装配式尾矿坝筑坝及其施工方法

权利要求

1.装配式尾矿坝筑坝，其特征在于：包括素混凝土垫层(1)、透水垫层(2)、砌块(3)、排水廊道(4)、坝基排水孔(5)、防洪墙(7)、孔口排水板(8)、横缝(9)、塑料排水板(10)；

所述素混凝土垫层(1)浇筑在地基之上，在素混凝土垫层(1)上铺设透水垫层(2)，砌块坝体砌筑在透水垫层(2)之上，透水垫层(2)上游侧设有排水廊道(4)，排水廊道(4)底板间距布置坝基排水孔(5)，坝体坝顶上游侧设置防洪墙(7)，砌块坝体由砌块(3)逐层砌成，相邻砌块(3)交错放置，错缝拼接，相邻砌块(3)之间通过水泥浆粘接连接，砌块坝体整体划分为若干坝段，相邻坝段之间设置横缝(9)，横缝(9)之间填充塑料排水板(10)，砌块坝体横剖面上呈复式梯形状，砌块坝体上、下游坝面为台阶状斜面。

2.根据权利要求1所述的装配式尾矿坝筑坝，其特征在于：所述的砌块(3)包括若干块砌块标准件(30)，砌块标准件(30)采用四棱柱形，上底面对称设置两道凹下的键槽(301)，下底面对称设置两个凸出的键齿(302)，上底面的键槽(301)与下底面的键齿(302)形状、尺寸完全相同，可相互嵌套，每道键槽(301)内设置贯穿的吊装孔(305)，砌块标准件(30)四个侧面的中间设置一条贯穿的竖向注浆孔(304)，竖向注浆孔(304)平面形状呈半圆形；砌块标准件(30)上下底面分别设置3条水平注浆孔(303)，其中2条平行设置在砌块标准件(30)上下底面两侧的纵向棱上，另一条设置在砌块标准件(30)的中间位置。

3.根据权利要求2所述的装配式尾矿坝筑坝，其特征在于：所述的砌块标准件(30)的尺寸取2.4m×2.4m×2.0m，键槽(301)和键齿(302)的横截面为梯形，截面的上下底边的长度分别为0.4m、0.8m，键槽(301)的深度与键齿(302)的高度取0.2m，每道键槽(301)内间隔对称设置两个椭圆形吊装孔(305)，设置在砌块标准件(30)上下底面两侧纵向棱上的水平注浆孔(303)，竖向形状呈1/4圆，设置在砌块标准件(30)上下底面中间位置的水平注浆孔(303)，竖向形状呈半圆形，吊装孔(305)为椭圆形。

4.根据权利要求3所述的装配式尾矿坝筑坝，其特征在于：所述的砌块(3)还包括1/2砌块标准件(31)，1/2砌块标准件(31)为将砌块标准件(30)沿中部竖向切开所得一半结构，1/2规格砌块标准件(31)尺寸为2.4m×1.2m×2.0m，上底面设置一道凹下的键槽(301)，下底面设置一个凸出的键齿(302)，上底面的键槽(301)与下底面的键齿(302)形状、尺寸完全相同，可相互嵌套，在键槽(301)内设置贯穿的吊装孔(305)，共2个，1/2规格砌块标准件(31)两个纵向侧面的中间设置贯穿的竖向注浆孔(304)，共2条，平面形状呈半圆形；1/2规格砌块标准件(31)上下底面上分别设置2条水平注浆孔(303)，共4条，平行设置在纵向棱上，竖向形状呈1/4圆。

5.根据权利要求2所述的装配式尾矿坝筑坝，其特征在于：对于防洪墙(7)上游侧的砌块，在坝面的吊装孔口(305)处铺设孔口排水板(8)。

6.根据权利要求1所述的装配式尾矿坝筑坝，其特征在于：每一段坝段水平长度为15m～25m，相邻坝段之间设置5～15cm的横缝(9)，坝基排水孔(5)倾向上游侧，底层素混凝土垫层(1)直接浇筑在地基上，厚度可取2～4m，底层素混凝土垫层(1)上、下游侧分别设置1～2米深的齿墙。

