安寧市尾礦庫(kù)副壩加固設(shè)計(jì)

王曉東

摘要：尾礦庫(kù)是采選工程項(xiàng)目的配套工程，也是其重要的組成部分。若尾礦庫(kù)壩體發(fā)生潰壩，將造成無(wú)法預(yù)測(cè)的損失和人員傷亡，因此對(duì)副壩進(jìn)行加固設(shè)計(jì)十分必要，本文重點(diǎn)介紹了昆明安寧市某尾礦庫(kù)副壩加固設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)采用高壓旋噴樁、扶壁式擋土墻、鋼管樁、碎石土反壓方案進(jìn)行加固，解決了副壩加高后穩(wěn)定性的問(wèn)題，保證了尾礦庫(kù)的安全運(yùn)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(guān)鍵詞：尾礦庫(kù)；副壩加固；設(shè)計(jì)

Key words： tailing reservoir；auxiliary dam reinforcement；design

中圖分類號(hào)：TV698.2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-4311（2017）09-0160-03

0 引言

土壩防滲加固是水庫(kù)防險(xiǎn)加固工作中非常重要的方面。我國(guó)在除險(xiǎn)加固工作中經(jīng)過(guò)多年的努力，取得了較大的進(jìn)步。但至今許多水庫(kù)的安全問(wèn)題還未解決，尤其是一些中小型的質(zhì)量問(wèn)題，絕對(duì)不能輕視。隨著工程建設(shè)步伐的加快，為了確保工程的安全運(yùn)行，充分發(fā)揮效益，迫切需要加強(qiáng)土壩加固和消除險(xiǎn)情工作。

本文結(jié)合安寧市某尾礦庫(kù)工程，對(duì)其副壩存在的問(wèn)題進(jìn)行分析；在此基礎(chǔ)上，從工藝、材料、設(shè)備等方面，研究加固方案的設(shè)計(jì)和施工技術(shù)。本文所做的成果對(duì)于科學(xué)、經(jīng)濟(jì)地進(jìn)行壩體的防滲加固具有重要的實(shí)踐和指導(dǎo)意義。

1 工程概況

馬屋箐尾礦庫(kù)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(cè)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(kù)初期壩壩高52.0m，壩頂高程2040.0m，初期庫(kù)容280.0萬(wàn)m3，服務(wù)年限3年開(kāi)始使用至今，已使用庫(kù)容約200萬(wàn)m3，已接近原設(shè)計(jì)一期規(guī)劃的目標(biāo)280萬(wàn)m3；為了保證工程生產(chǎn)安全及可持續(xù)發(fā)展，決定對(duì)馬屋箐尾礦庫(kù)進(jìn)行加高增容，以滿足生產(chǎn)之需，現(xiàn)計(jì)劃實(shí)施馬屋箐尾礦庫(kù)二期工程，擬建二期壩最終堆積壩頂標(biāo)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(jìn)行堆壩），并在尾礦壩左、右岸擬建導(dǎo)流渠及溢洪道各一條[1]。

2 尾礦庫(kù)地質(zhì)與建設(shè)條件

2.1 工程地質(zhì)條件

馬屋箐尾礦庫(kù)位于安寧市縣街鎮(zhèn)下元良村。馬屋箐尾礦庫(kù)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(gòu)造方向一致，即以北西向東為主，在強(qiáng)烈的侵蝕、溶蝕作用下，沖溝發(fā)育，構(gòu)成嶺谷相間的地貌。

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

2.2 水文地質(zhì)條件

尾礦庫(kù)內(nèi)地下水埋藏較深，副壩壩腳埋藏相對(duì)較低。根據(jù)鉆孔觀測(cè)，穩(wěn)定地下水位埋深4.00～29.30m，相應(yīng)的標(biāo)高為1983.289～1986.653m。

場(chǎng)地地下水類型有裂隙水和孔隙水，裂隙水的含水層為強(qiáng)風(fēng)化板巖，孔隙水的含水層為尾粉土①?？紫端纱髿饨邓团欧诺綆?kù)中的尾水補(bǔ)給，裂隙水由下滲的孔隙水和大氣降水補(bǔ)給。尾礦庫(kù)既是補(bǔ)給區(qū)也是徑流區(qū)，地下水滲透至尾礦庫(kù)所在主沖溝后自西向東流出場(chǎng)地。

場(chǎng)地后期地下水位會(huì)隨尾礦壩的增加而變化，尾礦壩增高的過(guò)程中，應(yīng)密切觀測(cè)地下水的變化情況。

2.3 庫(kù)存尾礦的特性及沉積規(guī)律

尾礦庫(kù)采用壩前放礦，主壩及副壩均設(shè)置放礦口，當(dāng)尾礦庫(kù)堆積高度達(dá)到2040.0m后，采用“模袋法”作為堆積子壩，并在模袋位置設(shè)置放礦口進(jìn)行放礦。

尾礦沉積規(guī)律受原尾礦性質(zhì)、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(xì)、壩前粗庫(kù)尾細(xì)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(xì)相間的夾層、互層、交錯(cuò)層等現(xiàn)象；在垂向上存在上粗下細(xì)的特點(diǎn)。

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(gè)鉆孔作出單孔平均粒徑d50隨深度的變化情況圖。

3 加固設(shè)計(jì)

根據(jù)馬屋箐尾礦庫(kù)工程實(shí)際情況，對(duì)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(duì)副壩進(jìn)行加固[2]。

