渣堆場地防滲勘查技術研究

趙旭 劉夢格

（新疆維吾爾自治區有色地質勘查局七0一隊，新疆昌吉 831100）

0 前言

第四系深覆蓋層的滲透穩定問題對于礦山渣堆穩定及土壤環境保護十分重要。查明其工程地質特性,研究并論證其防滲條件,并提出較好的工程處理措施,是較為艱難的一項任務。通過對礦山渣堆場地進行資料收集、場地現狀調查、水文地質鉆探及編錄、水文地質現場試驗、巖土測試及工程測量等工作。基本查明了場地天然基礎層地層巖性分布特征及滲透系數，對其防滲條件進行分析評價，并提出堆場防滲處理切實可行的方案。

1 項目區地質條件

1.1 地層巖性

經現場水文地質鉆探及探坑揭露，項目區地層巖性主要為第四系全新統含礫黏土（Q4edl+al）、石炭系下統南明水組（C1n）泥板巖、泥盆系中統蘊都哈拉組（D2y）安山質角礫熔巖及石英閃長玢巖（δu）。

1.2 水文地質特征

本次施工的水文地質鉆孔主要用于計算淺層巖土體的滲透系數，孔內均未見地下水。根據收集礦區水文地質資料，按照地下水的賦存條件、水理性質及含水介質，將地下水劃分為第四系孔隙水和基巖裂隙水。

項目區地下水總體流向由北東流向南西。北東部中低山區為補給區，主要接受大氣降水的補給和高山區地下水的徑流補給；山前丘陵區為本區的徑流區，主要接受中低山區的地下水徑流補給和大氣降水的補給；而南部丘陵洼地為本區的排泄區，以地下徑流的方式向西南排泄為主，以垂直蒸發排泄為輔。大氣降水、地下水徑流為本區地下水的主要補給來源。

2 水文地質試驗

2.1 滲水試驗

滲水試驗工作在渣堆四周原始地層上開展試驗，試驗方法采用雙環滲水法，主要用于計算地表淺層基巖中等-強風化層滲透系數。

本次雙環滲水試驗計算包氣帶滲透系數采用公式如下：

式中：K--試驗土層滲透系數（m/d）；Q--內環穩定的滲入水量(m3/d)；F--內環底面積（m2）；Z--內環中試驗水頭（m）；Hk--毛細上升高度（m）；L--試驗結束時水的滲入深度（m）。

雙環滲水試驗計算過程中，包氣帶巖性主要為角礫、碎石及少量粉土，當環內試驗水頭（Z）為10cm時，其水力坡度I=（Hk+Z+L）/L，由于毛細上升高度（Hk）及環內試驗水頭（Z）相對于L 很小，所以I 值趨近于1。

通過試驗參數計算，地表淺層基巖中等-強風化層垂向滲透系數為0.117～3.115×10-3cm/s，中等透水。

2.2 注水試驗

在水文鉆孔內進行了常水頭注水試驗。注水孔采用GJ200-1S型鉆機鉆進成孔，井深30.00m,開孔孔徑Φ91mm，一徑到底，洗井至水清砂凈后開展注水試驗。主要用于計算基巖微風化層滲透系數。

鉆孔常水頭注水試驗適用于滲透性比較大的壤土、粉土、砂土和砂卵礫石層，或不能進行壓水試驗的風化、破碎巖體、斷層破碎帶等巖體。本次試驗段地層為安山質角礫熔巖、泥板巖風化層，適用于鉆孔常水頭注水試驗。由于水文鉆孔內未見地下水位，試段位于地下水位以上，且50＜H/r＜200、H/l≤l 時，可采用以下公式計算試驗土層的透水系數：

式中：K--試驗巖土層的滲透系數(m/d)；Q--注水流量(m3/d)；l--試段長度(m)；H--試驗水頭(m)；r--鉆孔內半徑(m)。

本次通過注水試驗參數計算，基巖微風化層滲透系數為3.222～8.900×10-4cm/s，弱透水。

2.3 壓水試驗

本次在水文鉆孔內進行了2 組壓水試驗。壓水孔采用GJ200-1S型鉆機鉆進成孔，井深30.00m,開孔孔徑Φ91mm。其中水文鉆孔ZK01 壓水試驗試段為6.00m～11.10m、11.00m～16.10m、16.00m～21.10m、21.00m～26.10m，四段總長20.1m；水文鉆孔ZK01 壓水試驗試段為7.00m～12.10m、12.00m～17.10m、17.00m～22.10m、22.00m～27.10m，四段總長20.1m，主要用于計算基巖未風化層滲透系數。

