某尾礦庫灘面治理地基處理技術研究

章 延 平

(中國電建集團華東勘測設計研究院有限公司,浙江 杭州 311122)

1 概述

尾礦庫灘面內堆存了大量尾礦泥和鈦白泥等特殊性軟土，其治理技術成為尾礦庫退役治理的瓶頸。針對某尾礦庫灘面治理技術的研究為該尾礦庫第二階段退役治理提供了有效的技術解決方案并打下堅實的理論和試驗基礎。真空預壓法工藝為軟土地基處理的有效方法，以其工期短、施工安全、無污染環境、費用低等優點而廣泛應用于港口、碼頭、機場、工業與民用建筑等工程建設。將該方法引入尾礦庫灘面治理中進行研究，可進一步拓寬其應用范圍，并對尾礦庫灘面特殊性軟土的加固機理進行較為深入的探討。

2 尾礦庫場地地質條件

尾礦庫灘面主要由鈦白泥、尾礦土(尾粉質粘土)及第四系全新統殘坡積層粉質粘土等組成。鈦白泥：紅褐色，軟塑狀，土質均勻，主要由鈦白泥組成，具微層理。尾礦土層：灰褐色，軟塑，土質較均勻。主要礦物成分為蒙脫石、伊利石、高嶺土等，具微層理。第四系全新統殘坡積層：紅褐色，可塑～硬塑，土質較均勻，切面稍有光澤，上部可見植物腐殖和根系，下部可見僵石顆粒。

超市、農貿市場等主要采樣地點和不同生產季節，餐桌醬油和烹調醬油中菌落總數的污染水平無統計學差異，分析原因，應該是研究對象為預包裝且樣品一般為高鹽高滲透壓，流通過程受環境影響較小，常見細菌在醬油的高鹽環境下不易增殖且呈下降趨勢[3]。主要產區和不同采樣地區菌落總數的污染存在差異，應該與不同企業加工過程中衛生質量的控制效果存在差距，預包裝產品的銷售范圍區域差別較大有關。采自農村的烹調醬油中菌落總數≥10 cfu/mL的樣品比例(57.03%)高于城市(49.68%)，可能與城市和農村地區該類產品的品牌分布有關[4]。

尾礦庫灘面地下水為第四系孔隙潛水，地下水埋深0.10 m，地表積水深度在0.00 m～0.91 m。灘面內軟土層滲透性為微透水～弱透水。

3 真空預壓法機理及試驗區設置

真空預壓法處理工藝，利用地表砂墊層及土層內部的豎向排水體逐步形成負壓，使土體與排水體、墊層之間形成壓差，在該壓差作用下，土體內孔隙水逐漸從排水體中排出，最終使軟土固結。從其工作機理來看，主要反映在薄膜內外壓差、地下水位降低、封閉氣泡排出等幾個方面，使土體內部附加應力增加、土的滲透性增大。

尾礦庫鈦白泥和尾礦泥均為高壓縮性軟土，含水量高，孔隙比大，為接近飽和的軟粘土類地基。PLAXIS高級本構軟土模型考慮土層剛度與應力的相關性(對數壓縮定律)、區分加卸載過程、對先期固結應力具有“記憶性”、孔隙比及滲透性的變化等。在等向固結試驗中，軟土模型的體積應變與平均有效應力關系、屈服面如圖1，圖2所示。

4 尾礦庫灘面真空預壓數值分析

4.1 軟土本構模型

數值分析采用國際領先的巖土工程有限元軟件PLAXIS，具有模擬軟土地基的高級軟土本構模型，以及模擬地基內人工排水體的水力邊界條件，應用三維比奧固結理論分析軟土地基固結的流固耦合問題。

針對本尾礦庫灘面治理，真空預壓試驗區寬度60 m，長度90 m。1區和2區分別采用1.0 m和1.2 m間距、正三角形(梅花形)布置的C型塑料排水板作為地基的豎向排水體。排水板插板深度約20 m，塑料排水板頂部埋入砂墊層長度不小于0.3 m。真空預壓試驗區四周采用粘土密封墻進行封閉，墻底深入第四系粘土層1 m，墻厚不小于1.2 m。

4.2 數值分析模型及結果討論

分析模型的位移邊界采用標準的邊界約束條件，水力邊界為地表自由排水(同原泥面上的砂墊層排水條件)、四周定水頭邊界(同場地周圍的水力補給條件)、底部不透水(同未完全揭露的極微透水層排水條件)。塑料排水板采用線排水單元來模擬，施加真空水頭(80 kPa真空荷載)。密封墻采用非透水界面單元表達材料的極弱透水性。有限元分析的地基變形如圖3所示。

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抽真空引起軟土地基中超靜孔壓的累積，上部地層超靜孔壓較大，深層地層超靜孔壓則相對較小。抽真空固結約140 d后，真空預壓區的超靜孔壓基本消散，地基基本完成固結。預壓完成后

從分析結果可見，尾礦庫地基最大沉降達1.96 m，地表沉降呈中心大、兩側小的形態；地基最大水平位移達1.42 m，其方向指向真空區中心，呈真空邊界處大、遠離真空區以及真空區中心小的形態。

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地層中形成的真空區域主要集中在地表以下8 m左右的范圍。在預壓區中心選擇位移和孔壓監測點，各監測點沉降—時間曲線見圖4，超靜孔壓—時間曲線見圖5。

由圖4可見，深部地層沉降量小于淺部地層沉降量，在抽真空140 d之后，各監測點的沉降基本趨于穩定，比如地表沉降從110 d到140 d平均沉降速率為0.13 mm/d。圖5顯示各監測點在抽真空140 d時基本完成固結，抽真空90 d時固結度可以達到98%。

5 結語

本文主要探討尾礦庫灘面治理技術研究，采用真空預壓方法對場地內鈦白泥、尾礦泥進行固結處理，通過對尾礦庫灘面特殊性軟土的真空預壓固結進行數值分析試驗，在軟土中設置豎向排水體，結合地表水平排水系統，施加80 kPa真空荷載時，其90 d平均固結度達91%，滿足灘面治理要求。因此，在控制抽真空施工質量、針對特殊性軟土特性優化真空預壓技術指標的情況下，真空預壓加固技術對尾礦庫灘面鈦白泥、尾礦泥的治理是可行合理的。