一種適用于尾礦庫的改進型混合壩的制作方法
【專利摘要】一種適用于尾礦庫的改進型混合壩，包括壩體、上游面防滲層、防滲齒槽、排水堆石棱體、上游面排水層、上游面反濾層、反濾齒槽、壩外坡防滲層、壩下反濾層、壩下排水層、排水管、集滲管、壩體與山體接觸面防滲層、壩體與山體接觸面排水層，所述上游面防滲層位于壩體與排水堆石棱體、上游面排水層之間，上游面排水層、排水堆石棱體位于上游面防滲層與上游面反濾層之間，且排水堆石棱體位于上游面排水層的下方，壩下反濾層位于壩體與壩下排水層之間，排水管位于壩下排水層中，排水管的進口與集滲管相連，排水管的出口設(shè)有閘閥，集滲管位于排水堆石棱體中。本發(fā)明可利用當(dāng)?shù)夭牧现危纬杀镜?，且運行可靠，維修方便，功能全面。
【專利說明】一種適用于尾礦庫的改進型混合壩
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及一種適用于尾礦庫的改進型混合壩。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，我國尾礦庫數(shù)量達12000余座，堆存量100多億噸。尾礦庫安全關(guān)系到下游居民生命財產(chǎn)的安全、土地環(huán)境的污染，特別近幾年頻發(fā)的尾礦庫安全事故，給國家?guī)砹溯^大的經(jīng)濟損失，安全事故造成的人員傷亡影響社會的和諧穩(wěn)定。
[0003]尾礦庫安全問題突出，安全設(shè)施投入也很大。尾礦庫建設(shè)投資在整個礦山建設(shè)投資中的比例在逐漸升高。如何在提高尾礦壩安全系數(shù)的同時盡可能的降低工程投資，成為礦山發(fā)展面臨的一個重要課題。尾礦庫的安全設(shè)施主要由初期壩、堆積壩、排洪系統(tǒng)、排滲系統(tǒng)、觀測設(shè)施等組成。其中初期壩的建設(shè)投資在整個尾礦庫建設(shè)投資的比例較高，降低初期壩的投資成為降低尾礦庫建設(shè)投資的一個關(guān)鍵部分。
[0004]在尾礦庫設(shè)計中，為了尾礦壩的后期安全，初期壩壩型一般選用透水堆石壩。透水堆石壩主要由堆石體及其上游面的反濾層、保護層構(gòu)成，因透水性能好，可降低尾礦堆積壩體內(nèi)的浸潤線，加快尾礦固結(jié)，有利于尾礦壩的穩(wěn)定。透水堆石壩采用的筑壩石料一般為堅硬的花崗巖、正長巖、輝長巖、閃長巖、斑巖、輝綠巖、石英巖、桂質(zhì)砂巖、密度大的石灰?guī)r等，對于頁巖、泥灰?guī)r、角礫巖等巖石則不適于筑壩。
[0005]工程實踐中，尾礦庫庫區(qū)附近往往缺少符合要求的硬巖，若使用硬巖筑壩，則筑壩成本過高，遇到這種情況，大部分將壩型改為當(dāng)?shù)夭牧现?，即軟巖筑壩或者風(fēng)化料筑壩。工程中使用軟巖料的濕化特征比較明顯，實際各種軟巖料均有一個較為普遍的特點，即軟巖料對環(huán)境變化的敏感性很強，現(xiàn)場剛開采的各種軟巖料尚有一定的強度，但稍經(jīng)風(fēng)雨、日曬的影響，其強度迅速降低，顆粒加劇破碎。軟巖一般軟化系數(shù)小，即浸水飽和后強度損失較大，有時只剩下干燥狀態(tài)下的20%?30%，因此濕化變形較大。同樣，風(fēng)化料筑壩時往往強度低，軟化系數(shù)小，在尾礦庫的初期壩建設(shè)實踐中，采用軟巖和風(fēng)化料筑壩一般強度低，斷面大，投資高。
[0006]尾礦庫初期壩的施工過程中，為了防止洪水沖壞正在建設(shè)中的初期壩，要做施工導(dǎo)流；施工導(dǎo)流管一般選用預(yù)制鋼筋混凝土管、鋼管等，導(dǎo)流管施工完畢后，需要對導(dǎo)流管進行封堵，且封堵要有一定的強度，能夠承受尾礦堆積至終期時的尾礦荷載，封堵之后，該導(dǎo)流管基本上沒有任何作用。
