防渗地连墙在矿山治水中的应用

田益琳 田 靖

(河北钢铁集团司家营研山铁矿有限公司)



防渗地连墙在矿山治水中的应用

田益琳 田 靖

(河北钢铁集团司家营研山铁矿有限公司)

研山铁矿采场东边帮邻近新河，采场内大量渗水，加之夏季雨水充沛，不仅影响矿山的正常生产，对采场的边坡稳定、设备安全也存在很大隐患。为此，通过对研山铁矿地质和水文等相关资料充分调研，结合实际情况，进行东帮表土层工程地质、水文地质勘察，确定采用防渗地连墙堵水方案，经验证，堵水率达到95%以上，有效解决东边帮渗水问题，为边坡稳定提供保障。

防渗地连墙 注浆 治水

研山铁矿地处河北滦县，是冀东铁矿区的重要组成部分，属于鞍山式沉积变质铁矿床，采用露天开采。研山铁矿永久公路布置在东边帮，但东帮第四系表土层厚大，新河作为定水头补给水源，最近处距离露天采场最终境界线不足50 m，向采场内大量涌水，致使东帮岩石风化严重，导致目前部分台阶不能按设计靠界并段，对固定公路的运营也造成一定安全隐患。且东帮表土层边坡之下基岩有一定量矿石，埋深浅，随着开采深度的增加，上层第四系土层和岩层被剥离，边帮两侧水力梯度进一步加大，而细砂层和砾石层透水性、富水性极强，向采场内补给水量将进一步增大，若不及时治理，雨季到来时该区40～50 m厚的冲积层表土边坡在高水位、强径流作用下可能诱发边坡失稳和泥石流灾害。因此，必须对东边帮采取堵水治理措施。

1 东帮地质及水文情况

根据前期勘察资料，采场东帮第四系地层由上至下为杂填土层、粉质黏土、粉砂层、砾石层及基岩层。其中冲洪积砂、砂砾卵石层孔隙潜水含水层透水性、富水性极强，新河将作为定水水头补给水源，并以东段为涌水通道，向采场内大量涌水，需对其东部边帮进行防治水处理工程[1]。利用探孔对东边帮勘探，结果见图1，三维地层模型见图2。

图1 东帮水文地质勘察剖面

图2 东帮第四系表土三维数字化地层模型

采场东边帮地质及水文情况如下：

(1)东帮已揭露区域地层变化复杂，存在2层砾石层，中间夹一黏土层(隔水层)，上层砾石层及上覆细砂层赋水性较强，砾石层不但起伏大，厚度变化也较大。尤其在G5和ZK3孔之间(图1)，砾石层基底下凹，厚度较大。

(2)砾石层界线与新河河床相交，位于河床基底，向坑内顺倾，新河为直接补给源，地下水位较高。

(3)砾石层与细砂层底板倾向由东北到西南，疑似在东帮边坡基岩顶板存在滦河旧河道，形成了比较集中的渗流通道，以新河、滦河为主要补给源，通过砾石层涌入露天坑内，从而造成较大的涌水量和较高的地下水位。

(4)第四系表土层孔隙率较大、土质疏松、含水率和渗透率较高，第四系表土长期强度很低，变形增大，随着持续生产，厚冲积层长期载荷条件下失稳可能性增大。

2 治水方案选择

根据地层条件，场地上部地层为粉细砂和粉土，下部为卵石地层。研山铁矿东帮第四系特厚冲积层中赋存有12 m厚的河卵石地层，中间夹有1～2 m厚的黏土层。河卵石层渗透性好，流速可达2 000 m/d，分布极不均匀，有些部位砾石级配较好，大空隙分布均匀，渗透注浆可注性良好；有些部位级配较差，空隙充填细砂、粉砂和粉质黏土，可注性差[1]。

此前，东帮露天境界线与新河之间实施了双重管单排旋喷桩地下帷幕连续墙工程，经现场检验，在粉质黏土层形成了堵水水泥柱，但在河卵石层中，浆液流失，堵水效果不好，仍存在大量涌水。可见，选取何种注浆材料和工艺才能确保高流速河卵石层堵水效果十分关键。

经综合分析论证，决定采用防渗地连墙堵水方案，在地面上利用一种挖槽机械挖出窄而深的基槽，并在其内浇注适当的材料而形成的一道具有防渗、挡土和承重功能的连续的地下墙体。其开挖过程可视，施工全盘机械化，速度快，精度高；用触变泥浆保护孔壁和止水，施工安全可靠，不会引起水位降低而造成周围地基沉降，保证施工质量。

3 治水方案实施

3.1 施工过程

防渗墙墙体采用塑性混凝土，抗渗等级为W8，塑性混凝土28 d抗压强度大于4 MPa，渗透系数小于1×10-8cm/s，弹性模量为800～1 200 MPa，并确保防渗墙的连续性。拌合墙体混凝土的塌落度为18～22 cm，扩散度为34～40 cm，塌落度保持在15 cm以上，不小于1 h；初凝时间不小于6 h，终凝时间不宜大于24 h，凝固密度不小于2 100 kg/m3。

防渗墙轴线总长811.5 m，厚0.6 m，墙顶标高为+22.5 m。由于本工程覆盖层下为全风化基岩，厚0～3 m，具强透水性；以下为强风化基岩，渗透系数建议值为0.01 m/d，具弱透水性；综合考虑防渗效果及工程投资等因素，将混凝土防渗墙基础坐落在下部的强风化基岩上，墙底深入强风化基岩不小于1 m。具体施工如下：

