防滲膜截滲墻在露天煤礦防滲中的應(yīng)用

劉亞運(yùn)

（上海遠(yuǎn)方基礎(chǔ)工程有限公司，上海市 200436）

0 引 言

混凝土防滲墻技術(shù)在20 世紀(jì)50 年代初期起源于歐洲，意大利、法國等國最先采用這種技術(shù)，隨后又傳到墨西哥、加拿大、日本等國[1]。20 世紀(jì)50 年代初，第一座防滲墻在巴舍斯壩修建，為連鎖樁柱型防滲墻。我國的防滲墻建設(shè)開始于20 世紀(jì)50 年代末期，于1958 年在山東青島月子口水庫建成，在該水庫的斜墻土壩的壩踵形成了一道深20 m、長742 m、厚43 cm 的混凝土防滲墻[2]?；炷练罎B墻是土木工程中的重要基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，其應(yīng)用范圍涉及多個方面，包括水利工程、港口工程、市政工程等。

國內(nèi)對于防滲墻工程的研究多集中于水利工程（如大壩、河道）中的防滲墻研究[3-8]，也有部分對支護(hù)工程進(jìn)行了研究[9-12]，鮮有在露天煤礦中采用截滲墻作為防滲措施。近年來，隨著地下連續(xù)墻技術(shù)應(yīng)用的不斷拓展，防滲膜截滲墻作為地下連續(xù)墻工藝發(fā)展的產(chǎn)物，對保證露天礦的安全生產(chǎn)、減少礦內(nèi)滲漏具有重要作用，本工程的成功補(bǔ)充驗(yàn)證了防滲膜截滲墻在露天煤礦中的應(yīng)用。

1 工程概況

該露天煤礦地質(zhì)儲量超過5 億t，可采儲量近4億t，2019 年經(jīng)國家煤礦安全監(jiān)察局核定生產(chǎn)能力1 200 萬t/a。該礦累計(jì)可采厚度為76.7 m，目前開采標(biāo)高為+260 m，最終標(biāo)高+120 m。該礦區(qū)內(nèi)含煤地層全部被沖積、洪積形成的富水性強(qiáng)的第四系含水層所覆蓋。目前開采深度位于水位高度以下，導(dǎo)致礦區(qū)易出現(xiàn)滲水以及由滲水引起的滑坡等病險，該礦區(qū)每年礦內(nèi)排水處理需花費(fèi)超2 億元。已探明該礦452平盤下巖層分布：上層為砂卵石層，厚度為5～12 m；中層為泥巖層，厚度為4～8 m；下層為煤巖層，如圖1所示。綜合工程實(shí)際情況、技術(shù)工藝和經(jīng)濟(jì)因素等多方面考慮，對該礦452 平盤采用防滲膜截滲墻進(jìn)行截滲處理。

圖1 地層分布圖

2 防滲墻設(shè)計(jì)分析

2.1 工程布置目的

本工程中防滲膜截滲墻除險的主要目的是：利用防滲膜截滲墻實(shí)現(xiàn)礦區(qū)內(nèi)防滲，減少礦區(qū)內(nèi)降水處理費(fèi)用；有效保護(hù)防滲墻作用的內(nèi)部區(qū)域，減少礦內(nèi)因滲漏導(dǎo)致的滑坡等災(zāi)害的出現(xiàn)，提高礦內(nèi)作業(yè)安全性。

2.2 方案選擇

為了實(shí)現(xiàn)截滲墻處理部位的防滲效果，防滲膜截滲墻方案采用混凝土與防滲膜組成的復(fù)合截滲墻；導(dǎo)墻、路面混凝土澆筑采用C25 混凝土，截滲墻澆筑采用抗?jié)B混凝土，防滲膜采用高密度聚乙烯膜（HDPE 防滲膜），以此保證混凝土截滲墻的截滲效果。圖2 為防滲膜截滲墻的組合示意圖，防滲膜利用鋪膜機(jī)進(jìn)行鋪膜工作。

圖2 防滲膜截滲墻組合示意圖

采用垂直鋪膜技術(shù)，該技術(shù)使用自制鋪膜機(jī)進(jìn)行施工。鋪膜機(jī)如圖3 所示。防滲膜底部安裝混凝土配重，方便防滲膜鋪設(shè)，配重為20 cm×25 cm×80 cm的混凝土塊，每幅防滲膜下均勻布置4 塊配重，相鄰滲膜之間搭接1 m，防滲膜鋪設(shè)完成后進(jìn)行混凝土澆筑。

