地下塑性混凝土防渗连续墙在尾矿库的应用.pdf

I 尾 矿 l } ，目口E zl，a目c 4 一 地下塑性混凝土防渗连续‘厂 墙在尾矿库的应用 ， 7 ， ． ≥ 【 摘要 】 车 文论 述了 射 木法 造 墙 机 具， 工艺 技 术， 及 塑 性 混 凝 土 地下 连 续 墙首 敖 在 平 地 四 周圈埂式尾矿库垂直防洛工程中的应用。介绍了其设计． 施工 ， 质量检 要求和控制管理，为搞 好矿山环境保护和制定塑性屁凝土施工技木规范提供了经验。 关键词塑性混凝土防渗环境保护尾矿池 ．z 厂 存 一 一 ／ i 7 A P P I A1 1 oN oF I H 、 『 D E RGR o I ND P LAS TI C 绥荔 ∞NCRm 0ONT【 NUC I l S A NT【 S I 皿P W ALL ARoI ND THE TAI I I NGS P oNDS S a n 譬 t 1 a n d a 0 Go l d M_眦 Z h o u L 【 A B S T R A C T】T h b p a p e r d is c u s s I t h e j e t 搬-血 j e t w a e r a n d t h e a Ⅲa曲O n o f p h a s t i c c o n c r e t e c o n t i n u o u s wa l l i n a n t i s c e p t a mn g p o n d s ． I t i s a l s o a l l i mpo r t a n t e x p e r i e n c e f o r e n v i r o n me n t a l p 1 ． 0 幢c D n a n d i n s t i t ut i on o f pl a s t i c c on c r e t e c on s t r uc t i on r e gul at i o ns i n d e s i g n , co mo nc t i o n , i r E p e c t j o 1 1 ’ q u a l i t y c o n t r o l a n d ma n a g e me n t ． KE Y W 0RD S P l a s t i c c o n c r e t e A n t L p a g e F J T v i r o n me r i t 3 1 p r o t e c t i o n Ta i l i n g s p o n d s 。 1 前 言 三山岛金矿位于山东莱洲湾畔，是我国 目 前规模最大的坑内黄金矿山．1 9 9 0 年达产。 一 期尾矿库位于沿海防风黑松林空旷地带． 平 面尺寸 2 5 0 mX 5 O m , 利用海砂平地四面围坝． 服务年限仅 3 ． 8 年。 为满足生产延续的需要 ， 确定建二期尾矿库， 其库址在一期库东侧， 沿 用一期库建设方式， 平地三面坝建库 利用一 期库东侧之坝 ，平面尺寸为 4 0 0 mX 4 6 0 m ， 服务年限 l o 年， 在二期尾矿库建成前， 对一 期尾矿库进行扩容以保生产 见示意图 1 。 图i 尾矿库平面示意图 地下塑性掘凝胁渗连续墙在尾矿库的应用周力 f 郎犏 2 1 4 4 2 维普资讯 鉴于尾矿库位于该地区优质淡水体上游 和黑松林内，为严防尾矿库内含c I 一的尾矿 水渗漏造成环境污染．决定对尾矿库采取严 格的防渗措施 。 2 库区工程地质及尾矿库 防渗设计 2 ． 1 工程地质 尾矿库区位于莱洲湾畔海积平原，地势 平坦 。场地土层主要为中粗砂 淤泥质砂 淤泥 、粉质粘土及粉土 ，粉土层下为强风化 花岗岩 见图 2 场地地层变化较大，分布 规律性差，淤泥质砂层厚度变化不一；淤泥 质砂层在场地西南尖灭，粉质粘土层预板在 场地南部起伏变化大 。 ≥≤毒害 立 ． 一 t v 5 f； 、／ ’ l 6 l j 图 2 地层构成示意图 I 一中粗秒层 ．