爾(長沙)新型支檔科技開發有限公司，湖南 長沙 410000)

我國有色金屬資源分布地域廣泛，湖南作為有色金屬之鄉、各種類型的礦山眾多，一般由采礦場、采礦工業場地、選礦工業場地等場地組成，有色金屬礦山選礦廠的豎向設計受地形、工藝要求等因素影響,一般都采用臺階式布置，在碎礦系統，藥劑制備車間等處出現12m以上高擋土墻的情況較為常見。一般情況下這些擋土墻墻頂荷載由于廠房、堆存礦石等原因荷載較一般民用建筑場地大，而且受工藝條件限制無法取消或采用放坡方法解決,傳統的重力式擋土墻[1](漿砌石或鋼筋混凝土)在解決支擋問題的同時并不能較好的解決擋土墻基底壓應力偏大，施工進度慢、工程造價較高及環境美化等問題。

1 項目背景

湖南裕新多金屬礦床技術改造工程為大型多金屬礦山，該工程選礦工業場地選址在一處呈東西走向山坡，場地內擋土墻總長度約900多m。

受選礦工藝藥劑自流進入浮選廠房及藥劑自流坡度的要求，藥劑制備車間與選礦主廠房之間出現最大高度15m、長124m填方邊坡需要修建支擋結構防護，該墻頂為選礦廠藥劑制備車間，墻趾緊靠場區繞場道路。

詳細場地平面布置及擋土墻位置見圖1所示擋土墻平面位置示意圖。

2 工程地質

場地整體南高北低，山體自然坡度約40°～50°，巖土層結構自上而下可分為礫質粉土0.5～2.5m，平均約1.5m)、強風化花崗巖(厚度6.50～38.20m，平均21.03m，力學強度較高，地基承載力特征值260kPa，可做持力層)和中風化花崗巖。

3 方案優選

針對15m高度高大填方擋土墻的處理，查詢圖集[2]后對兩種傳統處理方案與新型綠色加筋格賓方案進行了優化比選：

方案一：漿砌片石衡重式擋土墻底寬6.8m，頂寬0.5m，面坡1∶0.05，衡重臺寬3m，斷面每延米漿砌片石方量為68m3，基底最大承載力420kPa，方案實施需做基底地基處理。

方案二：扶壁式鋼筋混凝土擋墻墻趾板寬8.85m，厚1m，墻面板厚0.85m，扶壁厚1.2m，斷面每延米混凝土體積26.83m3，鋼筋用量3524kg。

方案三：新型綠色加筋格賓擋墻(圖2)底寬10m，高度15.08m，面墻坡度65°，分上下臺階布置，臺階寬度2m，分別采用機遍六邊形雙絞合2.7mm直徑金屬網面筋帶(極限抗拉強度51kN/m)與經編高強土工格柵筋帶(短期極限抗拉強度150kN/m)作為加筋材料。需使用0.58m高度綠色加筋格賓材料1532套，經編高強土工格柵9120m2。

最終，擋土墻工程在結合墻址處的實際地質情況、場區布置要求、現場填料來源、場區生態視覺要求以及當地經濟條件等因素后，采用新型綠色加筋格賓方案很好的解決了工程在安全性、經濟性、施工便捷性、生態性的諸多問題。

4 綠色加筋格賓擋土墻

4.1 基本介紹

綠色加筋格賓擋墻是由綠色加筋格賓單元(Green Terramesh)組成的一種廣泛用于加筋土領域具有良好的環境親和性的結構[3]。單元是由機器編織的六邊形雙絞合鋼絲網面、焊接金屬網、金屬三角支架、金屬支撐桿、可降解生物墊構成，基本規格為：GTM L×2×0.58/0.76ZnP,即長Lm，寬2m，厚0.58/0.76m，面墻傾斜65°，鋼絲經鍍層+覆塑防腐處理。詳細樣式見圖3。

圖1 擋土墻平面位置示意圖

圖2 綠色加筋格賓擋墻斷面圖

圖3 綠色加筋格賓示意圖

將單元體分層用結構填料填筑、分層壓實后，可使綠色加筋格賓網面與壓實填料共同作用組成受拉體系承受土壓力作用，即綠色加筋格賓擋墻。

4.2 優勢總結

本工程設計中，綠色加筋格賓擋土墻展現出了安全性高、造價低廉、施工簡便、生態效果好的突出優勢。

4.2.1 安全性高

作為一種柔性且整體性能優異的支擋結構，綠色加筋格賓在許多國家(如美國、馬來西亞、意大利、克羅地亞、泰國、葡萄牙等)都有眾多的成功應用，結構安全性方面是值得肯定的。本工程中，依據現行規范[4-5]、相關研究成果[6-7]、國外相關規范[8-9]，對結構本身進行了計算。

對于筋材強度，參照《土工合成材料工程應用手冊》[10]進行了符合永久性工程要求的折減。

式中：T為筋材極限抗拉強度；Rf為折減系數；Rf為折減系數取值對于經編高強土工格柵而言，主要考慮施工損傷折減系數、蠕變折減系數、生物化學影響折減系數；對于機編六邊形雙絞合鋼絲網面筋材而言，主要考慮制造工藝誤差以及大量數據推演的折減系數、施工損傷折減系數、環境影響折減系數(考慮老化，生物降解，腐蝕等因素)。