7.根据权利要求1所述的装配式尾矿坝筑坝，其特征在于：所述砌块坝体坝顶浇筑坝顶混凝土保护层(6)，厚度取0.2m。

8.根据权利要求1所述的装配式尾矿坝筑坝，其特征在于：砌块坝体下游侧坝面每隔200～300m设置一道踏步(11)。

9.根据权利要求1所述的装配式尾矿坝，其特征在于：所述排水廊道(4)采用普通钢筋混凝土结构，尺寸取2.5m×3.5m，在排水廊道(4)与砌块(3)之间充填混凝土；排水廊道(4)边墙和顶拱间隔设置排水孔。

10.装配式尾矿坝筑坝的施工方法，其特征在于：包括如下步骤：

S1、清基，清除河床冲积层至设计高程，清除坝轴线两岸坡积层；

S2、浇筑坝基素混凝土垫层(1)；

S3、在施工好后的混凝土垫层上，再施工透水垫层(2)；

S4、施工排水灌浆廊道(4)，门洞形截面；

S5、砌块坝体砌筑时，沿坝轴线每隔设定距离设置横缝(9)，逐层放置砌块标准件(30)，根据实际需要在每层的边角处放置1/2砌块标准件(31)，每放置一层砌块(3)后，即可通过砌块(3)底部的水平注浆孔(303)对砌块间的连接缝进行灌浆；进浆压力控制在0.20～0.45Mpa，选择每一列砌块(3)最末端的砌块标准件(30)中的竖向注浆孔(304)为出浆口；

S6、对于防洪墙(7)上游侧的砌块(3)，吊装孔(305)兼做坝体的排水管，在灌浆时，对防洪墙(7)上游侧的砌块(3)中的吊装孔(305)做止浆措施；同时在防洪墙(7)上游侧的砌块(3)中的吊装孔(305)出口处铺设孔口排水板(8)；

S7、当一层砌块(3)砌筑完成后，在横缝(9)内填筑塑料排水板(10)；若需踏步(11)，则在坝体下游侧施工踏步(11)；

S8、每砌2～4m高度时，往尾矿库中充填尾矿砂，然后再继续砌筑下一层，以此循环直至坝顶；

S9、当砌块坝体砌筑到设定高度后，施工坝基排水孔(5)；

S10、当砌块坝体砌筑到坝顶高程时，再依次浇筑坝顶混凝土保护层(6)和施工防洪墙(7)。

说明书

技术领域

本发明涉及一种装配式尾矿坝筑坝及其施工方法，属于矿山工程技术领域。

背景技术

尾矿库作为矿山三大控制性工程之一，其安全性能不仅关系到矿山企业的经济效益，而且还影响到库区下游居民生命财产的安全及周边生态环境的稳定。尾矿坝作为尾矿库的主体工程，是一个具有高势能泥石流的巨大危险源，存在溃坝为危险。因此，尾矿坝的稳定是保证矿山企业正常生产的关键因素之一。

由于尾矿坝的特殊性，运行条件的恶化，将导致正常坝向危、险、病坝转化。目前尾矿坝的数量以每年200余座的速度递增。

目前针对细粒尾矿的堆积方式研究主要集中在废石与尾砂混合堆筑、膏体堆存、干式堆存、一次性筑坝等。这几种堆存方式的优缺点如表1所示。

表1现有尾矿堆存方式的优缺点

以上这些方法在一定程度上缓解细粒尾矿堆存的矛盾，但也存在投资过高、适用性窄等缺点。为了彻底解决细粒尾矿堆存的难题，周汉民等提出了膜袋法尾矿堆坝技术。该法是采用高强度、透水性土工织物制作大面积连续膜袋，通过向膜袋内充填尾砂并经压力排水形成固结充填体，利用充填体连续交错填筑子坝并辅助相应加筋与排渗措施而形成的一种堆坝方法。尽管膜袋法堆坝技术，较传统堆坝技术有较大改善，能较好解决细粒尾矿筑坝取砂难、透水性差、不易固结的难题，同时膜袋可增强坝体的强度、增加坝体的整体性，提高堆积坝的安全性，但由膜袋形成的堆积坝仍然属于松散堆积坝的范畴，仍然存在漫顶溃坝、坝坡失稳的风险；同时膜袋也存在耐久性问题，以及机械化施工程度不高、人工成本过高的问题。

