黄德敏
广西桂龙高速公路有限公司
摘要：笔者结合多年工作经验，以桂平至来宾高速公路跨越武宣县盘龙铅锌矿尾矿库路段工程为案例，通过系统、深入的研究，从技术可靠、经济合理、针对适用等方面，系统考察和提出实用的尾矿库区高速公路路基刚性桩加筋处治技术，确定方案的合理性及可行性，为其他类似工程设计提供参考。
关键词：尾矿库区；刚性桩加筋处治技术；可行性
1 项目概况
1.1公路范围的矿体分布概况
桂来路C线方案于K172+110～K172+200段经过盘龙铅锌矿主矿体，矿体形态以似层状、透镜状为主，局部呈囊状。矿体在剖面上呈陡立的板柱状，局部地段直立或反倾向延伸。由多层平行排列的矿脉组成，一般中间厚，边部薄，呈楔形分枝或尖灭。分布高程为-150m～-850m，总体倾向340°左右，倾角64～89°。
1.2公路范围的尾矿库概况
广西中金岭南矿业有限责任公司重晶石采坑尾矿库，位于武宣县桐岭镇湾龙村西南面，该尾矿库由A、B、C三个池组成。
1.2.1 A、B池
A、B池原属武宣县金湾选矿厂，由广西贺州市平桂设计院有限责任公司设计，设计总库容63.1×104m3，总坝高15.5m，为五等傍山型尾矿库。尾矿坝采用一次性成坝，为碾压均质土坝；坝上下游坡比均为1:2，坝顶宽度10m；尾矿库库址所在的坡地地势较高，库区的汇水面积较小，约为0.088km2。该尾矿库2006年4月开始施工，同年11月竣工完成投入生产使用，现已使用超过8年。拟建桂来高速公路C线方案于K172+110～K172+245段经过A池及其库坝。
目前A池内基本无积水，地表矿渣顶面平均高程约72.5m，A池东侧（C线方案右侧）坝顶高程约73.5～74.5m，A池西侧（C线方案左侧）坝顶高程约76.50m。
1.2.2 C池
C池中心位于A、B池北侧约100m处，由数个深度约10m，面积约近千平米的重晶石采坑构成。广西中金岭南矿业有限责任公司自2011年12月进行场地整平，2013年2～6月完成了扩大C池库容、管路铺排及库坝内侧铺设复合土工膜的建设，2013年7月开始向C池大规模排放矿渣。
C池设计总库容量为42.4×104m3，为五等傍山型尾矿库。设计库坝总坝高10m，坝顶标高70m，坝顶宽5m，坝底地面平均标高60m，坝基采取碾压处理，处理后标高59.5m，坝脚处设置（1.5+5.25）×1.5m梯形干堆石棱体及截水沟，坝体为1:1.75坡率填筑而成的均质土坝，库坝内侧坡面铺设复合土工膜进行防渗处置。C池设计设计排放矿渣总量为36.04×104m3，设计填筑矿渣顶部高程为69.6m。拟建桂来高速公路C线方案于K172+275～K172+500段经过C池及其库坝。
2尾砂库路段路基处置方案
2.1方案简介
2.1.1桩法处理
A池（K172+110～K172+225）、C池（K172+275～K172+475）及A池～C池连接段（K172+235～K172+275）为尾矿库段落，采用PHC桩法处理。PHC桩又称预应力高强混凝土管桩，属刚性桩，适用于处理深厚软土地基上荷载较大、变形要求高的高路堤地段。具体设计参数为：PHC桩型号为PHC-400B -95- 13- GB13476（即桩径0.4m，壁厚95mm、单根长度13m的B 型预应力高强混凝土管桩），桩身为C80预应力高强混凝土；正三角形布置，A池及C池桩帽尺寸为1.4×1.4×0.35m，A池～C池连接段桩帽尺寸为1.2×1.2×0.35m；经试桩后，桩间距及平均桩长分别为A池桩间距2.6m，平均桩长24m，嵌入粘土（Qel）持力层不低于2m；C池桩间距2.2m，平均桩长25m，嵌入粘土（Qel）持力层不低于4m；A池～C池连接段（K172+235～K172+275）桩间距2.2m，平均桩长11m，嵌入粘土（Qel）持力层不低于5m。
桩顶碎石垫层厚度1m，底部自桩帽顶面0.15m起始向上作土工合成材料加筋处理，每0.25m铺设一层土工合成材料，A池加筋处理5层，C池加筋处理5层，A池～C池连接段（K172+235～K172+275）加筋处理7层。土工合成材料强度参数为：土工格栅采用TGSG5050型聚丙烯双向拉伸一次成型塑料格栅。
