田益琳 田 靖

(河北鋼鐵集團司家營研山鐵礦有限公司)

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防滲地連墻在礦山治水中的應用

田益琳 田 靖

(河北鋼鐵集團司家營研山鐵礦有限公司)

研山鐵礦采場東邊幫鄰近新河，采場內大量滲水，加之夏季雨水充沛，不僅影響礦山的正常生產，對采場的邊坡穩(wěn)定、設備安全也存在很大隱患。為此，通過對研山鐵礦地質和水文等相關資料充分調研，結合實際情況，進行東幫表土層工程地質、水文地質勘察，確定采用防滲地連墻堵水方案，經驗證，堵水率達到95%以上，有效解決東邊幫滲水問題，為邊坡穩(wěn)定提供保障。

防滲地連墻 注漿 治水

研山鐵礦地處河北灤縣，是冀東鐵礦區(qū)的重要組成部分，屬于鞍山式沉積變質鐵礦床，采用露天開采。研山鐵礦永久公路布置在東邊幫，但東幫第四系表土層厚大，新河作為定水頭補給水源，最近處距離露天采場最終境界線不足50 m，向采場內大量涌水，致使東幫巖石風化嚴重，導致目前部分臺階不能按設計靠界并段，對固定公路的運營也造成一定安全隱患。且東幫表土層邊坡之下基巖有一定量礦石，埋深淺，隨著開采深度的增加，上層第四系土層和巖層被剝離，邊幫兩側水力梯度進一步加大，而細砂層和礫石層透水性、富水性極強，向采場內補給水量將進一步增大，若不及時治理，雨季到來時該區(qū)40～50 m厚的沖積層表土邊坡在高水位、強徑流作用下可能誘發(fā)邊坡失穩(wěn)和泥石流災害。因此，必須對東邊幫采取堵水治理措施。

1 東幫地質及水文情況

根據(jù)前期勘察資料，采場東幫第四系地層由上至下為雜填土層、粉質黏土、粉砂層、礫石層及基巖層。其中沖洪積砂、砂礫卵石層孔隙潛水含水層透水性、富水性極強，新河將作為定水水頭補給水源，并以東段為涌水通道，向采場內大量涌水，需對其東部邊幫進行防治水處理工程[1]。利用探孔對東邊幫勘探，結果見圖1，三維地層模型見圖2。

圖1 東幫水文地質勘察剖面

圖2 東幫第四系表土三維數(shù)字化地層模型

采場東邊幫地質及水文情況如下：

(1)東幫已揭露區(qū)域地層變化復雜，存在2層礫石層，中間夾一黏土層(隔水層)，上層礫石層及上覆細砂層賦水性較強，礫石層不但起伏大，厚度變化也較大。尤其在G5和ZK3孔之間(圖1)，礫石層基底下凹，厚度較大。

(2)礫石層界線與新河河床相交，位于河床基底，向坑內順傾，新河為直接補給源，地下水位較高。

(3)礫石層與細砂層底板傾向由東北到西南，疑似在東幫邊坡基巖頂板存在灤河舊河道，形成了比較集中的滲流通道，以新河、灤河為主要補給源，通過礫石層涌入露天坑內，從而造成較大的涌水量和較高的地下水位。

(4)第四系表土層孔隙率較大、土質疏松、含水率和滲透率較高，第四系表土長期強度很低，變形增大，隨著持續(xù)生產，厚沖積層長期載荷條件下失穩(wěn)可能性增大。

2 治水方案選擇

根據(jù)地層條件，場地上部地層為粉細砂和粉土，下部為卵石地層。研山鐵礦東幫第四系特厚沖積層中賦存有12 m厚的河卵石地層，中間夾有1～2 m厚的黏土層。河卵石層滲透性好，流速可達2 000 m/d，分布極不均勻，有些部位礫石級配較好，大空隙分布均勻，滲透注漿可注性良好；有些部位級配較差，空隙充填細砂、粉砂和粉質黏土，可注性差[1]。

