无砂混凝土管在尾矿坝降水中的应用
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摘要：运行时间较长的病险尾矿库，绝大部分存在浸润线过高的问题,而浸润线过高往往是由于初期坝（一般为透水堆石坝）失去了透水功能，而对初期坝进行修复一般难度较大而且成本过高，本文以某工程为例，针对病险尾矿库，利用无砂混凝土透水性强的特点，采用无砂混凝土管来集渗疏排坝内积水以降低其浸润线，提高尾矿库的整体稳定性。
关键词：尾矿库；初期坝；无砂混凝土管；降水
Abstract: dilapidated running time longer tailings, most of the problems of phreatic line is too high, and high seepage line is often the result of initial dam (generally for water rockfill dam) lost the waterproof function, and the initial dam repair generally difficult and high cost, taking a project as an example, dilapidated for tailings, advantage of the characteristics of strong permeability of concrete without sand, sand concrete tube is used to set ooze water accumulation in the thin line of dam to reduce the saturation line, to improve the overall stability of the tailings.
Key words: the tailings; Initial dam; No sand concrete pipe; precipitation
中图分类号：TV649文献标识码：A文章编号：2095-2104(2013)
前言
尾矿库既是重要的生产措施，同时从环保和安全上来说也是重大的污染源和危险源。随着现代经济的快速发展，矿产资源的需求量大幅增加，尾矿库数量也越来越多，坝体堆积越来越高，其安全隐患也就越来越大，特别是运行时间较长的老库，都普遍存在浸润线较高的问题。所以降低尾矿库浸润线对尾矿库的安全稳定有着重要的意义。因为无砂混凝土具有透气、透水和重量轻的特点，经过实践，合理利用它的这些特点能够有地效降低尾矿库浸润线。下面以某工程实例为例进行叙述。
1该尾矿库现状
尾矿库目前共堆积子坝13级。初期坝坝高16m，坝顶宽度11米，坝顶高程897.0m，内坡比1:2，外坡比1:3；堆积坝设计最终高程929.0m，设计坝高32m，堆积坝设计坝外坡比为1:4，堆积子坝内外坡比均为1:1，每级堆积子坝坝高1.0m坝顶宽1.00m，坝底宽3.0m。尾矿库库容95.9万m³，可堆存尾矿10年，属四等库。该尾矿坝排渗设施较齐全，在库区两侧均设置有截洪沟，堆积子坝间每堆高2m设有一道200×200mm的坝面雨水沟，沟内的水汇集到初期坝两侧与山体交汇处设置的排水沟，在坝脚流出汇集到盘龙河。
目前，由于初期坝坝体及堆积子坝排渗管排水不畅，导致尾矿库浸润水位过高，安监部门将该尾矿库认定为病库，应采取措施降低浸润线，提高该尾矿库的稳定性。
2库区工程地质及水文地质条件概况
根据收集的尾矿库的相关地质勘察资料，库区工程地质条件较简单，库区基底地层主要为下伏元古界-下寒武系（Pt-∈1）花岗片麻岩，强风化～中等风化，在花岗片麻岩表层局部覆盖厚0.50～1.50m不等的植物层，其余大面积出露。根据现场地质调查及相关勘察资料，强风化层中存在有风化基岩裂隙水，赋存条件受风化程度及节理裂隙发育程度控制，总体上而言，库区的基岩裂隙水水量总体上小。下伏中等风化花岗片麻岩，节理裂隙不发育，透水率低，可视为库区的相对隔水层。
