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        淺談鋁土礦山截排水溝工程設(shè)計(jì)

        2023-11-28 11:14:24
        四川水泥 2023年11期

        劉 瑾 陳 立

        (貴州水利水電職業(yè)技術(shù)學(xué)院,貴州 貴陽(yáng) 550000)

        0 引言

        為了深入貫徹落實(shí)“二十大”提出的綠色發(fā)展,促進(jìn)人與自然和諧共生的理念,對(duì)于礦山開(kāi)采所引起的礦山地質(zhì)環(huán)境問(wèn)題,要及時(shí)采取有效的措施予以解決。堅(jiān)持以礦區(qū)人民生命財(cái)產(chǎn)安全為中心,保護(hù)生態(tài)環(huán)境為關(guān)鍵任務(wù),減少采礦過(guò)程中形成的污染,恢復(fù)采礦區(qū)原有的生態(tài)機(jī)制,使礦山開(kāi)采行為經(jīng)濟(jì)與社會(huì)效益最大化,為“復(fù)綠區(qū)”日后的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)創(chuàng)造良好的基礎(chǔ)條件。為了造福受礦山地質(zhì)環(huán)境影響多年的當(dāng)?shù)卮迕?,還應(yīng)積極探索礦山環(huán)境治理措施[1]。

        其中,截排水溝作為礦山地質(zhì)環(huán)境治理的重要措施,建成后能夠有效防止水土流失,對(duì)礦山邊坡的穩(wěn)定性至關(guān)重要。在布置截排水溝之前應(yīng)該計(jì)算溝渠截面尺寸,尺寸過(guò)大將會(huì)影響工程造價(jià),過(guò)小會(huì)導(dǎo)致排水效果不佳。本文結(jié)合鋁土礦山項(xiàng)目,對(duì)其截排水溝工程的設(shè)計(jì)進(jìn)行分析。

        1 項(xiàng)目概況

        清鎮(zhèn)某鋁土礦位于貴州省貴陽(yáng)市清鎮(zhèn)市,南面接馬桑灣,北至野豬麻窩,東抵新廠(chǎng)、雞冠山一線(xiàn),西到牛奶沖、羅漢山一帶,南北長(zhǎng)約2.3km、東西寬約1.5km,黔貴高速?gòu)牡V區(qū)南部1km 處通過(guò)。區(qū)內(nèi)主要為巖溶地貌,有峰叢、槽谷、丘陵、洼地等。由中低山,丘陵及山間溝谷組成,山脈走向受構(gòu)造及巖性控制,主要為南北向,其次為北北東向。整體地勢(shì)西高東低,山脈走向近南北,最高峰位于礦段南部,海撥1397m;最低處位于礦段西部的落水洞,海撥1268m;最大高差129m[2]。

        礦區(qū)大地構(gòu)造位于揚(yáng)子陸塊-黔北隆起區(qū)(揚(yáng)子地塊)-遵義臺(tái)地區(qū)-織金穹盆構(gòu)造變形區(qū)東部。區(qū)域構(gòu)造比較簡(jiǎn)單,以南北向褶皺為主,伴以北東向及南北向斷裂。壇罐窯礦段則處于龍頭山復(fù)背斜向北傾末端。同時(shí),礦區(qū)氣候?qū)賮啛釒駶?rùn)氣候,年平均氣溫約14.1℃,極端最低氣溫-8℃;七月均溫22℃,極端最高氣溫34.5℃。降水多集中于5~9月,占年降水量的87%,年均降雨量1135mm(1990-2019 年),日最大降雨量發(fā)生在2014年,達(dá)到了287.8mm,多年平均蒸發(fā)量869.1mm。

        該工程截排水溝的截面尺寸應(yīng)當(dāng)根據(jù)施工環(huán)境、工程造價(jià)等因素進(jìn)行設(shè)計(jì),同時(shí)要為后期的建設(shè)提供強(qiáng)有力的數(shù)據(jù)支撐;設(shè)計(jì)時(shí),不僅要對(duì)施工過(guò)程中的保障措施有安排,還要對(duì)建設(shè)后排水效果的檢查與清理有所考慮。

        2 截排水溝的應(yīng)用特點(diǎn)

        2.1 截水溝的應(yīng)用特點(diǎn)

        截水溝又稱(chēng)天溝,通常是為攔截降雨時(shí)邊坡流向路基的水,因而一般在路塹坡頂以外布置截水溝,但具體位置應(yīng)該根據(jù)實(shí)際情況而定,以不影響邊坡穩(wěn)定性為基礎(chǔ)[3]。截水溝的截面尺寸應(yīng)滿(mǎn)足實(shí)際工程所需,不宜過(guò)大,也不宜過(guò)小。因此在截水溝施工前,應(yīng)對(duì)截水溝截面進(jìn)行設(shè)計(jì),確保實(shí)用性。

        2.2 排水溝的應(yīng)用特點(diǎn)

        排水溝通常布置在邊坡底部或者截水溝兩側(cè),用來(lái)攔截坡面上截水溝未能攔截的徑流,同時(shí)將路面的積水匯集到溝內(nèi),通過(guò)排水系統(tǒng)及時(shí)將其排出[4](如圖1所示)。因此,邊坡排水溝的作用就是把多余的水引到路基以外的地方,防止對(duì)路基形成侵害。

        圖1 排水溝橫截面圖

        3 截排水溝的工程設(shè)計(jì)

