茹昭華
(甘肅省有色金屬地質(zhì)勘查局張掖礦產(chǎn)勘查院,甘肅 張掖 734000)
本次勘察按詳細勘察階段進行,依據(jù)委托方詳勘技術要求及《尾礦堆積壩巖土工程技術規(guī)范》(GB50547-2010)和《有色金屬工業(yè)巖土工程勘察規(guī)范》(GB 51099-2015)規(guī)定,查明酒鋼肅南宏興礦業(yè)銅選廠尾礦庫場地內(nèi)地層巖土體分布情況,以及確定各巖土體物理、力學性質(zhì)指標,為中鋼集團馬鞍山礦院工程勘察設計有限公司對酒鋼肅南宏興礦業(yè)銅選廠尾礦庫壩體穩(wěn)定性分析評價及變更設計工作提供依據(jù)[1]。
勘察區(qū)地貌為祁連山低中山區(qū),平均海拔約2750m,最高海拔為2830.29m,最低海拔為2713.63m,相對高差116.66m,自然坡度10°~60°,庫區(qū)北部、東部為基巖峭壁,南側(cè)臨一較大沖溝。沿山坡分布有眾多“V”型侵蝕谷,洪水匯流后經(jīng)庫區(qū)中部及南部較大沖溝自東向西流入北大河。庫區(qū)內(nèi)洪溝無常年地表流水,僅在暴雨季節(jié)及春季有暫時性地表徑流。受洪水進一步切割形成了高低不平的谷地、坡地,地形起伏大,坡腳及沖溝兩岸分布有多條直立邊坡。溝谷內(nèi)堆積大量滾石、卵石、塊石??傮w而言,庫區(qū)范圍內(nèi)山高坡陡,溝壑縱橫,地形復雜,植被稀少。
(1)地質(zhì)構(gòu)造??辈靺^(qū)區(qū)域上位于祁連地槽西段北部,地質(zhì)構(gòu)造相當復雜,經(jīng)歷了多次構(gòu)造運動,其中以加里東晚期構(gòu)造運動最強。區(qū)內(nèi)總的構(gòu)造線方向為北西西向。前震旦紀及早古生代地層多形成緊密的長形褶皺,晚古生代及中新生代地層多形成短軸的開闊的褶皺。斷裂非常發(fā)育,具明顯的繼承性,且以北西西向逆沖斷層為主。
區(qū)域主要斷裂構(gòu)造為F1、F2 斷裂,F(xiàn)1 斷層位于勘察區(qū)北東部約8km,為沖斷層,總體走向310°,傾角50°,F(xiàn)2 斷層位于勘察區(qū)西南部約6km,為沖斷層,總體走向310°,傾角60°,F(xiàn)1、F2 斷層距勘察區(qū)距離較遠,遠遠超出建筑安全避讓距離??辈靺^(qū)內(nèi)未發(fā)現(xiàn)斷裂構(gòu)造。
(2)地層巖性。據(jù)勘探揭露,場地內(nèi)巖土類型如下:①素填土:土黃色,以角礫為主,最大粒徑約100mm,為人工堆填子壩,堆填期大于5 年,夾有粗砂、卵石、粉土等,均勻性差,壓縮性中等,密實度中等。②角礫:分布于庫區(qū)中部沖溝及山坡沖溝內(nèi)。土黃色,干燥-稍濕,中密-密實,以角礫為主,粒徑大于2mm的顆粒含量占50%~65%,一般粒徑2mm ~20mm,最大粒徑50mm,表層分布有滾石、碎石。顆粒成分以火成巖、變質(zhì)巖為主,多成片狀及菱角狀,磨圓度較差,級配不良,粉粒及粘粒充填。③尾粉土,稍濕狀為棕褐色,干狀為青灰色,遇水具有粘聚性,切面較光滑,稍有光澤,干狀態(tài)下呈粉土狀。偶見較大塊石夾雜。
(3)不良地質(zhì)作用。經(jīng)本次勘察,地層中無軟弱土層和鹽漬土等分布;勘察區(qū)場地上也未發(fā)現(xiàn)坑、穴等;根據(jù)區(qū)域地質(zhì)資料,場地周邊無活動性斷層存在;本區(qū)不是巖溶區(qū),無巖溶發(fā)育;場地及周邊未見明顯不良地質(zhì)作用,本場地適合工程建設。