后期尾矿库的运行堆积，致使尾矿坝堆高，改变了库区内的地下水条件。库区汇水区内的地表水大部分虽然通过截洪沟排出到库区外，但仍有部分降雨进入到库区内，增加尾矿库库内积水，积水下渗进入到尾矿堆积层中，形成堆积尾矿中的地下水，而库区及坝区基底地层为相对隔水层，地下水向深部下渗困难，当尾矿库初期坝及尾矿堆积坝的排渗措施发挥不了作用，排水不畅时，尾矿库浸润线便会随堆积坝的增高而急剧升高，软化坝体，危及尾矿库的安全。
3处理措施
无砂混凝土是由骨料、水泥和水按照一定的配合比拌制而成的一种多孔轻质混凝土， 它不含细骨料， 由粗骨料表面包覆一薄层水泥浆相互粘结而形成孔穴均匀分布的蜂窝状结构，使其具有较好的透气、透水和重量轻的特点。根据这一特点，可将无砂混凝土制成无砂混凝土管来起到集中疏排的作用。结合工程实际，拟在尾矿堆积坝上施工4个成孔，分别位于第五级子坝（5-Ⅰ、5-Ⅱ和5-Ⅲ）和初期坝（C-Ⅰ），通过下置无砂混凝土管来达到集渗疏排坝内积水，以降低浸润线。其中成孔直径425mm，孔深根据实际情况确定；无砂混凝土管内径300mm，外径370mm，节长1.00m。
4施工工艺及施工方法
4.1施工工艺
施工工艺流程见图4.1
图4.1施工工艺流程图
4.2施工方法
（1）制作无砂混凝土预制管
由于现在市场上买不到达到设计要求的预制无砂混凝土管，故所需的无砂混凝土管为经过试验成功后，按试验过程及结果在现场现制，其详细制作过程如下：
①制作无砂混凝土管模具：根据施工的降水井尺寸，设计无砂混凝土管尺寸，并定做模具。
②制作无砂混凝土管：用425＃硅酸盐水泥、瓜子石和水按1:6:0.24的质量比进行拌合，搅拌均匀后置入模具中按规范振捣成型，到规定时间后拆模保养。拆模后按规范到规定保养时间后方可使用。
施工用的无砂混凝土管经现场取样进行强度试验，其强度指标见下表表4-1：
无砂混凝土管强度指标表表4-1
（2）成孔施工
降水井成孔施工采用XY-5型钻机和直径为425mm的钻具钻进取芯，将钻孔清理至基岩，钻进过程中采用泥浆护壁，并下置一定深度的套管来防止孔壁坍塌。
（3）无砂混凝土管的下置
降水井成孔达到要求后，即可下置预制的无砂混凝土管。考虑到单根单节下置无砂混凝土管的难度较大，连接难以成功，故根据实际井深，采用钢筋笼将无砂混凝土管固定装好，之后用钻机一次吊装的方法下置。
在放置无砂混凝土管之前，先在井底垫一层20cm厚的公分石，然后将已用钢筋笼固定安装好的无砂混凝土管用钻机塔架吊装入井孔内固定，最后在井孔与无砂混凝土管外壁之间的空隙中填入筛洗干净的瓜子石至井口，使其起到保护无砂混凝土管的作用，至此无砂混凝土管下置完成。
（4）洗孔
由于在井孔成孔施工时井内残留有泥浆，会堵塞无砂混凝土管的空隙，影响其透水性，所以在下置无砂混凝土管之后应将井孔清洗干净，以保证其具有良好的渗透效果。洗孔方法：用水泵返复抽水注水，将管内的泥浆抽洗掉直至井孔内的水变清及孔底沉渣达到要求为止。
（5）下置水泵
洗孔完成后，进行抽水试验计算井孔的涌水量，然后根据计算结果来选择合适的水泵进行抽水。
4.3施工效果
（1）降水井抽水试验及结果
为验证降水井是否能达到预期的集渗效果，对施工完成的降水井进行了抽水试验，初步确定了降水井的单孔涌水量，结果见下表表4-2：
尾矿库降水井深度及抽水试验结果表 表4-2
上表数据表明，在第五级堆积子坝上的5-Ⅰ和5-Ⅱ号降水井渗透效果较好，涌水量较大，5-Ⅲ号降水井由于靠近右岸，孔深较前两个降水井较浅，水量较小；初期坝的C-Ⅰ号降水井由于初期坝坝体材料主要为透水性较弱的粉质黏土等材料，水量较小。
（2）施工效果评价
降水井施工完成后，对降水井进行持续抽水，其中5-Ⅲ号孔于11月初完成，5-Ⅰ号孔于11月18日完成，5-Ⅲ号孔和5-Ⅰ号孔于11月22日开始持续抽水，5-Ⅱ孔于12月4日完成，并开始持续抽水；通过观测对比抽水前后浸润线的水位变化，可以得出降水井的效果，对比结果见下表表4-3：
浸润线水位对照表表4-3
5结论
通过对上表的数据进行对比分析可以看出，抽水前的三个月内，两级子坝的6个浸润线观测孔水位变化幅度不大，且水位较高；抽水近一个月后，浸润水位有了明显的变化，6个浸润线观测孔水位均有明显的下降，并且随着抽水时间的增加，水位亦在持续的下降，下降幅度0.6～2.6m不等。说明无砂混凝土管降水井能有效的降低尾矿库的浸润线。
参考文献：
［1］付贵海，张林洪，王苏达，赵江.无砂混凝土试验研究.交通科技，2004,5（206）：4～6