模袋法堆壩技術(shù)在某尾礦庫(kù)工程項(xiàng)目中的應(yīng)用

葉爾江·多力達(dá)西，張 灃，王新巖

(1.新疆維吾爾族自治區(qū)阿勒泰地區(qū)應(yīng)急管理局，新疆 阿勒泰 836300；2.新疆喀拉通克礦業(yè)有限責(zé)任公司，新疆 富蘊(yùn) 836107；3.礦冶科技集團(tuán)有限公司，北京 100160)

模袋[1]是由上、下兩層具有高強(qiáng)度的土工織物制作成的連續(xù)袋狀材料。模袋法堆壩[2]技術(shù)是利用模袋材料透水固砂的特性，使充灌進(jìn)模袋體內(nèi)的尾礦漿在充灌壓力與模袋張力共同作用下排水固結(jié)形成模袋體，將模袋體交錯(cuò)堆筑形成子壩。模袋法堆壩技術(shù)[3]可以有效解決細(xì)粒尾礦難以堆壩的問(wèn)題，適用于各種復(fù)雜干灘條件，增加了尾礦庫(kù)調(diào)洪灘長(zhǎng)，可以使壩體快速上升，滿足企業(yè)生產(chǎn)需求[4]。

云南省大平掌尾礦庫(kù)、湯丹尾礦庫(kù)、江西陽(yáng)山尾礦庫(kù)、宜春鉭鈮礦二號(hào)尾礦庫(kù)均采用了模袋法堆壩技術(shù)[5]，實(shí)踐表明，該技術(shù)在施工難易程度、新增庫(kù)容、施工工期等方面具有一定優(yōu)勢(shì)。與傳統(tǒng)上游法筑壩相比，該技術(shù)具有更高的安全性[6]；與土石料筑壩相比，該技術(shù)用庫(kù)內(nèi)尾砂堆壩，具有不影響周邊環(huán)境、節(jié)約庫(kù)容、保證企業(yè)連續(xù)生產(chǎn)的優(yōu)點(diǎn)。模袋法堆壩技術(shù)的應(yīng)用可以為企業(yè)帶來(lái)顯著的經(jīng)濟(jì)效益[7-8]。

本文以新疆某尾礦庫(kù)工程項(xiàng)目為例，介紹堆模袋法堆壩技術(shù)在該項(xiàng)目中的應(yīng)用，為以后的類(lèi)似工程提供參考和思路。

1 工程概況

某尾礦庫(kù)工程位于新疆阿勒泰地區(qū)境內(nèi)阿勒泰山南麓一開(kāi)闊溝谷中，溝底平均坡降為1.5%。尾礦庫(kù)所在區(qū)域動(dòng)峰值加速度為0.20 g，場(chǎng)地的基本地震烈度為Ⅷ度，地震動(dòng)反應(yīng)譜特征周期0.45 s，場(chǎng)地內(nèi)及周邊無(wú)全新世活動(dòng)斷裂通過(guò)和大的斷裂構(gòu)造。

該尾礦庫(kù)初期壩為土石壩，高18 m，頂寬4 m，下游坡比1∶2.5；尾礦庫(kù)設(shè)計(jì)總壩高28 m，總庫(kù)容為3 248.61萬(wàn)m3，為四等庫(kù)。設(shè)計(jì)采用模袋法分兩級(jí)進(jìn)行堆壩，每級(jí)子壩高5 m，單級(jí)子壩外坡比1∶3.5，內(nèi)坡比1∶2.0，綜合外坡比1∶4.8。模袋法堆壩典型剖面圖見(jiàn)圖1。

圖1 模袋法堆壩剖面圖Fig.1 Sectional view of the dam by the geofabriform method

該尾礦庫(kù)采用“斜槽+暗涵”的方式進(jìn)行排洪，排洪系統(tǒng)凈斷面尺寸為1 m×1.5 m；該尾礦庫(kù)安全運(yùn)行控制指標(biāo)見(jiàn)表1。

表1 尾礦庫(kù)安全運(yùn)行管理主要控制指標(biāo)表

2 穩(wěn)定性分析

2.1 計(jì)算參數(shù)

計(jì)算選取尾礦庫(kù)最大壩高處作為典型計(jì)算剖面(見(jiàn)圖2)，分別采用簡(jiǎn)化畢肖普法及瑞典圓弧法等對(duì)尾礦庫(kù)在正常蓄水位、校核洪水位及地震等三種工況下進(jìn)行穩(wěn)定性計(jì)算分析。根據(jù)地質(zhì)勘查結(jié)果尾礦庫(kù)物理力學(xué)參數(shù)見(jiàn)表2。

圖2 模袋法穩(wěn)定性計(jì)算典型剖面圖Fig.2 Typical cross-section diagram of stability calculation of mould bag method

表2 某尾礦庫(kù)物理力學(xué)參數(shù)表

2.2 邊界條件

該尾礦庫(kù)平均干灘坡度為1%，調(diào)洪水深為50 cm，壩體控制浸潤(rùn)線最小埋深9 m。滲流計(jì)算水力邊界條件依據(jù)庫(kù)型及調(diào)洪演算結(jié)果確定，即：正常運(yùn)行、設(shè)計(jì)洪水工況分別按照干灘長(zhǎng)度150 m和100 m施加上游水頭邊界，下游壩坡采用自由出流邊界。地震工況下，峰值加速度為0.20 g，場(chǎng)地的基本地震烈度為Ⅷ度，地震動(dòng)反應(yīng)譜特征周期0.45 s。正常運(yùn)行、設(shè)計(jì)洪水工況滲流計(jì)算結(jié)果分別見(jiàn)圖3、圖4。

