膨潤(rùn)土防水毯在金屬礦山尾礦庫(kù)防滲中的應(yīng)用
——以某銅礦企業(yè)尾礦庫(kù)為例

楊柯敏（中材地質(zhì)工程勘查研究院有限公司，北京　100102）

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膨潤(rùn)土防水毯在金屬礦山尾礦庫(kù)防滲中的應(yīng)用
——以某銅礦企業(yè)尾礦庫(kù)為例

楊柯敏
（中材地質(zhì)工程勘查研究院有限公司，北京100102）

【摘 要】膨潤(rùn)土防水毯是一種合成防滲材料，目前已在人工湖泊、垃圾填埋場(chǎng)、油庫(kù)及化學(xué)品堆場(chǎng)等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用，但在金屬礦山尾礦庫(kù)的防滲中應(yīng)用較少。本文給出了某銅礦企業(yè)尾礦庫(kù)采用膨潤(rùn)土防水毯進(jìn)行防滲的方案，提出實(shí)施防滲工程的要點(diǎn)，并估算了投資，供其他同類工程參考。

【關(guān)鍵詞】尾礦庫(kù)；膨潤(rùn)土防水毯；土工布

1　引言

按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB 18599-2001《一般工業(yè)固體廢物貯存、處置場(chǎng)污染控制標(biāo)準(zhǔn)》中的規(guī)定，Ⅱ類一般工業(yè)固體廢物貯存、處置場(chǎng)需進(jìn)行防滲處理。目前，我國(guó)部分金屬礦山企業(yè)的選礦尾礦屬于Ⅱ類一般工業(yè)固體廢物，其尾礦庫(kù)需進(jìn)行防滲處理。另外，2013年國(guó)家安全監(jiān)管總局等七部委聯(lián)合發(fā)布了《關(guān)于印發(fā)深入開(kāi)展尾礦庫(kù)綜合治理行動(dòng)方案的通知》（安監(jiān)總管一［2013］58號(hào)），要求“新建堆存重金屬尾礦庫(kù)的庫(kù)底應(yīng)硬化并防滲”。據(jù)此，新建堆存銅、鉛、鋅礦等涉重的尾礦庫(kù)均需對(duì)全庫(kù)區(qū)進(jìn)行防滲。由于尾礦庫(kù)一般面積較大，地形及地質(zhì)條件復(fù)雜，進(jìn)行全庫(kù)區(qū)防滲的投資很大。因此，采用以膨潤(rùn)土防水毯為主的防滲方式成為較理想的選擇。

2　膨潤(rùn)土防水毯的特點(diǎn)

膨潤(rùn)土的礦物學(xué)名稱為蒙脫石，天然的膨潤(rùn)土按化學(xué)成分主要分為鈉基和鈣基兩大類。膨潤(rùn)土具有遇水膨脹的特性，一般鈣基膨潤(rùn)土膨脹時(shí)，其膨脹僅為自身體積的3倍左右，而鈉基膨潤(rùn)土遇水時(shí)可吸附自身重量5倍的水，體積膨脹到原來(lái)的15～17倍以上。膨潤(rùn)土防水毯即是利用膨潤(rùn)土的這一特性，將鈉基膨潤(rùn)土鋪在兩層土工合成材料中間制成防水毯，土工合成材料起保護(hù)和加固的作用，使防水毯具有一定的整體抗剪強(qiáng)度。

（1）滲透系數(shù)小。

鈉基膨潤(rùn)土在水壓狀態(tài)下形成高密度橫隔膜，厚度約3mm時(shí)，它的滲透系數(shù)＜1×10-9cm/s，具有很強(qiáng)的防滲性能。

（2）持久性強(qiáng)。

鈉基膨潤(rùn)土系天然無(wú)機(jī)材料，即使經(jīng)過(guò)很長(zhǎng)時(shí)間或周圍環(huán)境發(fā)生變化，也不會(huì)發(fā)生老化或腐蝕現(xiàn)象，因此防滲性能持久。

