土工材料在鈾尾礦庫軟基區臨時道路工程中的應用

趙發，龍飛宇，舒輝（中核二七二鈾業有限責任公司，湖南衡陽421004）

土工材料在鈾尾礦庫軟基區臨時道路工程中的應用

趙發，龍飛宇，舒輝（中核二七二鈾業有限責任公司，湖南衡陽421004）

土工格柵與土工布具有較高的抗拉、抗撕強度，能有效提高軟土地基的承載能力，適用于道路軟基區的加固和補強。建立簡易數學模型計算鋪設土工材料及土體后路面的承載力特征值，由計算結果確定最優土體厚度并應用于鈾尾礦庫軟基區（鈦白泥與尾礦泥）臨時道路工程，相比于直接填筑每百米可節省工程費用45萬元，節省工期30d。

土工布；土工格柵；鈾尾礦庫；軟基；臨時道路

引言

某廠是我國核工業鈾礦冶系統最大的區域性水冶廠。20世紀60年代相繼建成了純化系統工程、水冶一線工程及鈾尾礦庫并投入使用。其中尾礦庫主要用于貯存鈾水冶工藝產生的尾礦及廢液處理后產生的礦漿。尾礦庫灘面含有大量尾礦泥和鈦白泥，人和機械無法入內。尾礦泥和鈦白泥的存在造成尾礦庫區修建施工便道的費用高、難度大。土工布、土工格柵能有效提高軟土地基的承載能力，在軟基加固中得到廣泛應用［1～2］。因此，有必要對土工材料的加固機理及路面受力進行分析，探索經濟、安全、實用的尾礦庫灘面便道施工技術。

土工合成材料力學特性的主要指標有拉伸特性、握持強度、撕裂強度及蠕變特性等。土工材料主要通過其抗拉強度來承受荷載，因此抗拉強度是土工合成材料的重要特性指標。

1 工程概況及場地工程地質條件

1.1 工程概況

本工程為尾礦庫灘面修建一條約為150m長、15m寬的臨時便道，滿足總重量約30t自卸車通行，為試驗項目后續機械設備及材料進場提供條件。

1.2 施工場地工程地質條件

尾礦庫勘察區地層在9.70m勘探深度范圍內，主要由鈦白泥、尾礦土層（尾黏土）及第四系全新統殘坡積層粉土等組成，詳見表1。

表1 各層土物理力學指標分層統計

2 受力數學模型及路面厚度計算

2.1 加入土工材料后的地基承載力

土工布、土工格柵能夠有效的分散施加在其上部的荷載，使荷載均勻的分布在原軟土地基上，從而提高地基的承載力。此外，土工布對土體具有很好的隔離作用，防止填筑粘土與鈦白泥、尾礦泥混雜。根據太沙基等承載力理論，對于尾礦泥、鈦白泥原地基極限承載力pu′，可由太沙基建議針對軟土和松砂的公式進行計算，如式1所示。

式中：Nc′Nq′Nr′為與內摩擦角相關的承載力系數，查表可得；c為土的粘聚力，kPa；γ為土的容重，kN/m3；d為地基深度，m；b為基礎寬。

加鋪土工布、土工格柵后的地基極限承載力pu可由式2進行計算。

式中：α、β為形狀系數，α、β取值分別為1.0、0.5；θ為軟基邊與土工材料的傾斜角，這里取10°；R為假想圓半徑，取3m；Df為沉降量，m。加鋪土工材料后的地基承載力特征值PU=pu/2，根據標準這里安全系數取值為2。［6］

2.2 路基厚度計算

圖1 自卸車單車軸對自然地面應力

作用于軟基的應力不得大于承載力特征值，根據（2）式和（4）式則有：

由（2）、（4）、（5）式即可求得路面厚度H與自卸車單軸最大荷載F的關系。帶入各項取值，計算結果如圖2所示。

自卸車單軸對臨時道路路面及軟基受力如圖1所示。其中路面視為整體。圖中P0為車輛荷載對軟基應力，kPa；H為覆土厚度，單位m；B雙車輪寬度，單位m；F車軸載荷，單位kN；α為應力擴散角，取17°，土工布的“網兜效應”；L為車輪等效接地長度，m。車倆荷載對軟基應力可由（4）式計算。

圖2 路面厚度與自卸車單軸最大荷載關系

由計算得，pu′為23.7kPa，pu為73.9kPa，當路面厚度為3m時，自卸車單軸荷載最大為30.9t，路面承載力為687.3kPa，相比于原始軟基提高了約29倍。從圖2中可知，路面厚度約在2m處，單軸最大載荷隨路面增加的趨勢變緩，考慮效益與設計要求，路面厚度取2.5m為宜。此時，臨時便道路面自卸車單軸最大載荷為29.5t；考慮行車荷載，一般附加應力為自重應力的0.1～0.2左右，這里取0.2；自卸車前軸荷載一般為后軸一半為14.8t。便道建成后，通過了總重量約30t的6輪運砂車，保證了后續工程的正常作業。

3 工程施工及效果分析

3.1 施工步驟

先在尾礦庫灘面鋪設木板和竹跳板，間距約為一步（30～50cm），以便施工人員下一道工序作業，同時將土工布加工成15m長；然后將土工布運送至施工區鋪設，土工布鋪設完畢后，在土工布上鋪設土工格柵并搭接，同時將其與土工布進行綁扎填筑路面材料選擇當地粘土。因路面厚度較大，故采取分層填筑，一次填筑厚度約為30cm。攤鋪路面采用小型挖掘機，攤鋪時先兩邊后中間。

3.2 效果分析

3.2.1 技術分析

采用土工材料后，提高了原始地基的承載力，改善了軟基區機械化施工條件，保證了后續施工安全。軟基上修建道路，通常采用大量的土方或沙礫填筑，該方法耗費量大，工期長，并且存在陷車人亡的風險。土工材料的應用從根本上改變了軟基道路施工工藝，節約了工程成本，縮短了工期。

3.2.2 經濟分析

施工區位于尾礦庫中心地帶，修建臨時便道的難度較大。所需總土方量約為21000m3，投資約為113萬元，工期約45d；采用土工材料后，該工程所需總土方量約為5625m3，投資約45萬元，工期約為15d。綜上所述，采用土工材料臨時便道每100m可節省投資45萬元，節省工期30d。

［1］土工合成材料工程應用手冊編寫委員會.土工合成材料工程應用手冊［M］.中國建筑工業出版社，2000.

［2］陸士強.土工合成材料應用原理［M］.水利水電出版社，1994：102～108.

［3］熊朝輝.土工格柵處理軟土地基的設計、施工與檢測［J］.公路與汽運，2002，92（5）：23～25.

［4］朱詩鰲.土工織物應用與計算［M］.中國地質大學出版社，1989：131～148.

［5］馮志軍，毛杰.土工格柵在軟土地基處理中的應用［J］.甘肅水利水電技術，2004，40（2）：166～167.

［6］高升.土工布在油田沼澤地道路工程中的應用［J］.石油工程建設，1990（1）：23～28.

TL943

A

2095-2066（2016）30-0103-02

2016-9-15

趙發（1982-），男，云南廣南人，工程師，從事工程管理工作。