一种利用工程渣土修复废弃矿山的重建结构

1.本实用新型属于建筑工程技术领域，涉及一种采矿山体重建，特别是一种利用工程渣土修复废弃矿山的重建结构。


背景技术：

2.近年来，随着工业化进程的逐步加快，矿产资源需求量也随之高速增长，导致矿山的开发强度和规模不断增大。长期以来，高强度、大规模的矿产资源开发在保障经济快速发展的同时，也对生态坏境产生了很多负面影响，如植被退化、水土污染、水土流失、诱发地质灾害等。未经修复的矿山不仅在一定程度上抑制经济建设的发展，还会影响居民正常生活。而在短期内，矿山的自然修复无法快速完成，因此人工修复就尤为重要。
3.废弃矿山的修复应尊重自然、顺应自然，把握自然修复与人工修复之间的度量，选择合理的废弃矿山修复方式。废弃矿山的修复方式应综合考虑地貌重塑、土壤重构、植被重建、景观重现等要素的矿山修复模式。废弃矿山的修复方法需考虑原有山体因坡度过大而造成的滑坡、崩塌等地质灾害问题；废弃矿山的修复方法还需要考虑原有矿物造成的污染问题；同时修复方法还需要考虑废弃矿山的复绿问题，进行原有生态服务功能的修复，重建植被，营造景观。
4.现有废弃矿山修复技术大都是对原有边坡进行削坡、放坡处理，或者使用固化剂、覆盖层等固化手段，再者通过抗滑桩和锚杆等抗滑措施防止废弃矿山再次产生地质灾害；使用防渗或利用中和剂的手段防止污染的扩散；有少部分采用钢结构建筑，进行废弃矿山的再利用。这些方法很少考虑到对矿山原有地貌进行重塑；同时这些方法虽然对于表层的污染处理对较好，但较少考虑到因原有矿山残存的矿物而导致的深层污染，容易造成二次污染。因此一个考虑工程造价、地貌重塑、污染治理、景观重建的废弃矿山修复方法十分重要。
5.同时现存的工程渣土虽然大都采用堆填的手段进行处理，但都较少考虑到大面积的渣土堆填在治理废弃矿山中地貌重构方面的作用，因而可以考虑工程渣土在修复废弃矿山的应用。