最終雙絞合鋼絲網面筋材長期抗拉強度設計值為36.0kN/m，高強土工格柵長期抗拉強度設計值為80.6kN/m。同時為保證金屬筋材的耐久性要求，采用鍍高爾凡(5%鋁鋅合金+稀土元素)防腐并覆塑鋼絲筋材(圖4)，防腐使用年限在國際鉛鋅組織(International Lead ZincresearchOrganization Inc.)認證下完全滿足工程需要。

對于擋墻自身的內、外部穩定性安全的驗算(圖5、圖6)，通過加筋土專用軟件MACSTAR W計算。

圖4 鍍高爾凡防腐并覆塑鋼絲示意圖

圖5 擋墻抗滑移、抗傾覆、地基承載力驗算結果

圖6 擋墻整體穩定性驗算結果

計算所得擋墻抗滑移穩定系數為3.165；抗傾覆穩定系數5.917；地基承載力不低于239.2kPa；擋墻整體穩定系數1.432；上述系數完全現行規范[4-5]的要求，擋墻基底僅需坐落在強風化花崗巖層上，無需再進行地基處理。

4.2.2 造價低廉

綠色加筋格賓擋墻使用的主要工程材料為墻體的結構填土，只要符合工程設計要求，完全可以現場取材，有效利用當地自身資源。依據以往工程經驗而言，擋墻高度越高，工程造價成本節約越大。本工程中15m高擋墻的三種方案優選過程中，進行了詳細的工程造價對比，結果見表1。

表1 工程造價比較表

由表1可知，該工程中的綠色加筋格賓擋墻的方案建造成本相對于漿砌石擋墻節約22%(還未考慮地基處理費用)，對比鋼筋混凝土擋墻造價節約48%。

4.2.3 施工簡便

綠色加筋格賓擋土墻的組件(面板、筋材等)均為工廠預制結構，現場施工時僅需展開、拼裝、安裝即可，同時面板后的填土作業與一般性填土壓實并無太大區別；施工機械除一般的壓實機械外，無需配備其它機械；施工人員無專業技能要求，僅需進行簡單現場演示操作即可掌握施工要領。因此施工流程簡單、人員技能要求低、施工費用低、效率高，可大幅縮短工期和節省勞力。本工程施工單位在掌握了施工要領后達到了完成80套/d的施工速度，擋墻實際施工周期僅為40天；值得一提的是擋墻在填筑完成后立即投入了使用，有效壓縮了整個場地的施工工期，間接也節約了工程投資。

4.2.4 生態效果好

綠色加筋格賓所采用的主料是直接從周邊自然界中直接取得的，天然填筑材料使得擋墻的整體景觀效果可與周圍環境融為一體，實現了工程與環境的完美融合。同時擋墻面墻還可以自然覆綠或人工噴播植草綠化，使它不僅是一座穩固的支擋結構，更是場區內一道綠色風景線。良好的生態效果不但不會破壞擋墻的結構，綠色植物的根系反而使擋墻面層更加穩固，結構更加安全。

5 結語

本文通過綠色加筋格賓擋墻在湖南裕新多金屬礦床技術改造工程中的成功應用，發現并總結了擋墻在安全性、經濟性、施工便捷性、生態性方面的特點。這種結構形式與綠色礦區、生態礦區建設目標完美的契合在了一起，以實際工程踐行了“工程與環境的完美結合”的優秀設計理念。擋墻修建完畢后的安全性能、生態景觀效果、工程造價控制方面的優良表現令各方均非常滿意，充分說明了新型綠色加筋格賓技術值得在此類礦山工程中推廣與應用。

[1] 交通部第二公路勘察設計院編.公路設計手冊(路基)[M].第2版.北京:人民交通出版社,1996.

[2] 中國建筑標準設計研究院組織編制.國家建筑標準設計圖集04J008擋土墻[S].北京:中國建筑標準設計研究院出版社，2006.

[3] 美國國家材料標準協會.Standard Specification for Double-twisted Hexagonal Mesh Gabions and Revet Mattresses (Metallic-Coated Steel Wire or Metallic-Coated Steel Wire With PVC Coating) [D].USA,2003.

[4] 中華人民共和國行業標準.JTG D30—2004公路路基設計規范[S].北京:人民交通出版社,2004.

[5] 中華人民共和國交通部.(JTJ/T 019—98)公路土工合成材料應用技術規范[S].北京:人民交通出版社，1999.

[6] 楊果林,彭立,黃向京.加筋土結構分析理論與工程應用新技術[M].第1版.北京:中國鐵道出版社,2007.

[7] 蔣鑫,凌建明,邱延峻.加筋土路基穩定性分析[J].重慶交通大學學報：自然科學版,2007,26(5):80-83.

[8] 黃向京,王維,劉澤.雙絞合鋼絲網加筋格賓擋土墻設計方法研究[J].公路工程,2009,34(2):10-15.

[9] J.Michael Duncan,Stephen G.Wright.Soil Strength and Slope Stability[S].USA New Jersey:JOHN WILEY & SONS,INC,2005.

[10] Geotechnical Engineering Office Civil Engineering Department of the Hong Kong.Guide to reinforced fill structure and slope design，Hong Kong：The Government of the Hong Kong Special Administrative Region,2002.