銅陵蘭花沖選礦廠尾礦設施 工程地質勘察報告安徽工程勘察院二一二年三月 報告名稱：銅陵蘭花沖選礦廠尾礦設施 工程地質勘察報告 提交單位：安徽工程勘察院 工程編號： 2012-kc-024 院 長：林 賓 總工程師：林 賓 項目負責：崔 良 忠 報告編寫：李 亞 星 審 核：王 小 勇 審 定：林 賓 提交日期：2012年03月20日目 錄 1、概述 1.1工程概況 1.2勘察目的與任務 1.3勘察技術依據 1.4工作量及工期 2、工程病險及主要問題 3、壩址區工程地質條件及評價 3.1庫區地質概況 3.2地震動參數 3.3地層及其性質 3.4水文地質條件 3.5尾礦性質3.6尾礦壩壩體質量評價3.7排水建筑物工程地質條件及評價 3.8尾礦壩壩基工程地質條件評價 3.9巖土地質參數 3.10測壓管安裝及靈敏度測試 4、病險原因分析及治理建議 附圖表：圖號 名稱 張數 P-1 壩址區工程地質圖 1Z2-1-Z2-3 工程地質縱剖面圖 3H3-1-H3-5 工程地質橫剖面圖 5土工試驗成果表 10 巖樣試驗成果表 2e-P壓縮曲線 36水質分析成果表 11、概述1.1工程概況銅陵蘭花沖選礦廠尾礦設施是原銅陵楓華礦業有限公司尾礦庫，壩址位于銅陵陳家沖內，兩側出露基巖，該尾礦庫建設于溝谷較窄處，主要建筑物有初期壩、兩個子壩、一期排水系統、二期排水系統。設計初期壩壩高9.69m，設計初期壩壩頂標高43.00m，尾礦堆積子壩高17.94m，總壩高27.63m。尾礦庫匯水面積0.575km2，總庫容65.84萬m3，有效庫容52.67萬m3。現狀尾礦庫壩高24.33m，子壩頂高程57.6m，庫內排放尾砂39.21萬m3。根據總庫容和總壩高，本庫重要性等級屬五等庫。樞紐建筑物于1995年7月進行勘察設計，于1996年7月竣工，同年9月投入使用。2012年1月10日該尾礦庫在初期壩壩腳一期排滲井滲漏出現險情，致使下游農田被尾礦砂污染。為給除險加固及治理提供工程地質依據，本次除險加固和治理由銅陵有色設計研究院設計，受業主銅陵蘭花沖選礦廠的委托，我院承擔了本次詳勘工作。本次勘察使用的地形圖由業主提供，使用1956年黃海高程系。1.2勘察目的與任務根據設計單位和有關規范要求，本次勘察的主要目的與任務為：查明尾礦庫存在的病險位置、范圍及規模，分析產生的原因。查明庫區工程地質條件，庫周庫岸的穩定性。查明已有堆積體的成分、顆粒組成、密實程度、沉積規律、滲透性。壩體及壩基工程性質、滲透性；查明排洪系統沿線的地質情況，排水構筑物通過地帶的地層結構有無斷層和破碎帶充填情況及其物理力學性質。查明排水井、涵洞、排水斜槽、排水涵管、排水明渠的結構斷面尺寸及破損、於堵、滲漏等情況。分析和評價已運行壩體（包括基礎壩和堆積壩）的穩定性，提供庫區各巖土層物理力學性質參數建議。為尾礦庫以及設施的穩定安全分析提供工程地質依據，對工程治理提出地質建議。查明壩體內浸潤線位置及其變化規律，并保留建立的浸潤線觀測管。查明庫區各巖土層含水性、有無含水層及其位置、涌水量及補給條件。進行水質分析并判別地下水對混凝土的腐蝕性。1.3勘察技術依據本次勘察依據的主要技術標準：巖土工程勘察規范（GB50021-2001）2009年版；建筑抗震設計規范（GB50011-2010）；土工試驗方法標準（GB/T50123-1999）；水利水電工程地質勘察規范（GB50487-2008）；土石壩安全監測技術規范（SL60-94）；碾壓式土石壩設計規范（SL274-2001）；小型水利水電工程碾壓式土石壩設計導則（SL189-96）;上游法尾礦堆積壩工程地質勘察規程（YBJ11-86）；選礦廠尾礦設施設計規范（ZBJ1-90）；巖土工程勘察文件編制標準（CECS99：98）；建筑工程地質鉆探技術標準（JGJ87-92）；巖土工程勘察安全規范（GB 50585-2010）；巖土工程勘察報告編制標準（CECS99：98）；尾礦庫工程地質勘測任務書（銅陵有色設計研究院，2012.1）；銅陵蘭花沖選礦廠尾礦設施工程地質勘察綱要（本院，2012.2）；1.4工作量及工期本次勘察采用了工程地質測繪、鉆探、取樣、原位測試及室內土工試驗相結合的方法。