陇南紫金矿业有限公司菜子沟尾矿库排洪系统加固工程设计、施工研究及实施

贾 雄

1.前言

陇南紫金矿业有限公司菜子沟尾矿库排洪系统于2012年设计施工，于2013年投入使用至今，排洪系统分为主排洪系统和副排洪系统两部分。使用期间原排水系统出现局部出现裂纹，伴有渗漏及大量结晶，部分段拱脚渗水等现象，经委托检测机构检测鉴定，排水管混凝土强度不满足原设计要求。考虑到后期随着尾矿堆积，排洪系统上部压覆高度逐渐变大，排洪系统承受的载荷逐渐增大，为保证尾矿库安全，对排洪系统局部进行加固处理，加固后排洪系统仅使用3年，在此期间新建一条排洪系统，3年后将现有排洪系统封堵废除，启用新排洪系统，以满足尾矿库的正常运行。

2.项目实施前存在的问题

菜子沟尾矿库提升改造工程分为原排洪系统的加固、新排洪系统的修建及原排洪系统封堵三部分。为矿山正常生产，先行实施原排洪系统加固工程。

2.1排洪系统现状

主排洪系统：采用钢筋混凝土排水管、排水井与排水斜槽相结合的排洪方式，共设3座直径2.5m的框架式排水井（1#、2#、3#排水井均已按设计在井座处采用C30钢筋砼预制盖板完成封堵），排水管长度约为1009.0m，排水斜槽长度约为414.3m。

副排洪系统：采用钢筋砼结构的排水管与排水斜槽相结合的排洪方式，排水管长度约为850.0m，排水斜槽长度约为424.6m。

排水管、排水斜槽断面均为上部半圆拱的门型断面，断面尺寸为宽1.0m，直墙高1.2m，半圆拱直径1.0m，斜槽盖板为钢筋砼结构直径1.0m的半圆拱形。

尾矿压覆厚度大于80.0m的部分主副排洪系统均采用排水管，尾矿压覆厚度小于80.0m的部分均采用排水斜槽。

排洪系统相对位置图如图所示。

排洪系统相对位置图

2.2存在的主要问题

根据2020年5月厦门欣途工程技术有限公司编制的《菜子沟尾矿库排水管廊及排水斜槽鉴定报告》及2021年4月甘肃省土木设计研究院有限公司编制的《陇南紫金矿业有限公司菜子沟尾矿库排水系统检测报告》可知，现阶段排水系统主要存在以下问题：

2.2.1 表面缺陷

（1）受力裂缝

主排结构混凝土表面未见明显受力裂缝。

副排结构衬砌内部局部出现环状裂缝，整体结构未发现明显规律受力裂缝。

（2）砼表面渗水裂纹

主副排水管混凝土表面发现规则的渗水裂纹，渗水裂缝多数分布在二衬两侧拱腰，沿排水方向出现微小渗水及晶体析出。

（3）伸缩缝及施工缝设置情况

主副排水管部分伸缩缝位置设缝橡胶及SBS防水涂层出现老化脱落现象，在排水管两侧壁高度约1.1m处设置施工缝（浇筑分批次留缝），局部施工缝位置出现渗流及结晶现象。

（4）钢筋情况

局部结构外侧壁钢筋保护层、内侧壁钢筋保护层、腰拱内侧钢筋保护层及排水底板面层钢筋保护层局部不满足规范要求，局部现阶段处于露筋状态。

（5）腐蚀、锈蚀及砼表观缺陷

主副排砼衬砌混凝土表面出现的胀裂、麻面、孔洞等施工缺陷。表面出现渗漏裂纹，裂纹不规则，较细，伴随大量结晶；部分段止水带破损，伸缩缝处渗漏；部分拱脚漏水。

2.2.2结构承载力分析及加固方案

由原设计单位兰州有色冶金设计研究有限公司联合河海大学编制的《菜子沟尾矿库排水管廊混凝土衬砌结构采用波纹钢加固受力分析研究报告》可知，排水管顶埋深小于40.0m时可不进行加固，大于40.0m时采用波纹钢加固。

根据现场主副排水管上部尾矿压覆高度，尾矿堆积至1716.0m时，主排水管部分段尾矿压覆高度大于40.0m，副排水管压覆高度均小于40.0m。

尾矿堆积至1716.0m时，菜子沟尾矿库副排水管压覆高度均小于40.0m，可以满足承载力要求，不用加固，考虑到副排目前局部有渗水、裂缝现象，需对副排进行局部加固，实际加固长度根据现场情况约300m，主排加固长度约731.0m（3#井至初期坝上游段）。

