渣堆场地防渗勘查技术研究

赵旭 刘梦格

（新疆维吾尔自治区有色地质勘查局七0一队，新疆昌吉 831100）

0 前言

第四系深覆盖层的渗透稳定问题对于矿山渣堆稳定及土壤环境保护十分重要。查明其工程地质特性,研究并论证其防渗条件,并提出较好的工程处理措施,是较为艰难的一项任务。通过对矿山渣堆场地进行资料收集、场地现状调查、水文地质钻探及编录、水文地质现场试验、岩土测试及工程测量等工作。基本查明了场地天然基础层地层岩性分布特征及渗透系数，对其防渗条件进行分析评价，并提出堆场防渗处理切实可行的方案。

1 项目区地质条件

1.1 地层岩性

经现场水文地质钻探及探坑揭露，项目区地层岩性主要为第四系全新统含砾黏土（Q4edl+al）、石炭系下统南明水组（C1n）泥板岩、泥盆系中统蕴都哈拉组（D2y）安山质角砾熔岩及石英闪长玢岩（δu）。

1.2 水文地质特征

本次施工的水文地质钻孔主要用于计算浅层岩土体的渗透系数，孔内均未见地下水。根据收集矿区水文地质资料，按照地下水的赋存条件、水理性质及含水介质，将地下水划分为第四系孔隙水和基岩裂隙水。

项目区地下水总体流向由北东流向南西。北东部中低山区为补给区，主要接受大气降水的补给和高山区地下水的径流补给；山前丘陵区为本区的径流区，主要接受中低山区的地下水径流补给和大气降水的补给；而南部丘陵洼地为本区的排泄区，以地下径流的方式向西南排泄为主，以垂直蒸发排泄为辅。大气降水、地下水径流为本区地下水的主要补给来源。

2 水文地质试验

2.1 渗水试验

渗水试验工作在渣堆四周原始地层上开展试验，试验方法采用双环渗水法，主要用于计算地表浅层基岩中等-强风化层渗透系数。

本次双环渗水试验计算包气带渗透系数采用公式如下：

式中：K--试验土层渗透系数（m/d）；Q--内环稳定的渗入水量(m3/d)；F--内环底面积（m2）；Z--内环中试验水头（m）；Hk--毛细上升高度（m）；L--试验结束时水的渗入深度（m）。

双环渗水试验计算过程中，包气带岩性主要为角砾、碎石及少量粉土，当环内试验水头（Z）为10cm时，其水力坡度I=（Hk+Z+L）/L，由于毛细上升高度（Hk）及环内试验水头（Z）相对于L 很小，所以I 值趋近于1。

通过试验参数计算，地表浅层基岩中等-强风化层垂向渗透系数为0.117～3.115×10-3cm/s，中等透水。

2.2 注水试验

在水文钻孔内进行了常水头注水试验。注水孔采用GJ200-1S型钻机钻进成孔，井深30.00m,开孔孔径Φ91mm，一径到底，洗井至水清砂净后开展注水试验。主要用于计算基岩微风化层渗透系数。

钻孔常水头注水试验适用于渗透性比较大的壤土、粉土、砂土和砂卵砾石层，或不能进行压水试验的风化、破碎岩体、断层破碎带等岩体。本次试验段地层为安山质角砾熔岩、泥板岩风化层，适用于钻孔常水头注水试验。由于水文钻孔内未见地下水位，试段位于地下水位以上，且50＜H/r＜200、H/l≤l 时，可采用以下公式计算试验土层的透水系数：

式中：K--试验岩土层的渗透系数(m/d)；Q--注水流量(m3/d)；l--试段长度(m)；H--试验水头(m)；r--钻孔内半径(m)。

本次通过注水试验参数计算，基岩微风化层渗透系数为3.222～8.900×10-4cm/s，弱透水。

2.3 压水试验

本次在水文钻孔内进行了2 组压水试验。压水孔采用GJ200-1S型钻机钻进成孔，井深30.00m,开孔孔径Φ91mm。其中水文钻孔ZK01 压水试验试段为6.00m～11.10m、11.00m～16.10m、16.00m～21.10m、21.00m～26.10m，四段总长20.1m；水文钻孔ZK01 压水试验试段为7.00m～12.10m、12.00m～17.10m、17.00m～22.10m、22.00m～27.10m，四段总长20.1m，主要用于计算基岩未风化层渗透系数。

