某露天开采水泥砂岩矿排土场设计

李志军

（安徽省水利水电勘测设计院勘测分院 蚌埠 233000）

某露天开采水泥砂岩矿排土场设计

李志军

（安徽省水利水电勘测设计院勘测分院 蚌埠 233000）

根据某露天开采水泥砂岩矿排土场设置要求，结合现场条件和水土保持要求，计算设计排土场挡土墙和排水措施，并配置植物环保美化措施。实践证明，防控由于施工建设而产生的水土流失影响及危害的效果明显。

排土场 选址 设计 工程措施 植物措施

1 工程概况

繁昌县某水泥用砂岩矿50万t/a建设工程位于安徽省繁昌县城265°方向约11.5km处，行政区划隶属繁昌县孙村镇。矿床中心地理坐标：东经：118°04′40″，北纬：31°04′48″。该工程为新建露天开采矿，主要建设内容包括露天采场、运输公路、破碎站及维修车间、办公室等。工程总占地12.79hm2，其中矿山开采区 7.52hm2（其中矿权面积7.34hm2），外部运输道路区 1.82hm2，排土场区 2.25hm2，工业场地区1.20hm2，主要占地类型为林地。基建期内总挖方3.85万m3，总填方2.31hm2，总弃方1.57万m2。整个生产期总弃土石渣约11万m3。

2 排土场设计

该工程基建和运行期间排土总量大，设计不仅要考虑经济实用满足工程建设堆放土渣的要求，又要从水土保持角度提出防治措施，并做相应设计。

2.1 选址

该工程排土场设在矿山开采区南侧的山坳内，“肚大口小”，既有较大的容积，又便于山坳口布设拦挡设施且工程量较小。上游汇水面积小，不会产生大径流冲刷堆土坡面，进而造成严重水土流失。项目区的钳口水库与该排土场在山两侧分布，排土场不在钳口水库的管理范围，不会对钳口水库和周边水系造成影响。与平原区排土场相比，本排土场具有占地小、容纳弃土大的优点，能够满足矿山开采过程中的堆土需要，选址符合水土保持相关规定。

2.2 工程措施设计

排土场在山坳出口处设重力式浆砌石挡土墙，M10砂浆砌筑。为了避免上游来水冲刷排土场，沿排土场西边设浆砌石截排水沟，并连接矿山开采区及外部运输道路区的截排水沟。为了缓流、沉沙，在截排水沟上设两个浆砌石沉砂池。排土场内堆土结构松散，植被恢复尚需时间，堆土坡面易受降雨的冲刷，雨水渗流路径对新建挡土墙稳定有重要影响，因此在墙背侧纵向设一道临时土质截水沟（沟底、沟壁覆塑料布），并与排土场外截水沟顺接，土质截水沟两端各设浆砌砖沉砂池一座。

根据该工程的地质报告资料，排土场所要拦挡的为采矿而剥离的第四纪残坡积土。上部为夹石的亚粘土，稍湿，可塑，中压缩性，碎石直径大小不一，最大50cm，一般1～10cm，成份为灰岩，承载力特征值为100～150kPa；下部为夹土的碎石，稍湿，承载力特征值为400～450kPa；亚粘土的物理力学性指标：γ=18.5kN/m3，с=23kPa，φ=30°，填土表面倾角β=15°。现试算重力挡土墙断面轮廓尺寸：墙体构造为浆砌块石，俯斜墙背，坡率1∶0.35，即α=19°17',取外摩擦角δ=φ/2=15°；块石重度取26kN/m3，考虑到地基为夹土碎石取f=0.45。为简化计算，忽略墙的前襟边上的土重，仅计算墙背和后襟边上的土重。计算过程如下。

抗滑计算：Kc=f∑V/∑H

式中：∑V——作用在墙上的竖直力代数和；

∑H——作用在墙上的水平力代数和。

Kc=0.45×662.02/198.31=1.50＞1.3（满足）

抗倾覆计算：Ko=∑Mv/∑MH

式中：∑Mv——对挡土墙基底前趾的抗倾覆力矩（kN·m）；

∑MH——对挡土墙基底前趾的倾覆力矩（kN·m）。

Ko=1479.71/479.3=3.08＞1.5（满足）

基底应力验算：e=B/2-eb=B/2-（∑Mv-∑MH）/∑V；

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

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

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

经计算可知，上述重力挡土墙断面尺寸能满足挡土安全要求。故排土场挡土墙典型设计采用该断面尺寸。

浆砌石挡墙采用俯斜式，墙总高6.8m，墙身高6m，基础高0.8m，宽4m，墙顶宽0.8m，墙背坡比为1∶0.35，前襟宽0.6m，后襟宽0.5m。墙背铺设土工布加碎石土反滤层，墙体埋设PVC排水盲管。挡墙施工根据基础开挖情况进行调整，根据地势基础可设成台阶状，墙顶高程应统一，两端与山体顺接。挡土墙共计24m，土方开挖76.8m3，共需M10浆砌石343.2m3，土工布164.4m2，PVC排水管46.56m。

截排水沟设计按10年一遇洪水设计，15年一遇洪水校核。浆砌石截排水沟上口宽1.35m，下口宽0.75，沟深0.6m，沟壁、沟底厚0.3m，沟底有0.1m碎石垫层。浆砌石截排水沟共计220m，截排水沟土方开挖320.10m3，M10浆砌石158.40m3，碎石垫层23.10m3。浆砌石沉沙池长×宽×深为2m×1.5m×1m，池壁、池底厚0.5m，池底下设0.1m碎石垫层。沉沙池共计2座，土方开挖24m3，M10浆砌石13.59m3，碎石垫层1.5m3。土质排水沟长24m，上口宽0.9m，下口宽0.3，沟深0.3m。开挖土方4.32m3，塑料布27.6m2。浆砌砖沉砂池长×宽×深为1.8m×1.5m×1m，池壁、池底厚0.3m，池底下设0.1m碎石垫层。浆砌砖沉砂池共计2座，土方开挖 14.11m3，浆砌砖 6.97m3，碎石垫层 1.15m3。

2.3 植物措施设计

为减少降雨径流侵蚀，基建期渣土堆放结束后，在堆土表面撒播狗牙根草籽。

3 结语

该工程自2011年开工建设后，排土场已投入使用，运行正常，有效地防控了由于施工建设而产生的水土流失影响及危害。由于所处地区的差异，地质条件、水文气象各异，排土场的设计应结合工程实际有针对性地合理确定挡土墙的结构构造，正确采用土压力计算和结构计算公式，确保工程安全。同时，考虑水土保持的相关法律法规、技术规范要求，同步布设合理适用的水保措施，预防和降低工程建设新增的水土流失影响和危害