山谷型尾矿库碾压堆石坝施工工法

'山谷型尾矿库碾压堆石坝施工工法1前言碾压堆石坝主体是用石料填筑，配以防渗体建成的坝。这种坝的优点是可以充分利用当地天然材料，能适应不同的地质条件，施工方法比较简便，抗震性能好。我公司承建的辽宁招金白云黄金矿业有限公司山谷型尾矿库，初期坝由碾压堆石构筑而成，内坡设一级马道，外坡设两级马道，坝底设导渗钢管，坝体内坡铺设土工布、砂砾石层构成反滤层，可防止库内尾矿泄漏。初期坝最大坝长150m，最大高度30m，子坝最终堆积高度58m，设计最终库容338万m³。施工过程中，我们采用了两种就地取材的方式，一是对坝内山体实行爆破获取填筑石料，其好处是既能扩大库容量，又能缩短运输距离；二是对选矿厂工业区原有废石及场地平整开挖出的大量石料作为填筑材料与爆破石料掺合加以充分利用，既节省了爆破采石所耗费的时间成本，又满足了设计对填筑材料的级配要求。现在总结本工程施工经验的基础上而形成此工法。该工法关键技术达到十五冶先进水平，取得了较好的经济效益和社会效益。山谷型尾矿库示意如图1.1所示。图1.1山谷型尾矿库示意图2工法特点2.1可操作性强，施工现场简洁，有利于环保。2.2施工后沉降量小、均匀，工程质量有保证。2.3能够满足设计及施工规范要求，料源较广。2.4施工进度快，效率高。3适用范围适用于山谷型尾矿库碾压堆石坝工程的施工。也可供其他土石坝工程施工参考。4工艺原理充分利用当地天然材料，将尾矿库内爆破的新石料与原选矿厂区场地平整开挖出的大量废弃石料掺合，在级配检测能满足设计对坝体填筑材料与施工规范要求质量的前提下，采用机械化联合配套作业的原则，合理布置工作面，改善运输道路条件，施工中抓好挖、装、运、卸、摊、碾六个环节的配合，分层填筑，分段整平，提高工作效率，保证施工顺利进行。 5施工工艺流程及操作要点5.1施工工艺流程施工工艺流程见图5.1施工准备填筑料选择施工便道修筑水电及其他准备技术准备坝体清基导流涵管、导渗钢管安装导渗盲沟、齿槽施工坝体填筑反滤层施工护坡、排水边沟铺砌竣工验收图5.1施工工艺流程见图5.2操作要点5.2.1施工准备：（1）技术准备：根据设计图纸，结合现场踏勘测量，编制施工组织设计，分析关键工序，确定阶段工作重点，并进行施工技术交底。利用断面法计算坝体填筑工程量，绘制施工平面图。（2）填筑料选择：坝体填筑材料来源为对坝体内山体爆破获取的填筑石料和选矿厂工业区废石及场地平整开挖出的废弃石料，经掺合、实验检测满足设计对材料的各种要求：软化系数≥0.75、粒度≤400mm、不均匀系数d60/f80≥8、小于2mm粒径≤10%，级配良好。（3）施工便道修筑：初期坝所在沟谷已有简易道路可进入施工现场，根据需要对临时道路进行拓宽加固。考虑到从库区内采石场到坝体段的交通运输及运输车辆上下坝体，需在坝体两侧沿山体的方向每10m高修筑宽度为5m的临时道路，以便在坝体填筑过程中形成循环回路，保证运输的畅通、连续，从而满足尾矿坝建设及后期运行管理的交通条件。（4）施工用水电：施工临时用水前期使用水车供应，后期业主解决；施工过程中电能消耗主要为夯机、土工布缝纫机等小型机械设备和夜间施工照明，需架设临时用电线路。 （5）确定采石料场及坝基清基弃土场；清除采石料场上的各种风化料、表土、草皮、树根等杂物。5.2.2坝体清基：（1）利用全站仪根据设计图纸和现场加密控制导线点做认真细致的复测。测得坝体清基前地形图，为后续计算清基工程量做好数据收集工作，确定坝基轮廓线（清基轮廓线为坝体轮廓线外扩4m）、坡脚线、坝体坡顶线等的具体位置，在坝基轮廓线以外布设控制桩。（2）在坝基底清基前，应根据原有水系，先沿山边开挖临时排水沟对库底流水进行临时导流，即利用已有两侧山坡坡脚溪流开挖导流沟，形成施工临时排水，待清基完再做正式导流涵管，有效防止坝底清基时，水流入基底，影响开挖。同时在坝趾往下游方向根据水流走向按间距30m-50m开挖沉淀池，沉淀池个数根据水流大小确定，避免造成水土流失破坏农业灌溉用水系。