大沟河赤泥库初期坝工程地质评价_郝深志.pdf

2023年第2期西部探矿工程*收稿日期：2021-12-10修回日期：2021-12-11作者简介：郝深志（1980-），男（汉族），河南孟津人，高级工程师，现从事水利水电工程地质勘察、岩土工程和基础处理设计、施工、检测工作。大沟河赤泥库初期坝工程地质评价郝深志*（河南省水利勘测有限公司，河南 郑州 450003）摘要：大沟河赤泥库初期坝最大坝高约60m，坝顶高程500m，相应库容约301104m3。拟在初期坝基础上加高35m，加高后堆积坝最大坝高约95m，坝顶高程535m。初期坝的渗漏、稳定等工程地质问题尤其重要，对场区工程地质条件进行评价，提出存在的主要工程地质问题，为尾矿库的设计、安全评价具有一定的指导意义。关键词：初期坝；工程地质；评价中图分类号：TV62 文献标识码：A 文章编号：1004-5716(2023)02-0012-041工程概况大沟河赤泥库位于洛阳市新安县铁门镇大沟河村和陈村之间，初期坝最大坝高约60m，坝顶高程500m，相应库容约301104m3。拟在初期坝基础上加高35m，加高后堆积坝最大坝高约95m。根据洛阳香江万基铝业有限公司提供资料：初期坝主坝设于沟口，采用库区开挖砾质土、碎石碾压而成。设计坝顶标高490m，坝底标高440m，坝高50m，坝轴线长470m，内坡比为1 2.0，外坡各马道间坡比均为1 2.8。在坝体外坡面480m、470m、460m、450m、440m高程处各设置一条马道，马道宽2m。坝体外坡坡脚设置排水棱体，排水棱体采用堆石结构。后期大坝经过加高，加高后坝顶高程500m，加高后最大坝高60m，采用粉质粘土碾压填筑。现状尾矿库排水系统主要有：主坝马道和坝顶内侧沿坝轴线方向各设置一道坝面横向排水沟，各相邻马道间每隔50m设置1道纵向排水沟，排水沟均为混凝土结构，矩形断面，壁厚300mm。坝面横向排水沟由中间坡向两侧坝肩截水沟，断面为bh=400mm400mm，两侧分别和坝肩截水沟相连。左断面为bh=400mm600mm，右断面为bh=400mm1000mm。坝面440m标高横向排水沟由右侧坡向左侧，确保赤泥渗水全部进入回水池。在大坝马道内侧沿坝轴线方向各设置一道坝面纵向排水沟，各相邻马道间每隔50m设置1道横向排水沟，排水沟均为矩形断面，坝面纵向排水沟由中间坡向两侧坝肩截水沟，中间断面为 bh=400mm400mm，两侧分别和坝肩截水沟相连，左断面为bh=400mm600mm，右断面为bh=400mm1000mm。根据地质测绘及现场调查资料，现状主坝纵、横向排水沟均损毁严重（详见图1图2），受坝体渗水影响，局部坝坡有塌陷、隆起现象。图1主坝下游排水沟图2主坝下游坝体裂缝122023年第2期西部探矿工程2尾矿库工程地质概况2.1地形地貌大沟河赤泥库位于豫西浅山丘陵区。微地貌属浅山沟谷地貌。两岸为二叠系灰白色砂岩、紫红色泥岩，东部鞍部低洼地带有少量上第三系粘土岩，主坝左坝肩岗坡覆盖有厚度2m左右的上更新统棕黄色粉质粘土，右岸肩岗坡覆盖有厚度13m坡积卵石。左岸山体略单薄，山体高程500520m，右岸山体雄厚，山体高程510545m。坝址位于大沟河沟谷中，沟宽100380m，沟底高程430470m，坡降约3%。尾矿库坝址以上汇流面积约0.20km2。2.2地层岩性勘察深度范围内，工程场区揭露地层主要有二叠系上统上石盒子组下段基岩、上第三系粘土岩、第四系中更新统冲洪积层、第四系全新统坡积层和第四系人工堆积层。现由老至新分述如下。2.2.1二叠系上统上石盒子组下段（P2s1）岩性主要为灰白、黄绿色砂岩和紫红色泥岩。泥岩：紫红色为主，泥质结构，层状构造，为较硬岩，巨厚层状，单层厚度一般1.01.5m，见高倾角裂隙发育，岩性不均一，夹砂岩薄层。岩层产状2103135。该层主要分布于左岸山体部位。该层揭露层厚1.05.0m，层底高程473.55475.54m。2.2.2上第三系中新统洛阳组（N1l）河湖相沉积，岩性主要为粘土岩。