安宁市尾矿库副坝加固设计

王晓东

摘要：尾矿库是采选工程项目的配套工程，也是其重要的组成部分。若尾矿库坝体发生溃坝，将造成无法预测的损失和人员伤亡，因此对副坝进行加固设计十分必要，本文重点介绍了昆明安宁市某尾矿库副坝加固设计，设计采用高压旋喷桩、扶壁式挡土墙、钢管桩、碎石土反压方案进行加固，解决了副坝加高后稳定性的问题，保证了尾矿库的安全运行。

Abstract： Tailings reservoir is the supporting project and an important part of the mining and selecting project. If the dam failure occurs， it will cause unpredictable loss and casualties. So it is necessary to reinforce the auxiliary dam. This paper mainly introduces the reinforcement design of the tailings dam of Anning City in Kunming. The design uses high pressure jet grouting pile， retaining wall， steel pipe pile， gravel soil anti pressure to carry out the reinforcement， which solves the problem of the stability of the auxiliary dam heightening， ensures the safe operation of the tailings.

关键词：尾矿库；副坝加固；设计

Key words： tailing reservoir；auxiliary dam reinforcement；design

中图分类号：TV698.2 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2017）09-0160-03

0 引言

土坝防渗加固是水库防险加固工作中非常重要的方面。我国在除险加固工作中经过多年的努力，取得了较大的进步。但至今许多水库的安全问题还未解决，尤其是一些中小型的质量问题，绝对不能轻视。随着工程建设步伐的加快，为了确保工程的安全运行，充分发挥效益，迫切需要加强土坝加固和消除险情工作。

本文结合安宁市某尾矿库工程，对其副坝存在的问题进行分析；在此基础上，从工艺、材料、设备等方面，研究加固方案的设计和施工技术。本文所做的成果对于科学、经济地进行坝体的防渗加固具有重要的实践和指导意义。

1 工程概况

马屋箐尾矿库位于昆明安宁市县街镇小箐口村西南约500m处，地处元良河左侧支流马屋箐沟的中下游，坝址距沟口元良河约560m。

马屋箐尾矿库初期坝坝高52.0m，坝顶高程2040.0m，初期库容280.0万m3，服务年限3年开始使用至今，已使用庫容约200万m3，已接近原设计一期规划的目标280万m3；为了保证工程生产安全及可持续发展，决定对马屋箐尾矿库进行加高增容，以满足生产之需，现计划实施马屋箐尾矿库二期工程，拟建二期坝最终堆积坝顶标高为2049.0m，堆坝方法拟采用上游法（在上游尾矿沉积滩面上采用模袋法进行堆坝），并在尾矿坝左、右岸拟建导流渠及溢洪道各一条[1]。

2 尾矿库地质与建设条件

2.1 工程地质条件

马屋箐尾矿库位于安宁市县街镇下元良村。马屋箐尾矿库所处位置为滇池西南的鸣矣河与其西南部的分水岭地带，隶属于螳螂江流域。山体走向基本与地层走向和构造方向一致，即以北西向东为主，在强烈的侵蚀、溶蚀作用下，冲沟发育，构成岭谷相间的地貌。

该地区海拔一般为1981～2150m，相对高差169m左右。属侵蚀、溶蚀低～中山地貌类型，总的地势呈北高南低之势。

2.2 水文地质条件

尾矿库内地下水埋藏较深，副坝坝脚埋藏相对较低。根据钻孔观测，稳定地下水位埋深4.00～29.30m，相应的标高为1983.289～1986.653m。

场地地下水类型有裂隙水和孔隙水，裂隙水的含水层为强风化板岩，孔隙水的含水层为尾粉土①。孔隙水由大气降水和排放到库中的尾水补给，裂隙水由下渗的孔隙水和大气降水补给。尾矿库既是补给区也是径流区，地下水渗透至尾矿库所在主冲沟后自西向东流出场地。

场地后期地下水位会随尾矿坝的增加而变化，尾矿坝增高的过程中，应密切观测地下水的变化情况。

2.3 库存尾矿的特性及沉积规律

尾矿库采用坝前放矿，主坝及副坝均设置放矿口，当尾矿库堆积高度达到2040.0m后，采用“模袋法”作为堆积子坝，并在模袋位置设置放矿口进行放矿。

尾矿沉积规律受原尾矿性质、粒度、矿浆浓度和排放形式控制。勘察中发现沉积尾矿宏观上具有放矿口粗、流向上变细、坝前粗库尾细的特征，且由于采用主坝、副坝交替排放尾矿，在微观上沉积尾矿中普遍分布粗细相间的夹层、互层、交错层等现象；在垂向上存在上粗下细的特点。

如图1、图2所示为查明沉积尾矿在垂向上的变化情况，选取2个钻孔作出单孔平均粒径d50随深度的变化情况图。

3 加固设计

根据马屋箐尾矿库工程实际情况，对副坝加固方案采用高压旋喷桩、扶壁式挡土墙、钢管桩、碎石土反压对副坝进行加固[2]。

3.1 高压旋喷二重管法

高压旋喷是利用钻机把带有喷嘴的注浆管钻进土层的预定位置后，以高压设备使浆液或水、空气成为20～40MPa的高压射流从喷嘴中喷射出来，冲切土体，同时钻杆以一定的速度逐渐提升，将浆液与土粒强制搅拌混合，浆液凝固后，在土体中形成一个圆柱状固结体（即旋喷桩）。

