某礦山場地復雜超高填方邊坡設計方案研究

2023-09-11 06:49:32齊路路

中國礦山工程 2023年4期

孫揚, 習泳, 齊路路, 萬毅, 湯靖

(1.中國恩菲工程技術有限公司, 北京 100038; 2.宜春時代新能源礦業有限公司, 宜春 336300)

1 前言

隨著當前全球新一輪科技革命和產業變革,創新驅動的戰略性新興產業將成為推動全球經濟復蘇和增長的主動力。礦業作為工業經濟發展的糧食,伴隨著新能源時代踏上了新一輪發展快車。綠色、安全、高效、智能開采是未來礦山的發展方向,礦山建設設計要遵從新的發展理念,“綠水青山就是金山銀山”的理念成為全社會的共識和共同行動,綠色高質量發展是礦業發展的“風向標”[1]。露天礦產資源主要賦存在山嶺、丘陵地區,其開采建設的場內道路、工業場地等建構筑物設施均位于山嶺之中,不可避免存在大量的挖方與填方邊坡工程。為節約土地、高效、綠色開發礦產資源,場地的用地往往受林地、農田、批復指標限制,采選工業場地總圖布置受限。金屬礦山場地中高度超高30 m的填方場地邊坡較為常見。

高填筑邊坡受用地限制,對于無法用坡率法達到穩定的邊坡,采取合理的加固設計方案對于工程造價、施工進度及安全儲備的影響巨大。開展復雜超高邊坡設計方案研究工作,能夠為推進工程正常建設、保證安全生產、節約用地具有重要實際意義。

2 工程背景

2.1 礦區場地環境

某金屬礦區屬亞熱帶季風型氣候,氣候四季分明。年平均氣溫17.9 ℃,1月平均氣溫最低為6.0 ℃,7月平均氣溫最高為28.6 ℃。礦區多年年平均降雨量1 841 mm,歷史最大年降雨量2 363.85 mm,最大月降雨量845.21 mm,最大日降雨量298.1 mm。降雨多集中在3月～6月,占全年降雨量的55.8%,平均降雨量256.7 mm。

礦區構造屬侵蝕中低山-丘陵地貌,地形地貌較復雜,山嶺總體呈南北走向,地形總體由北向南逐漸變緩。礦區內最高點海拔標高783 m,其附近山嶺呈近東西走向,為礦區附近溝谷的分水嶺,向南和向北海拔逐步降低,礦權區北部邊界一帶海拔標高200～350 m不等,其南部邊界最低標高約330 m。區內植物發育,竹木繁茂,森林覆蓋率達90%以上。礦區山體由花崗巖體組成,自然斜坡坡度一般為 25°～40°,礦區未發現崩塌、滑坡、泥石流地質災害。礦區地貌如圖1所示。

圖1 礦區地形地貌圖

2.2 礦區工程地質及水文條件

礦區場地地層結構由第四系全新統雜填土(Q4ml)與燕山晚期花崗巖(K)組成。按其巖性及其工程特性,場地內地層自上而下分別為雜填土(Q4ml)、全風化花崗巖(K)、強風化花崗巖(K)、中風化花崗巖(K)。

擬建場地為山地,未發現滑坡、崩塌、泥石流等不良地質作用;場地基巖為花崗巖,不存在巖溶問題;在勘探深度內,花崗巖中未見洞穴、地下管線、施工遺留物、臨空面等,部分全風化花崗巖中含未風化的花崗巖球體;部分中風花崗巖內局部含強風化花崗巖破碎帶;擬建場地無人為的地下開采活動,不存在采空區不良地質現象,場地適宜性較好。場地抗震設防烈度為6度,屬設計地震分組第一組,設計基本地震加速度值為0.05 g。