（3）施工簡(jiǎn)便，工期短。

和其他防滲材料比較，施工相對(duì)簡(jiǎn)單，不需要加熱和粘貼。只需用釘子、墊圈等進(jìn)行連接和固定。施工后不需要特別的檢查，如果發(fā)現(xiàn)防滲缺陷也容易維修，是現(xiàn)有防滲材料中施工工期最短的。

（4）綠色環(huán)保。

膨潤(rùn)土為天然無(wú)機(jī)材料，對(duì)人體無(wú)害無(wú)毒，對(duì)環(huán)境無(wú)影響，具有良好的環(huán)保性能。

3　尾礦庫(kù)防滲方案

3.1尾礦庫(kù)概述

3.1.1水文

某銅礦尾礦庫(kù)位于一溝谷內(nèi)，其北、西、南三側(cè)均有山脊與周邊水系相隔，尾礦庫(kù)匯水面積為5km2，地表水匯入溝谷后向下游河流排泄。溝內(nèi)常年有水，水流量較大，勘查期間測(cè)得其流量在初期壩地段約0.15m3/s，各支溝多為季節(jié)性流水沖溝，雨季水流量較大，旱季水量較小甚至干涸。

3.1.2地形地貌

溝谷總體呈北西—南東走向，至溝口地段折向北東走向。溝谷較開(kāi)闊，平均寬度約100m左右，溝谷縱向坡度平緩，約2°，溝長(zhǎng)約6km，擬建尾礦庫(kù)初期壩位于溝谷中部地段，距下游溝口河流約為3.2km。河流是本區(qū)最低侵蝕基準(zhǔn)面，溝兩側(cè)岸坡發(fā)育有多條支溝，岸坡地形陡峻，坡度一般25～35°，屬構(gòu)造剝蝕高山地貌。

3.1.3工程地質(zhì)條件

在對(duì)尾礦庫(kù)進(jìn)行防滲方案設(shè)計(jì)時(shí)，首先要進(jìn)行庫(kù)區(qū)的工程地質(zhì)勘察，建設(shè)單位對(duì)尾礦庫(kù)進(jìn)行了工程地質(zhì)勘察，主要結(jié)論如下：

（1）庫(kù)區(qū)范圍內(nèi)無(wú)活動(dòng)性斷裂通過(guò)。

（2）根據(jù)鉆孔波速測(cè)試結(jié)果，按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB 50011- 2010《建筑物抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》對(duì)場(chǎng)地進(jìn)行分類，擬建初期壩、截滲壩地段第四系覆蓋層厚度介于5～50m，場(chǎng)地土屬中軟—中硬土，建筑場(chǎng)地類別為Ⅱ類。

（3）庫(kù)區(qū)內(nèi)沖溝較發(fā)育，但各沖溝兩側(cè)植被較好，且匯水面積不大，不致發(fā)生泥石流地質(zhì)災(zāi)害。庫(kù)區(qū)附近未見(jiàn)其他不良地質(zhì)作用發(fā)育。

（4）庫(kù)區(qū)地下水以基巖風(fēng)化裂隙水為主，主溝及各支溝中分布第四系松散巖類孔隙水。第四系坡殘積層中有少量上層滯水，無(wú)統(tǒng)一水位，水量不大。庫(kù)區(qū)地表水、第四系松散巖類孔隙水和基巖風(fēng)化裂隙水形成一定互補(bǔ)關(guān)系。庫(kù)區(qū)地下水總體自兩側(cè)岸坡向溝谷匯集，最終通過(guò)溝谷排入下游河流。

