兰花冲尾矿设施工程地质勘察报告1

'铜陵兰花冲选矿厂尾矿设施工程地质勘察报告安徽工程勘察院二○一二年三月 报告名称：铜陵兰花冲选矿厂尾矿设施工程地质勘察报告提交单位：安徽工程勘察院工程编号：2012-kc-024院长：林宾总工程师：林宾项目负责：崔良忠报告编写：李亚星审核：王小勇审定：林宾提交日期：2012年03月20日目录1、概述1.1工程概况1.2勘察目的与任务1.3勘察技术依据1.4工作量及工期2、工程病险及主要问题3、坝址区工程地质条件及评价3.1库区地质概况3.2地震动参数3.3地层及其性质3.4水文地质条件3.5尾矿性质3.6尾矿坝坝体质量评价3.7排水建筑物工程地质条件及评价3.8尾矿坝坝基工程地质条件评价3.9岩土地质参数3.10测压管安装及灵敏度测试4、病险原因分析及治理建议附图表：图号名称张数P-1坝址区工程地质图1Z2-1-Z2-3工程地质纵剖面图3H3-1-H3-5工程地质横剖面图5土工试验成果表10岩样试验成果表2e-P压缩曲线36水质分析成果表1 1、概述1.1工程概况铜陵兰花冲选矿厂尾矿设施是原铜陵枫华矿业有限公司尾矿库，坝址位于铜陵陈家冲内，两侧出露基岩，该尾矿库建设于沟谷较窄处，主要建筑物有初期坝、两个子坝、一期排水系统、二期排水系统。设计初期坝坝高9.69m，设计初期坝坝顶标高43.00m，尾矿堆积子坝高17.94m，总坝高27.63m。尾矿库汇水面积0.575km2，总库容65.84万m3，有效库容52.67万m3。现状尾矿库坝高24.33m，子坝顶高程57.6m，库内排放尾砂39.21万m3。根据总库容和总坝高，本库重要性等级属五等库。枢纽建筑物于1995年7月进行勘察设计，于1996年7月竣工，同年9月投入使用。2012年1月10日该尾矿库在初期坝坝脚一期排渗井渗漏出现险情，致使下游农田被尾矿砂污染。为给除险加固及治理提供工程地质依据，本次除险加固和治理由铜陵有色设计研究院设计，受业主铜陵兰花冲选矿厂的委托，我院承担了本次详勘工作。本次勘察使用的地形图由业主提供，使用1956年黄海高程系。1.2勘察目的与任务根据设计单位和有关规范要求，本次勘察的主要目的与任务为：查明尾矿库存在的病险位置、范围及规模，分析产生的原因。查明库区工程地质条件，库周库岸的稳定性。查明已有堆积体的成分、颗粒组成、密实程度、沉积规律、渗透性。坝体及坝基工程性质、渗透性；查明排洪系统沿线的地质情况，排水构筑物通过地带的地层结构有无断层和破碎带充填情况及其物理力学性质。查明排水井、涵洞、排水斜槽、排水涵管、排水明渠的结构断面尺寸及破损、於堵、渗漏等情况。分析和评价已运行坝体（包括基础坝和堆积坝）的稳定性，提供库区各岩土层物理力学性质参数建议。为尾矿库以及设施的稳定安全分析提供工程地质依据，对工程治理提出地质建议。查明坝体内浸润线位置及其变化规律，并保留建立的浸润线观测管。查明库区各岩土层含水性、有无含水层及其位置、涌水量及补给条件。进行水质分析并判别地下水对混凝土的腐蚀性。