圖3 鋪膜機(jī)施工圖

本工程所采用的混凝土配比見表1，測試結(jié)果見表2。

表1 混凝土配比

表2 混凝土配合比試驗(yàn)結(jié)果

2.3 墻體厚度設(shè)計(jì)

本工程中墻體的厚度主要由水力坡度所決定，同時還應(yīng)考慮作業(yè)環(huán)境和結(jié)構(gòu)使用年限等因素。塑性混凝土水力坡度為20，根據(jù)SL174－2014 規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)：深度不大于80 m 的混凝土截滲墻，其底部厚度可選擇為600～800 mm，結(jié)合抗?jié)B混凝土的試驗(yàn)和以往工程經(jīng)驗(yàn)，經(jīng)過綜合分析后，本工程墻體厚度將設(shè)置為0.8 m。

3 防滲膜截滲墻施工工藝

3.1 施工方法

本工程共計(jì)3 種槽段：首開槽、連接槽和閉合槽。首開槽段寬度設(shè)計(jì)為8 m，連接槽段幅寬設(shè)計(jì)為7 m，閉合槽段幅寬設(shè)計(jì)為6 m。截滲墻槽段開挖采取分段開挖的方式，單幅槽采用“三抓法”施工。抓斗抓出的槽內(nèi)土體直接由自動裝卸車運(yùn)至棄土場。在抓斗施工中，如果遇到堅(jiān)硬土層或巖石，則采用銑槽機(jī)進(jìn)行入巖，入巖深度控制在3 m。

3.2 泥漿配比及性能指標(biāo)

在泥漿制備過程中，泥漿配比為：膨潤土6% ～8%，先在攪拌桶內(nèi)加入1/3 高度的水，開啟攪拌機(jī)后不斷向桶內(nèi)加水，同時按照配合比加入各種材料。攪拌器攪拌完成后注入儲漿池，靜置24 h 后再使用。

3.3 清孔標(biāo)準(zhǔn)

施工過程中，對于槽內(nèi)清孔必須按照標(biāo)準(zhǔn)嚴(yán)格控制，避免造成膠體黏結(jié)強(qiáng)度不足。清孔過程中，先在離槽底1～2 m 處進(jìn)行試吸，避免悶管；再將清孔管底部吸漿口靠近槽底，距離控制在20～30 cm 處，確保清底效果達(dá)到要求，避免清孔效率低。

表3 泥漿性能

4 抗?jié)B混凝土質(zhì)量檢驗(yàn)

抗?jié)B混凝土試樣送檢檢驗(yàn)結(jié)果如下：7 d 抗壓強(qiáng)度與28 d 抗壓強(qiáng)度分別為10.9 MPa、17.4 MPa，混凝土抗?jié)B等級為P6。根據(jù)《普通混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程》（JGJ 55—2011）規(guī)定，本工程混凝土防滲墻符合設(shè)計(jì)要求。

5 防滲膜截滲墻帷幕截水效果

從1990 年8 月15 日開始疏干排水至2010 年末，日均排水量為43.8 萬m3/d。歷年排水量見表4。

表4 礦內(nèi)年度疏干排水量

在防滲膜截滲墻施工完成后，該礦內(nèi)日均疏干排水量為7.270 8 萬m3/d，日均排水量較1990—2010 年減少36.529 2 萬m3，減少幅度達(dá)到83.4%。該結(jié)果表明，防滲膜截滲墻對于礦區(qū)內(nèi)截水防滲作用非常明顯，能大幅度降低礦內(nèi)疏干排水量與排水費(fèi)用。

6 結(jié) 論

基于某露天煤礦防滲膜截滲墻項(xiàng)目，綜合分析防滲膜地連墻的施工過程，結(jié)合現(xiàn)場施工實(shí)況，得出如下結(jié)論：

（1）采用自制鋪膜機(jī)進(jìn)行防滲膜垂直鋪設(shè)效果優(yōu)良，該鋪膜機(jī)可以作為后續(xù)類似工程輔助工具。

（2）防滲膜截滲墻防滲效果能充分滿足露天煤礦防滲要求，極大地降低礦區(qū)內(nèi)排水費(fèi)用，經(jīng)濟(jì)性佳。

（3）提出的防滲膜截滲墻是該類工程新的截滲方法，該方法的提出拓展了地連墻的應(yīng)用領(lǐng)域，具有良好的應(yīng)用前景。