礦區內地表水系總體發育,山間溪流均呈季節變化,與降雨量關系密切。礦區地下水為上層滯水和基巖裂隙水,上層滯水主要分布在山谷雜填土層與全風化花崗巖中,基巖裂隙水主要賦存于下部燕山晚期強風化花崗巖與中風化花崗巖中。基巖裂隙水的透水性受基巖裂隙性質及發育程度控制,總體屬弱透水層,水量不大。場地內地下水主要賦存于土體空隙及全風化花崗巖中,屬于上層滯水,受大氣降水與地表水補給,排泄方式主要為蒸發排泄和人工開采排泄。地下水位動態變化主要受季節性降水的影響,從4月至9月是每年的豐水期,每年10月至來年3月為枯水期。上層滯水年內變化幅度為3.0～8.0 m。

2.3 工業場地概述

項目高填方場地為采礦場破碎站工業場地,場地長約350 m,寬約210 m;場地布置破碎機、轉載膠帶、主運輸膠帶、配套的供配電機房、供水等輔助構筑物。場地北東側為挖方邊坡,南西側為填方邊坡,最大填方高度70 m。場地除北側緊鄰露天坑采場近,受爆破擾動影響,場地西側和南側局部采用自然坡率填方方案設計,場地東南側區域受道路限制,無法采用坡率法。場地初步設計方案如圖2所示。

圖2 破碎站場地平面圖

礦山為滿足基建期剝離礦石運輸及后期場地維檢需求,需在東南側與南側填方邊坡修筑道路至破碎工業場地。工程條件使得場地東南側邊坡設計復雜,無法采用常規的坡率法與護角擋墻設計;同時由于坡腰設有重載卡車通過道路,為填方區域擋墻設計增加了難度。

3 設計方案

破碎站西南側區域邊坡和南側邊坡具備坡率法穩定的條件,均按照緩坡方案設計坡腳。本文研究分析區域為東南側邊坡。東南側邊坡坡角有既有道路通過,坡中設計道路通過,該道路重載卡車最大重量約116 t。

道路修筑在填方場地,采用普通混凝土剛性擋墻受不均勻沉降引起開裂的風險較高,因此需要采用其他受沉降影響小的支擋方案。采用抗滑維護樁方案具備可性,能夠滿足坡體整體穩定性及重載卡車通行功能要求,但道路下方的填方自穩仍不能滿足規范要求。近年來隨著加筋材料應用技術成熟,在機場、公路、電力、市政等行業被廣泛利用[2-3];針對項目現場實際條件,應用加筋擋墻既能滿足坡體整體穩定性、也能滿足道路重卡通行及路下坡體穩定。常見的加筋支擋有格賓籠加筋擋墻、面板加筋擋墻、筋材反包等幾種形式擋墻,具體如圖3所示。

圖3 常見加筋擋墻類型

本項目建設進度緊張,場地合格石塊較少,綜合考慮實際可用場地空間,采用反包土工袋的加筋擋墻結構。土工袋反包加筋的施工速度較格賓籠快,不需要石材構建墻面;反包體坡面同時具備復綠條件,滿足綠色礦山建設發展理念;反包加筋擋墻的缺陷是其最陡坡率不超過1∶0.5。加筋擋墻建設完成后,現場擬采用客土噴播方式復綠,坡率宜緩于1∶0.75。

針對破碎站東南側的坡頂與坡底場地空間及道路設計條件,路面至坡腳剛性擋墻的高差30 m,路面至坡頂的場地高差18 m,據此設計了兩種不同形式加筋擋墻方案如圖4示。方案一是常規的坡腳兩級1∶1.75的緩坡填方,路基為1∶0.75的陡填路基;方案二是坡腳兩級1∶1.0的較陡填方,路基為1∶1.75的緩坡填方。路面上部的設計方案一致,均為1∶1.4的非加筋填方。考慮重載道路后期重載卡車與礦山生產服務年限,選用高密度聚乙烯單向土工格柵,格柵強度均選用HDPE170型單向土工筋帶,筋帶豎向鋪設間距設計為0.6 m每層。