此前，東幫露天境界線與新河之間實施了雙重管單排旋噴樁地下帷幕連續(xù)墻工程，經現(xiàn)場檢驗，在粉質黏土層形成了堵水水泥柱，但在河卵石層中，漿液流失，堵水效果不好，仍存在大量涌水?？梢姡x取何種注漿材料和工藝才能確保高流速河卵石層堵水效果十分關鍵。

經綜合分析論證，決定采用防滲地連墻堵水方案，在地面上利用一種挖槽機械挖出窄而深的基槽，并在其內澆注適當?shù)牟牧隙纬傻囊坏谰哂蟹罎B、擋土和承重功能的連續(xù)的地下墻體。其開挖過程可視，施工全盤機械化，速度快，精度高；用觸變泥漿保護孔壁和止水，施工安全可靠，不會引起水位降低而造成周圍地基沉降，保證施工質量。

3 治水方案實施

3.1 施工過程

防滲墻墻體采用塑性混凝土，抗?jié)B等級為W8，塑性混凝土28 d抗壓強度大于4 MPa，滲透系數(shù)小于1×10-8cm/s，彈性模量為800～1 200 MPa，并確保防滲墻的連續(xù)性。拌合墻體混凝土的塌落度為18～22 cm，擴散度為34～40 cm，塌落度保持在15 cm以上，不小于1 h；初凝時間不小于6 h，終凝時間不宜大于24 h，凝固密度不小于2 100 kg/m3。

防滲墻軸線總長811.5 m，厚0.6 m，墻頂標高為+22.5 m。由于本工程覆蓋層下為全風化基巖，厚0～3 m，具強透水性；以下為強風化基巖，滲透系數(shù)建議值為0.01 m/d，具弱透水性；綜合考慮防滲效果及工程投資等因素，將混凝土防滲墻基礎坐落在下部的強風化基巖上，墻底深入強風化基巖不小于1 m。具體施工如下：

(1)導墻部分位置為填土，碾壓處理，保證開槽時側壁土能保持直立。

(2)由于導槽具有擋土、支撐施工設備、穩(wěn)定泥漿液面的作用，本工程采用2臺SG46液壓抓斗與5臺沖擊鉆配合成槽施工工藝，導槽施工前，對新回填的黏土進行分層碾壓，使之達到一定密實度，以防成槽時導墻下土體坍塌造成漏漿。開槽時按規(guī)定挖土，不超挖和擾動槽壁土。槽內架設大型溝道模板，外側利用土壁做外模，現(xiàn)場綁扎鋼筋網片，使用φ300 mm混凝土灌注導管澆筑成型，每澆筑40 m留2 cm寬伸縮縫，用木絲板填塞。開槽時，棄土及時外運,在導槽兩側堆放，以免發(fā)生坍塌。嚴禁導墻底部有軟弱下臥層。

(3)采用大型號溝道內模板，每40 m一段，選用1 m×1.5 m模板組合成型，兩側各40塊，用U型卡組成兩大片。使用2根10#槽鋼組成水平鋼楞上下各一道，用勾頭螺絲固定。每隔1.5 m用10#槽鋼設立1根鋼楞，用勾頭螺絲與水平鋼楞相連，組成2片高1.5 m、長20 m的平面模板，將2片模板并立(平面朝外)，用φ40 mm絲杠連接于鋼楞之間，調整絲杠拉頂模板至需要尺寸。每段模板重3.2 t，用25 t 吊車安裝拆除。

(4)現(xiàn)場綁扎鋼筋網片，鋼筋冷拉速度不宜過快，一般以每秒拉長5mm或每秒增加5 N/mm2拉應力為宜。當拉至控制值時，停機2～3 min后，再進行放松，以減少鋼筋的彈性回縮。鋼筋網片采用20#～22#鐵絲“梅花”式綁扎，靠外側鋼筋逐點綁扎，不得出現(xiàn)漏綁現(xiàn)象，受拉鋼筋綁扎連續(xù)的搭接長度為35倍直徑，受力外側鋼筋連接的散拉長度取受力鋼筋綁扎長度的0.7倍，網格間距保持均勻，每10 m為一鋼筋網片段。鋼筋保護層采用與混凝土標號相同的水泥砂漿墊塊，墊塊厚度不得小于所要求的鋼筋保護層厚度。