原排水管为圆拱直墙式，宽1.0m、直墙高1.2m、拱高0.5m，圆拱半径0.5m，设计采用波纹钢板进行加固，波纹板波形为200mm*55mm，主体板片厚度为5.0mm，内侧采用波纹钢板衬砌后采用高强灌浆料充填。

3.设计、施工存在问题与解决措施

3.1施工图设计及优化调整

原排水系统加固设计采用加大截面法（波纹钢衬砌后采用C40细石混凝土灌浆充填）进行加固处理。波纹钢板加工时预留注浆孔和排气孔，然后进行注浆，钢板预制好进行防腐处理，钢板安装前必须处理好排水管内壁裂缝。为保证波纹钢板和排水管之间能紧密接触，将土压力传递给波纹钢板，波纹钢板和砼之间必须进行灌浆处理，将波纹钢板与排水管之间的的空腹填充密实。为保证灌浆密实，原排水管内壁应进行凿毛处理，清洗后喷涂混凝土界面剂。为减少水流对波纹钢板的冲刷和腐蚀，波纹钢板表面砌筑35mm厚水泥砂浆。

3.1.1第一次设计加固断面及波纹钢板加工存在问题

第一次设计加固断面见图3.1加固断面图1。经过与全国多省市锻压厂考察咨询，

设计要求的Q355B厚度5mm钢板波纹压制成型后拱脚部半径194mm卷圆加工极其困难，国内无厂家能够加工。

3.1 加固断面图1

3.1.2第二次设计调整后加固断面

结合波纹钢板加工厂样品试制及设计优化调整，波纹钢板加工调整为半圆弧状，见图3.2加固断面图2。

3.2 加固断面图2

3.2施工过程中的问题分析及解决措施

3.2.1波纹钢板运输及安装存在问题及解决方案

（1）波纹钢板运输及安装存在问题

原排水管宽度1000mm，波纹钢板外边宽度900mm，锻压成型后的每块波纹钢板长度610mm,运输时采用改装电瓶车单块运输。可采用以下两种运输方案，详见下图：运输方案1、运输方案2。

两种运输方案存在的问题：

方案1波纹钢板难固定，洞内运输时受上下坡及转弯影响，与洞内壁发生碰撞，实际运输操作时不可行。

方案2运输较便利，但运至安装位置时最小斜角尺寸1034mm，大于排水管洞内宽度1000mm，无法转向调整至安装角度，见图3.3。

3.3 U型波纹钢板尺寸图

（2）波纹钢板加工及运输解决方案

根据现场试验后将波纹钢板横向连接位置进行优化调整，单块波纹钢板断面加工为J型，最小斜边长度为743mm，按方案2运输至安装位置后可调整至安装角度。

3.2.2波纹钢板与原排水管内壁灌浆存在问题及解决方案

（1）灌浆施工过程中出现的问题

波纹钢板安装完成12.8米后一个星期内采用细石混凝土输送泵进行了三次细石混凝土灌注，均因混凝土输送泵堵管等原因未能成功，且每次堵管后受作业空间限制拆除泵管及清理残留混凝土均耗费大量时间。经对多次灌注失败原因分析，C40抗渗细石混凝土需从搅拌站运输至排水管出口，再采用小型容器转运至排水洞内浇筑工作面，期间无法进行混凝土的搅拌，且运输过程中只能采用人工推车运输，受运输过程抖动影响，混凝土运至作业面时已发生离析和严重泌水，浇筑前虽经过二次搅拌，但混凝土和易性已受较大影响；洞内混凝土运输只能单次运输，每次运输时间最快需要二十至三十分钟，间隔时间过长，导致输送泵料斗内混凝土容易离析，是造成混凝土堵管的关键原因。

波纹钢板安装完成后与排水管之间的区域空隙很小，由于原排水管内部尺寸不规则，有些部位甚至基本紧靠在一起，细石混凝土很难浇筑密实，质量不能得到保证。

（2）解决方案

加固工程排水管与波纹钢板之间的填充材料改为高强无收缩灌浆料。使用灌浆料灌注有以下优点：

a、灌浆料为袋装，可先运至洞内作业面再加水搅拌，减小材料运输难度提高运输速度；

b、消除因运输引起的混凝土离析可能性，避免浇筑堵管；

c、波纹钢板与排水管之间的部分区域空隙很小，混凝土很难浇筑密实，采用灌浆料浇筑可完全消除此问题，质量能够得到保证。

4.项目实施结果

该项目加固方法无成功经验可借鉴，实施过程中依次解决了方案设计优化、高强度大厚度卷圆半径小的波纹钢板制作加工、波纹钢板有限空间运输安装、灌浆材料变更及运输灌注、施工组织等问题。通过一次一次的不断试验、摸索及时调整方案，经历多次失败后最终施工方案实验成功。最终完成了主排加固712m，副排加固322m。

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