趙發(fā)，龍飛宇，舒輝（中核二七二鈾業(yè)有限責(zé)任公司，湖南衡陽(yáng)421004）

土工材料在鈾尾礦庫(kù)軟基區(qū)臨時(shí)道路工程中的應(yīng)用

趙發(fā)，龍飛宇，舒輝（中核二七二鈾業(yè)有限責(zé)任公司，湖南衡陽(yáng)421004）

土工格柵與土工布具有較高的抗拉、抗撕強(qiáng)度，能有效提高軟土地基的承載能力，適用于道路軟基區(qū)的加固和補(bǔ)強(qiáng)。建立簡(jiǎn)易數(shù)學(xué)模型計(jì)算鋪設(shè)土工材料及土體后路面的承載力特征值，由計(jì)算結(jié)果確定最優(yōu)土體厚度并應(yīng)用于鈾尾礦庫(kù)軟基區(qū)（鈦白泥與尾礦泥）臨時(shí)道路工程，相比于直接填筑每百米可節(jié)省工程費(fèi)用45萬元，節(jié)省工期30d。

土工布；土工格柵；鈾尾礦庫(kù)；軟基；臨時(shí)道路

引言

某廠是我國(guó)核工業(yè)鈾礦冶系統(tǒng)最大的區(qū)域性水冶廠。20世紀(jì)60年代相繼建成了純化系統(tǒng)工程、水冶一線工程及鈾尾礦庫(kù)并投入使用。其中尾礦庫(kù)主要用于貯存鈾水冶工藝產(chǎn)生的尾礦及廢液處理后產(chǎn)生的礦漿。尾礦庫(kù)灘面含有大量尾礦泥和鈦白泥，人和機(jī)械無法入內(nèi)。尾礦泥和鈦白泥的存在造成尾礦庫(kù)區(qū)修建施工便道的費(fèi)用高、難度大。土工布、土工格柵能有效提高軟土地基的承載能力，在軟基加固中得到廣泛應(yīng)用［1～2］。因此，有必要對(duì)土工材料的加固機(jī)理及路面受力進(jìn)行分析，探索經(jīng)濟(jì)、安全、實(shí)用的尾礦庫(kù)灘面便道施工技術(shù)。

土工合成材料力學(xué)特性的主要指標(biāo)有拉伸特性、握持強(qiáng)度、撕裂強(qiáng)度及蠕變特性等。土工材料主要通過其抗拉強(qiáng)度來承受荷載，因此抗拉強(qiáng)度是土工合成材料的重要特性指標(biāo)。

1 工程概況及場(chǎng)地工程地質(zhì)條件

1.1 工程概況

本工程為尾礦庫(kù)灘面修建一條約為150m長(zhǎng)、15m寬的臨時(shí)便道，滿足總重量約30t自卸車通行，為試驗(yàn)項(xiàng)目后續(xù)機(jī)械設(shè)備及材料進(jìn)場(chǎng)提供條件。

1.2 施工場(chǎng)地工程地質(zhì)條件

尾礦庫(kù)勘察區(qū)地層在9.70m勘探深度范圍內(nèi)，主要由鈦白泥、尾礦土層（尾黏土）及第四系全新統(tǒng)殘坡積層粉土等組成，詳見表1。

表1 各層土物理力學(xué)指標(biāo)分層統(tǒng)計(jì)

2 受力數(shù)學(xué)模型及路面厚度計(jì)算

2.1 加入土工材料后的地基承載力

土工布、土工格柵能夠有效的分散施加在其上部的荷載，使荷載均勻的分布在原軟土地基上，從而提高地基的承載力。此外，土工布對(duì)土體具有很好的隔離作用，防止填筑粘土與鈦白泥、尾礦泥混雜。根據(jù)太沙基等承載力理論，對(duì)于尾礦泥、鈦白泥原地基極限承載力pu′，可由太沙基建議針對(duì)軟土和松砂的公式進(jìn)行計(jì)算，如式1所示。

式中：Nc′Nq′Nr′為與內(nèi)摩擦角相關(guān)的承載力系數(shù)，查表可得；c為土的粘聚力，kPa；γ為土的容重，kN/m3；d為地基深度，m；b為基礎(chǔ)寬。

加鋪土工布、土工格柵后的地基極限承載力pu可由式2進(jìn)行計(jì)算。

式中：α、β為形狀系數(shù)，α、β取值分別為1.0、0.5；θ為軟基邊與土工材料的傾斜角，這里取10°；R為假想圓半徑，取3m；Df為沉降量，m。加鋪土工材料后的地基承載力特征值PU=pu/2，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)這里安全系數(shù)取值為2。［6］