[0007]浸潤線對初期壩體的影響表現(xiàn)在四個方面:a)改變壩體內(nèi)的應(yīng)力狀態(tài)，浸潤線以下的巖土體有效應(yīng)力減?。籦)降低浸潤線以下巖土體的物理力學(xué)指標；c)在浸潤線溢出部位可能產(chǎn)生管涌、流土等滲透破壞；d)筑壩材料為粉土、砂土?xí)r，在浸潤線較高的情況下，初期壩存在地震液化的可能性。故在工程實踐中，盡量降低壩體內(nèi)的浸潤線對壩體的穩(wěn)定
意義重大。
[0008]尾礦庫投入運行初期，排洪系統(tǒng)尚未開始進水，尾礦沉積灘面沒有形成，透水堆石壩一般會出現(xiàn)短暫的跑渾現(xiàn)象，跑渾的時間取決于初期壩的高度、尾礦排放量及初期庫容量等。目前，防止初期壩跑渾的措施為在初期壩上游面底部一定高度范圍內(nèi)設(shè)置粘土斜墻，設(shè)置粘土斜墻一方面會增加工程投資，另一方面會一定程度上削弱尾礦堆積壩的排滲能力。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，提供一種投資較低、運行可靠、便于維修、功能全面的適用于尾礦庫的改進型混合壩。
[0010]本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:一種適用于尾礦庫的改進型混合壩，包括壩體、上游面防滲層、防滲齒槽、排水堆石棱體、上游面排水層、上游面反濾層、反濾齒槽、壩外坡防滲層、壩下反濾層、壩下排水層、排水管、集滲管、壩體與山體接觸面防滲層、壩體與山體接觸面排水層，所述上游面防滲層位于壩體與排水堆石棱體、上游面排水層之間，所述上游面防滲層的下端位于防滲齒槽中，所述防滲齒槽位于壩下排水層下方，所述上游面排水層、排水堆石棱體位于上游面防滲層與上游面反濾層之間，且排水堆石棱體位于上游面排水層的下方，所述上游面反濾層的下端位于反濾齒槽中，所述壩下反濾層位于壩體與壩下排水層之間，所述排水管位于壩下排水層中，所述排水管的進口與集滲管相連，所述排水管的出口設(shè)有閘閥，所述集滲管位于排水堆石棱體中，所述壩體與山體接觸面防滲層位于壩體、壩體與山體接觸面排水層之間。
[0011 ] 進一步,所述壩體由風(fēng)化料、軟巖料、廢石、廢洛、土料等當(dāng)?shù)夭牧辖ǔ伞?br> [0012]進一步，所述上游面防滲層、壩體與山體接觸面防滲層為30cm厚砂礫石墊層-2.0mmHDPE膜_50cm厚粘土墊層,砂碌石墊層的砂碌石D=2?10mm。
[0013]進一步，所述上游面反濾層、壩下反濾層為30cm厚砂礫石墊層_400g/m2 土工布-30cm厚砂碌石墊層,砂碌石墊層的砂碌石D=2?10mm。
[0014]進一步，所述壩外坡防滲層為IOcm預(yù)制塊護坡，中間水泥砂漿抹縫。
[0015]本發(fā)明通過設(shè)置上游面防滲層、壩外坡防滲層、壩體與山體接觸面防滲層，將壩體滲透水與筑壩材料最大程度的隔離，通過設(shè)置壩下反濾層，降低壩體內(nèi)的浸潤線高度，使筑壩材料大部分處于浸潤線以上，物理力學(xué)指標及有效應(yīng)力較高，壩體穩(wěn)定安全系數(shù)較高。對于筑壩材料為軟巖的情況，該壩型可以使軟巖盡量保持干燥狀態(tài)，強度損失比例將大幅降低，加上軟巖特有的較高的碾壓干密度，對壩體的穩(wěn)定性十分有利。通過利用當(dāng)?shù)夭牧先顼L(fēng)化料、軟巖料、廢石、廢渣、土料等最大程度的降低工程投資，解決施工過程中經(jīng)常遇到的筑壩材料不足問題。