3.1 高壓旋噴二重管法

高壓旋噴是利用鉆機(jī)把帶有噴嘴的注漿管鉆進(jìn)土層的預(yù)定位置后，以高壓設(shè)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(lái)，沖切土體，同時(shí)鉆桿以一定的速度逐漸提升，將漿液與土粒強(qiáng)制攪拌混合，漿液凝固后，在土體中形成一個(gè)圓柱狀固結(jié)體（即旋噴樁）。

高壓旋噴分為：?jiǎn)喂芊?、二重管法、三重管法。本方案采用二重管法?/p>

二重管法：用二重注漿管同時(shí)將高壓水泥漿和空氣兩種介質(zhì)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(jié)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(jié)樁體，提高尾粉土的承載力，同時(shí)增強(qiáng)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(nèi)摩擦角，采用復(fù)合粘聚力、復(fù)合內(nèi)摩擦角進(jìn)行計(jì)算）。

如圖3所示，假設(shè)壩體沿圖示的潛在滑面滑動(dòng)，潛在滑面穿過(guò)尾粉土層中的高壓旋噴樁，只有當(dāng)滑面穿過(guò)的所有高壓旋噴樁被剪斷，潛在滑體才會(huì)滑動(dòng)，即高壓旋噴樁具有阻擋潛在滑體下滑的作用。在尾礦庫(kù)內(nèi)進(jìn)行高壓旋噴加固尾粉土，加固區(qū)域位于整個(gè)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(yīng)地提高該部分潛在滑體的抗滑力[3]。

根據(jù)穩(wěn)定性計(jì)算分析，尾礦庫(kù)內(nèi)滑面主要位于尾粉土①1，且提高尾粉土①2的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)對(duì)副壩穩(wěn)定性影響不顯著，而提高尾粉土①1的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)可明顯增強(qiáng)副壩穩(wěn)定性。根據(jù)勘察成果，尾粉土①2工程性質(zhì)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(jìn)入尾粉土①2層不小于1m。

3.2 高壓旋噴對(duì)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(jìn)行鉆孔（孔徑50mm），不進(jìn)行旋噴注漿（噴射漿液），6.25m2模袋內(nèi)只有直徑為50mm的孔，且旋噴結(jié)束后，在模袋范圍內(nèi)進(jìn)行重力注漿封孔，不會(huì)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(dòng)小、噪音較低。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)情況，高壓旋噴樁施工過(guò)程中，不會(huì)產(chǎn)生由于振動(dòng)而導(dǎo)致尾粉土液化的現(xiàn)象。高壓旋噴注漿過(guò)程中，注漿管擺動(dòng)幅度很小，且在旋噴過(guò)程中，注漿管與模袋及模袋范圍的尾粉土?xí)纬梢粚幽嗄?，高壓旋噴施工?duì)模袋范圍的影響很小，現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)也驗(yàn)證了這一點(diǎn)。

高壓旋噴加固尾粉土①1，沿副壩方向增強(qiáng)副壩的整體穩(wěn)定性，同時(shí)也提高了主壩的整體穩(wěn)定性，對(duì)于整個(gè)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(shí)際布置情況，現(xiàn)場(chǎng)調(diào)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(hù)層厚度為25mm，底板保護(hù)層厚度為40mm。

墻身布設(shè)？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(yīng)超出構(gòu)造物背面100mm，其端部150mm長(zhǎng)應(yīng)設(shè)？覫100圓孔，用滲水土工布包裹，并在泄水孔進(jìn)水口處設(shè)置粗顆粒材料堆以利排水，最下一排泄水孔出口應(yīng)保證排水順暢，不得阻塞。PVC管進(jìn)水口必須高于出水口，且按5%的坡度設(shè)置[5]。

應(yīng)根據(jù)地形及地質(zhì)變化情況設(shè)置沉降縫，間距為10～20m，縫寬為20～30mm，用瀝青麻絮沿內(nèi)、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(nèi)插無(wú)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(shè)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(qiáng)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(jí)配碎石土或塊石土，不含植物殘?bào)w、垃圾、膨脹土、有機(jī)質(zhì)土等物質(zhì)，采用分層回填壓實(shí)，分層厚度不大于0.3m，壓實(shí)系數(shù)不小于0.93。原副壩外坡面應(yīng)清除植被，并修整為臺(tái)階狀，再進(jìn)行填土反壓。

4 結(jié)語(yǔ)

尾礦庫(kù)使用至今，已使用庫(kù)容已接近原設(shè)計(jì)規(guī)劃的目標(biāo)，采用該設(shè)計(jì)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(shí)際工程情況解決了副壩加高擴(kuò)容之后的穩(wěn)定性問(wèn)題，同時(shí)施工過(guò)程更加簡(jiǎn)單，降低了工程成本，對(duì)尾礦庫(kù)進(jìn)行更加有效的加固。通過(guò)高壓旋噴樁、扶壁式擋土墻、鋼管樁、碎石土反壓方案進(jìn)行加固，在增高庫(kù)容的同時(shí)，也增強(qiáng)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(duì)于整個(gè)尾礦庫(kù)壩體的安全穩(wěn)定性起到有利作用。

參考文獻(xiàn)：

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[3]SL274-2001，碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

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

[5]GB50863-2013，尾礦設(shè)施設(shè)計(jì)規(guī)范[S].