1.3勘察技术依据本次勘察依据的主要技术标准：《岩土工程勘察规范》（GB50021-2001）2009年版；《建筑抗震设计规范》（GB50011-2010）；《土工试验方法标准》（GB/T50123-1999）；《水利水电工程地质勘察规范》（GB50487-2008）；《土石坝安全监测技术规范》（SL60-94）；《碾压式土石坝设计规范》（SL274-2001）；《小型水利水电工程碾压式土石坝设计导则》（SL189-96）;《上游法尾矿堆积坝工程地质勘察规程》（YBJ11-86）；《选矿厂尾矿设施设计规范》（ZBJ1-90）；《岩土工程勘察文件编制标准》（CECS99：98）；《建筑工程地质钻探技术标准》（JGJ87-92）；《岩土工程勘察安全规范》（GB50585-2010）；《岩土工程勘察报告编制标准》（CECS99：98）；《尾矿库工程地质勘测任务书》（铜陵有色设计研究院，2012.1）；《铜陵兰花冲选矿厂尾矿设施工程地质勘察纲要》（本院，2012.2）；1.4工作量及工期本次勘察采用了工程地质测绘、钻探、取样、原位测试及室内土工试验相结合的方法。勘探在垂直坝轴线方向布置了3条勘探剖面，勘探线间距为40.0～80.0m,钻孔间距为20～50m。 勘察工作于2012年2月12日进场，2月27日结束外业。外业施工采用2台GXY-1型钻机、1台GDS-255全站仪和1台S3水准仪，现场钻孔注水试验设备一套。本次勘察完成工作量见表1-1。表1-1完成工作量一览表序号勘察项目勘察内容单位工作量备注1调绘工程地质测绘km20.101：10002钻探取样孔m/孔342.8/15取砂土样99件，岩样12组3原位测试标准贯入试验次83钻孔注水试验段64取样原状土样件995室内试验土的物理常规试验组99颗分件99高压固结件36渗透系数组996观测设施测压管埋设组9注水试验段67测量剖面测量km0.5801：500点位测量点152、工程病险及主要问题尾矿库初期坝为均质土坝，根据现场调查及测绘，尾矿库存在的病害及隐患主要有：尾矿库在2012年1月10日凌晨1点左右出险，主要险情为初期坝坝脚在一期排渗井附近严重渗漏。2点左右工作人员又发现排渗井两边开始冒泥浆，上午6点30分至11点30分漏砂基本停止，中午12点至下午14点，泥浆又开始向外渗漏，下午17点渗漏停止，稍后基础坝有一处开始渗水，由于渗水渗砂，在库区内堆积尾细砂处形成一处10m×15m×3m的塌陷区，漏砂量约150m3，致使尾砂坝下游15亩农田不同程度的受到污染，存在大坝渗漏问题。初期坝坝脚存在不同程度坍塌，均为小规模坍塌，坍塌主要在沟谷老河道坝段，一般坍塌体在20～50立方米，存在坝坡稳定问题。3、坝址区工程地质条件及评价3.1库区地质概况本区属北亚热带湿润性季风气候，四季分明，历年平均气温16.5℃，最高气温40.2℃，最低气温-12.5℃；年平均降雨量1363mm，最大年平均降雨量2294.2mm。尾矿库地处低山丘陵区，建坝处山谷较窄，左右坝肩与山体相连，基岩出露，主要为大理岩。库区地势西南高东北低，南、西、北均为山体，高程60～100m。东部沟谷地面高程30～35m。库周岩性为大理岩，山体浑厚，构造不发育，地层产状为160∠30～40。，无岩溶发育，无渗漏通道，不存在向临谷渗漏问题，对临谷无环境影响。库盆为大理岩，上部有粘性土覆盖，不存在向深层渗漏问题。库岸初期坝岩性主要为粘性土填筑，两个子坝为尾砂填筑，粘性土透水性弱。3.2地震动参数据《中国地震动参数区划图》（GB18306-2001）及《建筑抗震设计规范》（GB50011-2010），工程区地震动峰值加速度0.5g，相应地震基本烈度6度，抗震设防烈度为6度，设计地震分组为第二组。建议大坝及建筑物设防烈度为6度。