技术实现要素：

6.本实用新型的目的是针对现有的技术存在上述问题，提出了一种通过对工程渣土进行堆山处理，并在工程渣土中添加可去除污染物、有排水功能的复合功能加筋层，以消除污染问题，并确保工程渣土堆山的稳定性的利用工程渣土修复废弃矿山的重建结构。
7.本实用新型的目的可通过下列技术方案来实现：一种利用工程渣土修复废弃矿山的重建结构，包括矿山原体，铺设于所述矿山原体挖掘面底部的水平加筋层，自所述水平加筋层向上逐层铺设并固定于所述矿山原体的若干下斜加筋层，底部所述水平加筋层与相邻所述下斜加筋层之间夹填工程渣土，相邻所述下斜加筋层之间夹填工程渣土；所述下斜加筋层通过锚杆与所述矿山原体相连，并与所述工程渣土互层堆山体，若干组所述下斜加筋
层与所述工程渣土由所述矿山原体挖掘面的底侧填筑，逐步向上垒叠形成重建山体，所述重建山体的坡面包括交替衔接的平台边坡和下斜边坡；所述重建山体的表面覆盖生态型覆盖层，所述重建山体的外端通过重力挡土墙衔接地面，所述重建山体的外端通过所述平台边坡衔接所述重力挡土墙的顶面。
8.在上述的利用工程渣土修复废弃矿山的重建结构中，所述重力挡土墙包括固化成型的工程渣土墙，所述水平加筋层与所述下斜加筋层延伸至所述工程渣土墙内。
9.在上述的利用工程渣土修复废弃矿山的重建结构中，所述工程渣土墙包括水泥、石灰、磷石膏、钢渣、铁尾矿中的至少一种固化剂。
10.在上述的利用工程渣土修复废弃矿山的重建结构中，所述水平加筋层/所述下斜加筋层包括位于中间的排水层，所述排水层的上下两侧覆盖吸附层，所述排水层与锚杆相连并使所述锚杆外伸插入所述矿山原体。
11.在上述的利用工程渣土修复废弃矿山的重建结构中，所述工程渣土包括在建筑施工中产生的弃土、弃料及废弃物。
12.在上述的利用工程渣土修复废弃矿山的重建结构中，所述生态型覆盖层包括位于下部的导水层和位于上部的植被持水层，所述导水层内铺设粗颗粒渣土，所述植被持水层内铺设细颗粒渣土。
13.在上述的利用工程渣土修复废弃矿山的重建结构中，所述植被持水层上种植生长期交替或者四季常绿的植物，所述植物至少包括重金属超富集植物、耐盐碱植物和耐酸性植物。
14.在上述的利用工程渣土修复废弃矿山的重建结构中，所述植被持水层的厚度范围是0.4～0.6m，所述导水层的厚度范围是0.2～0.4m。
15.在上述的利用工程渣土修复废弃矿山的重建结构中，所述生态型覆盖层由平台段与下斜段交替衔接形成弯折层体，所述平台段与对应所述平台边坡贴覆重合，所述下斜段与对应所述下斜边坡贴覆重合。
16.在上述的利用工程渣土修复废弃矿山的重建结构中，所述水平加筋层与所述下斜加筋层之间的夹角范围是5
°
～10
°
。
17.与现有技术相比，本利用工程渣土修复废弃矿山的重建结构具有以下有益效果：
18.1、利用复合功能加筋层的良好排水性能和污染物吸附性能，并采用一定坡度的下斜加筋层与工程渣土互层填筑方法，解决高含水率工程渣土不易排水固结问题和废弃矿山易出现的污染问题。
19.2、利用下斜加筋层、水平加筋层联合重力挡土墙的多功能复合式作用，且加筋层中通过锚杆加固提供足够的抗滑力以避免堆山的滑动，既解决高含水率工程渣土堆填后易失稳滑坡问题，又提高重建山体的强度和稳固性。
20.3、因雨水入渗导致堆山体的抗剪强度降低，故通过设置多级边坡平台和重力挡土墙解决降雨后重建山体易失稳的问题，同时重力挡土墙使用固化工程渣土作为主体，进一步提高了工程渣土的利用程度。
21.4、在生态型覆盖层中，利用粗颗粒渣土与细颗粒渣土之间因渗透能力不同产生的毛细阻滞作用和植被层的根系持水作用，减缓雨水渗入堆山体的速率，即采用生态型覆盖层实现生态复绿，并解决因雨水入渗而造成的重建山体填土软化问题。
附图说明
22.图1是本利用工程渣土修复废弃矿山的重建结构的整体示意图。
23.图2是本利用工程渣土修复废弃矿山的重建结构的局部放大示意图。
24.图3是本利用工程渣土修复废弃矿山的重建结构中生态型覆盖层的局部放大示意图。
25.图中，1、矿山原体；2、水平加筋层；3、下斜加筋层；4、工程渣土；5、生态型覆盖层；6、重力挡土墙；7、吸附层；8、排水层；9、锚杆；10、导水层；11、植被持水层；12、载荷单元。
具体实施方式
26.以下是本实用新型的具体实施例并结合附图，对本实用新型的技术方案作进一步的描述，但本实用新型并不限于这些实施例。
27.如图1至图3所示，本利用工程渣土修复废弃矿山的重建结构，包括矿山原体1，铺设于已开挖矿山原体1底部的水平加筋层2，自水平加筋层2向上逐层铺设并固定于矿山原体1的若干下斜加筋层3，底部水平加筋层2与相邻下斜加筋层3之间夹设的工程渣土4，相邻下斜加筋层3之间夹填的工程渣土4；下斜加筋层3通过锚杆9与矿山原体1相连接，并与工程渣土4进行互层填筑，逐步向上堆土形成重建山体；重建山体的表面覆盖生态型覆盖层5，重建山体的外端通过重力挡土墙6衔接地面，重建山体的坡面包括交替衔接的平台边坡和下斜边坡，重建山体的外端通过平台边坡衔接重力挡土墙6的顶面。
