王曉東

摘要：尾礦庫是采選工程項目的配套工程，也是其重要的組成部分。若尾礦庫壩體發(fā)生潰壩，將造成無法預測的損失和人員傷亡，因此對副壩進行加固設計十分必要，本文重點介紹了昆明安寧市某尾礦庫副壩加固設計，設計采用高壓旋噴樁、扶壁式擋土墻、鋼管樁、碎石土反壓方案進行加固，解決了副壩加高后穩(wěn)定性的問題，保證了尾礦庫的安全運行。

Abstract： Tailings reservoir is the supporting project and an important part of the mining and selecting project. If the dam failure occurs， it will cause unpredictable loss and casualties. So it is necessary to reinforce the auxiliary dam. This paper mainly introduces the reinforcement design of the tailings dam of Anning City in Kunming. The design uses high pressure jet grouting pile， retaining wall， steel pipe pile， gravel soil anti pressure to carry out the reinforcement， which solves the problem of the stability of the auxiliary dam heightening， ensures the safe operation of the tailings.

關鍵詞：尾礦庫；副壩加固；設計

Key words： tailing reservoir；auxiliary dam reinforcement；design

中圖分類號：TV698.2 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2017）09-0160-03

0 引言

土壩防滲加固是水庫防險加固工作中非常重要的方面。我國在除險加固工作中經(jīng)過多年的努力，取得了較大的進步。但至今許多水庫的安全問題還未解決，尤其是一些中小型的質量問題，絕對不能輕視。隨著工程建設步伐的加快，為了確保工程的安全運行，充分發(fā)揮效益，迫切需要加強土壩加固和消除險情工作。

本文結合安寧市某尾礦庫工程，對其副壩存在的問題進行分析；在此基礎上，從工藝、材料、設備等方面，研究加固方案的設計和施工技術。本文所做的成果對于科學、經(jīng)濟地進行壩體的防滲加固具有重要的實踐和指導意義。

1 工程概況

馬屋箐尾礦庫位于昆明安寧市縣街鎮(zhèn)小箐口村西南約500m處，地處元良河左側支流馬屋箐溝的中下游，壩址距溝口元良河約560m。

馬屋箐尾礦庫初期壩壩高52.0m，壩頂高程2040.0m，初期庫容280.0萬m3，服務年限3年開始使用至今，已使用庫容約200萬m3，已接近原設計一期規(guī)劃的目標280萬m3；為了保證工程生產(chǎn)安全及可持續(xù)發(fā)展，決定對馬屋箐尾礦庫進行加高增容，以滿足生產(chǎn)之需，現(xiàn)計劃實施馬屋箐尾礦庫二期工程，擬建二期壩最終堆積壩頂標高為2049.0m，堆壩方法擬采用上游法（在上游尾礦沉積灘面上采用模袋法進行堆壩），并在尾礦壩左、右岸擬建導流渠及溢洪道各一條[1]。

2 尾礦庫地質與建設條件

2.1 工程地質條件

馬屋箐尾礦庫位于安寧市縣街鎮(zhèn)下元良村。馬屋箐尾礦庫所處位置為滇池西南的鳴矣河與其西南部的分水嶺地帶，隸屬于螳螂江流域。山體走向基本與地層走向和構造方向一致，即以北西向東為主，在強烈的侵蝕、溶蝕作用下，沖溝發(fā)育，構成嶺谷相間的地貌。

該地區(qū)海拔一般為1981～2150m，相對高差169m左右。屬侵蝕、溶蝕低～中山地貌類型，總的地勢呈北高南低之勢。

2.2 水文地質條件

尾礦庫內地下水埋藏較深，副壩壩腳埋藏相對較低。根據(jù)鉆孔觀測，穩(wěn)定地下水位埋深4.00～29.30m，相應的標高為1983.289～1986.653m。