高压旋喷分为：单管法、二重管法、三重管法。本方案采用二重管法。

二重管法：用二重注浆管同时将高压水泥浆和空气两种介质喷射流横向喷出，冲击切割土体，在高压浆液和外圈环绕气流的共同作用下，破坏土体的能量显著增大，最后在土中形成较大的固结体。高压旋喷桩按2.5m×2.5m成梅花型布置，高压旋喷形成的固结桩体，提高尾粉土的承载力，同时增强尾粉土的整体抗滑稳定性（可视为提高尾粉土的粘聚力和内摩擦角，采用复合粘聚力、复合内摩擦角进行计算）。

如图3所示，假设坝体沿图示的潜在滑面滑动，潜在滑面穿过尾粉土层中的高压旋喷桩，只有当滑面穿过的所有高压旋喷桩被剪断，潜在滑体才会滑动，即高压旋喷桩具有阻挡潜在滑体下滑的作用。在尾矿库内进行高压旋喷加固尾粉土，加固区域位于整个潜在滑体的上部，可有效降低该部分潜在滑体的下滑力，相应地提高该部分潜在滑体的抗滑力[3]。

根据稳定性计算分析，尾矿库内滑面主要位于尾粉土①1，且提高尾粉土①2的抗剪强度指标对副坝稳定性影响不显著，而提高尾粉土①1的抗剪强度指标可明显增强副坝稳定性。根据勘察成果，尾粉土①2工程性质较好，可作为旋喷桩持力层。因此，高压旋喷桩加固主要为尾粉土①1层，桩端进入尾粉土①2层不小于1m。

3.2 高压旋喷对模袋、主坝及排渗管的影响

高压旋喷的注浆管外径为50mm，高压旋喷桩的间距为2.5m×2.5m。在模袋范围，仅进行钻孔（孔径50mm），不进行旋喷注浆（喷射浆液），6.25m2模袋内只有直径为50mm的孔，且旋喷结束后，在模袋范围内进行重力注浆封孔，不会造成模袋范围出现空洞的现象。

高压旋喷施工占地少、振动小、噪音较低。根据现场试验情况，高压旋喷桩施工过程中，不会产生由于振动而导致尾粉土液化的现象。高压旋喷注浆过程中，注浆管摆动幅度很小，且在旋喷过程中，注浆管与模袋及模袋范围的尾粉土会形成一层泥膜，高压旋喷施工对模袋范围的影响很小，现场试验也验证了这一点。

高压旋喷加固尾粉土①1，沿副坝方向增强副坝的整体稳定性，同时也提高了主坝的整体稳定性，对于整个初期坝的安全稳定性起到有利作用[4]。高压旋喷施工中，根据主坝排渗管的实际布置情况，现场调整孔位，避让排渗管，保证排渗管的排水效果。

3.3 扶壁式挡土墙

采用C30混凝土浇筑，面板和扶壁保护层厚度为25mm，底板保护层厚度为40mm。

墻身布设？覫100mm的PVC管泄水孔，泄水孔间距2.5m，梅花形布置，最低一排泄水孔高出地面200mm；PVC管应超出构造物背面100mm，其端部150mm长应设？覫100圆孔，用渗水土工布包裹，并在泄水孔进水口处设置粗颗粒材料堆以利排水，最下一排泄水孔出口应保证排水顺畅，不得阻塞。PVC管进水口必须高于出水口，且按5%的坡度设置[5]。

应根据地形及地质变化情况设置沉降缝，间距为10～20m，缝宽为20～30mm，用沥青麻絮沿内、外、顶三边填塞，深度不小于200mm。

3.4 钢管桩及反压贴坡

钢管桩成孔160mm，内插无缝钢管114×10，DE、BC段钢管桩锚入扶壁式挡土墙底板不小于0.7m，AB段钢管桩锚入扶壁式挡土墙底板不小于0.5m，并铺设网筋。注浆材料为水灰比为0.5～0.60的纯水泥浆，可在浆液中加放膨胀剂，早强剂等。

副坝2024m～2040m外坡采用碎石土按坡比1：1.75反压贴坡。反压贴坡材料为级配碎石土或块石土，不含植物残体、垃圾、膨胀土、有机质土等物质，采用分层回填压实，分层厚度不大于0.3m，压实系数不小于0.93。原副坝外坡面应清除植被，并修整为台阶状，再进行填土反压。

4 结语

尾矿库使用至今，已使用库容已接近原设计规划的目标，采用该设计方案加固之后，保证了采选工程生产安全及可持续发展，满足了生产的需要。该方案切合实际工程情况解决了副坝加高扩容之后的稳定性问题，同时施工过程更加简单，降低了工程成本，对尾矿库进行更加有效的加固。通过高压旋喷桩、扶壁式挡土墙、钢管桩、碎石土反压方案进行加固，在增高库容的同时，也增强了副坝的整体稳定性，并且也提高了主坝的整体稳定性，对于整个尾矿库坝体的安全稳定性起到有利作用。

参考文献：

[1]云南化工地质工程勘察院.尾矿库二期工程岩土工程勘察报告[R].2012.

[2]兰卿良，曹洪波.黄壁庄水库除险加固工程科学研究文集[C].北京：中国科学技术出版社，2005.

[3]SL274-2001，碾压式土石坝设计规范[S].

[4]AQ2006-2005，尾矿库安全技术规程[S].

[5]GB50863-2013，尾矿设施设计规范[S].