28.通过水平加筋层2将矿山原体1的底面向外延伸，以作为重建山体的稳定地基。通过若干向下延伸的下斜加筋层3形成重建山体的骨架，从而提高重建山体的支撑力和稳定性。重建山体的坡面包括交替衔接的平台边坡和下斜边坡，重建山体的外端通过平台边坡衔接重力挡土墙6的顶面。
29.重力挡土墙6包括固化成型的工程渣土4，水平加筋层2与下斜加筋层3延伸至工程渣土内。重力挡土墙6通过固化工程渣土与加筋层互层填筑，在重建山体的坡脚处形成阻挡力，用于防止边坡的局部失稳，避免塌方。
30.工程渣土4采用水泥、石灰、磷石膏、钢渣、铁尾矿等中的至少一种固化剂进行固化处理。对上述各种工程渣土4进行综合固化处理，以增强重力挡土墙6的强度，并对其他工业废料进行资源化利用。
31.水平加筋层2/下斜加筋层3包括位于中间的排水层8，排水层8的上下两侧覆盖吸附层7，排水层8与锚杆9相连并使锚杆9外伸插入矿山原体1。通过吸附层7过滤地下水并吸附污染物达到去除土层污染的效果。排水层8具体采用塑料材质，让水分沿着排水层8排出重建山体达到土体固结的效果。通过锚杆9的拉力作用将重建山体与矿山原体1连接。水平加筋层2用于控制地基沉降差异。下斜加筋层3形成多功能复合结构并配合锚杆9连接，既实现重建山体的强度支撑，又确保重建山体的稳固性。
32.夹填的工程渣土4包括新建、扩建、改建和拆除各类建筑物、构筑物、管网等以及居民装饰装修房屋过程中所产生的弃土、弃料及其他废弃物。利用建筑工程过程中产生的渣土进行回填，一则降低山体重建成本，二则实现废物利用，符合环保理念。
33.生态型覆盖层5包括位于下部的导水层10和位于上部的植被持水层11，导水层10内铺设粗颗粒渣土，植被持水层11内铺设细颗粒渣土。通过生态型土质覆盖进行雨水的防
渗处理。根据不同粒径的非饱和土层渗透性不同，利用粗颗粒渣土的低渗透性，防止雨水入渗，达到雨小保水、雨大排水的效果，解决雨水入渗导致的土质软化问题和植物生长用水的问题。通过粗颗粒渣土与细颗粒渣土界面处产生的毛细阻滞效应使雨水储存在植被持水层11中，从而便于对水体的保存，利于植被生长。
34.植被持水层11上种植生长期交替或者四季常绿的植物，植物可选用包括重金属超富集植物、耐盐碱植物和耐酸性植物等易在受污染环境成活的植物。通过种植生长期交替或者四季常绿的植物，达到废弃矿山四季常青的效果。植物的根系会增强持水层的保水能力，更好地实现保水的效果。通过种植重金属超富集植物、耐盐碱植物和耐酸性植物等易在受污染环境成活的植物，以实现废弃矿山的生态复绿，还可进一步进行土体中的污染修复。
35.植被持水层11的厚度范围是0.4～0.6m，导水层10的厚度范围是0.2～0.4m。
36.生态型覆盖层5由平台段与下斜段交替衔接形成弯折层体，平台段与对应平台边坡贴覆重合，下斜段与对应下斜边坡贴覆重合。植被持水层11的边坡坡率与重建山体一致，导水层10的边坡坡率与重建山体一致。
37.水平加筋层2与下斜加筋层3之间的夹角范围是5
°
～10
°
。
38.与现有技术相比，本利用工程渣土修复废弃矿山的重建结构具有以下有益效果：
39.1、利用复合功能加筋层的良好排水性能和污染物吸附性能，并采用一定坡度的下斜加筋层与工程渣土互层填筑方法，解决高含水率工程渣土不易排水固结问题和废弃矿山易出现的污染问题。
40.2、利用下斜加筋层、水平加筋层联合重力挡土墙的多功能复合式作用，且加筋层中通过锚杆加固提供足够的抗滑力以避免堆山的滑动，既解决高含水率工程渣土堆填后易失稳滑坡问题，又提高重建山体的强度和稳固性。
41.3、因雨水入渗导致堆山体的抗剪强度降低，故通过设置多级边坡平台和重力挡土墙解决降雨后重建山体易失稳的问题，同时重力挡土墙使用固化工程渣土作为主体，进一步提高了工程渣土的利用程度。
42.4、在生态型覆盖层中，利用粗颗粒渣土与细颗粒渣土之间因渗透能力不同产生的毛细阻滞作用和植被层的根系持水作用，减缓雨水渗入堆山体的速率，即采用生态型覆盖层实现生态复绿，并解决因雨水入渗而造成的重建山体填土软化问题。
43.本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。
44.尽管本文较多地使用了矿山原体1；水平加筋层2；下斜加筋层3；工程渣土4；生态型覆盖层5；重力挡土墙6；吸附层7；排水层8；锚杆9；导水层10；植被持水层11；载荷单元12等术语，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本发明的本质；把它们解释成任何一种附加的限制都是与本发明精神相违背的。
45.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