場地地下水類型有裂隙水和孔隙水，裂隙水的含水層為強風化板巖，孔隙水的含水層為尾粉土①。孔隙水由大氣降水和排放到庫中的尾水補給，裂隙水由下滲的孔隙水和大氣降水補給。尾礦庫既是補給區(qū)也是徑流區(qū)，地下水滲透至尾礦庫所在主沖溝后自西向東流出場地。

場地后期地下水位會隨尾礦壩的增加而變化，尾礦壩增高的過程中，應密切觀測地下水的變化情況。

2.3 庫存尾礦的特性及沉積規(guī)律

尾礦庫采用壩前放礦，主壩及副壩均設置放礦口，當尾礦庫堆積高度達到2040.0m后，采用“模袋法”作為堆積子壩，并在模袋位置設置放礦口進行放礦。

尾礦沉積規(guī)律受原尾礦性質、粒度、礦漿濃度和排放形式控制。勘察中發(fā)現(xiàn)沉積尾礦宏觀上具有放礦口粗、流向上變細、壩前粗庫尾細的特征，且由于采用主壩、副壩交替排放尾礦，在微觀上沉積尾礦中普遍分布粗細相間的夾層、互層、交錯層等現(xiàn)象；在垂向上存在上粗下細的特點。

如圖1、圖2所示為查明沉積尾礦在垂向上的變化情況，選取2個鉆孔作出單孔平均粒徑d50隨深度的變化情況圖。

3 加固設計

根據(jù)馬屋箐尾礦庫工程實際情況，對副壩加固方案采用高壓旋噴樁、扶壁式擋土墻、鋼管樁、碎石土反壓對副壩進行加固[2]。

3.1 高壓旋噴二重管法

高壓旋噴是利用鉆機把帶有噴嘴的注漿管鉆進土層的預定位置后，以高壓設備使?jié){液或水、空氣成為20～40MPa的高壓射流從噴嘴中噴射出來，沖切土體，同時鉆桿以一定的速度逐漸提升，將漿液與土粒強制攪拌混合，漿液凝固后，在土體中形成一個圓柱狀固結體（即旋噴樁）。

高壓旋噴分為：單管法、二重管法、三重管法。本方案采用二重管法。

二重管法：用二重注漿管同時將高壓水泥漿和空氣兩種介質噴射流橫向噴出，沖擊切割土體，在高壓漿液和外圈環(huán)繞氣流的共同作用下，破壞土體的能量顯著增大，最后在土中形成較大的固結體。高壓旋噴樁按2.5m×2.5m成梅花型布置，高壓旋噴形成的固結樁體，提高尾粉土的承載力，同時增強尾粉土的整體抗滑穩(wěn)定性（可視為提高尾粉土的粘聚力和內摩擦角，采用復合粘聚力、復合內摩擦角進行計算）。

如圖3所示，假設壩體沿圖示的潛在滑面滑動，潛在滑面穿過尾粉土層中的高壓旋噴樁，只有當滑面穿過的所有高壓旋噴樁被剪斷，潛在滑體才會滑動，即高壓旋噴樁具有阻擋潛在滑體下滑的作用。在尾礦庫內進行高壓旋噴加固尾粉土，加固區(qū)域位于整個潛在滑體的上部，可有效降低該部分潛在滑體的下滑力，相應地提高該部分潛在滑體的抗滑力[3]。

根據(jù)穩(wěn)定性計算分析，尾礦庫內滑面主要位于尾粉土①1，且提高尾粉土①2的抗剪強度指標對副壩穩(wěn)定性影響不顯著，而提高尾粉土①1的抗剪強度指標可明顯增強副壩穩(wěn)定性。根據(jù)勘察成果，尾粉土①2工程性質較好，可作為旋噴樁持力層。因此，高壓旋噴樁加固主要為尾粉土①1層，樁端進入尾粉土①2層不小于1m。

3.2 高壓旋噴對模袋、主壩及排滲管的影響

高壓旋噴的注漿管外徑為50mm，高壓旋噴樁的間距為2.5m×2.5m。在模袋范圍，僅進行鉆孔（孔徑50mm），不進行旋噴注漿（噴射漿液），6.25m2模袋內只有直徑為50mm的孔，且旋噴結束后，在模袋范圍內進行重力注漿封孔，不會造成模袋范圍出現(xiàn)空洞的現(xiàn)象。

