王榮林　吳小剛

(1.馬鋼(集團(tuán))控股姑山礦業(yè)公司;2.中鋼集團(tuán)馬鞍山礦山研究院有限公司；3.金屬礦山安全與健康國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室；4.華唯金屬礦產(chǎn)資源高效循環(huán)利用國(guó)家工程研究中心有限公司)

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壩體防排滲工藝在青山尾礦庫(kù)的應(yīng)用

王榮林1吳小剛2,3,4

(1.馬鋼(集團(tuán))控股姑山礦業(yè)公司;2.中鋼集團(tuán)馬鞍山礦山研究院有限公司；3.金屬礦山安全與健康國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室；4.華唯金屬礦產(chǎn)資源高效循環(huán)利用國(guó)家工程研究中心有限公司)

青山尾礦庫(kù)2#副壩采用上游法筑壩，初期壩為透水堆石壩，壩基埋在強(qiáng)風(fēng)化花崗閃長(zhǎng)巖中，該巖石埋深大、遇水易軟化，導(dǎo)致清基工程量大，制約壩體的安全堆筑。根據(jù)壩基工程地質(zhì)情況，結(jié)合壩基防滲帷幕、壩基HDPE土工膜全防滲、尾礦堆積壩水平垂直聯(lián)合排滲等施工工藝、優(yōu)化了壩基基礎(chǔ)開挖設(shè)計(jì)方案，實(shí)施了壩體防排滲系統(tǒng)，消除了壩體滲流的不利影響，極大地降低了筑壩清基工程量和工程建設(shè)費(fèi)用，確保了壩體的安全堆筑。

上游法尾礦壩壩基處理防滲帷幕聯(lián)合排滲

青山尾礦庫(kù)2#副壩設(shè)計(jì)采用上游法筑壩，后期用尾礦堆筑子壩。我國(guó)冶金礦山約90%的尾礦壩采用上游式構(gòu)筑[1]，該方法工藝簡(jiǎn)單，便于管理，運(yùn)營(yíng)費(fèi)用低，經(jīng)濟(jì)合理。而上游法尾礦壩浸潤(rùn)線控制十分重要，青山尾礦庫(kù)2#副壩初期壩采用透水堆石壩，有利于降低尾礦堆積壩體浸潤(rùn)線，但根據(jù)勘察情況，該初期壩壩基存在遇水強(qiáng)度降低的深厚強(qiáng)風(fēng)化覆蓋層，通過(guò)試驗(yàn)區(qū)鉆孔揭露，該層厚度10.4～12.0m，如果不進(jìn)行基礎(chǔ)處理，尾礦水入滲將導(dǎo)致壩基土體強(qiáng)度降低，影響壩體穩(wěn)定，如果將該層全部清除，工程量巨大，工期很難保證。因此，選擇安全、經(jīng)濟(jì)合理的壩體設(shè)計(jì)方案和壩體防排滲工藝，對(duì)解決2#副壩的安全堆筑具有十分重要的意義。

1　壩區(qū)工程地質(zhì)概況

2#副壩場(chǎng)地內(nèi)地層由上而下主要分為6層：分別為第四系殘坡積土，砂質(zhì)黏土，全風(fēng)化花崗閃長(zhǎng)巖、強(qiáng)風(fēng)化花崗閃長(zhǎng)巖、中風(fēng)化花崗閃長(zhǎng)巖及微風(fēng)化花崗閃長(zhǎng)巖。第四系殘坡積土層主要由塊石土、黏土及砂質(zhì)黏土組成，分布厚度0.75～3.75m；全風(fēng)化花崗閃長(zhǎng)巖主要礦物已完全風(fēng)化成土，巖芯呈土狀，遇水極易軟化崩解，該層厚度0.6～2.4m；強(qiáng)風(fēng)化花崗閃長(zhǎng)巖原巖礦物強(qiáng)烈風(fēng)化，組織結(jié)構(gòu)大部分破壞，遇水易軟化，強(qiáng)度降低，層厚10.4～12.0m；中風(fēng)化花崗閃長(zhǎng)巖塊狀構(gòu)造，巖芯呈堅(jiān)硬～半堅(jiān)硬；微風(fēng)化花崗閃長(zhǎng)巖塊狀構(gòu)造，堅(jiān)硬巖類，巖體較完整，巖體質(zhì)量等級(jí)為Ⅱ級(jí)。2#副壩剖面見圖1。