（5）第四系沖洪積層以碎石、礫石為主，局部夾粘性土層，具中等—強(qiáng)透水性；第四系坡殘積層以碎石為主，充填粘性土，局部分布粘性土夾層，具弱—中等透水性；基巖風(fēng)化裂隙含水層滲透性與巖石風(fēng)化程度密切相關(guān)，其強(qiáng)風(fēng)化帶巖體破碎，具弱—中等透水性。在基巖中風(fēng)化帶，巖體相對(duì)完整，為弱透水性。

（6）場(chǎng)地下伏三疊系哈工組炭質(zhì)板巖層位穩(wěn)定，壩址區(qū)分布有較厚的強(qiáng)風(fēng)化帶，力學(xué)強(qiáng)度較高。

綜合判定尾礦設(shè)施場(chǎng)地屬穩(wěn)定場(chǎng)地，基本適宜建庫(kù)。在全面掌握庫(kù)區(qū)工程地質(zhì)條件后，可有針對(duì)性的進(jìn)行防滲設(shè)計(jì)。

3.2尾礦庫(kù)防滲方案

3.2.1庫(kù)區(qū)平整及硬化

（1）庫(kù)底平整及硬化。

根據(jù)工勘資料，尾礦庫(kù)庫(kù)底第四系覆蓋層較厚，且沒(méi)有軟土層，不會(huì)發(fā)生變形導(dǎo)致防滲層破壞。首先對(duì)庫(kù)底表層植被層全部清除后，對(duì)場(chǎng)地進(jìn)行平整，然后對(duì)全部庫(kù)底區(qū)域使用碾壓設(shè)備進(jìn)行碾壓壓實(shí)，達(dá)到硬化效果。

（2）邊坡平整及硬化。

根據(jù)工勘資料，尾礦庫(kù)邊坡第四系覆蓋層較薄，部分區(qū)域已有巖層出露。首先將第四系覆蓋層（主要是植被層）清除，按防滲層敷設(shè)要求進(jìn)行開(kāi)挖削坡。對(duì)局部陡峭巖坡，不適宜直接敷設(shè)防滲層邊坡，采用噴混凝土的方式進(jìn)行防護(hù)平整后再敷設(shè)防滲層。

邊坡依據(jù)實(shí)際地形，根據(jù)防滲材料錨固的需要，在邊坡每隔10m高程開(kāi)挖設(shè)置錨固平臺(tái)。為便于施工，錨固平臺(tái)寬度為3m和4m，間隔設(shè)置。開(kāi)挖的坡度必須保證穩(wěn)定性要求，設(shè)計(jì)開(kāi)挖坡度不陡于1∶1.5。

3.2.2庫(kù)區(qū)防滲方案

（1）防滲材料選擇。

目前，工程上應(yīng)用較多的人工防滲材料有土工膜、鈉基膨潤(rùn)土防水毯等，其中鈉基膨潤(rùn)土防水毯已經(jīng)有了較為成熟的技術(shù)和應(yīng)用，因此，擬建工程全庫(kù)區(qū)擬鋪設(shè)鈉基膨潤(rùn)土防水毯水平防滲，防滲系數(shù)＜1×10-9cm/s。

（2）庫(kù)底地下水導(dǎo)排系統(tǒng)。

根據(jù)工勘資料，庫(kù)底清基處理后，部分區(qū)域土層屬于第四系角礫層，透水性較好，但也有部分區(qū)域?qū)儆谌跬杆畬?。因此，在?kù)底鋪設(shè)300mm厚碎石層作為地下水導(dǎo)排層，并在庫(kù)底設(shè)置導(dǎo)排盲溝，盲溝內(nèi)鋪設(shè)DN500開(kāi)孔管作為導(dǎo)排主管。導(dǎo)排盲溝沿尾礦庫(kù)庫(kù)底順坡設(shè)置，共設(shè)置3條，在庫(kù)內(nèi)分左、中、右布置。對(duì)庫(kù)底基礎(chǔ)開(kāi)挖整平后天然地層透水性較好區(qū)域，直接開(kāi)挖導(dǎo)排盲溝。

