王亚林
五矿二十三冶建设集团矿业工程有限公司 湖南长沙
摘要：通过对尾矿库坝体渗流和稳定性进行研究与分析，为了能够找到尾矿库排渗工程优化设计和治理方案，提出了水平排渗和垂直排渗两种不同的方案来进行治理，通过对比和分析，选择了水平排渗管方案来进行治理。通过排渗管施工的统计，并对排渗量以及治理后浸润线的埋深情况进行研究，得到了渗管的位置需求，治理的效果也有了明显的改善。
关键词：尾矿库；水平排渗；竖直排渗
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1工程情况的概述
本次研究以湖南五矿二十三冶建设集团矿贵州龙井湾改建工程尾矿库为例子。尾矿库的设计，最终是堆积标高为990m以上，通过容量的扩充，尾矿库总坝高为45..5m，总库容约1066×104m3，属于二等库。框架式排水井－混凝土排水管是该尾矿库排洪系统的主要排水应用，主要结构是钢筋混凝土。主坝、1#副坝、2#副坝、3#副坝组成了铅锌矿尾矿库，并且还有排水井、排水管共同组成。主坝在尾矿库的库东沟谷出口，初期坝也是均质土坝，上游法堆填入库尾矿，在堆积高度上升的情况下，继续修建了三个堤坝的副坝，形成了四面包围的一种形式。在所有的副坝中，1#副坝在尾矿库的西面，初期坝是均质土坝，坝顶高大概为300.2m以上，坝底高程大概为287m，坝高12．4m，初期坝的轴线长达450m，外坡的比例是1∶2。排渗设计之前，尾矿堆积坝顶的标高可达到310.5m，堆积坝轴线长约500m，堆积边坡约1∶4.5。3#副坝在尾矿库北面，初期坝是均质土坝，没有明显的初期坝体，坝顶标高大概为30．9m，高度在4m以内。尾矿堆积坝顶标高大概为310．5m，堆积坝轴线长大概为220m，堆积边坡为1∶4.5。1#，3#副坝尾矿堆积坝坝顶已形成了一个整体，堆积标高达到了310m左右，在初期坝的坝顶300m以上的标高地方，1#，3#副坝，每一个副坝都有1个直径150mm的水平排渗管，并且这些水平排渗管都存在漏砂现象[1]。
2排渗设施优化及治理效果
2.１方案一：水平排渗管排渗方案
在初期坝坝顶约＋300.0ｍ标高和尾砂堆积坝约305.5ｍ标高处各施工１排水平排渗管，水平排渗管共63根[2]。
在初期坝坝顶约＋300.0ｍ标高施工水平排渗管38根（其中１＃副坝25根、３＃副坝13根），每根长50ｍ，按照间距约10～20ｍ布置。在尾砂堆积坝约＋305.5ｍ标高施工水平排渗管30根（其中１＃副坝２１根、３＃副坝９根），每根长50ｍ，按照间距约10～20ｍ布置[3]。
排渗管采用ＵＰＶＣ硬聚氯乙烯供水管，规格为Φ63ｍｍ×4.7ｍｍ（即外径为63ｍｍ，壁厚4.7ｍｍ），承压力不小于1.6ＭＰａ。
排渗管前端30ｍ采用梅花形钻孔，钻孔孔径为Φ１６ｍｍ，每圈６孔，相邻两排孔之间间距为7ｃｍ。渗水段每米共90孔，钻孔总数为2700个，表面开孔率为９.1％。排渗管前端（集渗段）３０ｍ钻孔段采用400ｇ／ｍ２土工布包裹，并每40ｃｍ间距采用细铁丝绑扎。排渗管前端孔口必须采用塞木塞紧后用土工布包裹，并谨慎处理防止漏砂。
水平排渗管深入尾砂库区的坡度为１％，排渗管应接入坝坡排水沟内，为了防止空气进入排水管而发生化学淤堵，需在出水口设一ＵＰＶＣ弯头，弯头口朝上，弯头规格为Φ63ｍｍ×90°。同时为了防止水平排渗管发生物理淤堵，排渗管安装后需将出口先塞住，待集渗段周边尾砂固结稳定后（约30ｄ左右）方可排水。
2.2方案二：辐射井排渗
在沉积滩顶＋310.8ｍ标高共布置辐射井７座（其中１＃副坝５座、３＃副坝２座），井深12ｍ，井底标高为＋298.8ｍ。