本次壓水試驗分為4個試段，每試段壓水試驗分0.3MPa、0.6MPa、1.0MPa 三個壓力值進行流量觀測，試段長度設置為5.10m。流量觀測工作每隔1min 進行1 次。當流量無持續增大趨勢，且5 次流量讀數中最大值與最小值之差小于最終值的10%，或最大值與最小值之差小于1L/min 時，試驗結束，取最終值作為計算值。根據壓水水頭、試段長度和穩定滲入水量，判定巖體透水性的強弱，通常以透水率q表示，單位為呂榮(Lu)。參照《水利水電工程鉆孔壓水試驗規程》（SL31-2003）附錄C，壓水試驗成果可換算成巖體滲透系數。本次壓水試驗采用第三階段的壓力值(P3)和流量值(Q3)按下式計算：

式中：q--試段透水率（Lu）；Q3--第三階段的計算流量(L/min)；P3--第三階段的試段壓力(MPa)；L--試段長度（m）。

本次通過2組壓水試驗參數計算，基巖未風化層滲透系數為0.500～1.100×10-5cm/s，微透水。

3 項目區防滲條件現狀分析

項目區位于低山丘陵區，地形平坦，整體地勢北東高，西南低，高差5m～10m，區內大面積第四系覆蓋，基巖露頭少，植被只有少數耐旱的草本植物生長。

項目區屬大陸性寒溫帶干旱氣候，年平均氣溫4℃～7℃，年平均降水量189.0mm，年平均蒸發量1960mm，區內未見常年性有水河流，僅見少量季節性洪水、流水形成的小型沖溝。

項目區地層巖性主要為第四系全新統含礫黏土（Q4edl+al）、石炭系下統南明水組（C1n）泥板巖、泥盆系中統蘊都哈拉組（D2y）安山質角礫熔巖及石英閃長玢巖（δu）。

第四系全新統含礫黏土（Q4edl+al）厚度一般為0.32m～0.40m，滲透系數為2.2～2.5×10-5cm/s，微透水。地表淺層基巖中等-強風化層厚度1.20m～2.40m，滲透系數為0.117～3.115×10-3cm/s，中等透水；基巖微風化層厚度1.95m～3.50m，滲透系數為3.222～8.900×10-4cm/s，弱透水；基巖未風化層揭露厚度23.70m～26.85mm，滲透系數為0.500～1.100×10-5cm/s，微透水。巖石滲透系數整體表現為隨風化程度減弱逐漸減小的現象。

水渣堆場地層中第四系土層為微透水，在場地內大面積分布，能起到一定的防滲效果，但土層厚度較小且不均勻，無法完全滿足場地的防滲要求。基巖風化層為中等-弱透水，無法滿足場地的防滲要求。基巖未風化層為微透水，可視為隔水層，基本滿足場地防滲要求。水渣堆場周邊土壤環境和地下水環境良好，目前未受到明顯污染，但不排除水渣堆場下方土壤環境在后期運行過程中受到污染的可能性。

4 建議

（1）加強對水渣堆場后期運行管理，對大氣降水淋濾形成的混合渣水進行水質化驗，對可能造成污染的土壤環境和地下水環境宜進行定期監測。

（2）對水渣堆場進行防滲處理或修建防滲擋墻，同時盡可能的降低冶金焦粒含水量，加大對冶金焦粒的綜合利用，減少堆放量。

5 結語

通過對渣堆基礎的工程地質情況及防滲條件進行了實際勘查，根據地質勘查確定了各類土層分布特征、土體的物理力學性質及滲透系數,確定了不同地層及深度的滲透條件,并有針對性地擬定了場地防滲處理方案和后期運行管理監測建議,為后期工程的建設打下了良好的基礎。