3.3地层及其性质据地质调查、钻孔揭露并结合室内土工试验成果，将库区及坝址区岩土分布状况及其特征描述如下： ①-1尾细砂：灰褐色、灰黑色，稍湿，松散～稍密，呈叠层状，夹粉土薄层，水平层理清晰。主要成分为石英，无韧性，干强度，无光泽反应，具摇振反应，层厚9.10～18.80m，层底标高35.92～47.46m，该层主要分布在库内及堆积坝地带。①-2填筑土：灰色，湿，可塑状态，局部软塑，主要成分为粘性土，有薄层粉质粘土。层厚7.80～12.40m，层底标高32.0m～38.28m。光泽反应有光泽～稍有光泽，干强度中等，韧性中等，该层分布于基础坝。①-3耕土：黑褐色，湿，具较强的粘滑感，可塑～软塑状，主要成分为粘性土。层厚1.50～2.10m，层底标高31.75～35.25m，分布于下游农田表层。②粉质粘土：灰色、灰褐色，可塑状态，光泽反应稍有光泽，干强度中等，韧性中等，层厚1.30～3.90m，层底标高29.90～39.88m，该层局部钻孔揭露。主要揭露在G7、G8、G9钻孔。③粘土：黄褐色，可～硬塑，稍湿，光泽反应有光泽，干强度中等～高，韧性中等～高，层厚0.70m～15.70m，厚度变化较大，层底标高19.97m～39.18m。该土层是初期坝坝基直接持力层。④残积土：以粉质粘土为主夹少量粉土，灰褐、灰白、红褐色，可塑状态，层厚3.10m～17.90m，层底标高17.12m～21.28m，该层局部钻孔揭露，主要揭露在G7、G9钻孔。⑤大理岩：灰白色，厚层状构造，局部有溶洞。强度较高。主要由方解石及白云石组成，具粒状变晶结构，较完整，属于较硬岩，岩体基本质量等级为Ⅲ级。该层未揭穿。上述各岩土层的结构及分布详见附图表Z2-1～Z2-3、H3-1～H3-5(工程地质纵、横剖面图)”；各岩土层物理力学指标统计见表3-1。3.4水文地质条件库内地下水主要接受三方面补给，即库区地表径流、地下径流和尾矿水。坝址区及近坝库区地下水埋深变化较大，在7.60～16.80m之间。初期坝地下水埋深7.60m～8.50m之间，相应高程：38.72m～39.21m。根据现场注水试验及室内渗透试验，各岩土层的渗透系数及渗透性分级见表3-2（坝址区各岩土层渗透系数及渗透性分级建议表）表3-2坝址区各岩土层渗透系数及渗透性分级建议表岩土层号名称现场试验K（cm/s）室内试验K（cm/s）渗透性分级建议值cm/s大均值小均值①-1尾细砂5.5×10-4cm/s～2.6×10-3cm/s8.6×10-4cm/s～5.5×10-3cm/s中等透水2.72E-32.10E-3①-2填筑土3.5×10-5cm/s～7.2×10-5cm/s1.7×10-5cm/s～8.4×10-5cm/s弱透水5.00E-53.00E-5②粉质粘土4.3×10-5cm/s～6.8×10-5cm/s3.4×10-5cm/s～1.1×10-4cm/s弱透水9.28E-56.71E-5③粘土5.6×10-6cm/s～7.8×10-5cm/s4.4×10-6cm/s～6.0×10-5cm/s微透水～弱透水2.10E-51.09E-5④残积土5.3×10-5cm/s～4.2×10-4cm/s3.5×10-5cm/s～2.9×10-3cm/s弱透水～中等透水1.09E-31.72E-4土的渗透变形，依据《水利水电工程地质勘察规范》附录G的有关规定，各岩土层的渗透变形评价见表3-3（各土层渗透变形判别表）。