露天煤矿坡率法双层土工膜蓄水池方案

露天煤矿坡率法双层土工膜蓄水池方案的优选摘要:本文以白音华一号露天煤矿蓄水池建设工程为实例,通过对坡率法全地下式和坡率法半地上半地下式两种蓄水池的双层土工膜建设方案对比,分别从开挖方量、蓄水量和造价等方面进行分析,确定采用半地上半地下双层土工膜方案作为蓄水池设计的首选方案ꎮ关键词:露天煤矿;坡率法;全地下式;半地上半地下式;蓄水池白音华一号露天煤矿采场积水补给有大气降水和采场煤岩层涌水。白音华一号露天煤矿采场实际涌水量(包含正常年份大气降水)为/ｄ,全年涌水量合计约万,实际涌入采场水量在万左右(一部分蒸发量)。采场积水消耗量:白音华一号露天煤矿积水消耗方式主要有两种:一是洒水降尘消耗采场积水,根据历年洒水降尘用水量统计,正常生产年份平均用水量约万;二是绿化灌溉消耗采场积水,年南、北排土场铺设喷灌管路消耗采场积水,预计全年消生产年份采坑积水消耗量在万左右[]。鉴于白音华一号露天煤矿已实现内排,剥离、采煤、内排时空关系发展复杂,采场内最低点不易设置较大规模积水坑,结合现场条件,计划在采场最低点建设万积水坑(考虑百年一遇强降雨采场汇水量可达万)。结合白音华一号露天煤矿正常年份采场积水补给量和采场积水消耗情况,初步确定地表蓄水池建设规模为万~万,拟建地点初步确定为工业广场机电修配厂东侧空地。拟建场地揭露的地层自上而下依次为第四系人工填土()、细砂()、粉质黏土()和细砂()。其岩性自上而下依次为:人工填土:沉积时代、成因,杂色,松散、稍湿,和,成分以石英、长石为主,颗粒均匀,级配一般,局部粉质黏土:沉积时代、成因,灰色、土黄、红褐色,可塑,稍有光泽,韧性中等,干强度中等,无摇震反和,成分以石英、长石为主,颗粒均匀,级配一般,局部夹有砾石,风积形成,未揭穿。本次设计选取地层岩土物理力学性质参数如表１所示。地层重度ρ(/)()内摩擦角φ(°)渗透系数Ｋ细砂０粉质黏土.５.６在控制深度内见地下水一层,含水层为②层细砂和④层细砂,属潜水类型,分布于整个拟建场地。根据区域水文地质资料,地下水补给条件和水位年变幅≤１.,本场地抗浮设防水位建议采用自然地坪下２.,地下水补给来源主要为大气降水及径流补给,地下水量较大。根据本场地所取②层细砂、③层粉质黏土、④层细砂试样化学分析结果分析,根据国家标准《岩土工程勘察规范”(年版),本区环境类型属Ⅲ类。本场地地下水、土对混凝土和混凝土中钢筋具有微腐蚀性。本地区抗震设防烈度为６度,设计基本地震加速度为０.,设计地震分组为第一组。场地内细砂、厚度３~。结合场地土类型,综合判定本建筑场地类别为Ⅱ类。该场地抗震设防烈度为６度,可不考虑液化影响。周围未见地震灾害遗迹,属于建筑抗震一般地段[]。2坡率法全地下式蓄水池开挖是基坑开挖过程,根据《建筑基坑支护技术规程”(JGJ120-2012),支护结构失效、土体过大变形对基坑周边环境或主体结构施工安全的影响严重,基坑深度7m,确定基坑支护安全等级为2级。该蓄水池为永久储水建筑,如发生渗漏将成为地下水的稳定补给来源,将造成原有地下水动态平衡改变,影响周围建筑与边坡稳定。因此,根据《地下工程池防水等级定为一级。条规定,当工程埋置深度小于等于10m时,设计抗渗等级为P6,确定蓄水池抗渗等级为P6。蓄水池边坡属于永久边坡,根据国家标准《建筑边坡工程技术规范”GB50330-2013中规定,该项目边坡安全等级为二级,一般工况下的永久边坡应满足边坡安全系数达1.3以上。本方案蓄水池采用自然放坡开挖,开挖后池壁边坡的安全系数应满足规范要求(见图1)。图1全地下蓄水池三维平面效果图本方案采用放坡形式开挖蓄水池,该蓄水池边坡采续降水保证地下水位在基坑底面0.5m以下。