水土保持工程设计

弃煤渣场挡墙的设计分析

（水土保持工程学）

课程

设计

姓名：杨广勇

学号：2016303120045

1. 自然情况

项目所处地区江西省丰城市，亚热带湿润气候，位于北纬27 度42 分-28度26分，东经115度25分-116度26分，居江西省中部，赣江中下游地区，鄱阳湖盆地南端、季风气候区，温暖湿润，雨量充沛，四季分明，日照充足，无霜期长。气候温和，四季分明，雨量充沛，光照充足，霜期较短，生长期长。全年平均气温为15.3-17.7摄氏度，日最高气温大于或等于35 摄氏度的日数年平均为27.9天，日最低气温少于或等于0 度的日数年平均为23.4天。全年日照时数1935.7 小时，年平均降水量1552.1毫米,4-6 月降水量约占全年降水量的50％，年平均降水日数为154 天，年平均空气相对湿度81％，无霜期274 天。

全市林业用地面积为156.7 万亩，占总面积的36.6%。其中，有林地73.8 万亩，灌木林地57.7万亩，蔬林地5.3万亩，未成林造林地9.8 万亩，宜林地10.1 万亩。活立木总蓄积131.8 万立方米，活立竹1203 万株。果木林3.4 万亩，药用经济林1.2万亩，花卉亩木2 万亩。果木林主要有柑桔、桃、梨、板粟；药材林主要有黄栀子、厚朴、杜仲。现有油茶面积53.6 万亩，（江西省列第五位，宜春市列第二位）。其中低产油茶（纯天然）47.6 万亩，亩产茶油2.5 公斤，总产1190吨；高产油茶6万亩，大多未进入投产期，2——3 年内可批量投产，预计平均亩产25 公斤，总产1500 吨。全市年总产到时可达2600吨以上。丰城市已将油茶作为农业支柱产业来抓，每年将新增高产油茶1 万亩。

林果业发展潜力非常大：一是扩大面积空间大，规模化生产条件好，可重点

发展高产油茶、南方早熟梨、黄栀子等。二是木竹加工水平低，深加工前景广阔。

三是花卉苗木生产条件好，劳动力充足，市场广，开发潜力大。

丰城煤矿资源丰富，共发现各类矿产26种，查明资源储量的矿种21 种，矿产地161 处（其中大型矿床1 处，中型矿床3 处，小型矿床141处，矿点13 处）。可划分为能源、金属、非金属三大类。其中能源矿产有煤、煤层气、油页岩、地热温泉；金属矿产有金、银、钨、铁、铜、铅、锌等；非金属矿产有麦饭石、石

灰岩、耐火粘土、陶瓷土、红柱石、水泥配料用粘土、花岗石材（饰面石材和工艺石

材）、普通建筑石料（灰岩、砂岩）、砖瓦用粘土、萤石、矿泉水、玻璃用脉石英、

冶金用石英岩、硫铁矿等。其中煤矿39处、钨矿1处、金矿4 处、花岗岩矿2处、铁矿2处、水泥灰岩矿5处、耐火粘土矿3处、陶瓷土3处、煤层气1 处、油页岩矿1 处、麦饭石矿1 处、玻璃用脉石英1 处、铁铝粘土1 处、水泥配料用粘土1 处、冶金用石英岩1 处、普通建筑石料32 处、砖瓦用粘土54 处、硫铁矿1 处、萤石矿点1 处、铅锌矿点1 处、红柱石矿点1 处、地热温泉1 处、矿泉水

1 处。但也因为开采活动造成严重的环境污染。煤矿煤渣场治理严峻。2. 社会经济以率先建成小康社会为目标，以“科学发展、跨越提升”为主题，以丰昌同

城化发展为主线，以“高新技术产业园区、循环经济产业园区、总部经济基地、商贸物流城、中国生态硒谷、中国养生硒谷、中国生态花谷、龙津洲新区”八大园区（基地）为发展平台，促进现代制造业、现代服务业、现代农业协调发展，开创“担当领头羊、领先中西部、百强再进位”新局面。2015年，GDP完成391.45 亿元，增长8.9%；财政总收入62.3 亿元，公共预算收入45.83亿元，均列全省县市第二位；县域经济基本竞争力列全国百强第78 位，实现连续六年进位，再次彰显了丰城实力和丰城速度。荣获“中国长寿之乡”、全国首批农业综合标准化示范县、全国科技进步考核先进县（市）、全国粮食生产先进单位、中国物流实验基地等国家级荣誉称号。“天玉”、“恒天源” 2 件商标被认定为中国驰名商标。