勘探在垂直壩軸線方向布置了3條勘探剖面，勘探線間距為40.080.0m,鉆孔間距為2050m。勘察工作于2012年2月12日進場，2月27日結束外業。外業施工采用2臺GXY-1型鉆機、1臺GDS-255全站儀和1臺S3水準儀，現場鉆孔注水試驗設備一套。本次勘察完成工作量見表1-1。表1-1 完 成 工 作 量 一 覽 表 序號勘察項目勘察內容單位工作量備注1調繪工程地質測繪km20.101：10002鉆探取樣孔m/孔342.8/15取砂土樣99件，巖樣12組3原位測試標準貫入試驗次83鉆孔注水試驗段64取樣原狀土樣件995室內試驗土的物理常規試驗組99顆分件99高壓固結件36滲透系數組996觀測設施測壓管埋設組9注水試驗段67測量剖面測量km0.5801：500點位測量點15 2、工程病險及主要問題尾礦庫初期壩為均質土壩，根據現場調查及測繪，尾礦庫存在的病害及隱患主要有：尾礦庫在2012年1月10日凌晨1點左右出險，主要險情為初期壩壩腳在一期排滲井附近嚴重滲漏。2點左右工作人員又發現排滲井兩邊開始冒泥漿，上午6點30分至11點30分漏砂基本停止，中午12點至下午14點，泥漿又開始向外滲漏，下午17點滲漏停止，稍后基礎壩有一處開始滲水，由于滲水滲砂，在庫區內堆積尾細砂處形成一處10m15m3m的塌陷區，漏砂量約150m3，致使尾砂壩下游15畝農田不同程度的受到污染，存在大壩滲漏問題。初期壩壩腳存在不同程度坍塌，均為小規模坍塌，坍塌主要在溝谷老河道壩段，一般坍塌體在2050立方米，存在壩坡穩定問題。3、壩址區工程地質條件及評價3.1庫區地質概況本區屬北亞熱帶濕潤性季風氣候，四季分明，歷年平均氣溫16.5，最高氣溫40.2，最低氣溫-12.5 ；年平均降雨量1363mm，最大年平均降雨量2294.2mm。尾礦庫地處低山丘陵區，建壩處山谷較窄，左右壩肩與山體相連，基巖出露，主要為大理巖。庫區地勢西南高東北低，南、西、北均為山體，高程60100m。東部溝谷地面高程3035m。庫周巖性為大理巖，山體渾厚，構造不發育，地層產狀為1603040。，無巖溶發育，無滲漏通道，不存在向臨谷滲漏問題，對臨谷無環境影響。庫盆為大理巖，上部有粘性土覆蓋，不存在向深層滲漏問題。庫岸初期壩巖性主要為粘性土填筑，兩個子壩為尾砂填筑，粘性土透水性弱。3.2地震動參數 據中國地震動參數區劃圖（GB18306-2001）及建筑抗震設計規范（GB50011-2010），工程區地震動峰值加速度0.5g，相應地震基本烈度6度，抗震設防烈度為6度，設計地震分組為第二組。 建議大壩及建筑物設防烈度為6度。3.3地層及其性質據地質調查、鉆孔揭露并結合室內土工試驗成果，將庫區及壩址區巖土分布狀況及其特征描述如下：-1尾細砂：灰褐色、灰黑色，稍濕，松散稍密，呈疊層狀，夾粉土薄層，水平層理清晰。主要成分為石英，無韌性，干強度，無光澤反應，具搖振反應，層厚9.1018.80m，層底標高35.9247.46m，該層主要分布在庫內及堆積壩地帶。-2填筑土：灰色，濕，可塑狀態，局部軟塑，主要成分為粘性土，有薄層粉質粘土。層厚7.8012.40m，層底標高32.0m38.28m。光澤反應有光澤稍有光澤，干強度中等，韌性中等，該層分布于基礎壩。-3耕土：黑褐色，濕，具較強的粘滑感，可塑軟塑狀，主要成分為粘性土。層厚1.502.10m，層底標高31.7535.25m，分布于下游農田表層。