[摘 要] 黄岗矿业Ⅲ矿区尾矿库初期坝外地下防渗工程位于内蒙古自治区赤峰市克什克腾旗北部木希嘎乡境内，本工程为一项环保处理工程，其主要目的是截断库区内含有有毒物质的水源渗入到库区下游，防止下游草地生态被污染，同时保证生产废水经沉淀后重复输送到选矿厂二次利用，施工采用 “上墙下幕”方案进行防渗处理
[关键词 黄岗矿业,尾矿库,防渗处理,防渗墙,化学灌浆
1工程概况
黄岗矿业Ⅲ矿区尾矿库初期坝外地下防渗工程位于内蒙古自治区克什克腾旗北部，其主要目的是截断库区内含有有毒物质的水源渗入到库区下游，防止下游草地生态被污染，同时保证生产废水经沉淀后重复输送到选矿厂二次利用。
主要施工项目包括：混凝土防渗墙、墙下帷幕(水泥、化学)灌浆、两岸延长段帷幕(水泥、化学)灌浆、防渗墙槽段接缝灌浆，接缝高压喷射灌浆。混凝土防渗墙墙厚100cm，最大墙深为61.3m;墙下及两岸进行帷幕灌浆;墙段内接缝灌浆孔深为对应墙体接缝处深度，墙体混凝土浇筑时预埋灌浆花管;接缝外高压喷射灌浆孔深在对应墙体接缝处深度的基础上加深30～50cm。
区内岩性构造简单，位处于矿区北东向大构造带的东侧，矿区控矿大断层的下盘，次一级构造不发育。地层为中性火山岩，岩性为安山岩、凝灰质砂岩。上覆第四系松散堆积物，尾矿库范围内主要地层为：砂质粉土、角砾、粉细砂和细砂、碎石、含砾石粉质粘土、中细砂，以下为基岩。
该工程为环保项目，截渗标准要求极高，要求防渗体渗透系数K≤1×10-7cm/s，是国家环保部门的强制性行业标准。设计方案最终采用“上墙下幕”方式。防渗墙墙顶为阶梯状，其端点与两侧山体岩石交接处高程为1620m，防渗墙墙顶最低高程为1608m，其他地段与地表高程一致，墙底嵌入中等风化岩石0.5m。混凝土防渗墙墙体材料为自密实塑性混凝土，一级配，抗压强度10～15MPa，抗拉强度≥1.2MPa，抗渗等级为W8，渗透系数K=1×10-7～1×10-8cm/s。防渗墙槽段连接采用接头管法。墙体接缝采用接缝灌浆和大角度摆喷，加强接缝的防渗可靠性。墙下布置两排帷幕灌浆孔，排距为0.6m，孔距1.2m，梅花型布孔。帷幕灌浆深度最初定为10.0m，后来施工时，对局部地质条件差的地方进行了加深灌浆，原则为深入渗透系数K≤1×10-7cm/s的岩石层。
设计主要工程量为：土方开挖35000 m3，土方回填5400m3，混凝土防渗墙17078m3，预埋灌浆管(Ф110) 18860m，预埋花管(Ф76) 2220m，帷幕灌浆钻孔14144m，帷幕灌浆2267m，墙体接缝灌浆2220m，接缝高喷1900m，化学灌浆12080m。
2 防渗墙工程施工
防渗墙施工范围0+005.4～0+497.8m，轴线长492.4m，墙顶高程分4个台阶高程分别为1620m、1614m、1608m、1616m，墙体嵌入基岩按进入弱风化基岩1.0m。
2.1 主要施工临建布置
(1)导向槽及施工平台施工临建。防渗墙施工平台分阶梯形建造，冲击钻机平台布置在防渗墙上游侧，宽度为9.0m，倒渣平台及抓斗施工平台布置在防渗墙的下游侧，宽度为16.0m。
(2)供浆系统。防渗墙泥浆制拌系统建在防渗墙下游坡地上，包括制浆及储料平台各1个，100m3的回浆池1个，200m3的供浆池2个，安装3台ZJ-1500高速搅拌机，槽孔浇筑混凝土时置换出的膨润土泥浆通过3PNL泵回收至浆站池中二次利用。
(3)混凝土拌和系统，拌和系统安装两台JS500强制式搅拌机和电子配料机，采用HBT60混凝土输送泵将混凝土泵送至槽口，另建造一个10m2试验室，进行混凝土各项指标调试和混凝土试件养护，砂和石料库存现场需要600m2。
2.2 防渗墙造孔
根据生产试验结果确定槽段划分为一期、二期槽段长度均为5.4m(主孔中心距)。
采用三钻两抓法成槽，冲击钻机配合液压抓斗施工。