地表盛产粮、棉、油等农作物28 类300 余种，养殖猪、牛、鸡、鸭等畜禽类

近百种，鱼、蛙、蚌、虾等水产类百余种，林业有杉、樟、竹等乔木160 余种，全

市粮食、肉类总产在全国县（市）中居前50 位，水产品、蔬菜、水禽、油料、棉

花总产在全省县市居前列。先后被国家列为全国商品粮和商品鱼基地。地下蕴藏

煤、钨、铁、金、铀、硫磺、石灰、耐火泥等30 多种，其中，储煤量达7 亿吨，

有“江南煤田”之誉,为全国重点产煤县市。另外，丰城境内现已探明地下天然气储

量达12-14 亿立方米，有待于开发利用。

3.拟建工程情况

废弃的煤渣应尽量减少毁坏植被、侵占农田，尽量利用沟谷、缓坡地等有利地形，并不得阻塞原有排水系统，应对弃土堆及时整平复垦或绿化及进行综合利用，

以提高土地的使用价值。从水土保持角度分析，主体工程对弃渣场选址原则有利于保护当地植被、农田和水资源，但考虑尚欠周全，根据《开发建设项目水土保持技术规范》相关规定，弃渣场的选址应符合下列规定：不得影响周边公共设施、工业企业、居民点等的安全；不得在河道、湖泊管理范围内设置弃渣场；禁止在对重要基础设施、人民群众生命财产安全及行洪安全有重大影响的区域布设弃渣场；不宜布设在流量较大的沟道，否则应进行防洪论证；在山丘区宜选择荒沟、凹地、支毛沟。

弃渣场设置在山坡沟谷内，堆渣前先做好渣体下游拦挡及上游截排水等措施，

以防止弃渣流失，堆渣后摊平压实，摊平后表面与周边地面平齐或略低，及时对

渣体表面进行平整、表土返还后进行恢复植被。施工中堆渣要严格控制在场地边线范围内进行，防止渣土外溢。渣体边坡采用1:2 的自然稳定坡度。各渣场堆渣时尽量先堆弃废渣及石方，再堆弃土方，便于堆渣完成后土地平整。

本弃渣场属于山坡沟谷内弃渣，渣场类型相似，工程措施相同，后期利用方

式主要为植被恢复。

4.挡渣墙的设计

该矿区是一个小型的废弃矿区，煤渣量不大。为了保护表土资源，弃煤渣场

堆渣前先对场地内的耕植土进行剥离并集中堆放，剥离的表土全部堆放在渣场上游区域，后期摊平用于渣场土地整治表土返还。根据当地表土的厚度，拟对渣场表土剥离平均厚度20cm左右，共剥离表土0.32万m3。

堆渣结束时，根据地块的大小和平整程度进行合理规划，沿等高线方向标示地埂线，并分块将各单元的平地和边坡初步整平；待沉降初步稳定后，再对沉陷穴进行补填，进一步对土地进行细致的整平，以待进行表土返还。

本项目弃渣场原立地类型包括旱地及有林地（荒地面积2.19hm2，公路用地面积

0.03hm2），弃渣场弃渣完毕后进行乔灌草植被绿化。根据该公路弃渣成分、特性及

沿线降雨条件、植被的生长特点，渣场土地整治场地平整面积0.17hm 2，表土返

还数量为0.03 万m3，种植土来源于弃渣场区施工前剥离的表土及路基工程区剥离的

表土，土源充足，能满足表土返还数量要求。

挡渣墙的设计以《开发建设项目水土保持技术规范》（GB50433－2008）为

标准，根据拦渣数量、渣体岩性、地形地质条件、建筑材料等因素选择确定墙

型。经过现场调查情况，结合附近其他项目防护经验，采用浆砌块石重力式挡渣

墙。考虑本项目挡墙主要设计在弃渣边坡坡脚起护脚作用，地面平缓，拟采用墙背垂直式，墙面坡率采用1：0.3，墙顶宽0.6m，顶部采用水泥砂浆抹面。浆砌块石挡渣墙沿横坡方向每隔10m 设一道宽2cm的纵向沉降缝，并用沥青或麻絮堵塞。同时，为使墙后堆渣体内不充水，以减轻对挡墙的压力，通常在墙身内布设直径100mm 的PVC 排水管，排水管水平距离2m，墙背侧用土工布包裹，墙前侧伸出墙面20cm，并保持倾向墙面2~3％的比降。

