[摘 要] 黃崗礦業Ⅲ礦區尾礦庫初期壩外地下防滲工程位于內蒙古自治區赤峰市克什克騰旗北部木希嘎鄉境內，本工程為一項環保處理工程，其主要目的是截斷庫區內含有有毒物質的水源滲入到庫區下游，防止下游草地生態被污染，同時保證生產廢水經沉淀后重復輸送到選礦廠二次利用，施工采用 “上墻下幕”方案進行防滲處理

　　[關鍵詞 黃崗礦業,尾礦庫,防滲處理,防滲墻,化學灌漿

　　1工程概況

　　黃崗礦業Ⅲ礦區尾礦庫初期壩外地下防滲工程位于內蒙古自治區克什克騰旗北部，其主要目的是截斷庫區內含有有毒物質的水源滲入到庫區下游，防止下游草地生態被污染，同時保證生產廢水經沉淀后重復輸送到選礦廠二次利用。

　　主要施工項目包括：混凝土防滲墻、墻下帷幕(水泥、化學)灌漿、兩岸延長段帷幕(水泥、化學)灌漿、防滲墻槽段接縫灌漿，接縫高壓噴射灌漿。混凝土防滲墻墻厚100cm，最大墻深為61.3m;墻下及兩岸進行帷幕灌漿;墻段內接縫灌漿孔深為對應墻體接縫處深度，墻體混凝土澆筑時預埋灌漿花管;接縫外高壓噴射灌漿孔深在對應墻體接縫處深度的基礎上加深30～50cm。

　　區內巖性構造簡單，位處于礦區北東向大構造帶的東側，礦區控礦大斷層的下盤，次一級構造不發育。地層為中性火山巖，巖性為安山巖、凝灰質砂巖。上覆第四系松散堆積物，尾礦庫范圍內主要地層為：砂質粉土、角礫、粉細砂和細砂、碎石、含礫石粉質粘土、中細砂，以下為基巖。

　　該工程為環保項目，截滲標準要求極高，要求防滲體滲透系數K≤1×10-7cm/s，是國家環保部門的強制性行業標準。設計方案最終采用“上墻下幕”方式。防滲墻墻頂為階梯狀，其端點與兩側山體巖石交接處高程為1620m，防滲墻墻頂最低高程為1608m，其他地段與地表高程一致，墻底嵌入中等風化巖石0.5m。混凝土防滲墻墻體材料為自密實塑性混凝土，一級配，抗壓強度10～15MPa，抗拉強度≥1.2MPa，抗滲等級為W8，滲透系數K=1×10-7～1×10-8cm/s。防滲墻槽段連接采用接頭管法。墻體接縫采用接縫灌漿和大角度擺噴，加強接縫的防滲可靠性。墻下布置兩排帷幕灌漿孔，排距為0.6m，孔距1.2m，梅花型布孔。帷幕灌漿深度最初定為10.0m，后來施工時，對局部地質條件差的地方進行了加深灌漿，原則為深入滲透系數K≤1×10-7cm/s的巖石層。

　　設計主要工程量為：土方開挖35000 m3，土方回填5400m3，混凝土防滲墻17078m3，預埋灌漿管(Ф110) 18860m，預埋花管(Ф76) 2220m，帷幕灌漿鉆孔14144m，帷幕灌漿2267m，墻體接縫灌漿2220m，接縫高噴1900m，化學灌漿12080m。

　　2 防滲墻工程施工

　　防滲墻施工范圍0+005.4～0+497.8m，軸線長492.4m，墻頂高程分4個臺階高程分別為1620m、1614m、1608m、1616m，墻體嵌入基巖按進入弱風化基巖1.0m。

　　2.1 主要施工臨建布置

　　(1)導向槽及施工平臺施工臨建。防滲墻施工平臺分階梯形建造，沖擊鉆機平臺布置在防滲墻上游側，寬度為9.0m，倒渣平臺及抓斗施工平臺布置在防滲墻的下游側，寬度為16.0m。