（3）邊坡地下水導(dǎo)排系統(tǒng)。

在地下水集中滲出區(qū)域（主要集中在各個(gè)支溝附近），鋪設(shè)復(fù)合土工排水網(wǎng)，在庫(kù)區(qū)內(nèi)的各個(gè)支溝內(nèi)設(shè)置導(dǎo)排盲溝和導(dǎo)排支管，與庫(kù)底主管連接，導(dǎo)排支管采用DN350開(kāi)孔管。

（4）防滲材料鋪設(shè)。

尾礦庫(kù)庫(kù)區(qū)水平防滲材料采用鈉基膨潤(rùn)土防水毯。在尾礦庫(kù)庫(kù)底由于設(shè)置了碎石地下水導(dǎo)排層，考慮到保護(hù)鈉基膨潤(rùn)土防水毯的需要，在碎石層上鋪設(shè)300mm厚的細(xì)粒土作為膜下保護(hù)層。在邊坡上，部分區(qū)域設(shè)置復(fù)合土工排水網(wǎng)作為鈉基膨潤(rùn)土防水毯下保護(hù)層；其他區(qū)域設(shè)置500g/m2土工布作為膜下保護(hù)層。尾礦庫(kù)庫(kù)區(qū)內(nèi)部分粉質(zhì)粘土可作為細(xì)粒土的來(lái)源。

尾礦庫(kù)防滲層結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)除符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB 18599-2001《一般工業(yè)固體廢物貯存、處置場(chǎng)污染控制標(biāo)準(zhǔn)》的要求外，還充分考慮了現(xiàn)場(chǎng)的工程地質(zhì)條件。

尾礦庫(kù)底防滲層結(jié)構(gòu)依次為：尾礦—鈉基膨潤(rùn)土防水毯—300mm細(xì)粒土—500g/m2土工布—地下水導(dǎo)排層（300mm碎石層或透水性良好的天然地層、導(dǎo)排盲溝）—平整基礎(chǔ)層。

尾礦庫(kù)邊坡防滲層結(jié)構(gòu)（無(wú)地下水出露區(qū)域）：尾礦—鈉基膨潤(rùn)土防水毯—500g/m2土工布—平整基礎(chǔ)層。

尾礦庫(kù)邊坡防滲層結(jié)構(gòu)（有地下水出露區(qū)域）：尾礦—鈉基膨潤(rùn)土防水毯—地下水導(dǎo)排層（6.3mm復(fù)合土工排水網(wǎng)格、支狀導(dǎo)排盲溝）—平整基礎(chǔ)層。

3.2.3防滲工程量及投資

本尾礦庫(kù)的防滲面積約44萬(wàn)m2，防滲工程主要包括庫(kù)區(qū)開(kāi)挖整平、庫(kù)區(qū)硬化、地下水導(dǎo)排、防滲層鋪設(shè)等，根據(jù)各主要工程單價(jià)，估算防滲投資為3762萬(wàn)元，見(jiàn)右表。

4　結(jié)論

金屬礦山尾礦庫(kù)采用膨潤(rùn)土防水毯進(jìn)行全庫(kù)區(qū)防滲具有防滲效果好、持久性強(qiáng)、施工簡(jiǎn)便、綠色環(huán)保的特點(diǎn)，可普遍推廣。防滲工程設(shè)計(jì)中應(yīng)結(jié)合庫(kù)區(qū)地形及地質(zhì)條件，根據(jù)覆蓋層厚度、地下水出露條件等，合理進(jìn)行庫(kù)區(qū)開(kāi)挖整平、庫(kù)區(qū)硬化、地下水導(dǎo)排、保護(hù)層鋪設(shè)等，在確保防滲效果的前提下節(jié)省投資。

防滲工程量及投資匯總

【中圖分類號(hào)】TU575

【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A

【文章編號(hào)】1007-9386（2016）01-0059-02

【收稿日期】2015-11-03