加筋土擋墻在煤矸石地基中的應用

謝 德 強

(西山煤電集團設計院，山西 太原 030053)

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加筋土擋墻在煤矸石地基中的應用

謝 德 強

(西山煤電集團設計院，山西 太原 030053)

介紹了煤矸石的化學成分與礦物組成，針對煤矸石的治理問題，提出了在煤矸石地基中采用加筋土擋墻技術，并闡述了該技術在太原市杜兒坪礦矸石山的實施方法，取得了綠色環保的效果。

煤矸石，加筋土擋墻，矸石山，地基

1 煤矸石的化學成分和礦物組成

煤矸石是與煤體伴生的巖石，煤矸石在煤的開采和洗滌過程中被排出，我國煤矸石的積存量高達3.0×109t,每年不斷遞增1.5×108t。煤矸石的化學成分和礦物組成：

1)煤矸石的化學成分。煤矸石是由有機物(含碳物)和無機物(巖石物質)組成的混合物。前者可燃燒，但含量少；后者不能燃燒，且含量多。我國煤矸石的主要化學成分見表1?？梢钥闯?，煤矸石的無機組分多在80%以上，而可燃物僅10%左右，煤矸石還含有有害組分硫。

表1 煤矸石的化學成分表

2)煤矸石的礦物組成。煤矸石主要由高嶺土、石英、蒙脫石、長石、伊利石、石灰石、硫化鐵、氧化鋁、氧化物組成。煤矸石中的金屬組分含量偏低，一般不具回收價值，但也有回收稀土元素的實例。

煤礦煤炭開采都無法避免的伴隨著大量煤矸石的產生，對它的堆放和封場治理是所有煤礦都面臨的一個大問題，因為現在的科學技術水平還達不到對煤矸石的科學利用，所以只能先把它們封閉起來待以后科學技術水平提高以后再來更好的利用。對每座堆放煤矸石形成的矸石山治理就顯得尤為重要，而在煤矸石山上做擋墻和護坡是必然的也是必須的，即所謂的先擋后護，由于煤矸石山大多堆積時間很短，還在不斷的自然沉降，且沉降量很大，又伴隨著大雨沖灌，會形成大量滑坡。在這類矸石山上做擋墻也只能做成適應地基適當變形的柔性擋墻，且封場治理也是一個長久工程，可能幾十年甚至上百年都不再開發利用，因此要求所做的擋墻和護坡必須具有耐久性，不應該按臨時建筑設計對待，更不能只是在表層堆黃土覆蓋處理，一下雨就全沖垮了。另外封場治理就是為了保護當地自然環境，不讓煤矸石直接暴露在外，除了有很難聞的硫化物氣味，又極容易自燃，雨水直接落在煤矸石上又容易爆炸同時形成山體滑坡，嚴重危害當地居民的生命安全，必須對其進行合理的科學的治理。

2 加筋土擋墻特點

加筋土擋墻源于20世紀60年代初期的法國，并于70年代后期引入我國，我國于1979年首次在云南建成加筋土擋墻試驗工程。加筋土技術的應用也從最初的用作擋土墻而擴展用于橋臺、護岸、堤壩。近年來加筋土技術廣泛應用于高速公路兩側的土坡治理，既經濟又美觀，可以在面板上標識各種美麗的圖案，其優越性越來越明顯，歸納起來有如下特點：

1)加筋土最大的特點是可以做成很高的垂直填土邊坡，從而可以減少占地面積，這對填土放坡困難的地區，城市郊區的道路，以及土地珍貴的地區、有著巨大的經濟意義。

2)加筋土結構是柔性結構，能適應地區較大的變形。

3)施工簡便。加筋土的組成構件(面板、拉筋、路緣石、欄桿、條形基礎等)均可以預先制作，除需壓實機械外，施工時一般不需配備其他機械，易于掌握。同時可縮短工期和節省勞力。

4)抗地震。由于加筋土結構所獨有的柔性能吸收地震的能量，故具有剛性結構物無法與之比擬的耐震性能。

5)造型美觀。墻面板形式可以根據需要、受力特點進行各種設計、造型，并使之拼裝成美觀的建筑物，改善當地景觀。

6)投資省。加筋土擋墻面板薄，基礎尺寸小，與重力式擋墻相比，可節省圬工數量95%～97%，造價可比石砌重力式擋墻和鋼筋混凝土擋墻減少20%～60%以上。擋土墻高度越大，節省資金越多。

3 加筋土擋墻應用實例

西山煤電集團杜兒坪礦矸石山擋墻就是一例，杜兒坪礦矸石山位于具有煤海之稱的山西省太原市萬柏林區的西山地區，這里曾經也是山清水秀，伴隨著半個多世紀的煤炭開采現在已經是滿目蒼夷，環境污染到早已不再適合人類生存的地步。筆者于2009年4月接到單位的設計任務，在和有關領導和專家多次考察完現場后，決定采用柔性擋墻。由于缺乏這方面的經驗，筆者參考了滑坡治理方面的很多書籍和資料，并多次下現場實地考察，最終決定把加筋土擋墻用于煤矸石堆場，在國內煤礦矸石山治理方面尚屬較早應用，也具有很大的示范推廣意義。