粉質粘土：灰色、灰褐色，可塑狀態，光澤反應稍有光澤，干強度中等，韌性中等，層厚1.303.90m，層底標高29.9039.88m，該層局部鉆孔揭露。主要揭露在G7、G8、G9鉆孔。粘土：黃褐色，可硬塑，稍濕，光澤反應有光澤，干強度中等高，韌性中等高，層厚0.70m15.70m，厚度變化較大，層底標高19.97m39.18m。該土層是初期壩壩基直接持力層。殘積土：以粉質粘土為主夾少量粉土，灰褐、灰白、紅褐色，可塑狀態，層厚3.10m17.90m，層底標高17.12m21.28m，該層局部鉆孔揭露，主要揭露在G7、G9鉆孔。大理巖：灰白色，厚層狀構造，局部有溶洞。強度較高。主要由方解石及白云石組成，具粒狀變晶結構，較完整，屬于較硬巖，巖體基本質量等級為級。該層未揭穿。上述各巖土層的結構及分布詳見附圖表Z2-1Z2-3、H3-1H3-5(工程地質縱、橫剖面圖)”；各巖土層物理力學指標統計見表3-1。3.4水文地質條件庫內地下水主要接受三方面補給，即庫區地表徑流、地下徑流和尾礦水。壩址區及近壩庫區地下水埋深變化較大，在7.6016.80m之間。初期壩地下水埋深7.60m8.50m之間，相應高程：38.72m39.21m。根據現場注水試驗及室內滲透試驗，各巖土層的滲透系數及滲透性分級見表3-2（壩址區各巖土層滲透系數及滲透性分級建議表）表3-2 壩址區各巖土層滲透系數及滲透性分級建議表巖土層號名稱現場試驗K（cm/s）室內試驗K（cm/s）滲透性分級建議值cm/s大均值小均值-1尾細砂5.510-4cm/s2.610-3cm/s8.610-4cm/s5.510-3cm/s中等透水2.72 E-32.10 E-3-2填筑土3.510-5cm/s7.210-5cm/s1.710-5cm/s8.410-5cm/s弱透水5.00 E-53.00 E-5粉質粘土4.310-5cm/s6.810-5cm/s3.410-5cm/s1.110-4cm/s弱透水9.28 E-56.71 E-5粘土5.610-6cm/s7.810-5cm/s4.410-6cm/s6.010-5cm/s微透水弱透水2.10 E-51.09 E-5殘積土5.310-5cm/s4.210-4cm/s3.510-5cm/s2.910-3cm/s弱透水中等透水1.09 E-31.72 E-4土的滲透變形，依據水利水電工程地質勘察規范附錄G的有關規定，各巖土層的滲透變形評價見表3-3（各土層滲透變形判別表）。綜合上述關于流土、管涌兩個方面的分析，認為：（1）本庫壩尾砂土粒級較均勻，屬非管涌土，庫壩不會產生管涌變形破壞；（2）本庫壩在當前滲流狀態下，一般不會產生流土變形破壞；（3）由于堆積壩及初期壩排水系統不合要求，會出現局部水壓不能及時消散，從而引起局部地段水力坡度變大，產生滲透變形。 表3-3 各土層滲透變形判別表 土層編號土類名稱破壞形式孔隙率n（%）臨界水力坡度Jcr建議允許水力坡度J允許（安全系數K按2.0）備注-1尾細砂流土42.80.9550.48-2填筑土流土39.81.0410.52粉質粘土流土40.21.1520.58粘土流土37.50.9440.47殘積土流土38.91.1860.59根據水質分析試驗成果，依據巖土工程勘察規范關于環境水對結構的腐蝕性判別，本工程環境類型為類，地下水對混凝土、鋼筋混凝土結構中的鋼筋及鋼結構具微腐蝕性。3.5尾礦性質尾礦成分主要為尾細砂，灰褐色、灰黑色，稍濕，松散稍密，主要成分為石英，無韌性，干強度，無光澤反應，具搖振反應，層厚9.1018.80m，層底標高35.9247.46m，最大填置厚度18.80m，該層主要分布在庫內及堆積壩地帶。該尾礦沉積特點主要為：尾礦顆粒自上而下逐步變粗，以排放方式經過水力因素后沉積。