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层及基岩面倾斜度大等特殊情况时，孔斜率应控制在6‰以内，孔深符合设计要求。
2.3 终孔及清孔验收
清孔采用气举反循环法，回收的泥浆经泥浆净化机净化处理后返回槽孔，同时向槽内补充新鲜泥浆。被严重污染的泥浆予以废弃。
二期槽孔清孔换浆结束前，用刷子钻头分段洗刷一期槽孔端头的泥皮和地层残留物，以刷子钻头上基本不带泥屑，孔底淤积不再增加为合格标准。
清孔换浆工作结束后1h，进行检查，合格标准为：槽底淤积厚度≤10cm，槽内泥浆密度<1.15g/cm3，粘度<35s，含砂量<5%。
2.4 混凝土浇筑
入槽坍落度18～22cm，保持15cm以上时间应不小于1h，扩散度34～40cm;初凝时间应不小于6h，终凝时间不宜大于24h。
混凝土采用泥浆下直升导管法浇筑。终浇高程应适当超过设计标高。
3 帷幕灌浆施工
3.1 水泥帷幕灌浆施工
3.1.1水泥灌浆施工
依据现场条件，灌浆施工营地、水泥库、蓄水池、集中制浆站设于防渗墙下游侧的斜坡上，变电站、空压机房设于防渗墙上游侧的斜坡上，在灌浆工作面上设置值班室、试验室、修配间等临时设施，风、水、浆通过固定管路输送至灌浆轴线各施工点。供浆系统采用集中制浆，将水灰比为0.5:1的浓浆输送至工作面。
先导孔、灌浆孔、检查孔孔径为：Φ60~76mm，采用XY-2PC型地质钻机钻进，选用金刚石钻头或硬质合金钻头钻进。钻孔偏差不得大于10cm，钻孔孔斜符合规范规定。
墙下帷幕灌浆布置两排孔，先灌下游排，再施工上游排;墙体两端帷幕灌浆布设三排灌浆孔，先灌下游排，再灌上游排，最后灌中间排。排内分三序施工。各单元灌浆孔完工14d后进行单元灌浆质量检查。
灌段采用孔口封闭法。
灌浆材料采用赤峰哈河水泥厂生产的P.O 42.5普通硅酸盐水泥。
灌浆设备采用3SNS型灌浆泵、高速搅拌制浆机、立式双桶储浆搅拌机、灌浆自动记录系统、灌浆塞。
灌浆段次划分及灌浆压力见表1。
灌浆结束条件为：在最大设计压力下，注入率不大于1L/min后，继续灌注60min。
3.1.2水泥灌浆主要施工成果：
单位水泥注入量见下表2.从表中可以看出平均单位注入量值随着灌浆次序的增加有明显的减少，符合一般灌浆规律，灌浆效果十分明显，下游排总体平均注入量,378kg/m，上游排总体平均注入量,141 kg/m，，两排综合总体平均注入量,261 kg/m。
3.2 化学帷幕灌浆施工
3.2.1 化学灌浆施工
为保证地层的渗透系数达到设计要求，本工程设计采用水泥-化学灌浆的方法综合灌注，先进行水泥灌浆，有效固结大的岩石裂隙及堵塞大的渗漏通道，再进行化学灌浆充填水泥浆无法深入的微小裂隙。
化学灌浆在水泥灌浆原位孔进行，对透水率达到q≥3Lu的孔段先进行水泥灌浆。在全孔水泥灌浆全部结束后，对灌浆孔进行全孔扫孔，扫除孔壁上粘附的水泥结石并对灌浆孔进行洗孔后进行化学灌浆。化学灌浆采用分段卡塞自下而上纯压式灌浆法。
化学灌浆采用中国水电基础局有限公司研制的非碱性水玻璃灌浆材料。
(1)非碱性水玻璃灌浆材料主要特点为：浆液粘度低，流动性好，可灌入粒径0.05mm以下的粉细砂层或基岩微细裂隙;凝胶体抗渗性能好，能满足工程建筑物高标准的防渗要求;能在中性或弱酸性范围内发生凝胶，不产生SiO2溶脱，耐久性及稳定性大大优于碱性水玻璃。
(2)非碱性水玻璃灌浆材料主要性能指标为：浆液初始粘度值为1.5～2.5mPa.s;浆液的胶凝时间可在瞬时至几小时内随意调节;固砂体抗压强度一般为0.3～0.5MPa;固砂体渗透系数k=1.3×10-8～2.3×10-10cm/s。
本工程采用酸化法将普通水玻璃用硫酸和稳定剂进行酸化处理，然后加入胶凝剂调节浆液凝结时间。