粘土岩：棕红色，坚硬土状，成岩差，岩芯失水干裂，裂面见黑色铁锰质风化薄膜。该层主要分布在东部鞍部低洼地带。仅DGHCN-17孔揭露，钻孔揭露厚度3.1m，层底高程473.03m。2.2.3第四系（Q）（1）第四系中更新统（Q2）。粉质粘土：棕黄色，硬塑状，可见黑色铁锰质风化斑点及薄膜，见灰白色钙质结核，结核粒径一般1cm左右，含量约占3%5%。该层主要分布在主坝左坝肩岗 坡 坡 顶。该 层 揭 露 层 厚 1.92.3m，层 底 高 程448.18477.87m。（2）第四系全新统（Q4）。卵石：灰白色，稍密中密状，棱角次棱角状，成分主要为砂岩，粒径一般38cm，大者15cm左右，泥质充填，含量约占60%。该层主要分布于东部鞍部及主坝右坝肩岗地坡顶。该层揭露层厚3.74.7m，层底高程474.55477.39m。2.2.4人工堆积层（QS）主要为坝体填筑土，岩性为砾质土、碎石、重粉质壤土、尾重亚粘土和细砂。库内为尾重亚粘土（赤泥）。细砂：灰黄色，稍密状，成分主要为石英和长石，次为暗色矿物，砂质不纯。该层主要位于主坝下游坝坡坡顶。尾重亚粘土（赤泥）：灰褐、灰黑色，软塑可塑状，土质稍杂乱。该层揭露层厚16.132.1m，层底高程464.48480.17m。2.3地质构造与地震工程场区位于华北准地台（）之豫西台褶带（5）的东部边缘。本区主要有东西向、北西向、北东向等构造体系，并在本区复合，构成了本区基本构造格局。工程区右岸有一条断层即f1断层出露：正断层，断层产状 14470，该断层切割二叠系砂岩，断层带宽约0.3m，影响带宽约1.5m，充填断层角砾岩。工程场区位于豫皖地震构造区，该区的基底为华北地块南部边缘带。按照 中国地震动参数区划图（GB18306-2001）（1 400万），工程场区地震动峰值加速度为0.05g，相当于地震基本烈度度，地震动反应谱特征周期0.40s。2.4水文地质条件2.4.1地下水赋存及补给条件新安县属北暖温带大陆性季风气候。库区范围内，地面无大的地表水体，在雨季，雨水沿冲沟自然排泄。库区所处的地貌形态决定了水文地质单元以补给、径流为主，受地貌单元和构造的控制，库区及周边地下水分布明显较弱，地下水以上层滞水和下部基岩裂隙潜水为主。上层滞水赋存于残积粉质粘土和坡积碎石的孔隙中，水量不均衡，残积粉质粘土的渗透系数经验值为0.060.80m/d，砂质页岩不含水，石英砂岩裂隙欠发育。根据调查库区附近的水井水位分析，其含水量较小，下部地下水主要是奥陶纪灰岩溶裂隙水，洛阳电力集团土古洞供水水源地水位埋深分布不一，一般埋深在65110m之间，单井单位涌水量在150200m3/h。地下水补给来源主要为大气降水，其动态变化受季节变化控制，每年的 79月为雨季，地下水水位年变幅在2.03.0m左右，蒸发和开采是其主要的排泄方式。以库区周边分水岭圈定库区的大气降水汇水面132023年第2期西部探矿工程由表1可知，第层尾重亚粘土具中等透水性，透水性一般较好，有利于尾矿库水向下游排泄；坝体第-1层尾重亚粘土具弱中等透水性；第-2层粉质粘土具弱透水性；第-3层碎石具中等透水性；第-4层砾质土具中等透水性；第-5层碎石具中等透水性；第-6层砾质土具中等透水性；坝基第层卵石具中等透水性，第层粉质粘土具弱透水性，第层粘土岩具弱透水性，第层泥岩具弱透水性，第层砂岩具弱透水性，第层泥岩具弱透水性。各岩层以具中等透水性为主，透水性一般较好，有利于尾矿库水向下游排泄。2.5坝体浸润线勘察期间该区为枯水季节，库区上游基本无来水，现状尾矿采用干法堆积。勘察期间测得库内水位高程494.55495.57m，主坝水位高程 432.37492.67m，水位埋深自主坝坝顶至下游坡脚逐渐降低，测绘期间在大坝下游坡发现一渗水点，渗水点出露高程483.5m。据地质测绘及业主提供资料，尾矿库生产运行期间，沉积滩内的尾水主要通过库面排水管向两侧纵向截洪沟排泄。勘察期间未见到浸润线观测设施，且业主未提供浸润线观测资料。