(1)导墙部分位置为填土，碾压处理，保证开槽时侧壁土能保持直立。

(2)由于导槽具有挡土、支撑施工设备、稳定泥浆液面的作用，本工程采用2台SG46液压抓斗与5台冲击钻配合成槽施工工艺，导槽施工前，对新回填的黏土进行分层碾压，使之达到一定密实度，以防成槽时导墙下土体坍塌造成漏浆。开槽时按规定挖土，不超挖和扰动槽壁土。槽内架设大型沟道模板，外侧利用土壁做外模，现场绑扎钢筋网片，使用φ300 mm混凝土灌注导管浇筑成型，每浇筑40 m留2 cm宽伸缩缝，用木丝板填塞。开槽时，弃土及时外运,在导槽两侧堆放，以免发生坍塌。严禁导墙底部有软弱下卧层。

(3)采用大型号沟道内模板，每40 m一段，选用1 m×1.5 m模板组合成型，两侧各40块，用U型卡组成两大片。使用2根10#槽钢组成水平钢楞上下各一道，用勾头螺丝固定。每隔1.5 m用10#槽钢设立1根钢楞，用勾头螺丝与水平钢楞相连，组成2片高1.5 m、长20 m的平面模板，将2片模板并立(平面朝外)，用φ40 mm丝杠连接于钢楞之间，调整丝杠拉顶模板至需要尺寸。每段模板重3.2 t，用25 t 吊车安装拆除。

(4)现场绑扎钢筋网片，钢筋冷拉速度不宜过快，一般以每秒拉长5mm或每秒增加5 N/mm2拉应力为宜。当拉至控制值时，停机2～3 min后，再进行放松，以减少钢筋的弹性回缩。钢筋网片采用20#～22#铁丝“梅花”式绑扎，靠外侧钢筋逐点绑扎，不得出现漏绑现象，受拉钢筋绑扎连续的搭接长度为35倍直径，受力外侧钢筋连接的散拉长度取受力钢筋绑扎长度的0.7倍，网格间距保持均匀，每10 m为一钢筋网片段。钢筋保护层采用与混凝土标号相同的水泥砂浆垫块，垫块厚度不得小于所要求的钢筋保护层厚度。

(5)每次挖槽40 m，绑扎钢筋网片后，将槽底垫水泥垫块，2块/m，用水准抄平，用25 t吊机吊装模板下槽内，座落在水泥垫块上，调整方向，加以固定。C20混凝土浇筑，运输车运输，溜槽入模，导墙混凝土应沿导槽两侧同步浇筑，使导墙两侧模板受力平衡，减少导墙模板的位移和变形。采用6台HZ6X-50插入式振捣器，垂直振捣，将振动棒上下略微抽动，以使上下振动均匀。在振捣上层混凝土时，振动棒插入下层混凝土50 mm，消除2层间的接缝。振捣器插点均匀排列，采用“行列式”次序移动，一般每点振捣时间为20～30 s，直至混凝土表面不再显著下沉，不出现气泡，表面开始泛出灰浆为准。

(6)导墙拆模加设木支楞，采用10 cm×10 cm×150 cm圆木，间距为2 m，上下各支一根，成槽施工时撤掉，槽段完成后重新支上，以防未施工段导墙变形。将完成后的导墙覆盖草帘，并洒水养护，不少于14 d，养护期间严禁车辆通行或堆放重物。防渗地连墙导墙示意见图3，防渗地连墙剖面见图4。

图3 防渗地连墙导墙示意(单位：mm)

图4 防渗地连墙施工剖面

3.2 技术要求

(1)成槽外侧墙体的精度是保证地下连续墙质量的关键，下抓角度要与导墙保持平行，不能用人力推钻具入槽。应由专人负责加入合格泥浆，保证浆面不低于导槽。

(2)在成槽过程中对其垂直度、宽度和泥浆性能等实时观测，并随时加以修正，保证成槽的质量。 如果成槽过程中槽壁严重坍塌，不仅会埋住成槽机械，造成墙体缺陷，而且可能引起地面沉陷而使机械倾覆，对邻近建筑物和地下管线等造成损坏。因此，槽壁坍塌是地下连续墙施工的严重事故。

(3)地连墙的线型控制主要是控制导墙的精度。导墙施工之初，先定出几条导墙轴线，使基线端点参与导线网平差或用其他方法多次校核，使轴线具有较高精度，确保在地下连续墙施工过程中不偏位而超过限差。

(4)保证液压抓斗施工中的垂直度和角度，使外侧墙体平整，墙与墙之间搭接紧密，不得夹有泥层。

(5)利用专用仪器对制备的泥浆进行质量控制，保证换浆沉渣厚度在设计范围以内。槽段开挖后的质量标准见表1。

表1 槽段开挖后的质量标准

4 结 论

经研山铁矿现场验证，防渗地连墙技术可行，经济合理。治水前，正常天气时采场内涌水量需要1～2台水泵维持，东帮渗水需要5台泵维持，如遇雨天涌水量加大，并且四周的地表水均会流往采场，造成水淹采场的局面，致使部分设备无法作业，严重影响正产生产。治水后，东边帮渗水堵水率达到95%以上，采场边坡无涌水点，正常天气时仅需开启1～2台水泵，暴雨天气时开启4～6台水泵即可满足生产需要，减少了大量排水费用，明显改善采场作业条件，极大程度上避免了采场边坡因地下水影响和新河渗水而导致的失稳事故，同时也解决了渗水对东边帮的侵蚀作用，为东边帮固定道路安全运营提供保障。防渗地连墙工程具有一定的经济和社会效益，为同类矿山治水提供借鉴经验，应加以推广应用。

2016-07-24)

田益琳(1985—)，男，工程师，063700 河北省唐山市滦县响嘡镇。