[0016]本發(fā)明通過設(shè)置排水堆石棱體、上游面反濾層以及在壩下設(shè)置排水管，且排水管上設(shè)置閘閥，可以靈活控制壩型的透水功能。當(dāng)閘閥關(guān)閉時，該壩為不透水壩，當(dāng)閘閥開啟時，該壩屬于透水壩。能夠靈活控制壩體的透水性對尾礦庫的意義重大，因為當(dāng)尾礦庫運行初期，尚未形成尾礦沉積灘，尾礦不易澄清，對于碾壓透水堆石壩來說，經(jīng)常出現(xiàn)跑渾現(xiàn)象，此時可以將閘閥關(guān)閉，改進型混合壩即為不透水壩，可以防止初期跑渾現(xiàn)象。當(dāng)尾礦堆至初期壩壩頂，排洪系統(tǒng)可以排水時，尾礦沉積灘面已經(jīng)形成，此時經(jīng)過尾礦過濾的尾礦水已經(jīng)較清，可以將閘閥打開，改進型混合壩變?yōu)橥杆畨危档臀驳V堆積體內(nèi)的浸潤線高度，對壩體的穩(wěn)定安全有利。在尾礦堆積高度沒有堆積至初期壩頂、排洪系統(tǒng)無法排水之前，遭遇到較大頻率的洪水時，為防止洪水漫頂，在保證不發(fā)生沖刷破壞的前提下，可以適度控制閘閥的開啟個數(shù)及時排水，對尾礦庫初期防洪起到輔助作用。
[0017]在排水堆石棱體頂部標高以下主壩體完成后，對于匯水面積較小的尾礦庫，壩下排水管可以發(fā)揮施工導(dǎo)流的作用，對于匯水面積較大的尾礦庫，壩下排水管可以輔助其他施工導(dǎo)流措施發(fā)揮施工導(dǎo)流作用。
[0018]當(dāng)初期壩與兩側(cè)山體的接觸部位或者初期壩壩底有地表水、涌水或裂隙水、滲透水時，應(yīng)采取措施將上述水流引至初期壩下游，防止進入壩體內(nèi)，軟化筑壩材料或提升壩體浸潤線，給壩體安全造成安全隱患。當(dāng)兩側(cè)山體的滲透水流呈現(xiàn)集中出流的狀態(tài)時，可以通過設(shè)置適當(dāng)斷面的排水管將滲透水流引至壩體下游；當(dāng)兩側(cè)山體的滲透水流呈面狀形式出流時，可以在筑壩材料與山體之間設(shè)置排水層，將水流引至壩底排出；當(dāng)兩側(cè)山體滲水量極小，筑壩材料不是軟巖時，也可不設(shè)置排滲措施。
[0019]綜上所述，本發(fā)明具有以下優(yōu)點:(1)可以最大程度的適應(yīng)當(dāng)?shù)乜蛇x用的筑壩材料，包括土料、軟巖料、風(fēng)化料、廢石等，解決筑壩材料不足或不能滿足設(shè)計要求的情況；
(2)壩體內(nèi)的浸潤線很低，壩體的穩(wěn)定安全系數(shù)較高；(3)初期壩建設(shè)期間可以利用壩下排滲系統(tǒng)作為施工導(dǎo)流措施中的一部分；(4)若尾礦水水質(zhì)對筑壩材料有腐蝕作用，使用本發(fā)明，可以最大程度的降低尾礦水質(zhì)對筑壩材料的影響；(5)在尾礦庫運行初期，可以通過關(guān)閉排水管，使尾礦水得以澄清，防止發(fā)生初期跑渾問題；(6)對于尾礦水不能外排或尾礦庫需要防滲處理的情況，該壩型既可以起到防滲作用，又可以在壩體穩(wěn)定安全系數(shù)較低時，通過開啟排水管排水，降低堆積壩體內(nèi)的浸潤線高度，提高壩體安全系數(shù)的作用；(7)對壩基的透水性適應(yīng)性很好，對于透水性比較強的地基，可以在防滲齒槽處設(shè)置帷幕灌漿，減少透水性，可以靈活控制壩體內(nèi)滲水及尾礦庫滲漏；(8)因該壩型壩下管徑一般較小，一旦在運行過程中發(fā)生損壞，可以及時進行封堵處理，其破壞性影響可以控制在一定程度內(nèi)。
[0020]本發(fā)明適用于干堆場初期壩、排土場初期壩、垃圾填埋場壩等，特別適用于遇水軟化、泥化，強度明顯降低的情況；
【專利附圖】