灌浆采用单泵纯压式灌注，即在孔口将浆液的a、b组份按配比混合，通过灌浆泵灌入待灌地层，根据地层、气温、水质等情况调节浆液配比保证最优灌浆效果。灌浆设备采用JD250/10型化学灌浆泵、低速搅拌机、储浆罐。灌浆塞采用YS型系列液(气)压灌浆塞，系我局自行研制的产品，适用于纯压式灌浆。
当灌浆满足下列条件之一时，即可结束灌浆：在最大设计压力下，当注入率小于0.02L/min时，继续灌注10min;孔段累计注入量达到200L/m，也可结束化学灌浆。但结束流量过大时需要进行扫孔二次灌浆。
灌浆孔化灌完成后采用0.5:1的水泥浆液置换出孔内余浆和积水，进行灌浆封孔。
3.2.2化学灌浆施工主要成果：
单位水泥注入量见下表4，从表中可以看出平均单位注入量值随着灌浆次序的增加有明显的减少，符合一般灌浆规律，灌浆效果十分明显，下游排总体平均注入量,9.19L/m，上游排总体平均注入量,8.3L/m，两排综合总体平均注入量,8.74L/m。
4 防渗墙墙段接缝处理
防渗墙的防渗薄弱部位在墙底与基岩接触部位以及各墙段的连接部位。墙底与基岩的接触部位可以采用帷幕灌浆进行处理，槽段连接除了刷洗好一期槽接头以增加渗径外，本工程还进行了接缝灌浆和接缝上游处进行大角度的高压摆喷灌浆，以确保防渗墙整体渗透系数达到K≤1×10-7cm/s的要求。高压摆喷灌浆位置在墙体上游侧0.8m处，处理深度为防渗墙顶至弱风化基岩面;墙接缝灌浆主要通过墙体接缝处预埋的灌浆花管来进行。混凝土防渗墙共划分为91个单元(墙段)，即共布置90个接缝灌浆孔，预埋花管长度与墙体接头孔深度一致，是由单节长度10cm的短管连接而成。
5 质量检测及评价
5.1 检测方法
为确保工程质量万无一失，在进行施工单位自检后，又请第三方进行物探检测。
(1)施工单位自检，墙体及基岩灌浆部分进行检查孔取芯和做注水(压水)试验;注水(压水)流程严格参照规范执行，尽可能取得精确渗透系数。
(2)第三方中水东北勘测设计研究有限责任公司工程物探公司对截渗体进行地震波物探和孔内电视进行检测，其中超声波做穿透测试，对穿距离3.3m，每次沿钻孔垂直测试距离0.2m。另外钻孔数字电视成像检测墙体与基岩、帷幕灌浆效果，钻孔数字电视成像每2cm点成像一次。尽可能得到直观检测目的。
5.2质量检测结果
(1)检查孔注水检测结果见下表5：
说明：
①混凝土防渗墙渗透系数检测结果K=0.0×10-8cm/s—3.1×10-8cm/s，平均值K=8.0 × 10-9cm/s;
②灌浆帷幕各单元各段注水试验，渗透系数K=1.0× 10-9 cm/s—K=9.3× 10-8 cm/s，平均值K=3.0×10-8cm/s。检查孔岩芯观察：裂隙已被浆液充填结石
(2)第三方检测结果
a、混凝土防渗墙段,从钻孔数字成像来看，没有发现断墙或夹泥等不良现象，混凝土防渗墙垂向连续性和均匀性较好。从水平跨孔弹性波波速测试上看，经过对混凝土防渗墙所有测点波速的统计，可以得出所测混凝土防渗墙的最大波速为4.3km/s，最小波速为3.5km/s，平均波速为3.94km/s。经过统计计算可知波速分布多在平均波速的94%到104%之间，即波速多分布在3.7~4.1km/s之间，混凝土防渗墙波速曲线无剧烈变化段，亦表明水平轴向成墙连续性较好。
b、防渗墙与基岩接触段,从钻孔数字成像上来看，JC-10、JC-11、JC-13、JC-15、JC-16接触段孔壁无掉块现象，灌浆效果优良;JC-12、JC-14接触段局部略有掉块，但充浆情况良好。从水平跨孔弹性波波速测试上看，接触段波速多在4.0~5.6km/s之间，平均波速为4.56km/s。一般随着深度的增加波速逐渐增大。符合随着深度增加波在岩体中传播距离所占比例逐渐增多的实际情况，波速曲线无剧烈变化段，表明接触段水平轴向成墙连续性较好。