2 一淤泥质砂层； 3 谳 怩层 ； 4 一 粉质粉土层 5 糟土层； 6 一花岗岩 2 ． 1 ． 1 地质构成 中粗砂层厚度为 1 ． 4 ～4 ． 4 n nt， 南薄北 厚 ，在 场 地 西 南 部 的局 部 地 段 厚 度达 5 ． 4～ 6 ．2 m 淤泥质砂层 呈流塑状态 ，含贝壳，局 部夹淤泥及粗砂， 该层厚度变化大，由几十 厘米到几米不等 ； 淤泥层 饱和呈流塑状态 ， 属高压缩性土 局部含淤泥质砂。 本层除在西南角尖灭外， 整 个场地分布广泛， 顶板埋深变化大， 西南部最 浅处为 5 ． 2 m， 层厚 由一米多到数米不等； 粉质粘土层湿 一饱和 ， 呈可塑到硬塑 状态， 密实度为中密 一密实。 最大揭露厚度为 5 r n ， 局部夹粘土和粉土薄层。顶板埋深一般 为8 ． 5 1 0 m ． 场地西南部变化大， 最大埋深1 7 m ； 粉土层饱和，呈可塑状态，中密，夹 粉质粘土薄层，本层最大揭露厚度为8 ． 1 m ， 含承压水 ； 花岗岩 已风化成粘性土，局部风化成 粉砂，湿、呈可塑到硬塑状态，中实 一密实， 强风化层揭露厚度为 l 0 ． 2 m。 2 ． 1 ． 2 地层的渗透性质 中粗砂为中 一强透水层 ，渗透系数大为 9 ． 4 1 0 ～5 ． 8 1 0 c m／ s ，几何平均值为 2 ． 0 1 0一 c mA 淤泥质砂为弱透水层，渗透系数 K为 5 ． 2 1 o L3 ． 5 1 0 一 c m ／ s ，几何平均值 K为 1 ． 2 1 0 ∞屈 淤泥为弱透水层，渗 透 系 数K为 6 ． 8 X1 0 ～7 ． 4 1 0 ～c m／ s ，几 何 平 均 值 为 1 1 0一 S c ml s 粉质粘土为很弱透水层，渗透系数最大 为 8 ． 5 1 0 c m ／ s ,最小小于 1 0 ～c m／ 。 2 ． 1 ． 3 场地地震裂度 该场地地震裂度为 7 度。 2 ． 1 ． 4 地下水情况 场地地下水属潜水型 ，地下水位埋深为 0 ． 4 --1 ． 9 m， 水位标高为 1 ． 8 7 --2 ． 4 7 m ，场地 西部水位标高比东部低， 地下水向西偏北方 向流动。含水层厚为 1 --2 m。 2 ． 2 尾矿库防渗设计 尾矿库防渗采用 “ 地下塑性混凝土防渗 连续墙” 方案，按环保 “ 以老带新 ” 的原则， 考虑到今后一、 二期库挖潜增容，对一、 二 期库一并采取地下塑性混凝土防渗墙封闭。 距尾矿库堤外坝脚 5 m为防渗连续墙中 心轴线 见图 1 。因粉质粘土层属于很弱透 水层，在防渗工程做为隔水层 ，设计要求防 渗墙下部嵌入该层 l m ， 墙体壁厚不少于 o ． 3 m ， 垂直度为 l 峨 塑性混凝土标号为大于C 3 ， 防 渗连续墙轴线长 2 5 8 6 m ， 平均墙深 】 1 ． 2 7 m ， 连续墙面积 2 9 1 4 4 m ．塑性混凝土抗渗系数 K值达到 A 1 0 c m ／ s 量级 。 4 8 有色矿山1 9 9 8 ． 维普资讯 3 射水法造墙机具 射水法造培机具 由造孔机 混凝土浇筑 机 、混凝土拌和机三部分组成 。由造孔机建 成槽孔后馄凝土浇筑机就位浇筑水下混凝土 ， 同时造孔机继续造孔 。装有电动行走系统的 三机在铁轨上流水作用 。 射水法造墙是利用泥浆水射流破坏地层 土体结构，水土混合将泥砂带出地面，通过 成型器上 、下反复冲击运动，由其下治刀具 修整槽孔壁 ；泥浆水固壁形成断面为矩形的 槽孔 。在已建槽孔中用导管式水下混凝土浇 筑方式，建成单块混凝土槽板；并采用平接 技术建成混凝土地下连续槽体，见图 3 。 罹捱土 营墙形成 围 3 造墙技术原理框图 射水法造墙机技术指标如下 { 1 适用范围砂质、砂土质、淤泥质， 土质等 ，粒径在 2 ram以下的松软地层。 2 墙体深度 3 0 m以内。 3 墙体垂直度 1 ／ 1 0 0 ～1 ／ 3 0 0 。 4 防渗工程施工技术关键 4 ． 