　　(2)供漿系統。防滲墻泥漿制拌系統建在防滲墻下游坡地上，包括制漿及儲料平臺各1個，100m3的回漿池1個，200m3的供漿池2個，安裝3臺ZJ-1500高速攪拌機，槽孔澆筑混凝土時置換出的膨潤土泥漿通過3PNL泵回收至漿站池中二次利用。

　　(3)混凝土拌和系統，拌和系統安裝兩臺JS500強制式攪拌機和電子配料機，采用HBT60混凝土輸送泵將混凝土泵送至槽口，另建造一個10m2試驗室，進行混凝土各項指標調試和混凝土試件養護，砂和石料庫存現場需要600m2。

　　2.2 防滲墻造孔

　　根據生產試驗結果確定槽段劃分為一期、二期槽段長度均為5.4m(主孔中心距)。

　　采用三鉆兩抓法成槽，沖擊鉆機配合液壓抓斗施工。

　　要求孔位偏差不大于3cm;孔斜率不大于4‰，遇有含孤石漂石的地層及基巖面傾斜度大等特殊情況時，孔斜率應控制在6‰以內，孔深符合設計要求。

　　2.3 終孔及清孔驗收

　　清孔采用氣舉反循環法，回收的泥漿經泥漿凈化機凈化處理后返回槽孔，同時向槽內補充新鮮泥漿。被嚴重污染的泥漿予以廢棄。

　　二期槽孔清孔換漿結束前，用刷子鉆頭分段洗刷一期槽孔端頭的泥皮和地層殘留物，以刷子鉆頭上基本不帶泥屑，孔底淤積不再增加為合格標準。

　　清孔換漿工作結束后1h，進行檢查，合格標準為：槽底淤積厚度≤10cm，槽內泥漿密度<1.15g/cm3，粘度<35s，含砂量<5%。

　　2.4 混凝土澆筑

　　入槽坍落度18～22cm，保持15cm以上時間應不小于1h，擴散度34～40cm;初凝時間應不小于6h，終凝時間不宜大于24h。

　　混凝土采用泥漿下直升導管法澆筑。終澆高程應適當超過設計標高。

　　3 帷幕灌漿施工

　　3.1 水泥帷幕灌漿施工

　　3.1.1水泥灌漿施工

　　依據現場條件，灌漿施工營地、水泥庫、蓄水池、集中制漿站設于防滲墻下游側的斜坡上，變電站、空壓機房設于防滲墻上游側的斜坡上，在灌漿工作面上設置值班室、試驗室、修配間等臨時設施，風、水、漿通過固定管路輸送至灌漿軸線各施工點。供漿系統采用集中制漿，將水灰比為0.5:1的濃漿輸送至工作面。

　　先導孔、灌漿孔、檢查孔孔徑為：Φ60~76mm，采用XY-2PC型地質鉆機鉆進，選用金剛石鉆頭或硬質合金鉆頭鉆進。鉆孔偏差不得大于10cm，鉆孔孔斜符合規范規定。

　　墻下帷幕灌漿布置兩排孔，先灌下游排，再施工上游排;墻體兩端帷幕灌漿布設三排灌漿孔，先灌下游排，再灌上游排，最后灌中間排。排內分三序施工。各單元灌漿孔完工14d后進行單元灌漿質量檢查。

　　灌段采用孔口封閉法。

　　灌漿材料采用赤峰哈河水泥廠生產的P.O 42.5普通硅酸鹽水泥。

　　灌漿設備采用3SNS型灌漿泵、高速攪拌制漿機、立式雙桶儲漿攪拌機、灌漿自動記錄系統、灌漿塞。

　　灌漿段次劃分及灌漿壓力見表1。

　　灌漿結束條件為：在最大設計壓力下，注入率不大于1L/min后，繼續灌注60min。

　　3.1.2水泥灌漿主要施工成果：

　　單位水泥注入量見下表2.從表中可以看出平均單位注入量值隨著灌漿次序的增加有明顯的減少，符合一般灌漿規律，灌漿效果十分明顯，下游排總體平均注入量,378kg/m，上游排總體平均注入量,141 kg/m，，兩排綜合總體平均注入量,261 kg/m。