发明内容

本发明的目的是针对采用上游式筑坝建造的尾矿坝，存在坝体结构复杂、细粒夹层、渗透性差、浸润线高等，坝体容易失事的不足；一次性筑坝方式，存在筑坝材料用量多，前期建设投资过高的问题，提出一种新型尾矿坝——装配式尾矿坝。该坝型可以充分利用矿山开采产生的废石浇筑混凝土预制块，混凝土砌块具有质量可靠、施工效率高的优点，可大幅提高坝体的安全性能，防止坝体溃决，从根本上解决尾矿坝容易出现坝体稳定性不足，坝坡容易失稳的问题，确保尾矿坝的安全，同时解决一次性投资大的问题，既经济，又环保。

本发明的技术方案是：一种装配式尾矿坝筑坝，包括素混凝土垫层1、透水垫层2、砌块3、排水廊道4、坝基排水孔5、防洪墙7、孔口排水板8、横缝9、塑料排水板10；

所述素混凝土垫层1浇筑在地基之上，在素混凝土垫层1上铺设透水垫层2，砌块坝体砌筑在透水垫层2之上，透水垫层2上游侧设有排水廊道4，排水廊道4底板间距布置坝基排水孔5，坝体坝顶上游侧设置防洪墙7，砌块坝体由砌块3逐层砌成，相邻砌块3交错放置，错缝拼接，相邻砌块3之间通过水泥浆粘接连接，砌块坝体整体划分为若干坝段，相邻坝段之间设置横缝9，横缝9之间填充塑料排水板10，砌块坝体横剖面上呈复式梯形状，相邻砌块3之间通过水泥浆粘接连接，砌块坝体上、下游坝面为台阶状斜面。

具体地，所述的砌块3包括若干块砌块标准件30，砌块标准件30采用四棱柱形，上底面对称设置两道凹下的键槽301，下底面对称设置两个凸出的键齿302，上底面的键槽301与下底面的键齿302形状、尺寸完全相同，可相互嵌套，每道键槽301内设置贯穿的吊装孔305，砌块标准件30四个侧面的中间设置一条贯穿的竖向注浆孔304，竖向注浆孔304平面形状呈半圆形；砌块标准件30上下底面分别设置3条水平注浆孔303，其中2条平行设置在砌块标准件30上下底面两侧的纵向棱上，另一条设置在砌块标准件30的中间位置。

具体地，所述的砌块标准件30的尺寸取2.4m×2.4m×2.0m，键槽301和键齿302的横截面为梯形，截面的上下底边的长度分别为0.4m、0.8m，键槽301的深度与键齿302的高度取0.2m，每道键槽301内间隔对称设置两个椭圆形吊装孔305，设置在砌块标准件30上下底面两侧纵向棱上的水平注浆孔303，竖向形状呈1/4圆，设置在砌块标准件30上下底面中间位置的水平注浆孔303，竖向形状呈半圆形，吊装孔305为椭圆形。

优选地，所述的砌块3还包括1/2砌块标准件31，1/2砌块标准件31为将砌块标准件30沿中部竖向切开所得一半结构，1/2规格砌块标准件31尺寸为2.4m×1.2m×2.0m，上底面设置一道凹下的键槽301，下底面设置一个凸出的键齿302，上底面的键槽301与下底面的键齿302形状、尺寸完全相同，可相互嵌套，在键槽301内设置贯穿的吊装孔305，共2个，1/2规格砌块标准件31两个纵向侧面的中间设置贯穿的竖向注浆孔304，共2条，平面形状呈半圆形；1/2规格砌块标准件31上下底面上分别设置2条水平注浆孔303，共4条，平行设置在纵向棱上，竖向形状呈1/4圆。

优选地，对于防洪墙7上游侧的砌块，在坝面的吊装孔口305处铺设孔口排水板8。

优选地，每一段坝段水平长度为15m～25m，相邻坝段之间设置5～15cm的横缝9，坝基排水孔5倾向上游侧，底层素混凝土垫层1直接浇筑在地基上，厚度可取2～4m，底层素混凝土垫层1上、下游侧分别设置1～2米深的齿墙。