【附圖說明】
[0021]圖1為本發(fā)明實施例的縱剖面示意圖；
圖2為圖1所示實施例的平面示意圖；
圖3為圖1所示實施例的橫剖面示意圖；
圖中:1-壩體、2-排水堆石棱體、3-反濾齒槽、4-防滲齒槽、5-排水管、6-集滲管、7-上游面反濾層、8-上游面防滲層、9-壩下反濾層、10-壩外坡防滲層、11-壩下排水層、12-上游面排水層、13-閘閥、14-壩體與山體接觸面防滲層、15-壩體與山體接觸面排水層。
【具體實施方式】
[0022]以下結(jié)合附圖及實施例對本發(fā)明作進一步說明。
[0023]參照附圖，本實施例包括壩體1、上游面防滲層8、防滲齒槽4、排水堆石棱體2、上游面排水層12、上游面反濾層7、反濾齒槽3、壩外坡防滲層10、壩下反濾層9、壩下排水層
11、排水管5、集滲管6、壩體與山體接觸面防滲層14、壩體與山體接觸面排水層15，所述上游面防滲層8位于壩體I與排水堆石棱體2、上游面排水層12之間，所述上游面防滲層8的下端位于防滲齒槽4中，所述防滲齒槽4位于壩下排水層11下方，所述上游面排水層12、排水堆石棱體2位于上游面防滲層8與上游面反濾層7之間，且排水堆石棱體2位于上游面排水層12的下方，所述上游面反濾層7的下端位于反濾齒槽3中，所述壩下反濾層9位于壩體I與壩下排水層11之間，所述排水管5位于壩下排水層11中，所述排水管5的進口與集滲管6相連，所述排水管5的出口設(shè)有閘閥13，所述集滲管6位于排水堆石棱體2中，所述壩體與山體接觸面防滲層14位于壩體1、壩體與山體接觸面排水層15之間。
[0024]本實施例的施工順序一般為防滲齒槽、齒槽部分防滲層及齒槽回填、壩下排水管、排水堆石棱體、排水堆石棱體下游部分防滲層、壩下排水層、壩下反濾層、排水堆石棱體頂部標高以下主壩體、排水堆石棱體頂部標高以上主壩體、壩前部分防滲層、上游面排水層、反濾齒槽及上游面反濾層。在壩體填筑過程中施工壩體與山體之間的防滲層、排水層。
[0025]初期壩下埋設(shè)的管道，采用柔性管，如鋼管、PVC管等，管徑一般在800mm以內(nèi)，數(shù)量可以根據(jù)實際情況而定，宜均勻布置，每條管道均設(shè)有一個閘閥，控制管道的出流。
[0026]庫內(nèi)排水層厚度的估算方法
Qi > Qz ,Ql=BxLXV, I, = kXi ^ Qz= -4xK , = xif 式中:G1為排水層滲水量；込為估算的尾礦壩最大滲水量；5為排水層厚度.’[為沿壩軸線方向排水層的平均長度；r為排水層中平均流速；t為排水層的滲透系數(shù)力排水層中水流的比降u為壩體上游面面積；^為尾礦滲透水平均流速；fcm為各尾礦分層中的最大滲透系數(shù)；‘為尾礦滲透水中的水力坡降。
[0027]防滲層設(shè)計應(yīng)考慮的因素:根據(jù)初期壩的高度，選擇對應(yīng)水壓承受能力的防滲膜；防滲膜的上、下層應(yīng)設(shè)計粘土保護層，防止施工過程中，防滲膜損壞，粘土保護層的厚度應(yīng)根據(jù)承受水壓及施工可能產(chǎn)生的外力確定；防滲膜應(yīng)通過齒槽、防滲帷幕深入溝底及兩側(cè)不透水層；防滲膜在轉(zhuǎn)彎、搭接處要采取加強措施，并采取錨固措施，防止扯出，保證接頭處的水壓承受力。
[0028]某尾礦庫采用上游法尾礦筑壩，總壩高94.5m,尾礦堆積壩高60m。初期壩可以選用的筑壩材料為當(dāng)?shù)亟佊⑶稁r，隧洞掘進開挖廢渣，絹英千枚巖有一定程度的風(fēng)化。初期壩采用改進型混合壩，壩頂寬度為4m，上游邊坡坡比為1:2.0，下游坡坡比為1:2.0，初期壩高度為34.5m。