　　3.2 化學帷幕灌漿施工

　　3.2.1 化學灌漿施工

　　為保證地層的滲透系數達到設計要求，本工程設計采用水泥-化學灌漿的方法綜合灌注，先進行水泥灌漿，有效固結大的巖石裂隙及堵塞大的滲漏通道，再進行化學灌漿充填水泥漿無法深入的微小裂隙。

　　化學灌漿在水泥灌漿原位孔進行，對透水率達到q≥3Lu的孔段先進行水泥灌漿。在全孔水泥灌漿全部結束后，對灌漿孔進行全孔掃孔，掃除孔壁上粘附的水泥結石并對灌漿孔進行洗孔后進行化學灌漿。化學灌漿采用分段卡塞自下而上純壓式灌漿法。

　　化學灌漿采用中國水電基礎局有限公司研制的非堿性水玻璃灌漿材料。

　　(1)非堿性水玻璃灌漿材料主要特點為：漿液粘度低，流動性好，可灌入粒徑0.05mm以下的粉細砂層或基巖微細裂隙;凝膠體抗滲性能好，能滿足工程建筑物高標準的防滲要求;能在中性或弱酸性范圍內發生凝膠，不產生SiO2溶脫，耐久性及穩定性大大優于堿性水玻璃。

　　(2)非堿性水玻璃灌漿材料主要性能指標為：漿液初始粘度值為1.5～2.5mPa.s;漿液的膠凝時間可在瞬時至幾小時內隨意調節;固砂體抗壓強度一般為0.3～0.5MPa;固砂體滲透系數k=1.3×10-8～2.3×10-10cm/s。

　　本工程采用酸化法將普通水玻璃用硫酸和穩定劑進行酸化處理，然后加入膠凝劑調節漿液凝結時間。

　　灌漿采用單泵純壓式灌注，即在孔口將漿液的a、b組份按配比混合，通過灌漿泵灌入待灌地層，根據地層、氣溫、水質等情況調節漿液配比保證最優灌漿效果。灌漿設備采用JD250/10型化學灌漿泵、低速攪拌機、儲漿罐。灌漿塞采用YS型系列液(氣)壓灌漿塞，系我局自行研制的產品，適用于純壓式灌漿。

　　當灌漿滿足下列條件之一時，即可結束灌漿：在最大設計壓力下，當注入率小于0.02L/min時，繼續灌注10min;孔段累計注入量達到200L/m，也可結束化學灌漿。但結束流量過大時需要進行掃孔二次灌漿。

　　灌漿孔化灌完成后采用0.5:1的水泥漿液置換出孔內余漿和積水，進行灌漿封孔。

　　3.2.2化學灌漿施工主要成果：

　　單位水泥注入量見下表4，從表中可以看出平均單位注入量值隨著灌漿次序的增加有明顯的減少，符合一般灌漿規律，灌漿效果十分明顯，下游排總體平均注入量,9.19L/m，上游排總體平均注入量,8.3L/m，兩排綜合總體平均注入量,8.74L/m。

　　4 防滲墻墻段接縫處理

　　防滲墻的防滲薄弱部位在墻底與基巖接觸部位以及各墻段的連接部位。墻底與基巖的接觸部位可以采用帷幕灌漿進行處理，槽段連接除了刷洗好一期槽接頭以增加滲徑外，本工程還進行了接縫灌漿和接縫上游處進行大角度的高壓擺噴灌漿，以確保防滲墻整體滲透系數達到K≤1×10-7cm/s的要求。高壓擺噴灌漿位置在墻體上游側0.8m處，處理深度為防滲墻頂至弱風化基巖面;墻接縫灌漿主要通過墻體接縫處預埋的灌漿花管來進行。混凝土防滲墻共劃分為91個單元(墻段)，即共布置90個接縫灌漿孔，預埋花管長度與墻體接頭孔深度一致，是由單節長度10cm的短管連接而成。