优选地，所述砌块坝体坝顶浇筑坝顶混凝土保护层6，厚度取0.2m。

优选地，砌块坝体下游侧坝面每隔200～300m设置一道踏步11。

优选地，所述排水廊道4采用普通钢筋混凝土结构，尺寸取2.5m×3.5m，在排水廊道4与砌块3之间充填混凝土；排水廊道4边墙和顶拱间隔设置排水孔。

一种装配式尾矿坝筑坝的施工方法，包括如下步骤：

S1、清基，清除河床冲积层至设计高程，清除坝轴线两岸坡积层；

S2、浇筑坝基素混凝土垫层1；

S3、在施工好后的混凝土垫层上，再施工透水垫层2；

S4、施工排水灌浆廊道4，门洞形截面；

S5、砌块坝体砌筑时，沿坝轴线每隔设定距离设置横缝9，逐层放置砌块标准件30，根据实际需要在每层的边角处放置1/2砌块标准件31，每放置一层砌块3后，即可通过砌块3底部的水平注浆孔303对砌块间的连接缝进行灌浆；进浆压力控制在0.20～0.45Mpa，选择每一列砌块3最末端的砌块标准件30中的竖向注浆孔304为出浆口；

S6、对于防洪墙7上游侧的砌块3，吊装孔305兼做坝体的排水管，在灌浆时，对防洪墙7上游侧的砌块3中的吊装孔305做止浆措施；同时在防洪墙7上游侧的砌块3中的吊装孔305出口处铺设孔口排水板8；

S7、当一层砌块3砌筑完成后，在横缝9内填筑塑料排水板10；若需踏步11，则在坝体下游侧施工踏步11；

S8、每砌2～4m高度时，往尾矿库中充填尾矿砂，然后再继续砌筑下一层，以此循环直至坝顶；

S9、当砌块坝体砌筑到设定高度后，施工坝基排水孔5；

S10、当砌块坝体砌筑到坝顶高程时，再依次浇筑坝顶混凝土保护层6和施工防洪墙7。

本发明的有益效果是：

(1)预制块可以充分利用矿山开采过程中产生的废石为粗骨料，尾矿砂为细骨料进行浇筑，可减少费石渣的排放，变废为宝。

(2)砌块坝体采用砌块砌筑，砌块坝体安全性能大大提高，溃坝的概率大幅降低。

(3)砌块坝体采用砌块砌筑，可逐层砌筑施工，一定高度的坝体砌筑完成后，即可充填尾矿砂，到该层坝顶后，再砌筑下一层坝体，以此循环直至坝顶，消除了一次性建坝投资大的问题。

(4)相比于同高度的传统尾矿坝，库容更大，能堆放更多的尾矿砂。

附图说明

图1为本发明的典型坝段横剖面示意图；

图2为本发明的大坝下游立视图；

图3为本发明的砌块标准件示意图；

图4为本发明的1/2砌块标准件示意图；

图5为本发明的砌块砌筑横剖面示意图；

图6为本发明的砌块砌筑平面示意图。

图中各标号为：素混凝土垫层1、透水垫层2、砌块3、排水廊道4、坝基排水孔5、坝顶混凝土保护层6、防洪墙7、孔口排水板8、横缝9、横缝排水板10、踏步11、砌块标准件30、1/2砌块标准件31、键槽301、键齿302、水平注浆孔303、竖向注浆孔304、吊装孔305。

本发明的实施

下面结合附图和实施例，对本发明作进一步说明，但本发明的内容并不限于所述范围。

实施例1：如图1-6所示，一种装配式尾矿坝筑坝，包括素混凝土垫层1、透水垫层2、砌块3、排水廊道4、坝基排水孔5、防洪墙7、孔口排水板8、横缝9、塑料排水板10；

所述素混凝土垫层1直接浇筑在地基之上，厚度可取2～4m，在素混凝土垫层1上铺设透水垫层2，厚度可取0.2m砌块坝体砌筑在透水垫层2之上，透水垫层2上游侧设有排水廊道4，排水廊道4底板间距布置坝基排水孔5，坝体坝顶上游侧设置防洪墙7，砌块坝体由砌块3逐层砌成，相邻两层砌块3交错放置，砌块坝体整体划分为若干坝段，相邻坝段之间设置横缝9，横缝9之间填充塑料排水板10，砌块坝体横剖面上呈复式梯形状，相邻砌块3之间通过水泥浆粘接连接，砌块坝体上、下游坝面为台阶状斜面。