建议加装浸润线观测设施，在后期尾矿库生产运行期间通过观测管及逸出点观测，进一步确定坝体浸润线的分布情况。3尾矿库初期坝工程地质条件及评价该尾矿库初期坝主要由尾重亚粘土、粉质粘土、砾质土和碎石堆积填筑，并经机械碾压而成。局部下游坝坡略有隆起。根据钻探及试验资料，坝体砾质土及碎石中钻进常有坍塌、掉块现象，碎石级配不良，密实度较差。根据现场调查、土工试验及钻孔注水试验资料，坝体具中等透水性。试验表明主坝坝体防渗性能差，特别是在高程485m以下多具中等透水性，且在大坝下游坡发育有一渗水点，渗水点出露高程483.5m，坝体渗漏可能带走碎石、砾质土中细颗粒，造成坝体局部架空，影响坝体安全。同时表明，坝体抢险灌浆未达到预期效果，渗漏问题依然存在。综上所述：初期坝坝基地质条件良好，坝体防渗性能较差，且进一步渗漏产生的渗透变形可能影响局部坝体稳定。建议对坝体采取防渗处理措施，并对排水措施进行维护、修复，安装浸润线观测设施。并进一步加强初期坝体的反滤排水措施，防止坝体浸润线上升产生坝体渗透变形。根据地质测绘及现场调查资料，现状主坝纵、横向排水沟均损毁严重，受坝体渗水影响，局部坝坡有塌陷、隆起现象。4结语（下转第22页）岩土名称及编号尾重亚粘土-1尾重亚粘土-2粉质粘土-3碎石-4砾质土-5碎石-6砾质土卵石试验方法室内试验室内试验注水试验室内试验注水试验注水试验注水试验注水试验注水试验注水试验组数1610120413421范围值(1.502.30)10-4(0.625.60)10-4(0.306.80)10-5(2.306.70)10-5(0.792.60)10-4(0.594.20)10-3(5.205.80)10-4平均值1.7610-42.2110-47.6010-52.1610-55.0310-51.7010-31.5310-42.2010-35.5010-41.3010-3渗透性等级中等透水中等透水弱透水弱透水弱透水中等透水中等透水中等透水中等透水中等透水表1岩土体单元渗透试验成果统计表积，经计算其值约为 0.5km2，库区地下水分布不均，沟谷底部残积粉质粘土水位埋深2.54.0m。2.4.2岩土体的渗透性本次勘察对堆积坝（粉质粘土）和沉积滩内尾矿重亚粘土取原状样进行了室内渗透试验，对堆积坝做现场钻孔注水试验。各土体单元渗透试验成果列于表1。142023年第2期西部探矿工程（6）套扫最后一小根埋住的钻铤时，增加了磺化沥青的浓度为4%5%，同时加入高粘纤维素，提高粘度为2225s，并增加了冲扫孔时间为一个循环1个多小时将近2h，直至孔内沉渣全部返回地面，使孔底干净，关泵后钻具能轻松自如地落到孔底。然后才提钻换丝锥打捞上了一小根钻铤，将事故安全结束。（7）使用反丝钻杆的每一回次都仔细检查丝锥的磨损情况，并且及时更换，丝锥下井后上扣要紧，防止提钻时钻具脱落，形成安全隐患，同时造成事故复杂化，人为增加处理难度。（8）根据孔内钻具反取的难易程度确定是否使用安全接头，保证反丝钻杆的安全，以避免事故复杂化，形成事故加事故，更加难处理。（9）提下钻时检查接头磨损情况，磨损大要及时更换，使钻具保持良好的使用状态。下钻时丝扣要上紧，以防止倒车后甩脱钻具，造成更大的事故。5结语（1）严格遵守钻探技术规程，坚持“预防为主，处理为辅”的方针，既要根据钻遇地层合理使用钻进技术参数，也要坚持采取必要的预防措施，尽量避免事故的发生。（2）项目部和施工机组对西北地区的地层认识不足，仍采取和两淮地区同样的钻进工艺和泥浆体系。事故处理时，由钻探技术人员及时改为无固相磺化泥浆才使事故顺利处理完毕。因此，合理使用泥浆不仅是钻探施工的需要，尤其在事故处理时更能减少处理时间、避免事故复杂化、加快处理进度的有力保障。（3）事故发生后，应认真分析事故发生的原因、性质；制定处理方案时要考虑设备、机具及工艺水平的实际状况，以及操作者的使用习惯；处理过程中，要贯彻先易后难、先简后繁的原则，根据事故的具体情况灵活修订处理方案；确定了具体的处理措施方法、步骤后