技术特征：
1.一种利用工程渣土修复废弃矿山的重建结构，其特征在于，包括矿山原体，铺设于所述矿山原体挖掘面底部的水平加筋层，自所述水平加筋层向上逐层铺设并固定于所述矿山原体的若干下斜加筋层，底部所述水平加筋层与相邻所述下斜加筋层之间夹填工程渣土，相邻所述下斜加筋层之间夹填工程渣土；所述下斜加筋层通过锚杆与所述矿山原体相连，并与所述工程渣土互层堆山体，若干组所述下斜加筋层与所述工程渣土由所述矿山原体挖掘面的底侧填筑，逐步向上垒叠形成重建山体，所述重建山体的坡面包括交替衔接的平台边坡和下斜边坡；所述重建山体的表面覆盖生态型覆盖层，所述重建山体的外端通过重力挡土墙衔接地面，所述重建山体的外端通过所述平台边坡衔接所述重力挡土墙的顶面。2.如权利要求1所述的利用工程渣土修复废弃矿山的重建结构，其特征在于，所述重力挡土墙包括固化成型的工程渣土墙，所述水平加筋层与所述下斜加筋层延伸至所述工程渣土墙内。3.如权利要求2所述的利用工程渣土修复废弃矿山的重建结构，其特征在于，所述工程渣土墙包括水泥、石灰、磷石膏、钢渣、铁尾矿中的至少一种固化剂。4.如权利要求1所述的利用工程渣土修复废弃矿山的重建结构，其特征在于，所述水平加筋层/所述下斜加筋层包括位于中间的排水层，所述排水层的上下两侧覆盖吸附层，所述排水层与锚杆相连并使所述锚杆外伸插入所述矿山原体。5.如权利要求1所述的利用工程渣土修复废弃矿山的重建结构，其特征在于，所述工程渣土包括在建筑施工中产生的弃土、弃料及废弃物。6.如权利要求1所述的利用工程渣土修复废弃矿山的重建结构，其特征在于，所述生态型覆盖层包括位于下部的导水层和位于上部的植被持水层，所述导水层内铺设粗颗粒渣土，所述植被持水层内铺设细颗粒渣土。7.如权利要求6所述的利用工程渣土修复废弃矿山的重建结构，其特征在于，所述植被持水层上种植生长期交替或者四季常绿的植物，所述植物至少包括重金属超富集植物、耐盐碱植物和耐酸性植物。8.如权利要求6所述的利用工程渣土修复废弃矿山的重建结构，其特征在于，所述植被持水层的厚度范围是0.4～0.6m，所述导水层的厚度范围是0.2～0.4m。9.如权利要求6所述的利用工程渣土修复废弃矿山的重建结构，其特征在于，所述生态型覆盖层由平台段与下斜段交替衔接形成弯折层体，所述平台段与对应所述平台边坡贴覆重合，所述下斜段与对应所述下斜边坡贴覆重合。10.如权利要求1所述的利用工程渣土修复废弃矿山的重建结构，其特征在于，所述水平加筋层与所述下斜加筋层之间的夹角范围是5
°
～10
°
。

技术总结
本实用新型提供了一种利用工程渣土修复废弃矿山的重建结构，包括矿山原体，铺设于矿山原体挖掘面底部的水平加筋层，自水平加筋层向上逐层铺设并固定于矿山原体的若干下斜加筋层，底部水平加筋层与相邻下斜加筋层之间夹填工程渣土，相邻下斜加筋层之间夹填工程渣土；下斜加筋层通过锚杆与矿山原体相连，并与工程渣土互层堆山体，若干组下斜加筋层与工程渣土由矿山原体挖掘面的底侧填筑，逐步向上垒叠形成重建山体，重建山体的坡面包括交替衔接的平台边坡和下斜边坡；重建山体的表面覆盖生态型覆盖层，重建山体的外端通过重力挡土墙衔接地面，重建山体的外端通过平台边坡衔接重力挡土墙的顶面。利用复合功能加筋层确保工程渣土堆山的稳定性。土堆山的稳定性。土堆山的稳定性。


技术研发人员：徐辉 黄光跃 王琳婕
受保护的技术使用者：浙江理工大学
技术研发日：2022.12.02
技术公布日：2023/9/3