(5)每次挖槽40 m，綁扎鋼筋網片后，將槽底墊水泥墊塊，2塊/m，用水準抄平，用25 t吊機吊裝模板下槽內，座落在水泥墊塊上，調整方向，加以固定。C20混凝土澆筑，運輸車運輸，溜槽入模，導墻混凝土應沿導槽兩側同步澆筑，使導墻兩側模板受力平衡，減少導墻模板的位移和變形。采用6臺HZ6X-50插入式振搗器，垂直振搗，將振動棒上下略微抽動，以使上下振動均勻。在振搗上層混凝土時，振動棒插入下層混凝土50 mm，消除2層間的接縫。振搗器插點均勻排列，采用“行列式”次序移動，一般每點振搗時間為20～30 s，直至混凝土表面不再顯著下沉，不出現(xiàn)氣泡，表面開始泛出灰漿為準。

(6)導墻拆模加設木支楞，采用10 cm×10 cm×150 cm圓木，間距為2 m，上下各支一根，成槽施工時撤掉，槽段完成后重新支上，以防未施工段導墻變形。將完成后的導墻覆蓋草簾，并灑水養(yǎng)護，不少于14 d，養(yǎng)護期間嚴禁車輛通行或堆放重物。防滲地連墻導墻示意見圖3，防滲地連墻剖面見圖4。

圖3 防滲地連墻導墻示意(單位：mm)

圖4 防滲地連墻施工剖面

3.2 技術要求

(1)成槽外側墻體的精度是保證地下連續(xù)墻質量的關鍵，下抓角度要與導墻保持平行，不能用人力推鉆具入槽。應由專人負責加入合格泥漿，保證漿面不低于導槽。

(2)在成槽過程中對其垂直度、寬度和泥漿性能等實時觀測，并隨時加以修正，保證成槽的質量。 如果成槽過程中槽壁嚴重坍塌，不僅會埋住成槽機械，造成墻體缺陷，而且可能引起地面沉陷而使機械傾覆，對鄰近建筑物和地下管線等造成損壞。因此，槽壁坍塌是地下連續(xù)墻施工的嚴重事故。

(3)地連墻的線型控制主要是控制導墻的精度。導墻施工之初，先定出幾條導墻軸線，使基線端點參與導線網平差或用其他方法多次校核，使軸線具有較高精度，確保在地下連續(xù)墻施工過程中不偏位而超過限差。

(4)保證液壓抓斗施工中的垂直度和角度，使外側墻體平整，墻與墻之間搭接緊密，不得夾有泥層。

(5)利用專用儀器對制備的泥漿進行質量控制，保證換漿沉渣厚度在設計范圍以內。槽段開挖后的質量標準見表1。

表1 槽段開挖后的質量標準

4 結 論

經研山鐵礦現(xiàn)場驗證，防滲地連墻技術可行，經濟合理。治水前，正常天氣時采場內涌水量需要1～2臺水泵維持，東幫滲水需要5臺泵維持，如遇雨天涌水量加大，并且四周的地表水均會流往采場，造成水淹采場的局面，致使部分設備無法作業(yè)，嚴重影響正產生產。治水后，東邊幫滲水堵水率達到95%以上，采場邊坡無涌水點，正常天氣時僅需開啟1～2臺水泵，暴雨天氣時開啟4～6臺水泵即可滿足生產需要，減少了大量排水費用，明顯改善采場作業(yè)條件，極大程度上避免了采場邊坡因地下水影響和新河滲水而導致的失穩(wěn)事故，同時也解決了滲水對東邊幫的侵蝕作用，為東邊幫固定道路安全運營提供保障。防滲地連墻工程具有一定的經濟和社會效益，為同類礦山治水提供借鑒經驗，應加以推廣應用。

2016-07-24)

田益琳(1985—)，男，工程師，063700 河北省唐山市灤縣響嘡鎮(zhèn)。