人工砍伐灌木林，运出坝基轮廓线以外弃土区堆放。（3）清基时，两侧分别按岩体的岩层走向开挖。清除超过坝基轮廓线至少4m范围内的所有草皮、树根、腐殖土、乱石、洞穴、孤石等并运至弃土场，清基深度至强风化岩层，以保证坝体填筑时的碾压质量使坝体与地基结合紧密。清基后整个坝基不得出现直立台阶或反坡，岸坡坡比不得陡于1:1。坝基下不得出现强透水层，对于埋深较大的强透水层，全部清除有困难时，需与设计联系做专门处理。（4）坝体内坡设有齿槽，使坝体内坡的反滤层嵌入坝基一定深度，防止运行过程中出现绕坝渗流导致尾矿外泄或坝基破坏，故在坝体底部清基时，要求河槽的齿槽部位在整体清基的基础上下挖1.5m，岸坡处的齿槽在整体清基的基础上下挖1.2m，确保齿槽底部以下的地层无强透水层。（5）所有清基全部完成后，利用风水枪对整个清基面遗留土石进行冲洗，确保坝基的干净整洁，在经各方验槽合格后进行下一道工序。（6）经测量测出此时的坝基地形图并结合清基前所测得的原始地形图利用网格法计算出清基土石方工程量，同时测量确定此时的坝基轮廓线、坡脚线、坝体坡顶线等的具体位置，在坝基轮廓线以外按每5m高设高程控制桩，控制桩涂红色油漆进行明显标记。5.2.3导流涵管及导渗钢管安装：（1）为了排出施工过程中库区内的水流，在坝基底部沿山体两侧往下游方向按2%的坡度各设置ø800mm预制钢筋混凝土涵管（企口式）一道作为导流涵管。导流涵管施工时先浇筑混凝土垫层及底座，相邻段间涵管采用钢丝网混凝土连接，以确保连接可靠，防止坝体填筑过程中涵管出现断裂、错位现象。每道涵管要求各延伸出坝体上下游坡脚1.5m以上。（2）在坝体底部沿导渗钢管安装线路浇筑混凝土垫层找坡，利用坡口焊接的方式对导渗钢管进行连接并刷防锈漆两遍，钢管上下游两端用土工布沿管外壁反300mm包裹两层，采用铁丝与管道缠紧。 5.2.4导渗盲沟及齿槽施工：按设计要求开挖导渗盲沟，依次对齿槽、导渗盲沟由下至上铺150mm厚砂砾石层（d=5-25mm）、400g/㎡土工布、600mm厚碎石或卵石层（d=20-50mm）、150mm厚砂砾石层（d=5-25mm）、400g/㎡土工布、150mm厚砂砾石层（d=5-25mm）、200mm厚无砂混凝土、300mm厚碎石或卵石覆盖层（d=20-200mm），土工布的搭接长度大于150mm，采用专用缝纫机进行连接。施工中应注意将导渗钢管上游一端直接包裹进导渗盲沟下游端600mm厚碎石或卵石层的中心位置，伸入长度大于1.5m。齿槽靠坝体一侧需预留出足够长度与坝体反滤层土工布缝合连接。5.2.5坝体填筑坝体填筑必须在坝基、岸坡及隐蔽工程验收合格，并经监理工程师批准后，方可填筑。罢面施工要统一管理，合理安排，分段流水作业，使填筑面层次分明，作业面平整、均衡上升。主要施工步骤是：（1）试验段施工：采用机械化联合作业的方式，由挖掘机装料、自卸汽车运料、装载机配合推土机摊铺、震动式压路机碾压的方式进行填筑施工。填筑过程开始时必须设计要求选取一段区域作压实试验（试验段），确定原始地面碾压和回填料碾压的各种施工技术参数。经现场灌水法试验确定：石料的摊铺厚度宜控制在1m以下（施工中按0.8m控制）、碾压次数为静碾压2遍、震动碾压4-6遍(靠近边坡及岸坡处适当增加碾压次数)即能够满足孔隙率≤30%、干密度≥1.9t/m³的设计要求。各种施工技术参数确定后，不得随意更改压实机具的类型、规格，分层铺筑厚度不得超过规定值。（2）填料摊铺：自卸汽车通过上坝便道运输填筑石料，在0～H/2（H为坝体总高度）区间卸料时，各分层均沿坝体纵断面方向由两端往中部推进；在H/2～H区间卸料时，各分层均沿坝体横断面方向两端往中部推进，以利于运输过程中形成回路，提高工作效率。考虑到实际施工时H/3～2H/3区间各分层平面面积大，在H/2处分层平面接近于矩形，在石料、运输能力充足的情况下可以进行同一层的分段回填，各施工段划分以能切实提高施工效率为前提。