综合上述关于流土、管涌两个方面的分析，认为 ：（1）本库坝尾砂土粒级较均匀，属非管涌土，库坝不会产生管涌变形破坏；（2）本库坝在当前渗流状态下，一般不会产生流土变形破坏；（3）由于堆积坝及初期坝排水系统不合要求，会出现局部水压不能及时消散，从而引起局部地段水力坡度变大，产生渗透变形。表3-3各土层渗透变形判别表土层编号土类名称破坏形式孔隙率n（%）临界水力坡度Jcr建议允许水力坡度J允许（安全系数K按2.0）备注①-1尾细砂流土42.80.9550.48①-2填筑土流土39.81.0410.52②粉质粘土流土40.21.1520.58③粘土流土37.50.9440.47④残积土流土38.91.1860.59根据水质分析试验成果，依据《岩土工程勘察规范》关于环境水对结构的腐蚀性判别，本工程环境类型为Ⅲ类，地下水对混凝土、钢筋混凝土结构中的钢筋及钢结构具微腐蚀性。3.5尾矿性质尾矿成分主要为尾细砂，灰褐色、灰黑色，稍湿，松散～稍密，主要成分为石英，无韧性，干强度，无光泽反应，具摇振反应，层厚9.10～18.80m，层底标高35.92～47.46m，最大填置厚度18.80m，该层主要分布在库内及堆积坝地带。该尾矿沉积特点主要为：尾矿颗粒自上而下逐步变粗，以排放方式经过水力因素后沉积。在尾矿的沉积层内，尾砂呈叠层状，夹粉土薄层，水平层理清晰。尾砂的沉积滩坡度向沉淀池倾斜，但坡度很小。依据室内颗分试验分析，该尾砂以颗粒0.075～0.25mm为主，含量约占65%～80%。3.6尾矿坝坝体质量评价初期坝坝体主要成分为粘性土，可塑状态，局部软塑，有薄层粉质粘土。压实度约0.90～0.96，渗透系数1.7×10-5cm/s～8.4×10-5cm/s，具弱透水性，基本符合技术质量要求。子坝坝体主要成分为尾细砂，稍湿，松散～稍密，呈叠层状，夹粉土薄层，水平层理清晰。相对密度约0.65，渗透系数5.5×10-4cm/s～5.5×10-3cm/s，弱透水～中等透水。坝体质量存在相对密度小、渗透系数大等缺陷。3.7排水建筑物工程地质条件及评价本工程建设时共设有两套排水系统，第一套排水系统有溢流井为φ=1750.00mm，H=9000.00mm，浆砌块石排水涵洞1000.00mm×1350.00mm，已报废。穿坝部分基础主要建在③粘土上，基面高程约35.00m。第二套排水系统：排水斜槽（500.00mm×500.00mm），排水涵管φ内=600.00mm。排水斜槽主要沿地形明敷，出口基面高程约36.00m。第二套排水系统穿坝部分建基面为第③层粘土上。第③层粘土呈可塑～硬塑状，具微～弱透水性，无下卧软弱持力层，从地层的强度和抗渗性上分析，工程地质条件较好，满足穿坝建筑物对天然地基的要求。3.8尾矿坝坝基工程地质条件评价初期坝坝基地层主要为第③层粘土、第④层残积层。第③层粘土呈黄褐色，可塑～硬塑，具微～弱透水性；第④层残积土，可塑状，具弱～中等透水性。坝基地层强度较好，但由于第④层透水性较差，存在坝基渗漏条件。3.9岩土地质参数经室内试验及现场的原位测试，各岩土地层参数选择见下表3-4： 表3-4岩土层地层参数建议值地层压缩模量Es1～2（MPa）固结快剪饱和快剪承载力容许值fak（Kpa）备注粘聚力标准值C（kPa）内摩擦角标准值Φ（度）粘聚力标准值C（kPa）内摩擦角标准值Φ（度）①-1尾细砂10.0*0.0*20.0*0.0*20.0*100①-2填筑土7.568.615.230.111.9160②粉质粘土8.555.114.217.5*10.0*160③粘土8.556.613.721.711.3240④残积土5.138.116.29.58.6180⑤大理岩3000注：带“*”的为经验值3.10测压管安装及灵敏度测试本次根据设计要求，在坝身埋设测压管，共埋设9根测压管。