某尾礦庫灘面治理地基處理技術(shù)研究

章 延 平

(中國電建集團華東勘測設(shè)計研究院有限公司,浙江 杭州 311122)

1 概述

尾礦庫灘面內(nèi)堆存了大量尾礦泥和鈦白泥等特殊性軟土，其治理技術(shù)成為尾礦庫退役治理的瓶頸。針對某尾礦庫灘面治理技術(shù)的研究為該尾礦庫第二階段退役治理提供了有效的技術(shù)解決方案并打下堅實的理論和試驗基礎(chǔ)。真空預(yù)壓法工藝為軟土地基處理的有效方法，以其工期短、施工安全、無污染環(huán)境、費用低等優(yōu)點而廣泛應(yīng)用于港口、碼頭、機場、工業(yè)與民用建筑等工程建設(shè)。將該方法引入尾礦庫灘面治理中進行研究，可進一步拓寬其應(yīng)用范圍，并對尾礦庫灘面特殊性軟土的加固機理進行較為深入的探討。

2 尾礦庫場地地質(zhì)條件

尾礦庫灘面主要由鈦白泥、尾礦土(尾粉質(zhì)粘土)及第四系全新統(tǒng)殘坡積層粉質(zhì)粘土等組成。鈦白泥：紅褐色，軟塑狀，土質(zhì)均勻，主要由鈦白泥組成，具微層理。尾礦土層：灰褐色，軟塑，土質(zhì)較均勻。主要礦物成分為蒙脫石、伊利石、高嶺土等，具微層理。第四系全新統(tǒng)殘坡積層：紅褐色，可塑～硬塑，土質(zhì)較均勻，切面稍有光澤，上部可見植物腐殖和根系，下部可見僵石顆粒。

超市、農(nóng)貿(mào)市場等主要采樣地點和不同生產(chǎn)季節(jié)，餐桌醬油和烹調(diào)醬油中菌落總數(shù)的污染水平無統(tǒng)計學差異，分析原因，應(yīng)該是研究對象為預(yù)包裝且樣品一般為高鹽高滲透壓，流通過程受環(huán)境影響較小，常見細菌在醬油的高鹽環(huán)境下不易增殖且呈下降趨勢[3]。主要產(chǎn)區(qū)和不同采樣地區(qū)菌落總數(shù)的污染存在差異，應(yīng)該與不同企業(yè)加工過程中衛(wèi)生質(zhì)量的控制效果存在差距，預(yù)包裝產(chǎn)品的銷售范圍區(qū)域差別較大有關(guān)。采自農(nóng)村的烹調(diào)醬油中菌落總數(shù)≥10 cfu/mL的樣品比例(57.03%)高于城市(49.68%)，可能與城市和農(nóng)村地區(qū)該類產(chǎn)品的品牌分布有關(guān)[4]。

尾礦庫灘面地下水為第四系孔隙潛水，地下水埋深0.10 m，地表積水深度在0.00 m～0.91 m。灘面內(nèi)軟土層滲透性為微透水～弱透水。

3 真空預(yù)壓法機理及試驗區(qū)設(shè)置

真空預(yù)壓法處理工藝，利用地表砂墊層及土層內(nèi)部的豎向排水體逐步形成負壓，使土體與排水體、墊層之間形成壓差，在該壓差作用下，土體內(nèi)孔隙水逐漸從排水體中排出，最終使軟土固結(jié)。從其工作機理來看，主要反映在薄膜內(nèi)外壓差、地下水位降低、封閉氣泡排出等幾個方面，使土體內(nèi)部附加應(yīng)力增加、土的滲透性增大。

尾礦庫鈦白泥和尾礦泥均為高壓縮性軟土，含水量高，孔隙比大，為接近飽和的軟粘土類地基。PLAXIS高級本構(gòu)軟土模型考慮土層剛度與應(yīng)力的相關(guān)性(對數(shù)壓縮定律)、區(qū)分加卸載過程、對先期固結(jié)應(yīng)力具有“記憶性”、孔隙比及滲透性的變化等。在等向固結(jié)試驗中，軟土模型的體積應(yīng)變與平均有效應(yīng)力關(guān)系、屈服面如圖1，圖2所示。