        3.1 截排水溝設(shè)計(jì)的原則

        (1)排水溝應(yīng)根據(jù)實(shí)際環(huán)境,布置在各區(qū)域截水溝兩端或最低處,這樣易于排水,同時(shí)溝渠能最大限度截水;截水溝盡可能沿海拔相同的位置連接布置[5-6];

        (2)下滲的雨水可通過(guò)排水溝排出廢石場(chǎng),對(duì)于廢石場(chǎng)外圍的坡面徑流可以利用截水溝攔截;

        (3)截排水溝的截面設(shè)計(jì)不僅要做到經(jīng)濟(jì)合理,還要做到實(shí)用性強(qiáng),既能夠保證水流正常排出,又能確保截排水溝結(jié)構(gòu)不會(huì)被破壞;

        (4)截排水溝設(shè)計(jì)應(yīng)當(dāng)以直線(xiàn)為主,盡可能減少與其它建筑物或構(gòu)筑物相遇,若遇到田地應(yīng)盡量避開(kāi)。

        3.2 截排水溝設(shè)計(jì)的說(shuō)明

        清鎮(zhèn)某鋁土礦山所處的位置降雨集中于5~9 月,在此期間存在高強(qiáng)度且頻發(fā)的暴雨,雨水進(jìn)入土層后會(huì)導(dǎo)致內(nèi)摩擦和內(nèi)聚力下降。故在排土場(chǎng)后緣、邊坡坡頂及坡腳設(shè)計(jì)截排水溝,將地表水匯集到蓄水池為礦區(qū)農(nóng)業(yè)提供灌溉保證。其中降雨強(qiáng)度設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)為20年一遇。

        3.3 截排水溝的參數(shù)計(jì)算

        3.3.1 流量計(jì)算

        根據(jù)降雨強(qiáng)度及截水溝匯水面積,利用中國(guó)科學(xué)院公路研究所提出的經(jīng)驗(yàn)計(jì)算公式,求得截水溝流量:

        式中:Qb——設(shè)計(jì)流量,m3/s;

        R——滲流系數(shù),R=0.8;

        Hn——設(shè)計(jì)降雨強(qiáng)度,81.4mm/h;

        F——匯水面積,0.05km2。

        將以上各參數(shù)取值帶入公式可得Qb=0.905m3/s。

        3.3.2 水力計(jì)算

        為了確保溝道內(nèi)排水順暢,且不會(huì)影響邊坡排水,應(yīng)在礦山邊坡、堆渣體附近設(shè)置截排水溝,避免長(zhǎng)時(shí)間水流沖刷導(dǎo)致水土流失。排水溝斷面設(shè)計(jì)的水力計(jì)算按下式進(jìn)行。

        式中:Q——排水溝流量,m3/s;

        V——水流平均流速,m/s;

        A——排水溝有效斷面面積,m2;

        R——水力半徑,m,R=A/X;

        X——濕周,m,X=b+2h(1+m2)0.5;

        b——排水溝底寬,m;

        h——選定流量的正常水深,m;

        m——溝壁邊坡系數(shù);

        n——粗糙系數(shù),m,取0.025;

        i——溝底坡度。

        本次清鎮(zhèn)某鋁土礦山的截排水溝設(shè)計(jì)形狀采用矩形截面,截排水溝采用M10砂漿抹面,M7.5砂漿砌片石明溝,在建成以后其最大允許流速為4m/s。為控制水流速度,陡坡地段的排水溝,在超過(guò)最大允許流速的渠道可采用跌水消能。

        根據(jù)礦區(qū)內(nèi)已經(jīng)修筑的截、排水溝斷面尺寸為0.4m×0.4m,帶入求得Q=1.100m3/s,大于Qb=0.905m3/s,能滿(mǎn)足排水要求。

        3.4 截排水溝的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

        截水溝斷面設(shè)計(jì)為寬0.40m,高0.40m,壁厚0.30m,截排水溝結(jié)構(gòu)形式采用M7.5 漿砌片石明溝,M10 水泥砂漿抹面(厚2cm),碎石墊層,水溝斷面為矩形斷面,溝道縱坡坡度為5%。溝斷面每隔10.0m 或地形明顯變化處設(shè)沉降縫,縫寬30~50mm,用瀝青充填封閉。截流溝過(guò)水能力1.100m3/s,大于各單元的頻率洪峰流量,能滿(mǎn)足各個(gè)治理區(qū)設(shè)計(jì)的需要,具體斷面尺寸見(jiàn)圖2所示。

        圖2 截水溝橫截面圖

        4 結(jié)束語(yǔ)

        綜上所述,在設(shè)計(jì)截排水溝時(shí)應(yīng)遵循保護(hù)生態(tài)環(huán)境,構(gòu)建人與自然和諧共生的理念,根據(jù)規(guī)范并考慮工程周?chē)匦蔚孛埠屯谔罘竭吰碌冗M(jìn)行設(shè)計(jì)。在保證工程造價(jià)合理、施工技術(shù)可靠、操作性強(qiáng)的同時(shí),也要確保截排水溝后期的正常運(yùn)行,有效防止水土流失。本文以某鋁土礦山為例,對(duì)截排水溝進(jìn)行設(shè)計(jì)研究,介紹了截水溝和排水溝的應(yīng)用,重點(diǎn)分析了截排水溝的工程設(shè)計(jì),可為后期類(lèi)似礦山環(huán)境治理提供設(shè)計(jì)參考,有助于當(dāng)?shù)氐V山地質(zhì)環(huán)境修復(fù)與治理工作的高效實(shí)施。

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