砂砾石地基上尾矿坝的渗流控制措施研究施灿海1，乐云福2，江杰1，殷小林1 （1.中国有色金属工业昆明勘察设计研究院，昆明 650051；2.云南省建设投资控股集团有限公司，昆明650000） 【摘 要】尾矿坝是一种特殊的水工建筑物，其渗流控制常成为工程安全的决定因素之一。为解决实际工程中砂砾石地基一次建坝尾矿坝渗流破坏问题，研究了前人经过工程实践和科学研究总结出的渗流控制技术。根据某工程实施条件，选择了一种联合渗流控制措施。 【关键词】砂砾石地基；尾矿坝；渗透破坏；渗流控制 【DOI】10.13616/j.cnki.gcjsysj.2017.04.009 1 引言渗流破坏是导致尾矿坝溃坝的主要因素之一[1]，应引起设计人员高度重视。C.B.阿巴德耶夫[2]提出，设计一个稳定而经济的尾矿坝，须彻底研究其渗流及工作情况的控制。2013年12月1日起实施的《尾矿设施设计规范》（GB50863—2013）规定[3]，尾矿坝设计应进行渗流计算。由此可见，渗流控制是尾矿坝设计必须研究和解决的问题。 2 砂砾石地基渗流控制研究进展渗流控制是一个古老而又新颖的课题。徐家海[4]对各种渗流控制措施适用条件进行了讨论。刘杰[5]指出，以人工合成材料制成的土工膜为铺盖防渗开辟了新的前景。张文倬[6]和刘杰[7]就砂砾石地基上闸坝渗流控制原理与方法进行讨论，前者认为水平铺盖防渗不如垂直防渗适应砂砾石地基；后者给出工程实例说明，对于砂砾石深厚覆盖层地基，铺盖渗流控制方案更为经济合理而且安全。徐静[8]等人结合王甫洲枢纽工程砂砾石地基防渗处理，对高压喷射混凝土、混凝土防渗墙和复合土工膜防渗技术进行了对比研究，给出采用复合土工膜防渗的可行性和经济性。马少华[9]研究得出，对于深覆盖层砂砾石地基，采用水平防渗在工程投资中优于垂直防渗，但需确定合理铺盖长度。罗玉龙等[10]、宗敦峰等[11]分别对悬挂式防渗墙及深度超150m的防渗墙进行研究。 3 砂砾石地基渗流分析及控制措施3.1 渗流分析 渗流分析内容为确定坝体浸润线、渗流流速和比降、渗流量。渗流分析目的：（1）划分坝体内饱水状态；（2）确定渗流作用力；（3）确定坝体及坝基中防渗体的尺寸和排水设施的容量及尺寸；（4）确定渗水量损失。 3.2 控制措施 砂砾石地基处理要求：（1）控制渗流，减小渗流比降，避免管涌等有害的渗流变形；（2）保持坝体和坝基的静力和动力稳定；（3）在保证安全运行的条件下节省投资。 在砂砾石地基上建坝的主要问题是进行渗流控制，解决方法是做好防渗和排水，控制措施有：（1）垂直防渗设施，包括黏性土截水槽、混凝土防渗墙、灌浆帷幕等；（2）上游水平防渗铺盖；（3）下游排水设施，包括水平排水层、排水沟、减压井、透水盖重等。这些设施可以单独使用，也可综合使用[12]。 4 工程实例云南省某铜矿山尾矿库入库尾矿粒径＞0.075mm含量9.0%，＜0.005mm含量11.4%，堆坝困难而选择一次建坝。尾矿坝为石渣坝，高53m，顶宽6m，内、外坡比为1:2.0、1:3.0，有效库容380×104m3，设计等别为四等。  图1 坝轴线剖面高密度解释地质剖面图 坝址左岸山体由于20世纪70年代发生矿山采空崩落区岩体移动，造成大量滚石堵塞河道，河床堆高25～50m，堵塞河道长度达900m。采用高密度电阻率法及可控源大地电磁测深（EH4）对坝址区进行勘察(见图1、图2)。坝基地层为角砾层和块石层，均为坝址区左岸岩体崩塌堆积物，质硬，母岩成分为中等风化～微风化白云岩，中等密实，不均匀，孔隙大，透水性强。角砾层粒径大于2mm约占65%，层厚2.0～40.2m，分布于坝基及左侧斜坡。块石层粒径大于200mm约占55%，质硬，总体上顺坡方向块石增多直径变大，靠近谷底地段以块石为主，块石间常被碎石及角砾充填，层厚8.6～19m，分布于坝基及左侧斜坡。  图2 EH4测量沟底及左岸电阻率剖面图 经实验，坝址崩塌堆填体的相对密度为0.72～0.74，含水率为6.76%～8.15%，孔隙率为22.2%～28.2%。尾矿坝平均清基深为4.0m，底部清基至角砾和块石；左右岸坡筑坝高程清基至白云岩，左岸崩塌体堆积'挂渣'深度小于5m的全部清除，堆积深度大于5m时，检测相对密度0.75以上即视为坝体组成部分。 本工程拟采用上铺、下排为主，中截为辅的联合控制措施。