采用钻机造孔，严禁用泥浆固壁，终孔后采用清水洗孔，测压管采用通径2吋镀锌钢管，由透水段和导管组成，面积开孔率约10%～20%，外部包扎足以防止土颗粒进入的无纺土工织物，管底封闭，预留一定的沉淀管，各段管材用外箍连接，并在管外回填反滤料，逐层夯实，直至本测点的设计进水段高度。测压管安装、封孔完毕后采用注水试验进行灵敏度试验，试验合格后，按规定进行了管口保护设置。根据现场灵敏度试验，所埋设的测压管灵敏度全部合格。4、病险原因分析及治理建议4.1病险原因分析尾矿坝存在的主要问题为渗漏和坝坡稳定问题。现状第一套排水系统已废弃，第二套排水系统正常使用。依据第一套排水系统竣工验收记录：“涵洞施工毛石砌筑三番五次要求整改，但仍出现砂浆配合比不稳定，无计量现象”“涵洞施工砂石质量存在一定问题，有时砂的含泥量过大，导致影响砂浆标号，片石砌筑涵洞变成乱石等”，因此判定第一套排水系统施工质量不合要求。第二套排水系统目前使用正常，未发现异常现象。第一套排水系统报废时封堵不彻底，大坝下游出现渗漏冒砂险情时，发现上游库内该排水系统在原接出φ400混凝土管的入口出现面积约15×15m，深约10m的尾矿砂塌陷坑。下游冒砂成分与库内的尾矿砂成分一致，说明下游的尾矿砂来源为上游库内。从渗漏通道分析，由于下游出口封堵较长，中间或上游段封堵失效，在未封堵的部位可能坍塌，使尾矿在库内地下水的作用下向下游沿渗漏通道形成砂浆漏出。由于浆砌石排渗设施的强度和防渗质量不符合穿坝建筑物的技术要求，也未采取与大坝的防渗连接，造成排水涵洞洞外有接触冲刷病害，形成渗漏通道，造成砂浆沿这些通道在排水涵洞出口周围大量排出。据此判定，排水涵洞至少在进口段、穿坝段部分存在严重的渗漏通道，已对大坝形成严重病险。根据本次测量，初期坝下游坝坡现状坡比1:1.85～2.25，2号剖面为1:1.70，现状坝坡较陡，下游坝脚无排水设施，对大坝稳定不利，造成坝脚出现崩塌病害。4.2治理建议大坝渗漏的主要原因为第一套排水系统质量不满足要求，涵洞没有与坝体设置防渗连接设施，洞外接触冲刷形成严重的渗漏通道，此外，坝基第④ 层也具中等透水性，对渗流稳定有不利影响；从大坝浸润线分析，浸润线无异常现象，且坝下出逸点不高。为此建议：方案一：建议采用混凝土截渗墙，对大坝坝基进行全面的防渗处理，在渗流稳定计算的基础上，确定截渗墙底高程；对第一套排水系统在初期坝处进行开挖封堵，对洞外一定范围内重新翻挖回填，以根除接触冲刷形成的渗漏通道；根据计算的坝下出逸点高程，新建排水反滤棱体，并在已经出险段加强反滤排水设施的厚度及高程；对第二套排水系统进行改造，使之能够作为溢洪道，排泄上游废水和洪水。方案二：在初期坝适当的位置向库内布置水平排渗孔，以降低库内地下水位；仅对第一套排水涵洞的穿坝部分及周围进行截渗处理；对下游坝脚增做排水棱体，并在已经出险段加强反滤排水设施的厚度及高程。方案三：彻底废弃现状尾矿设施，在下游约300m处的现状拦砂坝附近，新建尾矿坝，彻底消除整个尾矿设施的安全隐患。建议设计在经济、技术、环境等因素的基础上，择优选用。'