刘亚运
(上海远方基础工程有限公司,上海市 200436)
混凝土防渗墙技术在20 世纪50 年代初期起源于欧洲,意大利、法国等国最先采用这种技术,随后又传到墨西哥、加拿大、日本等国[1]。20 世纪50 年代初,第一座防渗墙在巴舍斯坝修建,为连锁桩柱型防渗墙。我国的防渗墙建设开始于20 世纪50 年代末期,于1958 年在山东青岛月子口水库建成,在该水库的斜墙土坝的坝踵形成了一道深20 m、长742 m、厚43 cm 的混凝土防渗墙[2]。混凝土防渗墙是土木工程中的重要基础结构,其应用范围涉及多个方面,包括水利工程、港口工程、市政工程等。
国内对于防渗墙工程的研究多集中于水利工程(如大坝、河道)中的防渗墙研究[3-8],也有部分对支护工程进行了研究[9-12],鲜有在露天煤矿中采用截渗墙作为防渗措施。近年来,随着地下连续墙技术应用的不断拓展,防渗膜截渗墙作为地下连续墙工艺发展的产物,对保证露天矿的安全生产、减少矿内渗漏具有重要作用,本工程的成功补充验证了防渗膜截渗墙在露天煤矿中的应用。
该露天煤矿地质储量超过5 亿t,可采储量近4亿t,2019 年经国家煤矿安全监察局核定生产能力1 200 万t/a。该矿累计可采厚度为76.7 m,目前开采标高为+260 m,最终标高+120 m。该矿区内含煤地层全部被冲积、洪积形成的富水性强的第四系含水层所覆盖。目前开采深度位于水位高度以下,导致矿区易出现渗水以及由渗水引起的滑坡等病险,该矿区每年矿内排水处理需花费超2 亿元。已探明该矿452平盘下岩层分布:上层为砂卵石层,厚度为5~12 m;中层为泥岩层,厚度为4~8 m;下层为煤岩层,如图1所示。综合工程实际情况、技术工艺和经济因素等多方面考虑,对该矿452 平盘采用防渗膜截渗墙进行截渗处理。
图1 地层分布图
本工程中防渗膜截渗墙除险的主要目的是:利用防渗膜截渗墙实现矿区内防渗,减少矿区内降水处理费用;有效保护防渗墙作用的内部区域,减少矿内因渗漏导致的滑坡等灾害的出现,提高矿内作业安全性。
为了实现截渗墙处理部位的防渗效果,防渗膜截渗墙方案采用混凝土与防渗膜组成的复合截渗墙;导墙、路面混凝土浇筑采用C25 混凝土,截渗墙浇筑采用抗渗混凝土,防渗膜采用高密度聚乙烯膜(HDPE 防渗膜),以此保证混凝土截渗墙的截渗效果。图2 为防渗膜截渗墙的组合示意图,防渗膜利用铺膜机进行铺膜工作。
图2 防渗膜截渗墙组合示意图
采用垂直铺膜技术,该技术使用自制铺膜机进行施工。铺膜机如图3 所示。防渗膜底部安装混凝土配重,方便防渗膜铺设,配重为20 cm×25 cm×80 cm的混凝土块,每幅防渗膜下均匀布置4 块配重,相邻渗膜之间搭接1 m,防渗膜铺设完成后进行混凝土浇筑。
图3 铺膜机施工图
本工程所采用的混凝土配比见表1,测试结果见表2。
表1 混凝土配比
表2 混凝土配合比试验结果
本工程中墙体的厚度主要由水力坡度所决定,同时还应考虑作业环境和结构使用年限等因素。塑性混凝土水力坡度为20,根据SL174-2014 规范标准:深度不大于80 m 的混凝土截渗墙,其底部厚度可选择为600~800 mm,结合抗渗混凝土的试验和以往工程经验,经过综合分析后,本工程墙体厚度将设置为0.8 m。
本工程共计3 种槽段:首开槽、连接槽和闭合槽。首开槽段宽度设计为8 m,连接槽段幅宽设计为7 m,闭合槽段幅宽设计为6 m。截渗墙槽段开挖采取分段开挖的方式,单幅槽采用“三抓法”施工。抓斗抓出的槽内土体直接由自动装卸车运至弃土场。在抓斗施工中,如果遇到坚硬土层或岩石,则采用铣槽机进行入岩,入岩深度控制在3 m。
在泥浆制备过程中,泥浆配比为:膨润土6% ~8%,先在搅拌桶内加入1/3 高度的水,开启搅拌机后不断向桶内加水,同时按照配合比加入各种材料。搅拌器搅拌完成后注入储浆池,静置24 h 后再使用。
施工过程中,对于槽内清孔必须按照标准严格控制,避免造成胶体黏结强度不足。清孔过程中,先在离槽底1~2 m 处进行试吸,避免闷管;再将清孔管底部吸浆口靠近槽底,距离控制在20~30 cm 处,确保清底效果达到要求,避免清孔效率低。
表3 泥浆性能
抗渗混凝土试样送检检验结果如下:7 d 抗压强度与28 d 抗压强度分别为10.9 MPa、17.4 MPa,混凝土抗渗等级为P6。根据《普通混凝土配合比设计规程》(JGJ 55—2011)规定,本工程混凝土防渗墙符合设计要求。
从1990 年8 月15 日开始疏干排水至2010 年末,日均排水量为43.8 万m3/d。历年排水量见表4。
表4 矿内年度疏干排水量
在防渗膜截渗墙施工完成后,该矿内日均疏干排水量为7.270 8 万m3/d,日均排水量较1990—2010 年减少36.529 2 万m3,减少幅度达到83.4%。该结果表明,防渗膜截渗墙对于矿区内截水防渗作用非常明显,能大幅度降低矿内疏干排水量与排水费用。
基于某露天煤矿防渗膜截渗墙项目,综合分析防渗膜地连墙的施工过程,结合现场施工实况,得出如下结论:
(1)采用自制铺膜机进行防渗膜垂直铺设效果优良,该铺膜机可以作为后续类似工程辅助工具。
(2)防渗膜截渗墙防渗效果能充分满足露天煤矿防渗要求,极大地降低矿区内排水费用,经济性佳。
(3)提出的防渗膜截渗墙是该类工程新的截渗方法,该方法的提出拓展了地连墙的应用领域,具有良好的应用前景。