2.2 路基厚度計(jì)算

圖1 自卸車單車軸對(duì)自然地面應(yīng)力

作用于軟基的應(yīng)力不得大于承載力特征值，根據(jù)（2）式和（4）式則有：

由（2）、（4）、（5）式即可求得路面厚度H與自卸車單軸最大荷載F的關(guān)系。帶入各項(xiàng)取值，計(jì)算結(jié)果如圖2所示。

自卸車單軸對(duì)臨時(shí)道路路面及軟基受力如圖1所示。其中路面視為整體。圖中P0為車輛荷載對(duì)軟基應(yīng)力，kPa；H為覆土厚度，單位m；B雙車輪寬度，單位m；F車軸載荷，單位kN；α為應(yīng)力擴(kuò)散角，取17°，土工布的“網(wǎng)兜效應(yīng)”；L為車輪等效接地長(zhǎng)度，m。車倆荷載對(duì)軟基應(yīng)力可由（4）式計(jì)算。

圖2 路面厚度與自卸車單軸最大荷載關(guān)系

由計(jì)算得，pu′為23.7kPa，pu為73.9kPa，當(dāng)路面厚度為3m時(shí)，自卸車單軸荷載最大為30.9t，路面承載力為687.3kPa，相比于原始軟基提高了約29倍。從圖2中可知，路面厚度約在2m處，單軸最大載荷隨路面增加的趨勢(shì)變緩，考慮效益與設(shè)計(jì)要求，路面厚度取2.5m為宜。此時(shí)，臨時(shí)便道路面自卸車單軸最大載荷為29.5t；考慮行車荷載，一般附加應(yīng)力為自重應(yīng)力的0.1～0.2左右，這里取0.2；自卸車前軸荷載一般為后軸一半為14.8t。便道建成后，通過了總重量約30t的6輪運(yùn)砂車，保證了后續(xù)工程的正常作業(yè)。

3 工程施工及效果分析

3.1 施工步驟

先在尾礦庫(kù)灘面鋪設(shè)木板和竹跳板，間距約為一步（30～50cm），以便施工人員下一道工序作業(yè)，同時(shí)將土工布加工成15m長(zhǎng)；然后將土工布運(yùn)送至施工區(qū)鋪設(shè)，土工布鋪設(shè)完畢后，在土工布上鋪設(shè)土工格柵并搭接，同時(shí)將其與土工布進(jìn)行綁扎填筑路面材料選擇當(dāng)?shù)卣惩?。因路面厚度較大，故采取分層填筑，一次填筑厚度約為30cm。攤鋪路面采用小型挖掘機(jī)，攤鋪時(shí)先兩邊后中間。

3.2 效果分析

3.2.1 技術(shù)分析

采用土工材料后，提高了原始地基的承載力，改善了軟基區(qū)機(jī)械化施工條件，保證了后續(xù)施工安全。軟基上修建道路，通常采用大量的土方或沙礫填筑，該方法耗費(fèi)量大，工期長(zhǎng)，并且存在陷車人亡的風(fēng)險(xiǎn)。土工材料的應(yīng)用從根本上改變了軟基道路施工工藝，節(jié)約了工程成本，縮短了工期。

3.2.2 經(jīng)濟(jì)分析

施工區(qū)位于尾礦庫(kù)中心地帶，修建臨時(shí)便道的難度較大。所需總土方量約為21000m3，投資約為113萬元，工期約45d；采用土工材料后，該工程所需總土方量約為5625m3，投資約45萬元，工期約為15d。綜上所述，采用土工材料臨時(shí)便道每100m可節(jié)省投資45萬元，節(jié)省工期30d。

［1］土工合成材料工程應(yīng)用手冊(cè)編寫委員會(huì).土工合成材料工程應(yīng)用手冊(cè)［M］.中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2000.

［2］陸士強(qiáng).土工合成材料應(yīng)用原理［M］.水利水電出版社，1994：102～108.

［3］熊朝輝.土工格柵處理軟土地基的設(shè)計(jì)、施工與檢測(cè)［J］.公路與汽運(yùn)，2002，92（5）：23～25.

［4］朱詩(shī)鰲.土工織物應(yīng)用與計(jì)算［M］.中國(guó)地質(zhì)大學(xué)出版社，1989：131～148.

［5］馮志軍，毛杰.土工格柵在軟土地基處理中的應(yīng)用［J］.甘肅水利水電技術(shù)，2004，40（2）：166～167.

［6］高升.土工布在油田沼澤地道路工程中的應(yīng)用［J］.石油工程建設(shè)，1990（1）：23～28.

TL943

A

2095-2066（2016）30-0103-02

2016-9-15

趙發(fā)（1982-），男，云南廣南人，工程師，從事工程管理工作。