采取分段回填时，各层接缝处应形成斜坡形，重迭碾压0.5～1.0m。卸料严格按照试验段所确定的卸料距离卸料，填料卸成鱼鳞状并及时利用推土机、装载机推平后稳压一遍，以满足试验段所确定的松铺厚度。摊铺时防止大块料和小块料相对集中，必要时增加反铲挖掘机配合摊铺，确保粗细分布均匀，无明显粒料分离现象，若有大空隙处应人工用细粒料填实。（3）碾压：碾压采用进退错距法压实，尽量先沿平行坝轴线方向行进，后垂直坝轴线方向碾压。碾压前根据需要边洒水边碾压以保证其表面湿润，洒水应均匀适量，避免泡软填料或者出现离析现象。碾压时应严格控制压实遍数， 开始采用慢速不开启震动，随着土层的逐步密实，速度逐步提高并开启震动，最高速度不得大于30m/min，单位压力不应超过填料的强度极限，以免其遭到破坏，严禁压路机等施工机械在已完成的或正在碾压的平面上急刹车。两相邻段顺碾迹搭接不小于0.5m，垂直碾压迹方向搭接宽度不小于1.5m，应防止漏压、欠压和过压。上下层接缝应错开不小于1m。压实回填的施工缝各层应错开搭接，在施工缝的搭接处，应增加压实遍数。随时检验校整度、厚度等，使符合要求，不合要求之处，应随时纠正。各分层堆石区与岸坡接触带碾压时压路机以垂直于岸坡方向行进且增加碾压遍数。压路机不能碾压的地方（坝体与坝基、岸坡、齿墙的结合部位），应认真进行处理，人工配合机械薄层摊铺，每层厚度不超过25cm，采用小型振动机械碾压夯实。第1-2层填筑时应对导流涵管、导渗钢管采取必要的保护措施，随着填筑高度的上升利用级配碎石对其进行充分包裹覆盖，其周边1m范围内不得进行静碾压、2m范围内不得进行震动碾压。第3层填筑完毕后导流涵管、导渗钢管上部可视情况进行静碾压或者震动碾压，待第四层填筑完毕后应对其上部进行补充碾压数次，以补偿1-2层的压实系数。各层填筑应及时按测量所确定坝体轮廓线并结合高程进行边坡整修。上下游坝坡铺料时，可不留削坡余量，只按设计断面留出反滤层和块石护坡厚度，边填筑，边整坡。（4）碾压试验：每10000m3填筑材料做一次干容重试验，采用灌砂法配核子密度仪进行试验。小于20mm粒径石料每增加5m应做一次颗粒分析试验。每完成一层填筑并经碾压后进行现场试验并对平整度进行测量，各项结果满足规定要求后进行下一层的填筑碾压。5.2.6反滤层施工反滤层位于坝体迊水面坝坡表面，结构构成（由内而外）：碾压堆石、200mm厚沙砾石层、400g/m2土工布、200mm厚碎石层。所用碎石应先检查其粒径、级配是否符合要求，不合格的石料不得铺设,摊铺等均采用人工配合机械进行作业。反滤层的施工应与坝体填筑同步进行，先铺碎石层整平后铺土工布，然后铺碎石层，最后施工块石护坡。反滤层的材料通过坝体平面运达至作业面,由于工作面有限，且有上下交叉作业，必须注意安全作业,铺筑完后，应用电动夯实设备进行夯实拍紧。土工布在坝坡面铺设时，应形成折皱，并保持松驰状，以适应变形。铺设过程中，作业人员不得穿硬底鞋及带钉的鞋,严禁直接在合成材料上卸放护坡块石，不准用带尖头的钢筋作撬动工具，严禁在合成材料上敲打石料及一切可引起材料破损的施工作业。为防止大风吹损，在铺设期间所有的土工布均用沙袋或软性重物压住，直至保护层施工完为止。当天铺设的土工布应在当天全部拼接完成,土工布连接时，应有足够的连接宽度，防止漏连、折皱等缺陷,土工布遭损坏时，应及时进行修理，清除不合格料物，并补填合格料物，在受损土工材料外铺一层合格的土工布，保证各边长度至少大于破损部位1m以上，将两者按要求进行搭接处理。土工布在搭接处采取尼龙线缝制两道进行搭接，搭接长度为15cm，针脚不得大于3cm，并往返接缝。土工布应沿伸至坝基底部 自下向上铺设并形成整体。坝坡反滤层与原始岩石山坡接触部位要求开挖齿槽，齿槽深入基岩1.8m，齿槽施工中要求坝坡反滤层土工布伸入到对边并反卷。坝面马道的部位易产生架空现象，必要时可在该处设水平缝。反滤层的厚度和平整度应经常进行检查控制，在基层上用Φ10mm钢筋间距20m测设一根标杆中间拉线控制。