经计算,本方案采用坡率法,自地表按1:3.4的坡率放坡,蓄水池安全超高宜取1m。扣除防渗层厚度,扣除水位超高,采用双层土工膜计算储水量约171190m3。土工膜采用低密度聚乙烯防水卷材,土工膜重2,结构为两布夹一膜。当采用双层膜防渗时,消耗土工膜约94954m2,砼制块消耗混凝土47477m3,采用坡率1:3.4(坡角16°)放坡,开挖深度为根据计算结果,双层膜方案的工程量如表2所示。表2工程量表方案土工膜层数开挖土方量(m3)蓄水量(m3)土工膜2)坡率法全地下式双层膜3坡率法半地上半地下式采用半地上半地下式蓄水池,地上部分采用土石坝围挡,土石坝净高2.0m,地下部分开挖至4.5m深,由于池体部分位于地下水位以上,因此该方案无需降水作业,如遇少量涌水只需在基坑底部设置排水沟,用潜水泵明排处理即可。地上部分土石坝上游段坡率采率采用1:3.3(坡角17°)进行放坡。土石坝碾压土料干密度需达到1.9g/cm3以上。土石坝碾压土料有机质含量应小于5%,水溶盐含量不超过5%,渗透系数不大于1×10-4cm/s;坝体填筑土料压实度不低于95%,无黏性土相对密度不得小于0.65(见图2)。图2半地上半地下式蓄水池三维平面效果图蓄水池边坡可达到规范要求的安全储备。结合矿上情况,确定地表土石坝上游坝坡坡比为时,碾压坝上游坝顶边缘至坝底边缘的水平投影距离为3.0m,碾压坝下游坝顶边缘至坝底边缘的水平投影3.1地面碾压土石坝坝宽确定碾压土石坝,考虑到就地取材,该碾压土石坝可采用生产剥离出的碎石块ꎬ搭配级配砂砾石等ꎮ该材料必须严格按照技术要求碾压ꎮ根据矿方提供的补充勘察报72.21kPa、内摩擦角22.71°ꎮ3.2双层土工膜防渗设计对于池壁与池底防渗结构自下而上依次为100mm厚砂砾石垫层、50mm厚防水砂浆、土工膜、50mm厚细砂层、土工膜、50mm厚防水砂浆、120mm厚砼预制块ꎮ3.3理论蓄水量根据矿方情况ꎬ采用半地上半地下方式修建蓄水池ꎬ地下部分采用坡率1:3.3(坡角17°)放坡ꎬ地上部扣除防渗层厚度ꎬ采用双层土工膜最终计算储水量约272652m3ꎮ3.4防渗材料量计算双层土工膜采用低密度聚乙烯防水卷材ꎬ卷材质量900g/m2ꎬ结构为两布夹一膜ꎬ铺设范围包括池底、池壁及池顶ꎬ当采用双层膜防渗时ꎬ消耗土工膜约为浆7247m3ꎮ3.5土方开挖量约162025m3ꎬ修筑土石坝所用土方量为10710m3ꎮ根据计算结果ꎬ双层膜方案的工程量如表3所示ꎮ表3工程量表方案土工膜层数开挖土方量(m3)蓄水量(m3)土工膜(m2)坡率法半地上半地下双层膜4工程造价概算对比本次设计概算方案采用2017版内蒙古自治区建设工程计价依据«内蒙古自治区房屋建筑与装饰工程预算定额»«内蒙古自治区市政工程预算定额»标准ꎮ费用标准执行内蒙古自治区建设工程费用定额DNM3-200-2017ꎮ材料价格按西乌旗2019年第四季度信息价执行ꎬ不足部分依次参照锡林浩特市2019年第四季度信息价ꎮ税金按建办标函〔2019〕193号文执行ꎮ由于坡率法方案考虑冻胀缝施工等流程会使材料增加ꎬ按坡率法计算时材料量按计算量的1.2倍考虑ꎮ通过核算ꎬ分别得出每个方案的蓄水量、土方量、工程总造价与单位蓄水量工程造价ꎮ现将核算后的工程量、造价汇总如表4所示ꎮ表4工程造价对比表方案蓄水量(万m3)土方量(万m3)工程总造价(万元)单位蓄水量工程造价(元/m3)备注全地下坡率法24.92096.1双层土工膜半地下坡率法双层土工膜5.1坡率法全地下式方案需开挖土方249481m3ꎬ采用双层膜防渗时ꎬ蓄水量为171190m3ꎬ土工膜消耗量为94954m2ꎮ162025m3ꎬ修筑土石坝所用土方量为10710m3ꎮ采用为96620m2ꎮ5.3根据概算结果ꎬ蓄