　　5 質量檢測及評價

　　5.1 檢測方法

　　為確保工程質量萬無一失，在進行施工單位自檢后，又請第三方進行物探檢測。

　　(1)施工單位自檢，墻體及基巖灌漿部分進行檢查孔取芯和做注水(壓水)試驗;注水(壓水)流程嚴格參照規范執行，盡可能取得精確滲透系數。

　　(2)第三方中水東北勘測設計研究有限責任公司工程物探公司對截滲體進行地震波物探和孔內電視進行檢測，其中超聲波做穿透測試，對穿距離3.3m，每次沿鉆孔垂直測試距離0.2m。另外鉆孔數字電視成像檢測墻體與基巖、帷幕灌漿效果，鉆孔數字電視成像每2cm點成像一次。盡可能得到直觀檢測目的。

　　5.2質量檢測結果

　　(1)檢查孔注水檢測結果見下表5：

　　說明：

　　①混凝土防滲墻滲透系數檢測結果K=0.0×10-8cm/s—3.1×10-8cm/s，平均值K=8.0 × 10-9cm/s;

　　②灌漿帷幕各單元各段注水試驗，滲透系數K=1.0× 10-9 cm/s—K=9.3× 10-8 cm/s，平均值K=3.0×10-8cm/s。檢查孔巖芯觀察：裂隙已被漿液充填結石

　　(2)第三方檢測結果

　　a、混凝土防滲墻段,從鉆孔數字成像來看，沒有發現斷墻或夾泥等不良現象，混凝土防滲墻垂向連續性和均勻性較好。從水平跨孔彈性波波速測試上看，經過對混凝土防滲墻所有測點波速的統計，可以得出所測混凝土防滲墻的最大波速為4.3km/s，最小波速為3.5km/s，平均波速為3.94km/s。經過統計計算可知波速分布多在平均波速的94%到104%之間，即波速多分布在3.7~4.1km/s之間，混凝土防滲墻波速曲線無劇烈變化段，亦表明水平軸向成墻連續性較好。

　　b、防滲墻與基巖接觸段,從鉆孔數字成像上來看，JC-10、JC-11、JC-13、JC-15、JC-16接觸段孔壁無掉塊現象，灌漿效果優良;JC-12、JC-14接觸段局部略有掉塊，但充漿情況良好。從水平跨孔彈性波波速測試上看，接觸段波速多在4.0~5.6km/s之間，平均波速為4.56km/s。一般隨著深度的增加波速逐漸增大。符合隨著深度增加波在巖體中傳播距離所占比例逐漸增多的實際情況，波速曲線無劇烈變化段，表明接觸段水平軸向成墻連續性較好。

　　c、基巖灌漿段,從鉆孔數字成像上來看，9個孔合計觀測到104.9m基巖灌漿段，92.5%孔段灌漿效果優良，只有JC-09孔5.4~5.7m、JC-11孔26.9~27.5m和28.6~30.5m、JC-12孔52.1m、JC-14孔45.2~47.3m、JC-16孔32.9~33.2m、JC-17孔2.0~4.8m段共計約8m由于節理裂隙發育造成局部孔壁略有掉塊，這部分約占基巖灌漿段的7.5%，但從充漿上看灌漿效果良好。從彈性波波速上看，基巖灌漿段波速多在4.5~6.6km/s之間，平均波速為5.39km/s。波速曲線多無劇烈變化段，表明灌漿效果較好。

　　(3)環境監測

　　內蒙古環保局定期現場取樣監測表明：防滲體下游地下水水質無變化，砷<0.01mg/L，遠低于國家As<0.05mg/L標準、證實本防滲工程發揮作用。

　　5.3質量評定情況

　　(1)塑性混凝土防滲墻分部工程共91個單元工程，其中83個為優良，8個為合格，合格率100%，優良率91.2%;