圖1　2#副壩壩體剖面概化

2　壩基優(yōu)化處理工藝

青山尾礦庫(kù)2#副壩初期壩為透水堆石壩，壩底標(biāo)高55m，壩頂標(biāo)高64m，壩高9m，壩頂寬4m，初期壩上游面總坡比為1∶2.0，下游總坡比1∶2.25，下游壩面在56m處設(shè)一條2m寬?cǎi)R道，后期堆筑7期尾礦子壩，每期子壩高2m，最終壩頂標(biāo)高78m。設(shè)計(jì)初期壩基開挖至強(qiáng)風(fēng)化花崗閃長(zhǎng)巖層，從安全和經(jīng)濟(jì)角度考慮，初期壩堆筑之前對(duì)壩基進(jìn)行全面防滲處理：自初期壩上游面布置防滲帷幕，灌漿深度自基面至中風(fēng)化巖層以下2m，同時(shí)在初期壩壩底布置防滲層，隔離尾礦水通過(guò)初期壩進(jìn)入壩基的滲流通道。為提高初期壩堆石層與壩基防滲層的摩擦力，設(shè)計(jì)將壩基開挖，形成眾多齒槽型的基坑，齒槽基坑底部深入強(qiáng)風(fēng)化花崗閃長(zhǎng)巖1.5m，基坑開挖邊坡坡度為1∶2.0，并沿齒槽型基坑之間交錯(cuò)分布連接排水溝，以便于初期壩內(nèi)滲透水流通過(guò)齒槽和排水溝排出壩體，見圖2所示。

3　防滲帷幕工藝

2#副壩壩基防滲帷幕灌漿采用高噴灌漿技術(shù)，該技術(shù)具有良好的可灌性與可控性,適用范圍廣[2]。設(shè)計(jì)沿初期壩上游壩腳呈環(huán)繞式布置防滲帷幕，端部超出左右壩肩中心線向下游延伸15m，帷幕灌漿孔穿過(guò)強(qiáng)風(fēng)化花崗閃長(zhǎng)巖，深入中風(fēng)化花崗閃長(zhǎng)巖層2m，平均孔深12m。防滲帷幕灌漿采用雙排孔，排間距1.5m，孔間距2m，呈梅花形布置(見圖3)。針對(duì)壩基巖石裂隙發(fā)育透水性較強(qiáng)而可灌性相對(duì)較差的特點(diǎn)，采用80μm細(xì)度篩余量1.2%的低細(xì)度P·O52.5R普通硅酸鹽水泥作為灌漿材料，以提高可灌性。

圖2　初期壩壩基齒槽型基坑處理優(yōu)化及防滲帷幕布置平面

圖3　灌漿孔及檢查孔平面布置(單位：mm)

灌漿工藝采用“小口徑鉆進(jìn)，自上而下分段鉆灌，不待凝、不做裂隙專門沖洗，孔口封閉，孔內(nèi)循環(huán)式”的高壓灌漿工藝。灌漿壓力第一段采用0.5MPa，以下各段增加0.2～0.5MPa，上述壓力為初選壓力，最終灌漿壓力根據(jù)灌漿試驗(yàn)確定。

(1)水灰比。漿液濃度遵循由稀到濃的原則，使用水灰比(質(zhì)量比)2∶1；1∶1；0.8∶1；0.5∶1 4個(gè)級(jí)別，開灌水灰比為2∶1。灌漿過(guò)程中，根據(jù)灌漿壓力或吸漿率的變化，適時(shí)調(diào)整漿液稠度。在設(shè)計(jì)壓力下，當(dāng)注入率不大于0.4L/min時(shí)，繼續(xù)灌注60min；不大于1.0L/min時(shí)，繼續(xù)灌注90min即可結(jié)束。

(2)效果檢查。防滲帷幕灌漿工程施工結(jié)束后，通過(guò)檢查孔取芯樣的完整性和壓水試驗(yàn)評(píng)價(jià)灌漿效果。共獲得了14個(gè)檢查孔壓水試驗(yàn)透水率，結(jié)果均符合q<1Lu的設(shè)計(jì)要求，防滲帷幕灌漿達(dá)到了預(yù)期要求。

4　壩基防滲及尾礦堆積壩排滲系統(tǒng)

4.1壩基防滲工藝

在完成壩基溝槽開挖后，在壩基范圍內(nèi)敷設(shè)拉伸性能好的HDPE復(fù)合土工膜，該土工膜是防滲、抗拉、抗裂、抗沖擊性能優(yōu)異的柔性防滲材料，適合作為整個(gè)壩體的防滲層。土工膜上部依次敷設(shè)200mm厚粗砂保護(hù)層、雙向拉伸塑料土工格(TGSG30-30)、200mm厚碎石保護(hù)層(d=5～20mm)、雙向拉伸塑料土工格(TGSG30-30)及筑壩塊石。HDPE土工膜采用焊接，焊接長(zhǎng)度不小于20cm，土工膜敷設(shè)在初期壩體下游方向延伸出壩基5m并嵌入路基及壩肩，土工膜敷設(shè)在初期壩上游方向上延伸至壩體上游防滲帷幕外側(cè)，并嵌入防滲帷幕外側(cè)(庫(kù)內(nèi)方向)1.5m深巖土層，用C25素混凝土壓坡腳。