4 尾礦庫灘面真空預(yù)壓數(shù)值分析

4.1 軟土本構(gòu)模型

數(shù)值分析采用國際領(lǐng)先的巖土工程有限元軟件PLAXIS，具有模擬軟土地基的高級軟土本構(gòu)模型，以及模擬地基內(nèi)人工排水體的水力邊界條件，應(yīng)用三維比奧固結(jié)理論分析軟土地基固結(jié)的流固耦合問題。

針對本尾礦庫灘面治理，真空預(yù)壓試驗區(qū)寬度60 m，長度90 m。1區(qū)和2區(qū)分別采用1.0 m和1.2 m間距、正三角形(梅花形)布置的C型塑料排水板作為地基的豎向排水體。排水板插板深度約20 m，塑料排水板頂部埋入砂墊層長度不小于0.3 m。真空預(yù)壓試驗區(qū)四周采用粘土密封墻進行封閉，墻底深入第四系粘土層1 m，墻厚不小于1.2 m。

4.2 數(shù)值分析模型及結(jié)果討論

分析模型的位移邊界采用標準的邊界約束條件，水力邊界為地表自由排水(同原泥面上的砂墊層排水條件)、四周定水頭邊界(同場地周圍的水力補給條件)、底部不透水(同未完全揭露的極微透水層排水條件)。塑料排水板采用線排水單元來模擬，施加真空水頭(80 kPa真空荷載)。密封墻采用非透水界面單元表達材料的極弱透水性。有限元分析的地基變形如圖3所示。

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抽真空引起軟土地基中超靜孔壓的累積，上部地層超靜孔壓較大，深層地層超靜孔壓則相對較小。抽真空固結(jié)約140 d后，真空預(yù)壓區(qū)的超靜孔壓基本消散，地基基本完成固結(jié)。預(yù)壓完成后

從分析結(jié)果可見，尾礦庫地基最大沉降達1.96 m，地表沉降呈中心大、兩側(cè)小的形態(tài)；地基最大水平位移達1.42 m，其方向指向真空區(qū)中心，呈真空邊界處大、遠離真空區(qū)以及真空區(qū)中心小的形態(tài)。

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地層中形成的真空區(qū)域主要集中在地表以下8 m左右的范圍。在預(yù)壓區(qū)中心選擇位移和孔壓監(jiān)測點，各監(jiān)測點沉降—時間曲線見圖4，超靜孔壓—時間曲線見圖5。

由圖4可見，深部地層沉降量小于淺部地層沉降量，在抽真空140 d之后，各監(jiān)測點的沉降基本趨于穩(wěn)定，比如地表沉降從110 d到140 d平均沉降速率為0.13 mm/d。圖5顯示各監(jiān)測點在抽真空140 d時基本完成固結(jié)，抽真空90 d時固結(jié)度可以達到98%。

5 結(jié)語

本文主要探討尾礦庫灘面治理技術(shù)研究，采用真空預(yù)壓方法對場地內(nèi)鈦白泥、尾礦泥進行固結(jié)處理，通過對尾礦庫灘面特殊性軟土的真空預(yù)壓固結(jié)進行數(shù)值分析試驗，在軟土中設(shè)置豎向排水體，結(jié)合地表水平排水系統(tǒng)，施加80 kPa真空荷載時，其90 d平均固結(jié)度達91%，滿足灘面治理要求。因此，在控制抽真空施工質(zhì)量、針對特殊性軟土特性優(yōu)化真空預(yù)壓技術(shù)指標的情況下，真空預(yù)壓加固技術(shù)對尾礦庫灘面鈦白泥、尾礦泥的治理是可行合理的。