高壓旋噴施工占地少、振動小、噪音較低。根據(jù)現(xiàn)場試驗情況，高壓旋噴樁施工過程中，不會產(chǎn)生由于振動而導致尾粉土液化的現(xiàn)象。高壓旋噴注漿過程中，注漿管擺動幅度很小，且在旋噴過程中，注漿管與模袋及模袋范圍的尾粉土會形成一層泥膜，高壓旋噴施工對模袋范圍的影響很小，現(xiàn)場試驗也驗證了這一點。

高壓旋噴加固尾粉土①1，沿副壩方向增強副壩的整體穩(wěn)定性，同時也提高了主壩的整體穩(wěn)定性，對于整個初期壩的安全穩(wěn)定性起到有利作用[4]。高壓旋噴施工中，根據(jù)主壩排滲管的實際布置情況，現(xiàn)場調整孔位，避讓排滲管，保證排滲管的排水效果。

3.3 扶壁式擋土墻

采用C30混凝土澆筑，面板和扶壁保護層厚度為25mm，底板保護層厚度為40mm。

墻身布設？覫100mm的PVC管泄水孔，泄水孔間距2.5m，梅花形布置，最低一排泄水孔高出地面200mm；PVC管應超出構造物背面100mm，其端部150mm長應設？覫100圓孔，用滲水土工布包裹，并在泄水孔進水口處設置粗顆粒材料堆以利排水，最下一排泄水孔出口應保證排水順暢，不得阻塞。PVC管進水口必須高于出水口，且按5%的坡度設置[5]。

應根據(jù)地形及地質變化情況設置沉降縫，間距為10～20m，縫寬為20～30mm，用瀝青麻絮沿內、外、頂三邊填塞，深度不小于200mm。

3.4 鋼管樁及反壓貼坡

鋼管樁成孔160mm，內插無縫鋼管114×10，DE、BC段鋼管樁錨入扶壁式擋土墻底板不小于0.7m，AB段鋼管樁錨入扶壁式擋土墻底板不小于0.5m，并鋪設網(wǎng)筋。注漿材料為水灰比為0.5～0.60的純水泥漿，可在漿液中加放膨脹劑，早強劑等。

副壩2024m～2040m外坡采用碎石土按坡比1：1.75反壓貼坡。反壓貼坡材料為級配碎石土或塊石土，不含植物殘體、垃圾、膨脹土、有機質土等物質，采用分層回填壓實，分層厚度不大于0.3m，壓實系數(shù)不小于0.93。原副壩外坡面應清除植被，并修整為臺階狀，再進行填土反壓。

4 結語

尾礦庫使用至今，已使用庫容已接近原設計規(guī)劃的目標，采用該設計方案加固之后，保證了采選工程生產(chǎn)安全及可持續(xù)發(fā)展，滿足了生產(chǎn)的需要。該方案切合實際工程情況解決了副壩加高擴容之后的穩(wěn)定性問題，同時施工過程更加簡單，降低了工程成本，對尾礦庫進行更加有效的加固。通過高壓旋噴樁、扶壁式擋土墻、鋼管樁、碎石土反壓方案進行加固，在增高庫容的同時，也增強了副壩的整體穩(wěn)定性，并且也提高了主壩的整體穩(wěn)定性，對于整個尾礦庫壩體的安全穩(wěn)定性起到有利作用。

參考文獻：

[1]云南化工地質工程勘察院.尾礦庫二期工程巖土工程勘察報告[R].2012.

[2]蘭卿良，曹洪波.黃壁莊水庫除險加固工程科學研究文集[C].北京：中國科學技術出版社，2005.

[3]SL274-2001，碾壓式土石壩設計規(guī)范[S].

[4]AQ2006-2005，尾礦庫安全技術規(guī)程[S].

[5]GB50863-2013，尾礦設施設計規(guī)范[S].