原先的杜兒坪礦矸石山位于兩山之間的山谷，在一次煤矸石山體自燃爆炸后，山頂高度降低了近一半，沖擊下來的煤矸石向前滑移了近百十米，造成了重大人員傷亡事故?；葡聛淼拿喉肥钊焦?，平均厚度達到二十幾米，根本無法清底。在這種煤矸石地基上做擋墻并對其后的矸石山進行封場治理難度很大，困難很多。如地基問題、排水問題都是關系到此類擋墻和矸石山治理成敗的關鍵問題。傳統的擋墻無論是鋼筋混凝土擋墻還是片石擋墻都對地基有很高的要求，都必須座在老土上，且要求地基承載力特征值都很高，而此類煤矸石地基最多能達到80 kPa左右。適合此類柔性地基的擋墻只能做成柔性擋墻。加筋土擋墻就是柔性擋墻，適合此類地基，可以伴隨地基輕微變形，但也不能沉降過大。此類擋墻施工包括下列工序：基槽(坑)開挖、地基處理、排水設施、基礎澆(砌)筑、構件預制與安裝、筋帶鋪設、填料填筑與壓實、墻頂封閉等，其中現場墻面板拼裝、筋帶鋪設、填料填筑與壓實等工序是交叉進行的。加筋土擋墻施工前必須對煤矸石地基注漿滅火、夯實、淺層灰土換填基底煤矸石，個人經驗認為換填2 m厚較適宜，另外擋墻縱向每隔10 m左右設一道沉降縫，縫寬30 mm，內塞瀝青麻刀或膠泥稻草。另外就是排水問題，擋墻施工前首先要解決排水問題，以免形成人為的堰塞湖，此工程先沿山谷兩側各做一片石排水明溝，水溝凈寬1 m，凈高0.8 m，坡度同山谷縱向地形由上游向下游排水，這樣可以最大限度的解決兩側山坡匯集下來的雨水排入擋墻后面和下部的煤矸石縫隙中造成滑坡。又于擋墻背后做了一道鋼筋混凝土截水溝，凈寬高均為1 m，壁厚0.2 m，水溝底板厚0.25 m。并用5根直徑1 m的鋼筋混凝土排水管將水引入下游排走。

此加筋土擋墻下部擋墻高5.4 m，上部擋墻高6.8 m。中間有錯臺，總高約12 m。面板后填料選用礫(碎)石類土，計算內摩擦角為35°，容重為20 kN/m3,筋帶與土體摩擦系數f=0.5，填土分層壓實厚度不宜超過250 mm，筋帶與面板的鋼筋焊接宜采用雙面焊接，焊縫長度大于5d。上部擋墻碎石土后需豎向打1.5 m厚三七灰土進行封閉，截水溝上方豎向范圍內需鋪設1 m厚卵石濾水層，加筋土擋墻后側堆矸按相關環保部門要求鋪2 m矸石和1 m黃土分層鋪設。擋墻要求基底承載力特征值不小于100 kPa。基坑開挖后應進行碾壓夯實，使基底允許承載力滿足設計要求后方可施工加筋土工程，墻址部分的基坑，在基礎施工完成后應及時回填夯實。墻面板預制后拼裝，為固定墻面板需要安裝錨桿和錨固塊。為墻面穩定和施工安全，壓路機等大型設備不得靠墻面板過近作業，以防止預制塊與其后部所連筋帶被后側土壓力擠壞，在靠墻面板1 m范圍內需采用人工或小型打夯機分層壓實，壓實厚度控制在0.25 m左右，壓實系數不小于90%，靠近面板1 m范圍以外方可以用壓路機碾壓，壓實系數不小于95%。經過前后近一年的艱苦施工，建設單位和施工單位多次就現場發生的問題組織有關人員圖紙交底和現場會審，排除了一個又一個困難，最終此擋墻于2010年7月建成。至今已有6個多年頭，當時還在擋墻面板上布設了一些觀測點，至今既無明顯沉降，變形縫也沒有變形，面板保持完好。該擋墻早已成杜兒坪礦矸石山治理的示范工程(見圖1)，也成為當地一道亮麗的風景線，吸引好多其他地方的同行們過來參觀。

2016年年底，西山煤電集團鎮城底礦主井矸石山同樣需要封場治理，筆者和相關專家去現場考察完地形地貌后，一致認為加筋土擋墻是最適合的，相信很快就會在這里見到另一座美麗的加筋土擋墻。

4 結語

隨著環保要求越來越高，以及生態修復和可持續發展的深入人心，將來會有越來越多的新技術應用于此類柔性地基之上。作為一個設計人員，需要在多方面的設計中融入環保和創新理念，要勇于不斷推陳出新。在吸取前輩設計精髓的基礎上，與時俱進，努力設計出更多符合時代要求的好的作品。盡最大努力為后人營造一個個綠色的，生態的，美麗的矸石山。

[1] 鄭穎人，陳祖熠，王恭先，等.邊坡與滑坡工程治理[M].北京：人民交通出版社,2007.

[2] 謝德強.西山煤電集團公司杜兒坪礦矸石山治理S2010-49土(設計圖紙)[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

謝德強(1977- ),男,工程師

TU476.4

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