在尾礦的沉積層內，尾砂呈疊層狀，夾粉土薄層，水平層理清晰。尾砂的沉積灘坡度向沉淀池傾斜，但坡度很小。依據室內顆分試驗分析，該尾砂以顆粒0.0750.25mm為主，含量約占65%80%。3.6尾礦壩壩體質量評價初期壩壩體主要成分為粘性土，可塑狀態，局部軟塑，有薄層粉質粘土。壓實度約0.900.96，滲透系數1.710-5cm/s8.410-5cm/s，具弱透水性，基本符合技術質量要求。子壩壩體主要成分為尾細砂，稍濕，松散稍密，呈疊層狀，夾粉土薄層，水平層理清晰。相對密度約0.65，滲透系數5.510-4cm/s5.510-3cm/s，弱透水中等透水。壩體質量存在相對密度小、滲透系數大等缺陷。3.7排水建筑物工程地質條件及評價本工程建設時共設有兩套排水系統，第一套排水系統有溢流井為=1750.00mm，H=9000.00mm，漿砌塊石排水涵洞1000.00mm1350.00mm，已報廢。穿壩部分基礎主要建在粘土上，基面高程約35.00m。第二套排水系統：排水斜槽（500.00mm500.00mm），排水涵管內=600.00mm。排水斜槽主要沿地形明敷，出口基面高程約36.00m。第二套排水系統穿壩部分建基面為第層粘土上。第層粘土呈可塑硬塑狀，具微弱透水性，無下臥軟弱持力層，從地層的強度和抗滲性上分析，工程地質條件較好，滿足穿壩建筑物對天然地基的要求。3.8尾礦壩壩基工程地質條件評價初期壩壩基地層主要為第層粘土、第層殘積層。第層粘土呈黃褐色，可塑硬塑，具微弱透水性；第層殘積土，可塑狀，具弱中等透水性。壩基地層強度較好，但由于第層透水性較差，存在壩基滲漏條件。3.9巖土地質參數經室內試驗及現場的原位測試，各巖土地層參數選擇見下表3-4：表3-4 巖土層地層參數建議值 地層壓縮模量Es12（MPa）固結快剪飽和快剪承載力容許值fak （Kpa）備 注粘聚力標準值C（kPa）內摩擦角標準值（度）粘聚力標準值C（kPa）內摩擦角標準值（度）-1尾細砂10.0*0.0*20.0*0.0*20.0*100-2填筑土7.568.615.230.111.9160粉質粘土8.555.114.217.5*10.0*160粘土8.556.613.721.711.3240殘積土5.138.116.29.58.6180大理巖3000注：帶“*”的為經驗值3.10測壓管安裝及靈敏度測試本次根據設計要求，在壩身埋設測壓管，共埋設9根測壓管。采用鉆機造孔，嚴禁用泥漿固壁，終孔后采用清水洗孔，測壓管采用通徑2吋鍍鋅鋼管，由透水段和導管組成，面積開孔率約10%20%，外部包扎足以防止土顆粒進入的無紡土工織物，管底封閉，預留一定的沉淀管，各段管材用外箍連接，并在管外回填反濾料，逐層夯實，直至本測點的設計進水段高度。測壓管安裝、封孔完畢后采用注水試驗進行靈敏度試驗，試驗合格后，按規定進行了管口保護設置。根據現場靈敏度試驗，所埋設的測壓管靈敏度全部合格。4、病險原因分析及治理建議4.1病險原因分析尾礦壩存在的主要問題為滲漏和壩坡穩定問題。現狀第一套排水系統已廢棄，第二套排水系統正常使用。依據第一套排水系統竣工驗收記錄：“涵洞施工毛石砌筑三番五次要求整改，但仍出現砂漿配合比不穩定，無計量現象”“涵洞施工砂石質量存在一定問題，有時砂的含泥量過大，導致影響砂漿標號，片石砌筑涵洞變成亂石等”，因此判定第一套排水系統施工質量不合要求。第二套排水系統目前使用正常，未發現異常現象。第一套排水系統報廢時封堵不徹底，大壩下游出現滲漏冒砂險情時，發現上游庫內該排水系統在原接出400混凝土管的入口出現面積約1515m，深約10m的尾礦砂塌陷坑。下游冒砂成分與庫內的尾礦砂成分一致，說明下游的尾礦砂來源為上游庫內。從滲漏通道分析，由于下游出口封堵較長，中間或上游段封堵失效，在未封堵的部位可能坍塌，使尾礦