渣堆場地防滲勘查技術(shù)研究

趙旭 劉夢格

（新疆維吾爾自治區(qū)有色地質(zhì)勘查局七0一隊，新疆昌吉 831100）

0 前言

第四系深覆蓋層的滲透穩(wěn)定問題對于礦山渣堆穩(wěn)定及土壤環(huán)境保護十分重要。查明其工程地質(zhì)特性,研究并論證其防滲條件,并提出較好的工程處理措施,是較為艱難的一項任務(wù)。通過對礦山渣堆場地進行資料收集、場地現(xiàn)狀調(diào)查、水文地質(zhì)鉆探及編錄、水文地質(zhì)現(xiàn)場試驗、巖土測試及工程測量等工作?；静槊髁藞龅靥烊换A(chǔ)層地層巖性分布特征及滲透系數(shù)，對其防滲條件進行分析評價，并提出堆場防滲處理切實可行的方案。

1 項目區(qū)地質(zhì)條件

1.1 地層巖性

經(jīng)現(xiàn)場水文地質(zhì)鉆探及探坑揭露，項目區(qū)地層巖性主要為第四系全新統(tǒng)含礫黏土（Q4edl+al）、石炭系下統(tǒng)南明水組（C1n）泥板巖、泥盆系中統(tǒng)蘊都哈拉組（D2y）安山質(zhì)角礫熔巖及石英閃長玢巖（δu）。

1.2 水文地質(zhì)特征

本次施工的水文地質(zhì)鉆孔主要用于計算淺層巖土體的滲透系數(shù)，孔內(nèi)均未見地下水。根據(jù)收集礦區(qū)水文地質(zhì)資料，按照地下水的賦存條件、水理性質(zhì)及含水介質(zhì)，將地下水劃分為第四系孔隙水和基巖裂隙水。

項目區(qū)地下水總體流向由北東流向南西。北東部中低山區(qū)為補給區(qū)，主要接受大氣降水的補給和高山區(qū)地下水的徑流補給；山前丘陵區(qū)為本區(qū)的徑流區(qū)，主要接受中低山區(qū)的地下水徑流補給和大氣降水的補給；而南部丘陵洼地為本區(qū)的排泄區(qū)，以地下徑流的方式向西南排泄為主，以垂直蒸發(fā)排泄為輔。大氣降水、地下水徑流為本區(qū)地下水的主要補給來源。

2 水文地質(zhì)試驗

2.1 滲水試驗

滲水試驗工作在渣堆四周原始地層上開展試驗，試驗方法采用雙環(huán)滲水法，主要用于計算地表淺層基巖中等-強風化層滲透系數(shù)。

本次雙環(huán)滲水試驗計算包氣帶滲透系數(shù)采用公式如下：

式中：K--試驗土層滲透系數(shù)（m/d）；Q--內(nèi)環(huán)穩(wěn)定的滲入水量(m3/d)；F--內(nèi)環(huán)底面積（m2）；Z--內(nèi)環(huán)中試驗水頭（m）；Hk--毛細上升高度（m）；L--試驗結(jié)束時水的滲入深度（m）。

雙環(huán)滲水試驗計算過程中，包氣帶巖性主要為角礫、碎石及少量粉土，當環(huán)內(nèi)試驗水頭（Z）為10cm時，其水力坡度I=（Hk+Z+L）/L，由于毛細上升高度（Hk）及環(huán)內(nèi)試驗水頭（Z）相對于L 很小，所以I 值趨近于1。

通過試驗參數(shù)計算，地表淺層基巖中等-強風化層垂向滲透系數(shù)為0.117～3.115×10-3cm/s，中等透水。

2.2 注水試驗

在水文鉆孔內(nèi)進行了常水頭注水試驗。注水孔采用GJ200-1S型鉆機鉆進成孔，井深30.00m,開孔孔徑Φ91mm，一徑到底，洗井至水清砂凈后開展注水試驗。主要用于計算基巖微風化層滲透系數(shù)。

鉆孔常水頭注水試驗適用于滲透性比較大的壤土、粉土、砂土和砂卵礫石層，或不能進行壓水試驗的風化、破碎巖體、斷層破碎帶等巖體。本次試驗段地層為安山質(zhì)角礫熔巖、泥板巖風化層，適用于鉆孔常水頭注水試驗。由于水文鉆孔內(nèi)未見地下水位，試段位于地下水位以上，且50＜H/r＜200、H/l≤l 時，可采用以下公式計算試驗土層的透水系數(shù)：