(4)場地地震效應。根據(jù)《建筑抗震設計規(guī)范》(GB50011—2010,2016版)及《中國地震動參數(shù)區(qū)劃圖》(GB18306-2015),勘察區(qū)隸屬張掖市肅南裕固族自治縣祁青鄉(xiāng),本區(qū)抗震設防烈度為Ⅷ,地震動峰值加速度為0.2g,反應譜特征周期為0.4s。根據(jù)擬建場地地質(zhì)、地形、地貌等,經(jīng)判別本場地屬對工程抗震一般地段。
(5)場地土凍脹性??辈靾龅卦诙練夂蜉^寒冷,本區(qū)標準凍土深度為-1.40m,現(xiàn)狀均為季節(jié)性凍土,無多年凍土分布,根據(jù)《建筑地基基礎設計規(guī)范》(GB50007—2011)地基土的凍脹性分類表,并結(jié)合勘察場地內(nèi)地下水埋藏條件及巖土層特性分析,場地內(nèi)角礫天然含水率13.4%~19.5%,平均值15.4%,具有弱凍脹性,素填土天然含水率12.3% ~14.5%,平均值13.77%,具有弱凍脹性,尾粉土天然含水率9.5%~14.3%,平均值11.18%,為不凍脹土[2]。
(1)壓縮性評價。為評價勘察場地內(nèi)素填土、角礫和尾粉土的壓縮性,勘察中在9 個勘探孔中采取15 組擾動樣,經(jīng)室內(nèi)篩除粗顆粒,重塑后進行試驗,結(jié)果顯示地基土的壓縮性按p1為100kPa,p2為200kPa 時的壓縮系數(shù)值a1-2劃分為低、中、高壓縮性,按以下規(guī)定進行劃分:<1 >當a1-2<0.1MPa-1時,為低壓縮性土;<2 >當0.1MPa-1≤a1-2<0.5MPa-1時,為中壓縮性土;<3 >當a1-2≥0.5MPa-1時,為高壓縮性土。綜上所述,素填土和角礫為低壓縮性土,尾粉土為中等壓縮性土。
(2)場 地 土 的 剪 切 指 標。勘 察 中 在ZK2、ZK3、ZK4、ZK5、ZK7、ZK8、ZK10、ZK11、ZK16 號 孔 內(nèi) 采 取15 組 擾 動樣,經(jīng)室內(nèi)篩除粗顆粒,重塑后進行剪切試驗,試驗結(jié)果顯示,場地內(nèi)角礫粘聚力21.0kPa ~28.0kPa,平均值23.67kPa,內(nèi)摩擦角30.2°~52.5°,平均值40.4°;尾粉土粘聚力41.8kPa ~139.2kPa,平均值69.28kPa,內(nèi)摩擦角47.1°~27.8°,平均值37.48°;素填土粘聚力13.4kPa ~87.0kPa,平均值42.58kPa,內(nèi)摩擦角21.0°~43.4°,平均值29.07°。
(1)場地環(huán)境類型劃分。依據(jù)《巖土工程勘察規(guī)范》(GB50021-2001,2009 年版)附錄G 進行判別,勘察區(qū)屬高寒區(qū),場地環(huán)境地質(zhì)條件符合高寒區(qū)弱透水層中的地下水,環(huán)境類型按Ⅱ類環(huán)境考慮[3]。
(2)地下水腐蝕性評價??辈旆秶鷥?nèi)僅ZK1 鉆孔見地下水,地下水埋深3.30m,同時溝谷中有地表水,為評價地下水、地表水對建筑材料的腐蝕性,采取1 組地下水和1 組地表水水質(zhì)全分析試樣,室內(nèi)進行水化學全分析實驗。實驗結(jié)果表明,地下水對混凝土結(jié)構(gòu)具有微腐蝕性;在干濕交替的條件下,地下水對鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋具有微腐蝕性。