5.挡渣墙的断面尺寸

根据弃渣场布设情况，拟设计墙身高（含基础深）3m 的挡墙，长约149m 挡墙断面尺寸图见图1，主要尺寸见表1。

图1 挡墙断面尺寸图

表 1 挡墙断面详细表

6.挡渣墙稳定性分析

根据《开发建设项目水土保持技术规范》，挡渣墙须对抗滑、抗倾覆、地基承载力进行稳定性分析。

1）抗滑稳定性分析抗滑稳定安全系数K s 按下式进行计算：

K s=（W+P ay）f/P ax

式中：K s――最小抗滑稳定安全系数，[K s] ≥1.；3

W―― 挡渣墙自重，KN ；

P ay―― 主动土压力的垂直分力，P ay＝P a sin（δ +，εK）N ；

f―― 基底摩擦系数，参考《开发建设项目水土保持技术规范》第7 章表1 取值，取0.6。

P ax――主动土压力的水平分力，P ax＝P a cos（δ +，εK）N ；

P a―― 主动土压力，KN ；δ――墙摩擦角；ε――墙背倾斜角

度。

计算过程如下：= arctanN1 = arctan 0.3 =16.7 o

1

= =35 o/2=17.5 o

2

=35 o +16.7 o +17.5 o =69.2 o

cos sin tan tan s c in os226.66.66395.2 tan26.6 tan16.7

=0.383

h

1

d

tg tg

2.0

tg26.6

tg16.7

=2.49

8

W P Y f 55 21.97 0.6 Ks Y = 1.43 ≥ [K c ] = 1.3

P X 32.33

所以抗滑稳定性满足要求。

2）抗倾覆稳定性分析

挡渣墙在满足 K s ≥1.3的同时，还须满足抗倾覆稳定性要求。即对墙趾

O 点 取力矩，采用下列公式计算：

K 0=（Wa+P ay Z y ）/（P ax Z x ）

式中： K 0―― 最小抗倾覆安全系数；

Wa ―― 墙体自重 W 对 O 点的力矩， KN ·m ；

P ay Z y ―― 主动土压力的垂直分力对 O 点的力矩， KN ·m ；

P ax Z x ―― 主动土压力的水平分力对 O 点的力矩， KN ·m

计算过程如下：

Ko M Y Wa P aY Z Y

M 0 P aX Z X

所以抗倾覆稳定性满足要求。 K 1 1 2h 0

H 1 H h

1 1

2 0.6875 3.0 1 2.498 =1.08

3.0

P a

1 H 2K a K 1 1 21 3.0

2 0.38

3 1.08 = 39.09 KP a

22

P x P a cos( ) 39.09 cos(16.7 17.5) = 32.33

KP a

P y P a sin( ) 39.09 sin(16.7 17.5) = 21.97

KP a

22

H h 0 (H 2h 1)2 h 0 h 12 3 2 H

2

K 1 3.0 2

0.6875 3.0 2 2.498 2 0.6875 2.4982

2 3.02 1.08 = 0.92

m

Z Y B Z X tan 2.0 0.92 tan16.7 =

1.72m

= 3.25 ≥ [K 0] = 1.5

3）地基承载力验算

f — 边坡土体内摩擦系数， f=tan φ； m —边坡系数； c — 边坡土体粘聚力； r —土体容重；

H —边坡竖向高度。

根据以上公式，结合场地地质条件及经验参数，对弃渣场满堆情况下进行挡 基底应力应小于地基承载力， 地基允许承载力通过试验或参考有关设计手册 确定。地基应力采用下列偏心受压公式计算：

σmin ＝∑V/B（1-

6e/B ）

σ＝ ∑V/B 式中： σmin 、 σmax ―― 水平截面上的正应力，

σmin 、 σmax ≤ [R]

e ――墙底作用力的偏心距， m ；

B ――墙底宽度， m ；

基底应力应小于基底容许承载力，软质墙基最大应力 σmax 与最小应力 σmin 之比，对于松软地基应小于 1.5～2，对于中等坚硬、紧密的地基则应小于 2~3 计算过程如下：

B e 2 Z N G Z

G

P Y Z Y P X Z X

G P Y =0.61 ≤ [e 0] 2

1.5 1.5 W 1.5 B A 6B

1.5 3.0 =0.75

6 G P y min ∑V/B （1- 6e/B ） y B

1 6e 55 21.97 1 B 3.0 6 0.61 =65.10

3.0 max = 119.03 KPa <[σ]=1500 KPa

所以基底合力及合力偏心距满足

渣墙及边坡稳定性分析计算，验算结果见表2。

表2 挡渣墙稳定计算成果

规范要求：抗滑稳定系数K c≥ 1.3，抗倾覆稳定系数K0≥1.，5 基底应力≤基底容许承载力。

经过计算，浆砌块石挡渣墙的抗滑稳定性、抗倾覆稳定性和基底应力均满足设计要求，渣体边坡稳定。