排滲墻技術(shù)及排滲效果分析

宋 志

(中冶長天國際工程有限責(zé)任公司,湖南長沙 410007)

排滲墻技術(shù)及排滲效果分析

宋 志

(中冶長天國際工程有限責(zé)任公司,湖南長沙 410007)

對于初期壩為土壩的的尾礦庫,后期隨著尾礦的堆高,很容易造成壩坡滲水。現(xiàn)有的排滲設(shè)施——盲溝、管井、輕型井點、水平濾水孔、輻射井等可以起到一定效果,但不能大面積截斷浸潤線流線,沒有解決懸掛水的影響,降水深度也不夠理想。結(jié)合現(xiàn)有排滲措施提出排滲墻技術(shù),經(jīng)過工程實踐表明,其有效性和可靠性均大幅提高。

排滲墻;初期壩;土壩;浸潤線

尾礦庫是一種特殊的工業(yè)建筑物,也是礦山三大控制性工程之一。它運(yùn)行的好壞,不僅關(guān)系到礦山企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益,而且與庫區(qū)下游居民的生命財產(chǎn)及周邊環(huán)境息息相關(guān)。過去由于我國經(jīng)濟(jì)水平不高,礦山企業(yè)財力有限,因此造成大量尾礦庫初期壩為土壩的現(xiàn)象。土壩滲透性差,不利于尾礦固結(jié),對尾礦庫的安全不利,因此需要采取相應(yīng)工程措施對尾礦庫進(jìn)行降水處理。本文以金山店鐵礦錫冶山尾礦庫為例,針對國內(nèi)尾礦庫現(xiàn)有降水措施及其效果進(jìn)行分析,結(jié)合工程實際情況,提出兩種新型排滲墻技術(shù)處理措施,對排滲效果分別進(jìn)行分析計算,并以浸潤線觀測孔實際觀測結(jié)果進(jìn)行驗證,選定最為有效的降水措施,為類似工程處理提供參考。

1 工程概況

金山店鐵礦錫冶山尾礦庫原設(shè)計最終堆積標(biāo)高75 m,總壩高45 m,總庫容2 150萬m3,為三等尾礦庫。現(xiàn)尾礦庫從標(biāo)高75 m加高設(shè)計到100 m,新增庫容955萬m3,尾礦庫總庫容為3 105萬m3。

錫冶山尾礦庫由四座初期壩連接小山包圍成尾礦庫,各壩的技術(shù)特征參數(shù)見表1。

初期壩軸線總長度1 460 m,總壩軸線長度(包括山包)1 767 m。

由于尾礦庫的初期壩為均質(zhì)粘土壩,其透水性小于尾礦(尤其是粗粒尾礦)的透水性,所以尾礦堆積壩的滲透水從初期壩頂以上逸出。20世紀(jì)80年代末,整個初期壩頂透水,壩坡沼澤化,90年代初采用輻射井深層自流排滲固結(jié)技術(shù)進(jìn)行治理,當(dāng)時壩坡基本被疏干,但隨著尾礦堆積高度的增大和庫水位的上升,加上輻射井材料的老化,近幾年部分壩段的初期壩頂又出現(xiàn)滲水和壩坡沼澤化,所以需要增設(shè)新的排滲措施。

表1 各壩技術(shù)特征參數(shù)

2 排滲墻排滲固結(jié)技術(shù)的提出

2.1 現(xiàn)有降水措施

國內(nèi)通常采用的主要排滲降水措施見表2。

2.2 現(xiàn)有降水措施效果分析

排滲降水措施效果見表3。

3 深層自流排滲墻的思路及機(jī)理

3.1 要截斷壩體浸潤線的流線就必須形成排滲墻

截斷壩體浸潤線的流線可設(shè)防滲墻(或隔水墻),如擋水壩的心墻、斜墻,反過來考慮也可以建成透水墻,再將水排走也同樣可截斷壩體浸潤線的流線。

表2 排滲降水措施

表3 主要排滲工程措施效果分析

據(jù)此研究兩種排滲墻方案:

1.多層水平濾水管組合成排滲墻,每層濾水管選擇在砂性尾礦層布置,避免布置在粘性尾礦層中,這就解決了主要滲流層的流線問題,隨著時間的增長,粘粒層中的水也會有所疏干。

2.多座排滲井組合形成排滲墻,根據(jù)需要控制排滲井間距,排滲井的優(yōu)點是可以貫穿粗細(xì)顆粒夾層,同時解決懸掛水的影響。但排滲井還可能要用泥漿護(hù)壁,井深較深時更有必要。