1 孔壁稳定性泥浆固壁 用该技术造墙首先是造孔．建成墙孔后 浇筑水下混凝土 ，槽孔孔壁稳定与否，是造 孔成败的关键 。泥浆水密度大于地下水，形 成槽孔 内泥浆水压力大于地层渗透水压力 ， 并在向外渗透过程 中在孔壁表面形成一层泥 浆薄膜以固壁 。 根据本工程地质特点确定施工技术参数 为 1 槽孔内泥浆水面高于地下水位 1 ． 8 m 以上 ； 2 泥浆的性能结构见表 1 3 各层土的施工技术参数见表 2 。 4 ． 2 防渗墙的防渗性 防渗墙防渗效果的好坏。一是靠墙体材 料 塑性混凝土的防渗性能；二是靠槽孔 r 段间接缝的良好衔接。 4 ． 2 ． 1 塑性混凝土的防渗性 防渗墙材料选用塑性混凝土，目前我国 尚无塑性混凝土规范，塑性混凝土用于尾矿 库防渗工程国内也属首例。通过参阅大量国 内外资料，根据 】 1 组水泥浆和 9 组混凝土正 交试验结果，结合福建省水口 水电站主围堰 塑性混凝土防渗墙施工经验，首先确定工程 表 i 泥浆的性能指标 地下塑性棍凝土防渗连续墙在尾矿库的应用周力 邮编 2 6 1 4 4 2’ 一4 9 ～ 维普资讯 性试验阶段中采用的塑性混凝土配合比，然 后现场混凝土取样进行室内试验测定和围井 注水验证，再进行室内新配比试验，最终确 定了正式施工中使 用的塑性混凝土配合比 见表 3 。 表 3 正式施工中使用的塑性混凝土配合比 按表 3 配合比施工的塑性混凝土的技术 性能指标见表 4 。 表4 塑性混凝土的技术性能指标 抗医 强晓 7 d J 抗压强宦f 2 8 d } 渗 透系 数I 2 B d 弹 性模 量c 2 蚰} R7 ， M R2 8 ． M K2 8． q【 l E 2 8． MP a 4 ． 2 ． 2 槽孔 段1接缝处理 射水法造墙采用平接技术，造墙机在轨 道上工作．基础稳定，对位准确，刚性导向 垂直度达 1 ／ 3 0 0 ． 避免了相邻两墙开叉出现漏 水口。接缝处理以侧向射流冲刷为主，必要 时辅以钢丝刷技术 。接缝处理方法是先建 1 、3 、5 ． ． ⋯单序孔，在其塑性混凝土初 凝期 7 2 h 后，建造 2 、 4 ． I ⋯ 双序孔。侧 向射流如图4 所示。 ‘ 一 ／ 喷嘴 ● ● ． 箍孔删 器 ． 1 孔- ● ’ 韧凝谒凝土槽段 ． - - 二 I 圈4 侧向射流示意图 由于侧向射流喷嘴高出造孔成型器底部 0 ． 6 m ， 因此在作双序孔时嵌入粉质粘土层深 度应达 1 ． 4 m ， 使单序和双序孔在嵌入粉质粘 土层中有效接触长达到 o ． 8 m以上。 5 防渗工程的施工 防渗工程施工分为两个阶段。l 1 为工 程性试验阶段．主要为主体工程的施工及为 施工组织设计提供技术参数； 2 】 为主体工 程施工阶段．包括防渗墙施工及各项工程质 量检查。 施工自东墙北端开始，按顺时针方向进 行。依次为东墙体、南墙体、 西墙体和北墙 体。 施工工序分为设墙体位置线并辅设道 轨 、 成槽机移架就位 、成槽施工、灌注机架 就位安放灌注导管 、 混凝土搅拌及灌注 5 个 阶段。 该防渗墙工程采用的造孔成型器刀具尺 寸为 2 ． O o mXo ． 2 8 m1 ． 5 0 m ， 槽孔形成断面 为 2 ． 0 4 rex0 ． 3 2 m ， 每一段 槽孔的造孔和 混凝土浇筑均连续进行 。 施工中一台机组按 2 0个槽段衔接施工， 即第一天建造 l 、 3 軎 、 5 、 7 、 9 槽段，第 二天建造 1 1 、1 3 、1 5 、1 7 、1 9 槽段，第 三天建造 2 、 4 、 6 、 黜、1 0 槽段，第四天 建造 1 2 、 1 4 、1 6 ，1 8 、2 0 槽段。 每四天 为一周期，单机一周期可完成 4 0 ． 8 m不同深 度的槽段。 该工程有 2台机组投入施工，每 周期可完成 8 1 ． 6 m墙体。 防渗工程于 1 9 9 4 年 1 2 月至 1 9 9 5 年 1月 完成了东墙 1 --5 段和围井及围井注水试验， 主体工程于 1 9 9 5 年 2月2 4日正式开工 、 8 月结束。 