c、基岩灌浆段,从钻孔数字成像上来看，9个孔合计观测到104.9m基岩灌浆段，92.5%孔段灌浆效果优良，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段共计约8m由于节理裂隙发育造成局部孔壁略有掉块，这部分约占基岩灌浆段的7.5%，但从充浆上看灌浆效果良好。从弹性波波速上看，基岩灌浆段波速多在4.5~6.6km/s之间，平均波速为5.39km/s。波速曲线多无剧烈变化段，表明灌浆效果较好。
(3)环境监测
内蒙古环保局定期现场取样监测表明：防渗体下游地下水水质无变化，砷<0.01mg/L，远低于国家As<0.05mg/L标准、证实本防渗工程发挥作用。
5.3质量评定情况
(1)塑性混凝土防渗墙分部工程共91个单元工程，其中83个为优良，8个为合格，合格率100%，优良率91.2%;
(2)帷幕(水泥)灌浆分部工程共28个单元工程，其中26个为优良，2个为合格，合格率100%，优良率为92.86%;
(3)化学灌浆分部工程共28个单元，其中26个为优良，2个为合格，合格率100%，优良品率为92.86%;
(4)接缝灌浆分部工程共有5个单元工程，其中5个为优良，合格率100%，优良品率100%;高喷灌浆分部工程共有5个单元工程，其中5个为优良，合格率100%，优良品率100%;所有分部工程质量等级评定为优良。
6 结束语
防渗工程历经三年试验、施工满足环保要求，竣工验收一次合格是矿山正常选矿的保障，项目施工取得一些经验及教训，总结如下：
经验：(1)本工程采用“三钻两抓”进行成槽施工工艺，冲击钻机配合液压抓斗成槽，比单纯的冲击钻施工效率更高，既弥补了液压抓斗不能基岩成槽的缺陷，又提高冲击钻功效低的缺点，确保了整个防渗工程的总工期。
(2)混凝土防渗墙墙段连接采用液压拔管技术是我局的专利，采用这种技术即节约了混凝土材料，又缩短了施工工期，对节约工程的成本起到了关键作用。
(3)设计防渗标准1×10-7㎝/s的抗渗等级要求非常高。而混凝土防渗墙的薄弱地方就是槽段连接的地方。本次工程采用两种方法来巩固墙段连接的抗渗能力，一是在墙段连接处预埋灌浆花管采用墙体内接缝灌浆的处理方式;二是在混凝土防渗墙接缝的上游侧垂直距离0.8米处大角度高压摆喷灌浆，处理深度为防渗墙顶至弱风化基岩面，双保险措施确保了工程质量。
(4)对于防渗墙底部与风化基岩的接触面处，采用预埋灌浆管帷幕灌浆的处理方式，处理了防渗墙以下基岩的渗透路径，提高了整个防渗体的抗渗指标。
(5)墙下基岩采用水泥和化学两种复合灌浆方法，虽然投资较大，但较大的提高了防渗体的防渗等级。
建议：(1)地下处理工程中对地质情况的透彻了解非常重要，本工程工期紧张，而前期勘查不够详细，致使紧张施工的同时我单位又肩负着工程地质复勘任务，希望以后工程中重视地质勘察资料的准确性性。另外任何工程开始施工前，应根据现场实际情况以及不同施工工艺，编写详尽的生产性试验方案，按此方案选取有代表性的段落进行生产性试验施工，并总结提炼出适合本工程的施工技术参数，整理形成施工细则，以此指导后续工程施工。鼓励全体员工创新精神，鼓励革新施工工艺和方法。混凝土防渗墙墙体内部接缝灌浆和接缝处理大角度高压摆喷的成功应用为以后高标准防渗处理工程摸索了经验，值得类似工程借鉴和推广。
(2)黄岗矿业Ⅲ矿区尾矿库初期坝外地下防渗工程主要包括了混凝土防渗墙施工和帷幕灌浆施工，在施工过程中，安全管理严格务实，没有出现安全事故和人员伤亡，实现了安全生产轻伤率、重伤死亡率为零的目标;整个施工期做到了文明施工;环境保护、后勤保障、雨季施工措施落到了实处;施工进度计划得到了具体贯彻;工程防护措施派专人负责，做到了有效预防。通过对原始资料、混凝土试块试验报告的整理、分析和对检查孔注水试验的观测，各项成果均满足设计要求，技术可靠，质量优良，产品合格,通过各项检测数据证明黄岗铁矿三区尾矿库防渗项目工程质量是优良的满足业主和设计的要求。