[0029]排水堆石棱體頂寬6m，下游邊坡坡比為1: 1，高度為IOm ;上游面反濾層、上游面排水層、上游面防滲層的組成依次為30cm塊石護坡、30cm厚砂碌石墊層(D=2~10mm)-400g/m2 土工布_30cm厚砂碌石墊層(D=2~10mm)、2.15m塊石排水層、30cm厚砂碌石墊層(D=2~10mm) -2.0mmHDPE膜_50cm厚粘土墊層。壩體與兩側(cè)山體之間的防滲層組成為壩體材料-50cm粘土墊層_2mmHDPE膜_30cm厚砂礫石墊層(D=2~IOmm)-清基后山體。壩體底部排滲層組成為壩體材料、30cm厚砂碌石墊層(D=2~10mm) -400g/m2 土工布_30cm厚砂石樂石墊層(D=2~10mm)、3m厚塊石排水層-清基后壩體底部基礎(chǔ)。壩外坡防滲層組成為IOcm預(yù)制塊護坡，中間水泥砂漿抹縫，施工至壩體塊石排水層上部。壩體排水管采用DN300鋼管，管壁厚度為8mm，根數(shù)為4根，每根鋼管外設(shè)置一個閥門。鋼管前集水管采用DN600鋼管，鋼管外梅花鉆孔，每周鉆孔18個，鉆孔間距10cm，孔徑2cm，鋼管外包400g/m2 土工布。
[0030]計算尾礦堆積壩體中的滲流量為5L/s，塊石排水層的設(shè)計集水量為23L/s，鋼管設(shè)計排水量為774L/S。
【權(quán)利要求】
1.一種適用于尾礦庫的改進型混合壩，包括壩體，其特征在于:還設(shè)有上游面防滲層、防滲齒槽、排水堆石棱體、上游面排水層、上游面反濾層、反濾齒槽、壩外坡防滲層、壩下反濾層、壩下排水層、排水管、集滲管、壩體與山體接觸面防滲層、壩體與山體接觸面排水層，所述上游面防滲層位于壩體與排水堆石棱體、上游面排水層之間，所述上游面防滲層的下端位于防滲齒槽中，所述防滲齒槽位于壩下排水層下方，所述上游面排水層、排水堆石棱體位于上游面防滲層與上游面反濾層之間，且排水堆石棱體位于上游面排水層的下方，所述上游面反濾層的下端位于反濾齒槽中，所述壩下反濾層位于壩體與壩下排水層之間，所述排水管位于壩下排水層中，所述排水管的進口與集滲管相連，所述排水管的出口設(shè)有閘閥，所述集滲管位于排水堆石棱體中，所述壩體與山體接觸面防滲層位于壩體、壩體與山體接觸面排水層之間。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的適用于尾礦庫的改進型混合壩，其特征在于:所述壩體由風(fēng)化料、軟巖料、廢石、廢渣或土料建成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的適用于尾礦庫的改進型混合壩，其特征在于:所述上游面防滲層、壩體與山體接觸面防滲層為30cm厚砂碌石墊層-2.0mmHDPE膜_50cm厚粘土墊層，砂碌石墊層的砂碌石D=2?10mm。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的適用于尾礦庫的改進型混合壩，其特征在于:所述上游面反濾層、壩下反濾層為30cm厚砂碌石墊層_400g/m2 土工布_30cm厚砂碌石墊層,砂碌石墊層的砂碌石D=2?10_。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的適用于尾礦庫的改進型混合壩，其特征在于:所述壩外坡防滲層為IOcm預(yù)制塊護坡，中間水泥砂漿抹縫。
【文檔編號】E02B7/02GK103953008SQ201410170030
【公開日】2014年7月30日 申請日期:2014年4月25日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月25日
【發(fā)明者】鄧書申, 張岳安, 陳雯 申請人:化工部長沙設(shè)計研究院