5.2.7块石护坡：护坡块石可从坝体填筑料中选择符合设计要求的石料，尽量采用机械修坡、整坡、人工手摆块石的方式护砌，与坝体填筑同步施工。砌体砌筑前应测量放样，按设计断面修坡到位，砌筑时应立杆挂线，复核验证，以保证线形顺直，砌体平整。块石形状应大致方正，上下面大致平整，如有锋棱锐角，应敲除。块石分层砌筑，相邻两工作段的砌筑高差一般不宜超过1.2m，各段水平砌缝应一致，砌缝宽度不大于30mm，上下块石错缝砌筑，面石直缝应避免在同一直线上。砌筑要求平整、稳定、密实、错缝，紧靠密实，塞垫稳固，大块封边，表面平整，注意美观，竖缝宽度在50mm以上时可填塞片石。块石在使用前必须浇水湿润，表面如有泥土、水锈，应清洗干净。砌块应安放稳固，砌筑上层块石时，应避免振动下层砌块。5.2.8排水边沟砌筑：石料在施工前应浇水湿润，表面如有泥土、水锈应清洗干净，砌筑基础的第一层砌块时，应先将基底表面清洗、湿润，再坐浆砌筑。砌体应分层砌筑，各砌层应先砌外圈定位行列，然后砌筑里层，外圈砌块与里层砌块交错连成一体。砌体里层应砌筑整齐，各砌层的砌块应安放稳固，砌块间应砂浆饱满、粘结牢固。最后用1:2.5水泥砂浆进行抹面。施工完成后洒水养护，确保砂浆砌缝和抹面无裂纹、无裂缝，确保砌体整体牢固5.2.9待坝体施工完后，用砼灌注封堵预制砼管。6材料与设备主要施工机械表序号名称规格型号数量主要用途1挖掘机PC2203清基、装料、撒料、2推土机山推1601上坝料推平3震动式压路机龙工20A2坝体压实4自卸车双桥13运输5装载机50型2厂区废弃石料装车6水车5m31工程用水、洒水7质量控制7.1严格按照《碾压式土石坝施工技术规范》DL/5129-2001、《尾矿设施施工及验收规程》YS5418—95等相关标准要求施工。7.2 建立质量保证体系，加强质量意识教育，提高全体施工人员全面质量管理的理念，做到人人重视质量，个人把好质量关。7.3落实“三检制”，健全各工序自检、互检、交接检工作，做到在自检合格后，再递交监理工程师验收的质量管理制度。7.4把好原材料及有关成品、半成品进场关，坝体所用的现场材料也必须符合设计标准要求、全部材料自检后必须得到现场监理的签字认可方能使用。7.5由于取石场距离坝体较近，施工中应采取坝体防震措施：分散爆破点，采用群炮爆破时，采取不同时起爆各药包，减弱或部分消除地震波对坝体的影响；分段爆破，减少一次爆破的炸药量，选择较小的爆破作用指数，必要时采用低猛度炸药和降低装药的集中度来进行爆破。7.5尾矿坝施工后，填筑的坝顶应预留坝高的1%-3%沉陷余量，使坝顶沿轴线方向呈拱形。7.6服从和配合业主与监理工程师的现场质量监督、指导和跟班检查、验收。8安全环保措施8.1建立安全保证体系，教育施工人员加强安全意识，严守操作规程，早会安全交底。8.2施工场地场容整洁，各种材料、机具堆放、车辆停置有序，并作标识。8.3现场文明施工，保护当地资源，爱护农作物和经济作物。8.4尊重当地民风习俗，搞好与当地政府和人民群众的关系。8.5在居民区附近施工或车辆行驶时，应高度重视，严禁强烈震动，严禁噪音扰民。8.6所选定的石料场，经业主和地方环保部门检查认定，科学地选择运输路线，配置撒水车，定期对运输道路和取石场进行撒水，减少起尘量。8.7工程进行中，对废弃土石方、废料、废弃物和料、废油进行清理，不能危害农田水利、排灌系统和既有工程设施。8.8工程竣工后，清理现场的废弃土石和各种施工废料及大临设施，恢复到合同要求效果。9效益分析9.1及时控制坝体填筑料级配，保证压实质量，不造成盲目施工和人材机的浪费。9.2合理布置工作面，设备调度安排得当，不会造成窝工浪费，工作效率高。9.3可以充分利用当地天然材料，能适应不同的地质条件，可大大降低施工成本。10工程实例辽宁XXXX黄金矿业有限公司山谷型尾矿库初期坝碾压堆石坝工程，我们采用了这种施工方法，施工中加强科学管理，合理调度，工程进展顺利，施工质量优良，坝体未发现不良沉陷。受到了业主和监理的一致好评。'