4.2尾礦堆積壩排滲工藝

尾礦堆積壩排滲系統(tǒng)采用排滲插板+水平排滲管聯(lián)合排滲工藝。該工藝兼具水平排滲管自流排滲和垂直排滲插板有效擊穿礦泥隔水層的優(yōu)點(diǎn)，適用于具有尾礦顆粒細(xì)、尾礦放礦較紊亂、尾礦堆積體中礦泥夾層較多、相對(duì)隔水層明顯等特征的青山尾礦庫(kù)。

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)情況，青山尾礦庫(kù)的尾礦堆積壩體垂直滲透系數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于水平滲透系數(shù)，在尾礦沉積灘面上布置垂直排滲插板，可有效提高尾礦壩體在垂直方向上的滲透性，結(jié)合沿壩體軸線方向布置的水平排滲管，促進(jìn)壩體內(nèi)部尾礦水快速排出壩外，降低壩體浸潤(rùn)線。

4.2.1排滲插板布置

垂直排滲插板材質(zhì)為UPVC，規(guī)格為100mm×4.5mm，布置在后期堆積壩64m和70m標(biāo)高的干灘面，在沉積灘上從距壩軸線位置10m處向庫(kù)內(nèi)布置，最遠(yuǎn)離壩軸線45m，排滲插板間距為2.0m×2.5m，插板插入沉積灘深度8m。

4.2.2水平排滲管布置

在堆積壩64，70m標(biāo)高設(shè)置兩層水平排水管，每根長(zhǎng)度85m，管徑80mm，采用玻璃纖維UPVC管。沿壩軸線方向布置，間距 20m；沿主壩布置，64m標(biāo)高布置16根，70m標(biāo)高布置18根，共34根。

垂直插板及水平排滲管布置見圖4。

5　壩體防排滲效果及經(jīng)濟(jì)效益分析

(1)壩基防滲帷幕灌漿工程施工結(jié)束后，經(jīng)專業(yè)檢測(cè)機(jī)構(gòu)檢測(cè)，該壩壩基帷幕灌漿工程的防滲能力達(dá)到了預(yù)期效果。

(2)通過(guò)引入初期壩內(nèi)坡反濾層及尾礦堆積壩排滲處理工藝，將壩體滲透水安全導(dǎo)出初期壩壩體，有效降低了壩體浸潤(rùn)線，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)勘查，堆石壩壩體滲透水清澈，滲流量正常。

(3)齒槽型基坑及連接的排水溝等基礎(chǔ)處理工程措施的實(shí)施，提高了壩基與堆石壩壩體的抗滑穩(wěn)定性，并有利于壩基滲透水流的疏導(dǎo)。

圖4　尾礦堆積壩水平垂直聯(lián)合排滲系統(tǒng)

(4)通過(guò)引入壩體防排滲工藝，大大減小了2#副壩壩基的開挖深度，減少土方開挖量約11萬(wàn)m3，減少堆石壩工程量15萬(wàn)m3，節(jié)省了工程投資約600萬(wàn)元。

6　結(jié)　語(yǔ)

根據(jù)對(duì)青山尾礦庫(kù)2#副壩工程地質(zhì)情況的分析，壩基下深厚的遇水易軟化覆蓋層是壩體安全堆筑的重要制約因素。通過(guò)引入壩體防排滲工藝，從壩體上游做防滲帷幕灌漿工藝，提高了壩體的安全穩(wěn)定性，降低了筑壩成本，節(jié)約了施工工期，保障了青山尾礦庫(kù)的正常運(yùn)行，該技術(shù)可為同類地基筑尾礦壩提供經(jīng)驗(yàn)借鑒。

[1]金松麗．尾礦壩排滲技術(shù)的研究現(xiàn)狀[J]．現(xiàn)代礦業(yè)，2012(7)：35-38.

[2]戚振中，郭輝.高噴灌漿技術(shù)在尾礦庫(kù)地下防滲工程中的應(yīng)用——《構(gòu)規(guī)》尾礦壩一維簡(jiǎn)化法的驗(yàn)證及改進(jìn)探討[J].山西建筑，2009，35(26)：112-113.

2016-03-18)

王榮林(1968—)，男，科長(zhǎng),高級(jí)工程師，243181 安徽省馬鞍山市當(dāng)涂縣太白鎮(zhèn)。