完成塑性混凝土防渗墙长2 5 9 4 ． 8 8 m ． 塑性混凝土浇筑量 9 5 4 1 ． 4 8 n fl , ．塑性混凝土 墙面 2 9 8 1 7 ． 0 8 w ／ 。 6 工程质量检查控制 保工 篆 吉 矍 至 辈 暑 萎 高 确 保 工 程 质 量 是 防 渗 墙 施 工 中 的 首 要 问 题 。 一 有色矿山l 9 9 8 ． 维普资讯 射水法造墙技术属新技术新工艺，塑性 混凝土亦属新型防渗材料，依据 水利水电 工程混凝土防渗墙施工技术规范 s j 8 2 7 9 和 混凝土强度检验评定标准 G B J 1 0 7 8 7 及山东省黄金工业总公司工程质量评定办法 有关规定，建设单位 施工单位 质监部门 和设计部门共同编制了 三山岛金矿尾矿库 防渗墙工程质量检查及质量评定标准 施工单位根据 水利水电工程混凝土防 渗墙施工技术规范 S D J 8 一7 9 ， 编制了 射水法地下防渗连续墙施工工序质量管理 细则 在工程施工全过程中贯彻执行 施工现场建立以主任工程师全面负责技 术质量 质量监督组严格把关 、 施工队技术 人员具体负责 、 机长认真执行的四级质量管 理体系。 根据射水法工艺特点，制定了准确细致 的施工工序质量管理表，明确了从机长 质 监员、 技术负责人及主任工程筛各自的职责． 机长认真作好原始记录；以工程师为主体的 质监员“2 4 小时不离岗，逐孔当场检查签字； 技术负责人集中抽检 填报施工质检单；主 任工程师及时检查各级工作情况，写出分段 施工小结 。 建设单位代表常驻工地，施工质监员 2 4 小时跟班作业，每张原始记录均要由建设 施工两单位质捡员共同签字后方可有效。 建 设单位 、 施工单位 、 质监部门、 设计部门对 位置标定 对位调平机架 终槽和清槽测定 验收 上料 、 搅拌和灌注这 5 个质量管理点 实行严格控制。从原料质量 塑性混凝土配 合比、泥浆浓度到成墙质量逐一把关，使整 个施工过程和工程质量始终都处于受控状态。 工程质量检查办法和结果是 1 防渗墙抽样开控检查 墙体厚 0 - 3 2 - 0 ． 3 4 5 m ； 墙壁完整平滑；缝衔接 良 好；未 发现缝隙等异常现象。 2 机前塑性混凝土取样 按规范随机 进行外检 抗压强度R为 3 ． 1 0 ～6 ． 4 0 M F a , 平均值4 ． 3 5 M F a , 渗透系数K 为 1 ． 9 1 -- 7 0 5 1 08 c m／ s o 3 应力波反射法检测塑性混凝土连 续墙部分槽段厚度增加， 槽段成型状态良好 槽中与槽间测试曲线塑性状态相似或一致， 波 速相近． 槽间曲线无异常反映；槽段问衔接好 4 围井注水试验围井布置与尺寸见 图 5 。围井试验是作为本工程防渗墙体的实 地模拟试验，断面尺寸及墙体深度均与主体 墙体相同，借以验证本工程施工质量 。 在围 井的中心钻孔注水，检测其墙体的防渗效果， 注水水头高度模似尾矿坝坝体设计高度，在 此高度上柞不同时间下的渗透试验，求其墙 体的渗透系数 K 值 。同时在围井中人工开挖 揭露观察墙体成形及接缝质量 。 主 墙体 图5 围井布置与尺寸图 第一次围井试验在工程性试验阶段中进 行，经计算墙体渗透系数 K 3 ． 6 --8 ． 2 J 1 0 8 c m／ s 。 第二次围并试验在工程施工中期进行， 经计算墙体渗透系数 K 3 ． 3 0 9 1 0 ～c m ／ s 。 7 结 论 实践证明，采用射水法造墙机及其工艺 建造三山岛金矿尾矿库地下塑性混凝土防渗 连续墙是完全可行的．其机具适宜该工程地 质条件，墙体防渗效果完全满足设计要求。 地下塑性混凝土防渗连续墙的试验和建 设成功的实践，为我国平地建筑尾矿库、库 区垂直防渗积累了经验；也为我国今后制定 塑性混凝土施工技术规范及塑性混凝土在水 力工程方面的应用提供了经验。 地下塑性{ 昆 壤土防{ 参 连续墙在尾矿库的应用周力 { 邮编 2 6 1 4 4 2 5 l 维普资讯