3.2 采用塑料插板解決懸掛水問題

在堆積尾礦內(nèi)設(shè)垂直塑料插板連通堆積尾礦中的粗細(xì)粒夾層,讓懸掛水穿過塑料插板垂直下流,從而消除懸掛水現(xiàn)象,提高降水效果。

3.3 以大口井集水,導(dǎo)流管實現(xiàn)自流排滲

與輻射式排滲井一樣,所有水平濾水管的滲水自流至大口井集中,大口井同時又是所有水平濾水管的施工空間。

在大口井內(nèi)向壩坡施工導(dǎo)流管,如果一條導(dǎo)流管的排水量不滿足要求,可以施工2～3條。

錫冶山尾礦庫目前堆積標(biāo)高為70 m,已接近最終堆積標(biāo)高75 m,為持續(xù)生產(chǎn),擬在西側(cè)擴(kuò)容,但征地搬遷問題一時難以解決,被迫考慮最終堆積標(biāo)高加高至100 m,經(jīng)計算,2#、3#壩需要采取加固措施,原考慮塊石壓坡,但因征地問題難以實施,因此只得研究新的降水措施。

4 排滲墻組成型式

根據(jù)施工材料和工藝不同,排滲墻的型式也不相同,采用兩種方式進(jìn)行試驗比較,兩種排滲墻方式最大不同之處在于收集滲水方式不同。

4.1 通過排滲井形成排滲墻

4.1.1 集流設(shè)施

集流設(shè)施包括排滲井、集水管、集水井和塑料插板。排滲井井徑大小可根據(jù)工程需要及施工條件確定,本工程采用直徑為1 m的井。井內(nèi)充填瓜米石及粗砂攙合料,使其有強(qiáng)透水功能。

排滲井的深度可根據(jù)降水需要確定,為便于施工和洗井,井內(nèi)設(shè)兩根分別為D=60 mm和D=100 mm的充水管及抽水管,充水管布于上游側(cè),抽水管布于下游側(cè),井內(nèi)另設(shè)一根D=150 mm的下料管并長期保留。

排滲井的施工方法一般宜采用大口徑鉆機(jī)施工,并以泥漿護(hù)壁或套管護(hù)壁,排滲井間距為8 m。

功能:主要截斷滲流流線,讓尾礦庫壩坡內(nèi)滲流水進(jìn)入碎石井。

集水管是將匯入排滲井的滲流水引入集水井。

采用內(nèi)徑為70 mm、壁厚為5 mm的UPVC管,在管壁上開孔,開孔率為15%,外壁設(shè)5 mm厚的螺旋型墊筋。墊筋外包2層80目不銹鋼絲網(wǎng)或200 g/m2無紡布,再捆扎固定。

集水井是匯集滲流水的場所,集水井一般采用沉井法施工,內(nèi)徑為3 m。集水井為沉井,采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu),內(nèi)徑為3 m,壁厚為0.3 m,考慮封底和施工要求,集滲井應(yīng)比排滲井深3 m。

塑料插板連通堆積尾礦中的粗細(xì)粒夾層,讓懸掛水穿過塑料插板垂直下流,從而消除懸掛水現(xiàn)象,提高降水效果。塑料插板寬度為100 mm,深度為15 m,間距2.5 m,塑料插板在集水管上下游兩側(cè)3 m處各布置一排。

4.1.2 導(dǎo)水管

導(dǎo)水管為自集水井穿透壩體至壩坡并引到壩坡排水溝的排水管,其施工方法采用水平鉆機(jī)施工。采用鋼管內(nèi)套100 mm管徑的UPVC管。

4.1.3 浸潤線水位觀測孔

在排滲墻兩側(cè)上下游分別設(shè)5個浸潤線觀測孔。

4.2 通過集水管形成排滲墻

4.2.1 集流設(shè)施

集流設(shè)施包括集水管、集水井和塑料插板。

集水管是將匯入排滲井的滲流水引入集水井。集水井兩側(cè):在每座集水井內(nèi)從井底以上1 m開始布置,每隔2 m布置一根,直至離井頂10 m距離為止,每根集水管長度為50 m。采用內(nèi)徑為70 mm、壁厚為5 mm的UPVC管,在管壁上開孔,開孔率為15%,外壁設(shè)5 mm厚的螺旋型墊筋。墊筋外包2層80目不銹鋼絲網(wǎng)或200 g/m2無紡布,再捆扎固定。

