格宾挡墙在济宁地区采煤塌陷地治理中的首次应用

张敏

(山东省鲁南地质工程勘察院，山东济宁 272100)

0 引言

山东省济宁地区矿产资源丰富，已发现和探明储量的矿产有70多种，以煤为主，其次为石灰石、石膏、重晶石、稀土、磷矿、铁矿石、铜、铅等。济宁市含煤面积4826 km2，占济宁市总面积的45%，估计1500 m以上的储量为178亿吨，主要分布于兖州、曲阜、邹城、微山等地。经勘探预测，济宁市煤储量260亿吨，占山东省的50%，为全国重点开发的八大煤炭基地之一。主要含煤地层都在10层以上，可采厚度约10 m，区内分布众多煤矿，多年来造成的塌陷点较多，点点相连，趋于向面发展的趋势，形成众多塌陷湖面。

本课题区属兖州煤田范围，自20世纪70年代初至90年代末无序大面积、高强度开采，致使大片土地塌陷积水，良田沃土被淹，土地资源占用破坏严重，环境污染加剧，矿山地质环境遭受极大破坏，人民群众生命财产遭受极大威胁。随着城市规模扩张和城市改造加剧，土地资源日益紧缺，需要经过一定方法改造加以充分利用已成当务之急。至今，塌陷区地面变形基本稳定，为了提高土地价值、改善当地居民生活质量，邹城市太平采煤区申请了国家矿山地质环境治理示范工程。该工程有两个特点，一是本工程属于国家矿山地质环境治理示范工程，其次是本工程中的岸边护岸工程在济宁乃至山东采煤塌陷地治理中也是首次采用格宾挡墙方式进行治理，其成功运用将为济宁地区众多塌陷地治理起到示范作用。

本次课题主要针对区内邹城市太平采煤区矿山地质环境治理中护岸工程采取格宾挡墙进行阐述，由于工程环境处于岸边、湿地，挡墙位置将处于被水半淹没状态。这就决定了地基难免出现沉陷，而格宾挡墙属于典型的柔性防护结构，可以适应地基的不均匀沉降，既满足了岸边防护作用，又可弥补其他方式对地基变形的敏感性。同时，石质格宾挡墙具有岩石特有的厚重感与湿地公园整体搭配效果良好。该案例为我院2013年实施操作的工程，希望该案例为今后遇到类似工程问题的同仁提供参考。

1 工程概况

课题区位于邹城市西侧—太平镇，处于新济邹路(济宁市至邹城市快速通道)与泗河交叉处，新济邹路路北，泗河东侧，属兖州煤田范围。塌陷治理区共两处(相距约200 m)，一处塌陷面积1.111 km2，积水水面面积0.77 km2；另一处位于邢村东部，塌陷面积0.639 km2，积水水面面积0.43 km2。两处位置相邻，规划将两处塌陷坑挖通，并进行人工湿地生态修复，改造成湿地公园，总治理面积3.12 km2。根据设计，沿新济邹路和两处塌陷相邻通道的岸边工程采用格宾挡墙护岸。整个治理区仅选择这两处位置采用有棱有角的格宾挡墙方式，主要原因是新济邹路是济宁市至邹城市重要的交通和旅游快速通道，加之塌陷边缘紧靠道路，需要一定的道路防护距离，并且还要考虑岸边绿化空间。如果采用岸边自然放坡则需要一定的坡距空间，同时岸边土壤会遭到水力长期冲刷，需要不断补充填土，对绿化和保护不利。而在两处塌陷相邻通道的岸边工程采用格宾挡墙护岸，可以防止水力长期冲刷造成岸边泥土长期淤积对游船正常通行的影响，同时该通道上方设有小桥，通道两岸设置石质格宾挡墙，这样此处有小桥、游船、石质格宾挡墙，加之后期的绿化，则相得益彰，不失一景。更主要的是两处所处位置的特殊性，不能按常规的岸边土质边坡来治理，而采用石质格宾挡墙来处理则有一种岩石特有的厚重之美，与湿地公园的整体规划相辅相成。

2 设计要点

2.1 结构形式

采用镀高尔凡格宾挡墙，挡墙设计超高0.7 m，底部埋深≥1 m，格宾挡墙墙后需铺设聚酯长纤无纺布进行反滤。挡墙及材料满足了稳定性、耐久性、安全性、经济性、维护便捷性和环境友好性的要求。格宾重力式挡墙的基本稳定原理同浆砌石重力挡墙和混凝土重力挡墙相同，均是通过墙体自身重量来维持挡墙在土压力下的稳定，格宾重力式挡墙的外形为外台阶式。格宾构建图见图1。

图1 格宾构建图

2.2 格宾技术要求

(1)格宾是将低碳钢丝编制成双绞合六边形金属网格组合的工程构件，在构件中填石构成主要用于支挡防护的结构。格宾所用钢丝采用镀高尔凡(5%铝锌合金+稀土元素)防腐处理。

(2)镀高尔凡层附着力检验采用缠绕试验方法，并应达到如下标准：当镀高尔凡钢丝绕相当于自身直径2倍的芯轴紧密缠绕6圈时，用手指摩擦钢丝，其镀层不会剥落或开裂。

(3)网面裁剪后末端与端丝的联接处是整个结构的薄弱环节，为加强网面与端丝的连接强度，需采用专业的翻边机将网面钢丝缠绕在端丝上≥2.5圈，不能采用手工绞。

(4)绑扎钢丝必须采用与网面钢丝一样材质的钢丝，为保证联接强度需严格按照间隔10～15 cm单圈-双圈交替绞合。

2.3 装填石料要求

(1)填充物采用卵石、片石或块石，格宾和赛克格宾填石粒径以100～300 mm为宜，空隙率不超过30%，要求石料质地坚硬，强度等级MU30，密度不小于2.5 t/m3，抗风化，遇水不易崩解和水解。