辐射井内径为290ｃｍ，壁厚30ｃｍ，外径为350ｃｍ，采用沉井法施工，每次沉井高度为100ｃｍ。井圈沉井施工完成之后，对辐射井底部进行封底施工，防止井内尾砂反涌堵塞排水管[4]。
封底施工分２次进行。首先，采用预制的混凝土圆板对井底进行第一次封底，混凝土圆板直径为280ｃｍ，厚约15ｃｍ，圆板中心预留直径为40ｃｍ的减压孔。该封井底板布置好之后，对底板与井圈之间的缝隙采用土工布塞满防止翻沙。第二次封底在第一次封底完成之后进行，采用现浇钢筋混凝土板的施工方式。第二次封底施工时，首先在沉井底板井壁上钻孔插入插筋并形成钢筋网，然后现浇厚约40ｃｍ的Ｃ２５混凝土进行封底，使底板与井圈形成一个整体。
辐射井采用现浇混凝土板封底之后，不仅避免了井底尾砂反涌堵塞排水管的情况，也避免了辐射井继续下沉导致排渗管折断失效的可能性。
第二次封底完成之后进行排渗管的施工。排渗管布置２层，上层距封底底板190ｃｍ，布置６根，辐射角度为125°；下层排渗管距封底底板90ｃｍ，共布置７根，辐射角度为150°。每一层相邻２根排渗管之间的角度为25°，上下２层排渗管错开布置。
排渗管采用ＵＰＶＣ硬聚氯乙烯供水管，规格为Φ63ｍｍ×4.7ｍｍ，承压力不小于1.6ＭＰａ。每根排渗管长约40ｍ，全部梅花形钻孔，钻孔孔径为Φ16ｍｍ，每圈６孔，相邻两排孔之间的间距为7ｃｍ。排渗管每米共90孔，表面开孔率为9.1％。
排渗管在尾砂内以向上３％的坡度布置。
由于在安装排渗管时在沉井井壁上开孔的孔径为Φ130ｍｍ，而排渗管外径只有Φ63ｍｍ，为防止漏砂，排渗管与井壁之间的孔隙应用土工布严密堵塞。
在距封底底板约70ｃｍ高度位置施工渗水排出管。该排出管采用Φ89ｍｍ无缝钢管，一直延伸出初期坝外坡之外，长度约为65ｍ[5]。
2.3方案对比
通过对两种方案的分析，推荐采用方案一，即在尾矿坝外坡打水平排渗管降低浸润线的方案。＃、３＃副坝新建排渗设施后的坝体纵剖面图如图1、图2所示，排渗管制作如图3所示。
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图3 排渗管制作示意图
3结束语
通过对治理前尾矿库排渗设施的分析，浸润线从坝体外坡溢出，数值模拟计算渗流场浸润埋深不满足设计要求，与现场基本一致，坝体稳定性系数小于规程规范规定值；对治理设计给出的２种排渗方案治理措施进行对比分析，得出水平排渗管方案为最优方案，对采用水平排渗管方案后尾矿库的渗流场、坝体稳定性进行数值模拟分析，结果表明渗流场、坝体稳定性均满足设计要求，对已有水平排渗设施的缺陷进行了分析，提出了合理的水平封堵的措施进行治理。
参考文献
[1]牛吉星.北沟尾矿库排洪工程施工测量及贯通精度分析[D].西京学院，2019.
[2]刘园春.大口辐射井在尾矿库排渗工程中的应用[J].工程技术研究，2017(03)：92-93.
[3]王可娜，马斌，张进.基于双因素对比分析法的混凝土制备方案研究——以泉水沟尾矿库排洪及回水系统工程实证分析[J].嘉应学院学报，2016，34(11)：53-56.
[4]孙族伟.某尾矿库闭库工程排渗设施的设计[J].绿色环保建材，2016(08)：50.
[5]肖立生，张雨，谢文鹏，李文博.导杆式水平轴滚刀开槽机在某尾矿库截渗工程中的应用[A].中国水利学会地基与基础工程专业委员会.2015水利水电地基与基础工程——中国水利学会地基与基础工程专业委员会第13次全国学术研讨会论文集[C].中国水利学会地基与基础工程专业委员会：中国水利学会地基与基础工程专业委员会，2015：7.