据勘察资料，覆盖层较厚（局部超过50m），采用到达不透水层的垂直防渗将使工程投资增加，而通过增设上游水平土工合成材料铺盖加长渗径，以减小下游渗透压力的方式可以节省投资。根据现行环保要求，重金属尾矿库库底需硬化并做防渗处理。尾矿库库底范围夯实黏土作防渗系统支持层的同时与1.5mmHDPE膜组成土工合成材料铺盖。下游坝趾设置堆石排水棱体作为水平排渗，防排结合以控制渗流。另外，为防止坝基产生较大的扬压力导致渗透破坏，在上游坝坡位置设置0.6m厚的C20塑性混凝土连续防渗墙，抗渗等级≥W 4。因工程投资受限，防渗墙深度未贯穿至不透水层，故仅作降低管涌危害程度的辅助措施。 5 结语砂砾石地基尾矿坝渗流控制措施的选择与工程勘察深度和建设投资紧密相关，如何在安全可靠、经济合理、技术先进的前提下做出适当的选择，是一个历久弥新的课题。本文在前人研究和实践的基础上，结合实际工程选用了水平方向上游延长渗径、下游排水为主，垂直方向截渗为辅的联合控制措施。 【参考文献】 【1】郑欣，秦华礼，许开立.导致尾矿坝溃坝的因素分析[J].中国安全生产科学技术，2008，4(1):51-54. 【2】C.B.阿巴德耶夫.尾矿坝的渗流[C].十二届国际大坝会议论文集，1976. 【3】GB 50863—2013.尾矿设施设计规范[S]. 【4】徐家海.砂砾石地基水工建筑物的渗流控制[J].岩土工程学报, 1986，8(2):96-106. 【5】刘杰.砂砾石地基上闸坝渗流控制原理与方法[J].水电站设计,1997，13(4):12-19. 【6】张文倬.对砂砾石地基上闸坝渗流控制原理与方法的讨论[J].水电站设计,2000，16(4):97. 【7】刘杰.再论砂砾石地基上闸坝渗流控制原理与方法——兼答张文倬同志[J].水电站设计,2000，16(4):98-101. 【8】徐静,丰定,翁建良.王甫洲枢纽工程砂砾石地基防渗处理[J].人民长江,2003，34(7):51-54. 【9】马少华.对砂砾石地基水工建筑物渗流破坏问题的探讨[J].水电站设计，2008,24(2):53-56. 【10】罗玉龙,吴强,詹美礼，等.考虑应力状态的悬挂式防渗墙——砂砾石地基管涌临界坡降试验研究[J].岩土力学，2012,33(增1):73-78. 【11】宗敦峰,刘建发,肖恩尚,等.水工建筑物防渗墙技术60年II：创新技术和工程应用[J].水利学报，2016，47(4):73-78. 【12】林继镛.水工建筑物[M].北京：中国水利水电出版社，2008. Research of Seepage Control Measuresof TailingsDam on Sand Gravel Foundation SHICan-hai1,LEYun-fu2,JIANGJie1,YINXiao-lin1 【Abstract】Tailings dam is a special kind of hydraulic structures,the seepage controloften become one of the determinants of engineering safety.In order to solve the practicalengineeringmedium sand graveldam foundation a tailingsdam seepage damage problem,studiesthesummarizedpredecessors'through theengineeringpracticeand scientific researchofseepagecontroltechnology. Finally,according to theprojectcondition,opted fora jointseepagecontrolmeasures. 【Keywords】sandandgravelfoundation；tailingsdam；seepagefailure；seepagecontrol 【中图分类号】TV223.4 【文献标志码】A 【文章编号】1007-9467（2017）04-0042-02 【收稿日期】2016-11-11 【作者简介】施灿海（1988～），男，云南大理人，助理工程师，从事尾矿工程设计与研究。 |
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