本區(qū)抗震設防烈度為Ⅷ,地震動峰值加速度為0.20g,反應譜特征周期為0.40s。場地土類型素填土和尾粉土為中軟場地土,角礫為中硬場地土,場地類別屬于Ⅱ類。本場地屬對建筑抗震一般地段。根據(jù)場地土性質(zhì)和地下水埋藏條件,本場地不會發(fā)生地震液化。
(1)壩肩穩(wěn)定性分析。根據(jù)周邊地形地貌條件,以及各結(jié)構(gòu)面組合關系對兩壩肩巖體邊坡穩(wěn)定性評價如下:①初期壩筑壩時首先清除壩基和壩肩風化層,堆筑后分層填筑密實,每層鋪實厚度不大于500mm,用機械振動碾壓2 遍~3 遍(或夯實)。采用角礫堆積,左、右壩肩嵌入山體,與山體相銜接,自然狀態(tài)屬穩(wěn)定的形式。②初期壩庫區(qū)內(nèi)采用尾粉土堆砌,堆積尾粉土屬中密狀態(tài),自然狀態(tài)屬穩(wěn)定的形式。
(2)壩基穩(wěn)定性分析。根據(jù)此次勘察及參考前期勘察《鏡鐵山礦銅鐵選礦工程銅選廠尾礦庫巖土工程勘察報告》,初期壩壩基嵌固于角礫層中,承載力特征值fak=260Kpa,本次勘察在初期壩位置未揭露地下水,說明初期壩浸潤線低于壩基高度,壩基相對較穩(wěn)定。
(3)壩體穩(wěn)定性分析。初期壩壩長333.8m,壩高34.0m,壩頂寬5.0m,壩型為碾壓透水土石壩,現(xiàn)壩體為不透水壩型。每10m壩高設置一道寬2m 馬道,在2760.0m 馬道和2770.0m 馬道之間有一條寬5.5m 的上壩公路通過。初期壩上、下游坡比均為1:2.0,內(nèi)外坡鋪設0.5m 厚干砌石護坡,筑壩土石料為角礫。根據(jù)現(xiàn)場鉆探及調(diào)查分析,初期壩總體處于穩(wěn)定狀態(tài),但初期壩壩高已快達到設計容許壩高,應注意加強監(jiān)測,防止尾粉土庫超載,以免發(fā)生不必要事故,宜盡快進行加高擴容設計。另外根據(jù)《中國地震動參數(shù)區(qū)劃圖》(GB18306-2015),庫區(qū)所在的張掖市肅南裕固族自治縣祁青鄉(xiāng)的抗震設防烈度為8°,設計基本地震加速度值為0.20g,第二組,地震作用綜合系數(shù)0.4,尾礦庫原設計采用的《中國地震動參數(shù)區(qū)劃圖》(GB18306-2001)中數(shù)據(jù)已不再適用,宜盡快進行變更設計。
(1)根據(jù)庫區(qū)內(nèi)實際情況,初期壩壩高已接近設計容許壩高,應時時注意加強監(jiān)測,防止超載,宜盡快進行加高擴容設計,并應對初期壩體進行必要加固處理,以免發(fā)生不必要事故。
(2)根據(jù)《中國地震動參數(shù)區(qū)劃圖》(GB18306 - 2015),庫區(qū)所在的張掖市肅南裕固族自治縣祁青鄉(xiāng)的抗震設防烈度為8°,設計基本地震加速度值為0.20g,第二組,地震作用綜合系數(shù)0.4,尾礦庫原設計采用的《中國地震動參數(shù)區(qū)劃圖》(GB18306-2001)中數(shù)據(jù)已不再適用,建議盡快進行變更設計。
(3)堆場尾礦的排放管理是堆場安全運行的關鍵,建議堆場正常運行時,采取壩前排放方式,使粗顆粒在壩前堆積。
(4)建議加強對堆場及尾礦壩內(nèi)浸潤線的長期觀測,并應設置變形觀測點,進行必要的變形觀測。加強日常巡查工作,發(fā)現(xiàn)問題及時匯報、處理。