集水井是匯集滲流水的場所,集水井一般采用沉井法施工,內(nèi)徑為3 m。集水井為沉井,采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu),內(nèi)徑為3 m,壁厚為0.3 m,考慮封底和施工要求,集滲井應(yīng)比排滲井深3 m。

塑料插板連通堆積尾礦中的粗細(xì)粒夾層,讓懸掛水穿過塑料插板垂直下流,從而消除懸掛水現(xiàn)象,提高降水效果。塑料插板寬度為100 mm,深度為15 m,間距2.5 m,塑料插板在集水管上下游兩側(cè)3 m處各布置一排。

4.2.2 導(dǎo)水管

導(dǎo)水管為自集水井穿透壩體至壩坡并引到壩坡排水溝的排水管,其施工方法采用水平鉆機(jī)施工。采用鋼管內(nèi)套100 mm管徑的UPVC管。

4.2.3 浸潤線水位觀測孔

在排滲墻兩側(cè)上下游分別設(shè)5個浸潤線觀測孔。

5 排滲墻浸潤線計算方法

將排滲墻視為減壓溝,進(jìn)入排滲滲墻的滲水全排出壩外,滲流計算簡圖如圖1所示。

圖1 滲流計算簡圖

5.1 減壓溝上段AGCD部分的滲流計算

滲流量為:

式(1)～(2)中,H為計算水頭/m;h0為排滲墻底水頭/m;q1為單寬流量/m3·(d·m)-1;k為滲透系數(shù)/ m·d-1;L0為排滲墻到初期壩上游坡腳線的水平距離/m;L為滲透長度/m;x為計算點/m;y為浸潤線高/m。

5.2 減壓溝下游段CDEF部分的滲流計算

滲流量為:

浸潤線在尾礦壩的逸出點高度為:

式(3)～(6)中,H為計算水頭/m;h0為排滲墻底水頭/m;q2為單寬流量/m3·(d·m)-1;k為滲透系數(shù)/ m·d-1;L0為排滲墻到初期壩上游坡腳線的水平距離/m;L為滲透長度/m;x為計算點/m;y為浸潤線高/m。

6 排滲墻的降水效果分析

兩種方式的排滲墻浸潤線水位觀測孔觀測數(shù)據(jù)見表4、表5。

表4 排滲井形成的排滲墻浸潤線水位觀測表

根據(jù)排滲墻兩側(cè)浸潤線觀測孔觀測的水位數(shù)據(jù)顯示,尾礦壩采用多層集水管排滲墻方式排滲效果要明顯好于排滲井排滲墻方式,浸潤線埋深平均低2 m左右,更能提高壩體的穩(wěn)定性。

表5 水平濾水管形成的排滲墻浸潤線水位觀測表

7 結(jié) 語

金山店鐵礦錫冶山尾礦庫通過排滲墻措施試驗方法得出尾礦壩采用多層集水管排滲墻方式效果要明顯好于排滲井排滲墻方式的結(jié)論,為尾礦庫加高加固設(shè)計提供依據(jù),并且可以為類似工程的處理提供參考。

[1] ZBJ-90,選礦廠尾礦設(shè)施設(shè)計規(guī)范[S].

[2] AQ2006-2005,尾礦庫安全技術(shù)規(guī)程[S].

[3] 《尾礦設(shè)施設(shè)計參考資料》編寫組.尾礦設(shè)施設(shè)計參考資料[M].北京:冶金工業(yè)出版社,1980.

Abstract:For the tailings pond which has a earth dam as its primary dam,seepage in dam slope is likely to appear with the tailings pile high.Drainage facilities,such as blind ditch,tube well,light well point,horizontal filter hole, radiation well and so on,may well play a certain effect,but they can not cut off saturation line in a large area.It does not solve the impact of suspended water,and its precipitation depth is not ideal.Seepage wall technology is proposed combined with the existing seepage drainage measures,the validity and reliability of which are significantly improved through the verification in engineering practice.

Key words:seepage wall;primary dam;earth dam;saturation line

Seepage Wall Technology and Analysis of Seepage Effect

SONG Zhi
(Zhongye Changtian International Engineering Co.,Ltd,Changsha410017,China)

TD926.4+1

A

1003-5540(2012)01-0005-04

2011-12-16

宋志(1978-),男,工程師,主要從事尾礦庫設(shè)計工作。