(2)薄片、条状等形状的石料不宜采用，风化岩石、泥岩等亦不得用作充填石料。

(3)格宾靠面墙300 mm范围采取干砌方式。

2.4 土工布要求

使用聚酯长纤无纺布，标称断裂强度10 kN/m，详细指标参照国标GB/T 17639- 2008《长丝纺粘针刺非织造土工布》。

3 施工要点

沿新济邹路段，此类挡墙分水上、水下两个部分设计，水上为典型的格宾挡墙，水下采用格宾+赛克格宾挡墙，即使用赛克格宾垫抛投到设计枯水位线，然后再在上部建格宾挡墙。挡墙设计高于洪水位0.7 m，底部埋深≥1 m，详见图2和图3。

图2 格宾挡墙设计断面图

图3 格宾+赛克格宾挡墙设计断面图

两处塌陷区开挖连通处，挡墙设计超高0.7 m，底部埋深为≥1 m。

格宾具有较高的空隙率且整体性好，可以迅速降低结构后填土内由于降雨等原因导致的过高地下水位，消散孔隙水压力，维持土体强度，降低发生滑坡、坍塌的危险，且为柔性结构能够适应基础的不均匀沉降，施工便捷、整体美观，同时具有良好的生态性。

施工中清基、组装格宾、填冲石料、封盖等各工序均应严格按照设计要求进行作业。网箱组砌体平面位置必须符合设计图纸要求；网箱层与层间砌体应纵横交错，水下联接，严禁出现“通缝”；每层网箱体均应放置“丁”字箱体；砌体外露面应平整美观。

4 工艺流程

工艺流程为：测量定位→修筑施工便道→挡墙清基→水下格宾墙→水上格宾墙→填充石料→封盖。

4.1 测量

测量根据设计图纸放样格宾挡墙轴线及内外侧边线。格宾挡墙采用分段施工，每50 m设为一个施工段，具体施工根据现场情况可作调整。挡墙位置确定后，在挡墙南侧确定施工便道位置。

4.2 修筑施工便道

采用煤矸石，距离挡墙一定距离修筑便道(可按现场情况确定)，宽度3 m左右，从中间部位向东、西方向同时修筑，修筑过程中运输车辆反复碾压，形成一个坚实的“石头墙”，对格宾挡墙起到很好的外围防护作用。

4.3 挡墙清基

清基厚度约1 m(可根据现场情况确定)，用挖掘机直接挖槽清理淤泥等杂物，将淤泥杂物抛填至岸边回填区。遇较差地基土质时，应做地基处理，如抛填碎石或煤矸石等。

4.4 水下格宾墙

清基完成后，按照设定标高水下部分放置赛克格宾。

4.5 水上格宾墙

上道赛克格宾经监理验收后，按照设计铺设格宾。

4.6 填充石料

必须同时均匀地向同层各箱格内投料，严禁一次性投满，填料过程中每层填料厚度控制在0.3 m，必须密实，空隙处宜用小碎石填塞。

4.7 网箱封盖

封盖必须在顶部石料砌筑平整的基础上进行，封盖与网箱边框相交，应每隔100～150 mm单圈-双圈交替绞合绑扎。

5 施工注意事项

(1)为了确保装填量达到设计要求，赛克格宾在装填过程中一定要架起，使网面全部拉撑，如果支架的高度或者强度不足，在初次装填满后，需采用起重设备将赛克格宾提起、拉撑，再进行补充装填。

(2)装填后的封口要求紧密且符合间距要求，应加强对该工序的检查，防止在起吊过程中出现散开等现象。

(3)抛沉过程中要加强监控，确保抛沉位置达到预期的目标，如不符合要求，应及时总结分析，提出下一步工作的改进方案。

(4)土工布铺时，在伸缩缝背面从上至下铺设一层土工布条，宽0.6 m。土工布物理性能指标应符合有关规程，在外观上不能有针眼、疵点和厚薄不一，不允许有裂口、空洞、裂纹和变质现象；进场的土工布条必须贴有标签，表明生产厂家、制造号、安装号、类型、厚度及重量，附有专门装卸和施工说明书；土工布的搭接方式和搭接长度要符合设计要求；土工布应通过锚固槽与铺设面紧密连接，锚固长度应符合设计要求。在铺设前，须清除铺设面上树根、杂草和尖石，保证铺设层面平整，不允许出现凸凹不平现象，面层应压实，排除工作范围内所有积水，铺设应符合图纸要求，并通过监理验收。

6 效果评价

(1)格宾单元网格在工厂整体编织而成，到工地现场组装成型，相互绑扎成整体，属于典型的柔性防护结构，可以适应地基的不均匀沉降。赛克格宾通过网面的约束和使用较小的石料装填，起到类似抛石并取代抛石的作用。

(2)格宾可按设计意图，工厂化生产制作出半成品，施工现场按施工图进行组装定型。整体工法操作简便、工序少、无需特殊的技术工人、受气候干扰小，对石料的要求不高，整体施工效率高且效果易于保证。在有机械进行配合时，更加能够加快施工进度。工人无需特别培训。此类结构的施工效率很高(是传统结构的施工效率2到3倍)，可以大大减少施工周期。

(3)赛克格宾施工操作简单，将成品展开后，人工或者机械装填石料(100～300 mm)，随后闭合锁口钢丝进行锁口，即可进行抛投。由于装填的石料较小，因此相对较为简单且不易产生安全隐患。同时，小石料的采用扩大了石料来源，可以有效就地取材，并且节约运输等成本，降低工程造价。