圖3 正常運(yùn)行工況滲流計(jì)算結(jié)果剖面圖Fig.3 Sectional view of seepage calculation results under normal operating conditions

圖4 洪水工況滲流計(jì)算結(jié)果剖面圖Fig.4 Sectional view of seepage calculation results under flood operating conditions

本次計(jì)算分別考慮從模袋壩滑動(dòng)以及整體滑動(dòng)的組合工況，對(duì)典型剖面進(jìn)壩體滲流及靜動(dòng)力作用下的壩體穩(wěn)定性進(jìn)行分析。典型剖面穩(wěn)定性計(jì)算最小安全系數(shù)見(jiàn)表3。

表3 典型剖面穩(wěn)定性計(jì)算最小安全系數(shù)表

不同運(yùn)行工況下最危險(xiǎn)滑弧示意圖如圖5～10所示。

圖5 后期筑壩正常工況下從模袋壩滑動(dòng)最危險(xiǎn)滑弧示意圖(瑞典圓弧法)Fig.5 Schematic diagram of the most dangerous sliding arc from the form-bag dam under normal conditions in the later construction of the dam (ordinary)

圖6 后期筑壩洪水工況下從模袋壩滑動(dòng)最危險(xiǎn)滑弧示意圖(瑞典圓弧法)Fig.6 Schematic diagram of the most dangerous sliding arc from the form bag dam under flood conditions in the later dam construction (ordinary)

圖7 后期筑壩地震工況下從模袋壩滑動(dòng)最危險(xiǎn)滑弧示意圖(瑞典圓弧法)Fig.7 Schematic diagram of the most dangerous sliding arc from the bag dam under the seismic conditions of the later dam construction (ordinary)

圖8 后期筑壩正常工況下整體滑動(dòng)最危險(xiǎn)滑弧示意圖(瑞典圓弧法)Fig.8 Schematic diagram of the most dangerous slip arc of the overall sliding under normal conditions of later dam construction (ordinary)

圖9 后期筑壩洪水工況下整體滑動(dòng)最危險(xiǎn)滑弧示意圖(瑞典圓弧法)Fig.9 Schematic diagram of the most dangerous slip arc of the overall sliding under the flood conditions of the later dam construction (ordinary)

圖10 后期筑壩地震工況下整體滑動(dòng)最危險(xiǎn)滑弧示意圖(瑞典圓弧法)Fig.10 Schematic diagram of the most dangerous slip arc of the overall sliding under the seismic conditions of the later dam (ordinary)

按照《尾礦設(shè)施設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB 50863—2013)要求，本工程算例尾礦壩穩(wěn)定計(jì)算考慮正常運(yùn)行、洪水運(yùn)行以及地震運(yùn)行三種運(yùn)行條件，本次計(jì)算分別考慮從模袋壩滑動(dòng)以及從整體滑動(dòng)的組合工況，對(duì)各計(jì)算斷面進(jìn)行壩體滲流及靜動(dòng)力作用下的壩體穩(wěn)定性分析，結(jié)果均滿足相應(yīng)規(guī)范的要求。

2.3 分析結(jié)果

根據(jù)以上計(jì)算成果可得出以下結(jié)論：

1)中后期壩體控制浸潤(rùn)線最小埋深9 m。

2)在初期壩上采用模袋筑壩方案是可行的，中后期模袋壩在各種工況下，壩體整體滑動(dòng)以及模袋壩滑動(dòng)的最小安全系數(shù)均大于規(guī)范規(guī)定值，滿足規(guī)范要求。

3)計(jì)算選取的典型剖面整體滑動(dòng)工況安全系數(shù)最小，典型剖面對(duì)應(yīng)的庫(kù)區(qū)位置，應(yīng)重點(diǎn)加強(qiáng)日常監(jiān)測(cè)，包括浸潤(rùn)線、位移等監(jiān)測(cè)，做好安全管理工作，確保尾礦壩安全。

通過(guò)簡(jiǎn)化畢肖普法和瑞典圓弧法進(jìn)行穩(wěn)定性分析可知，在不同工況下，該尾礦庫(kù)的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性滿足相應(yīng)規(guī)范的要求。

3 結(jié)論

1)本文將模袋法堆壩技術(shù)引入新疆某尾礦庫(kù)工程算例，通過(guò)物理力學(xué)參數(shù)和邊界條件的計(jì)算，對(duì)工程穩(wěn)定性進(jìn)行了分析，結(jié)果表明在不同工況下，該尾礦庫(kù)的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性均能滿足相應(yīng)規(guī)范的要求。

2)本文的研究表明將模袋法堆壩技術(shù)應(yīng)用于尾礦庫(kù)工程是可行的，這也為其他尾礦庫(kù)設(shè)計(jì)、加高提供了實(shí)際工程經(jīng)驗(yàn)，具有一定的參考借鑒價(jià)值。