本次压水试验分为4个试段，每试段压水试验分0.3MPa、0.6MPa、1.0MPa 三个压力值进行流量观测，试段长度设置为5.10m。流量观测工作每隔1min 进行1 次。当流量无持续增大趋势，且5 次流量读数中最大值与最小值之差小于最终值的10%，或最大值与最小值之差小于1L/min 时，试验结束，取最终值作为计算值。根据压水水头、试段长度和稳定渗入水量，判定岩体透水性的强弱，通常以透水率q表示，单位为吕荣(Lu)。参照《水利水电工程钻孔压水试验规程》（SL31-2003）附录C，压水试验成果可换算成岩体渗透系数。本次压水试验采用第三阶段的压力值(P3)和流量值(Q3)按下式计算：

式中：q--试段透水率（Lu）；Q3--第三阶段的计算流量(L/min)；P3--第三阶段的试段压力(MPa)；L--试段长度（m）。

本次通过2组压水试验参数计算，基岩未风化层渗透系数为0.500～1.100×10-5cm/s，微透水。

3 项目区防渗条件现状分析

项目区位于低山丘陵区，地形平坦，整体地势北东高，西南低，高差5m～10m，区内大面积第四系覆盖，基岩露头少，植被只有少数耐旱的草本植物生长。

项目区属大陆性寒温带干旱气候，年平均气温4℃～7℃，年平均降水量189.0mm，年平均蒸发量1960mm，区内未见常年性有水河流，仅见少量季节性洪水、流水形成的小型冲沟。

项目区地层岩性主要为第四系全新统含砾黏土（Q4edl+al）、石炭系下统南明水组（C1n）泥板岩、泥盆系中统蕴都哈拉组（D2y）安山质角砾熔岩及石英闪长玢岩（δu）。

第四系全新统含砾黏土（Q4edl+al）厚度一般为0.32m～0.40m，渗透系数为2.2～2.5×10-5cm/s，微透水。地表浅层基岩中等-强风化层厚度1.20m～2.40m，渗透系数为0.117～3.115×10-3cm/s，中等透水；基岩微风化层厚度1.95m～3.50m，渗透系数为3.222～8.900×10-4cm/s，弱透水；基岩未风化层揭露厚度23.70m～26.85mm，渗透系数为0.500～1.100×10-5cm/s，微透水。岩石渗透系数整体表现为随风化程度减弱逐渐减小的现象。

水渣堆场地层中第四系土层为微透水，在场地内大面积分布，能起到一定的防渗效果，但土层厚度较小且不均匀，无法完全满足场地的防渗要求。基岩风化层为中等-弱透水，无法满足场地的防渗要求。基岩未风化层为微透水，可视为隔水层，基本满足场地防渗要求。水渣堆场周边土壤环境和地下水环境良好，目前未受到明显污染，但不排除水渣堆场下方土壤环境在后期运行过程中受到污染的可能性。

4 建议

（1）加强对水渣堆场后期运行管理，对大气降水淋滤形成的混合渣水进行水质化验，对可能造成污染的土壤环境和地下水环境宜进行定期监测。

（2）对水渣堆场进行防渗处理或修建防渗挡墙，同时尽可能的降低冶金焦粒含水量，加大对冶金焦粒的综合利用，减少堆放量。

5 结语

通过对渣堆基础的工程地质情况及防渗条件进行了实际勘查，根据地质勘查确定了各类土层分布特征、土体的物理力学性质及渗透系数,确定了不同地层及深度的渗透条件,并有针对性地拟定了场地防渗处理方案和后期运行管理监测建议,为后期工程的建设打下了良好的基础。