式中：K--試驗巖土層的滲透系數(shù)(m/d)；Q--注水流量(m3/d)；l--試段長度(m)；H--試驗水頭(m)；r--鉆孔內(nèi)半徑(m)。

本次通過注水試驗參數(shù)計算，基巖微風化層滲透系數(shù)為3.222～8.900×10-4cm/s，弱透水。

2.3 壓水試驗

本次在水文鉆孔內(nèi)進行了2 組壓水試驗。壓水孔采用GJ200-1S型鉆機鉆進成孔，井深30.00m,開孔孔徑Φ91mm。其中水文鉆孔ZK01 壓水試驗試段為6.00m～11.10m、11.00m～16.10m、16.00m～21.10m、21.00m～26.10m，四段總長20.1m；水文鉆孔ZK01 壓水試驗試段為7.00m～12.10m、12.00m～17.10m、17.00m～22.10m、22.00m～27.10m，四段總長20.1m，主要用于計算基巖未風化層滲透系數(shù)。

本次壓水試驗分為4個試段，每試段壓水試驗分0.3MPa、0.6MPa、1.0MPa 三個壓力值進行流量觀測，試段長度設(shè)置為5.10m。流量觀測工作每隔1min 進行1 次。當流量無持續(xù)增大趨勢，且5 次流量讀數(shù)中最大值與最小值之差小于最終值的10%，或最大值與最小值之差小于1L/min 時，試驗結(jié)束，取最終值作為計算值。根據(jù)壓水水頭、試段長度和穩(wěn)定滲入水量，判定巖體透水性的強弱，通常以透水率q表示，單位為呂榮(Lu)。參照《水利水電工程鉆孔壓水試驗規(guī)程》（SL31-2003）附錄C，壓水試驗成果可換算成巖體滲透系數(shù)。本次壓水試驗采用第三階段的壓力值(P3)和流量值(Q3)按下式計算：

式中：q--試段透水率（Lu）；Q3--第三階段的計算流量(L/min)；P3--第三階段的試段壓力(MPa)；L--試段長度（m）。

本次通過2組壓水試驗參數(shù)計算，基巖未風化層滲透系數(shù)為0.500～1.100×10-5cm/s，微透水。

3 項目區(qū)防滲條件現(xiàn)狀分析

項目區(qū)位于低山丘陵區(qū)，地形平坦，整體地勢北東高，西南低，高差5m～10m，區(qū)內(nèi)大面積第四系覆蓋，基巖露頭少，植被只有少數(shù)耐旱的草本植物生長。

項目區(qū)屬大陸性寒溫帶干旱氣候，年平均氣溫4℃～7℃，年平均降水量189.0mm，年平均蒸發(fā)量1960mm，區(qū)內(nèi)未見常年性有水河流，僅見少量季節(jié)性洪水、流水形成的小型沖溝。

項目區(qū)地層巖性主要為第四系全新統(tǒng)含礫黏土（Q4edl+al）、石炭系下統(tǒng)南明水組（C1n）泥板巖、泥盆系中統(tǒng)蘊都哈拉組（D2y）安山質(zhì)角礫熔巖及石英閃長玢巖（δu）。

第四系全新統(tǒng)含礫黏土（Q4edl+al）厚度一般為0.32m～0.40m，滲透系數(shù)為2.2～2.5×10-5cm/s，微透水。地表淺層基巖中等-強風化層厚度1.20m～2.40m，滲透系數(shù)為0.117～3.115×10-3cm/s，中等透水；基巖微風化層厚度1.95m～3.50m，滲透系數(shù)為3.222～8.900×10-4cm/s，弱透水；基巖未風化層揭露厚度23.70m～26.85mm，滲透系數(shù)為0.500～1.100×10-5cm/s，微透水。巖石滲透系數(shù)整體表現(xiàn)為隨風化程度減弱逐漸減小的現(xiàn)象。

水渣堆場地層中第四系土層為微透水，在場地內(nèi)大面積分布，能起到一定的防滲效果，但土層厚度較小且不均勻，無法完全滿足場地的防滲要求?；鶐r風化層為中等-弱透水，無法滿足場地的防滲要求?；鶐r未風化層為微透水，可視為隔水層，基本滿足場地防滲要求。水渣堆場周邊土壤環(huán)境和地下水環(huán)境良好，目前未受到明顯污染，但不排除水渣堆場下方土壤環(huán)境在后期運行過程中受到污染的可能性。

4 建議

（1）加強對水渣堆場后期運行管理，對大氣降水淋濾形成的混合渣水進行水質(zhì)化驗，對可能造成污染的土壤環(huán)境和地下水環(huán)境宜進行定期監(jiān)測。

（2）對水渣堆場進行防滲處理或修建防滲擋墻，同時盡可能的降低冶金焦粒含水量，加大對冶金焦粒的綜合利用，減少堆放量。

5 結(jié)語

通過對渣堆基礎(chǔ)的工程地質(zhì)情況及防滲條件進行了實際勘查，根據(jù)地質(zhì)勘查確定了各類土層分布特征、土體的物理力學性質(zhì)及滲透系數(shù),確定了不同地層及深度的滲透條件,并有針對性地擬定了場地防滲處理方案和后期運行管理監(jiān)測建議,為后期工程的建設(shè)打下了良好的基礎(chǔ)。