　　(2)帷幕(水泥)灌漿分部工程共28個單元工程，其中26個為優良，2個為合格，合格率100%，優良率為92.86%;

　　(3)化學灌漿分部工程共28個單元，其中26個為優良，2個為合格，合格率100%，優良品率為92.86%;

　　(4)接縫灌漿分部工程共有5個單元工程，其中5個為優良，合格率100%，優良品率100%;高噴灌漿分部工程共有5個單元工程，其中5個為優良，合格率100%，優良品率100%;所有分部工程質量等級評定為優良。

　　6 結束語

　　防滲工程歷經三年試驗、施工滿足環保要求，竣工驗收一次合格是礦山正常選礦的保障，項目施工取得一些經驗及教訓，總結如下：

　　經驗：(1)本工程采用“三鉆兩抓”進行成槽施工工藝，沖擊鉆機配合液壓抓斗成槽，比單純的沖擊鉆施工效率更高，既彌補了液壓抓斗不能基巖成槽的缺陷，又提高沖擊鉆功效低的缺點，確保了整個防滲工程的總工期。

　　(2)混凝土防滲墻墻段連接采用液壓拔管技術是我局的專利，采用這種技術即節約了混凝土材料，又縮短了施工工期，對節約工程的成本起到了關鍵作用。

　　(3)設計防滲標準1×10-7㎝/s的抗滲等級要求非常高。而混凝土防滲墻的薄弱地方就是槽段連接的地方。本次工程采用兩種方法來鞏固墻段連接的抗滲能力，一是在墻段連接處預埋灌漿花管采用墻體內接縫灌漿的處理方式;二是在混凝土防滲墻接縫的上游側垂直距離0.8米處大角度高壓擺噴灌漿，處理深度為防滲墻頂至弱風化基巖面，雙保險措施確保了工程質量。

　　(4)對于防滲墻底部與風化基巖的接觸面處，采用預埋灌漿管帷幕灌漿的處理方式，處理了防滲墻以下基巖的滲透路徑，提高了整個防滲體的抗滲指標。

　　(5)墻下基巖采用水泥和化學兩種復合灌漿方法，雖然投資較大，但較大的提高了防滲體的防滲等級。

　　建議：(1)地下處理工程中對地質情況的透徹了解非常重要，本工程工期緊張，而前期勘查不夠詳細，致使緊張施工的同時我單位又肩負著工程地質復勘任務，希望以后工程中重視地質勘察資料的準確性性。另外任何工程開始施工前，應根據現場實際情況以及不同施工工藝，編寫詳盡的生產性試驗方案，按此方案選取有代表性的段落進行生產性試驗施工，并總結提煉出適合本工程的施工技術參數，整理形成施工細則，以此指導后續工程施工。鼓勵全體員工創新精神，鼓勵革新施工工藝和方法。混凝土防滲墻墻體內部接縫灌漿和接縫處理大角度高壓擺噴的成功應用為以后高標準防滲處理工程摸索了經驗，值得類似工程借鑒和推廣。

　　(2)黃崗礦業Ⅲ礦區尾礦庫初期壩外地下防滲工程主要包括了混凝土防滲墻施工和帷幕灌漿施工，在施工過程中，安全管理嚴格務實，沒有出現安全事故和人員傷亡，實現了安全生產輕傷率、重傷死亡率為零的目標;整個施工期做到了文明施工;環境保護、后勤保障、雨季施工措施落到了實處;施工進度計劃得到了具體貫徹;工程防護措施派專人負責，做到了有效預防。通過對原始資料、混凝土試塊試驗報告的整理、分析和對檢查孔注水試驗的觀測，各項成果均滿足設計要求，技術可靠，質量優良，產品合格,通過各項檢測數據證明黃崗鐵礦三區尾礦庫防滲項目工程質量是優良的滿足業主和設計的要求。