2.1.2注浆处理
K172+475～K172+505段为C池库坝填筑段落及坝底段落，根据前期的勘察工作，K172+475～K172+505段软土厚度相对尾矿库段落较薄，均厚约4～10m，分布规律为纵向朝大桩号方向逐渐变保进行场地整平，并对库坝地基进行碾压处理，碾压下沉厚度为0.5m（处理前平均标高60m，处理后标高59.5m），库坝填高约10m，坝体为1:1.75坡率填筑而成的均质土坝。
施工方对该段进行填筑，路基顶面高程已填筑至约74.5m处。由于路基底部填筑材料中混有大量片石，K172+475～K172+505段已不适宜桩法处理。考虑该路段库坝已填筑约1年时间，下伏矿渣土较薄，均厚约7m（底部按平均50.50m高程考虑），且矿方施工时已进行了冲击碾压处理，本设计建议对该段先钻芯取样检验坝体填土密实度及判定坝底地基土经过近1年固结后排水固结情况，如果坝体填土密实度、弯沉、土基回弹模量等参数无法满足相关规范的要求，坝底地基土排水固结情况差，仍属于软弱土范畴，则建议执行注浆处理预案，该方案既可对填土下伏的软弱矿渣土起加固作用，同时还可对C池库坝起防渗加固作用。坝体填土及坝底地基土的具体参数要求详见表1～表.2，试验结果需同时满足表1~表2中的要求，如有一项参数不合格，则启动路基注浆加固应急预案。
路基注浆方案的主要设计指标如下：路基灌浆孔按梅花形布设，孔径90mm，纵向排距为3.0m，横向排距为2.5m，灌浆孔需穿过矿渣土层至少2m（即穿过孔底高程48.50m），平均孔深约21m。K172+475～K172+500段为C池库坝填筑段，注浆段顶部按超出C池坝顶高程1m考虑，即71m，灌注段土层均厚约15m；K172+500～K172+505段为路堤正常填筑，注浆段顶部按超出原地面高程1m考虑，即60.5m，灌注段土层均厚约10m。
将相关参数及地基土参数输入理正版岩土计算软件的复杂软土地基路基设计模块，以路堤稳定为计算目标，计算地基经过PHC桩处理后，路堤堤身的安全系数，经计算A池、C池、A池～C池连接段路堤堤身安全系数分别为2.516、2.313、2.154，满足《公路路基设计规范》中路堤堤身安全系数不低于1.30的最低要求。
3坝体加固方案
由于拟建路段跨越尾矿库A池、C池库坝，施工中的碾压振动可能会对库坝稳定造成影响，需对库坝进行加固处理。
（1）尾矿库A池、B池库坝（K172+225～K172+245段）：该段库坝平均坝高约5m，坝体填土为粘土混中粗粒矿渣，下伏地层为Qel残积粘土，拟采用钻孔注浆方案对坝体堤身进行加固，完成注浆后堤身填土加厚3m，而后再进行桩法地基处理。通过计算，按上述方案加固后，堤身安全系数3.016，满足规范要求。
（2）尾矿库C池库坝（K172+475～K172+505段）：该段库坝平均坝高约10m，坝体填土为粘土混中粗粒矿渣，下伏地层为4～10m厚的软弱矿渣土，底部为Qel残积粘土，拟先对该段路基进行钻探取芯检验，并对照表1～2进行判定，如坝底地基土排水固结情况较差，仍属于软弱土范畴，则采用钻孔注浆方案对坝体进行加固，注浆段落高程为50.5m～71m，灌浆段长度20.5m。通过计算，按上述方案加固后，坝体安全系数为1.379，满足规范要求。
结 语
综上所述，刚性桩加筋处治技术受外界制约因素小，施工工艺简单、工艺成熟，在质量、安全、环保、工期等方面均有很大优势，广泛适用于软土层厚度大、面积广、工期紧的尾矿库区高速公路路基处治，值得推广运用。
参考文献
[1]卢才金.加筋垫层+刚性桩处治路堤下伏土洞的三维数值分析[J].公路交通技术,2013(05):5-8+13.
论文作者:黄德敏
论文发表刊物:《中国西部科技》2019年第22期
论文发表时间:2019/11/26
标签：尾矿论文; 高程论文; 矿渣论文; 路基论文; 路堤论文; 方案论文; 地基论文; 《中国西部科技》2019年第22期论文;