进一步地，所述的砌块3包括若干块砌块标准件30(如图3所示，砌块标准件30为一体式结构)，砌块标准件30采用四棱柱形，上底面对称设置两道凹下的键槽301，下底面对称设置两个凸出的键齿302，上底面的键槽301与下底面的键齿302形状、尺寸完全相同，可相互嵌套，每道键槽301内设置贯穿的吊装孔305，砌块标准件30四个侧面的中间设置一条贯穿的竖向注浆孔304，竖向注浆孔304平面形状呈半圆形；砌块标准件30上下底面分别设置3条水平注浆孔303，其中2条平行设置在砌块标准件30上下底面两侧的纵向棱上，另一条设置在砌块标准件30的中间位置。

进一步地，所述的砌块标准件30的尺寸取2.4m×2.4m×2.0m，键槽301和键齿302的横截面为梯形，截面的上下底边的长度分别为0.4m、0.8m，键槽301的深度与键齿302的高度取0.2m，每道键槽301内间隔对称设置两个椭圆形吊装孔305，设置在砌块标准件30上下底面两侧纵向棱上的水平注浆孔303，竖向形状呈1/4圆，设置在砌块标准件30上下底面中间位置的水平注浆孔303，竖向形状呈半圆形，吊装孔305为椭圆形。

进一步地，所述的砌块3还包括1/2砌块标准件31(如图4所示，砌块坝体主要由砌块标准件30砌成，在边角处放置不下砌块标准件30的地方用1/2砌块标准件31填充)，1/2砌块标准件31为将砌块标准件30沿中部竖向切开所得一半结构，1/2规格砌块标准件31尺寸为2.4m×1.2m×2.0m，上底面设置一道凹下的键槽301，下底面设置一个凸出的键齿302，上底面的键槽301与下底面的键齿302形状、尺寸完全相同，可相互嵌套，在键槽301内设置贯穿的吊装孔305，共2个，1/2规格砌块标准件31两个纵向侧面的中间设置贯穿的竖向注浆孔304，共2条，平面形状呈半圆形；1/2规格砌块标准件31上下底面上分别设置2条水平注浆孔303，共4条，平行设置在纵向棱上，竖向形状呈1/4圆。

进一步地，对于防洪墙7上游侧的砌块，在坝面的吊装孔口305处铺设孔口排水板8。

进一步地，所述砌块坝体可划分为若干坝段，每一段坝段水平长度为15m～25m，坝段之间设置5～15cm的横缝9，横缝9之间填充塑料排水板10。

坝基排水孔5倾向上游侧，底层素混凝土垫层1直接浇筑在地基上，厚度可取2～4m，底层素混凝土垫层1在上、下游侧分别设置1～2米深的齿墙，提高底层素混凝土垫层1的抗滑稳定性。

进一步地，所述防洪墙7，高度可取1.2m，厚度可取0.3m；砌块坝体坝顶浇筑坝顶混凝土保护层6，厚度可取0.2m。所述砌块坝体坝肩与山体可通过现浇混凝土连接。

进一步地，砌块坝体下游侧坝面每隔200～300m设置一道踏步11。

进一步地，所述排水廊道4采用普通钢筋混凝土结构，尺寸取2.5m×3.5m，在排水廊道4与砌块3之间充填混凝土；排水廊道4边墙和顶拱间隔设置排水孔。

所述坝体每隔200～300m在坝体下游侧坝面设置一道踏步。

一种装配式尾矿坝筑坝的施工方法，包括如下步骤：

S1、清基，清除河床冲积层至设计高程，清除坝轴线两岸坡积层；

S2、浇筑坝基素混凝土垫层1；

S3、在施工好后的混凝土垫层上，再施工透水垫层2；

S4、施工排水灌浆廊道4，门洞形截面；

S5、砌块坝体砌筑时，沿坝轴线每隔设定距离设置横缝9，逐层放置砌块标准件30，根据实际需要在每层的边角处放置1/2砌块标准件31，每放置一层砌块3后，即可通过砌块3底部的水平注浆孔303对砌块间的连接缝进行灌浆；进浆压力控制在0.20～0.45Mpa，为了保证灌浆的效果，选择每一列砌块3最末端的砌块标准件30中的竖向注浆孔304为出浆口，其它出露的接缝做好止浆措施，防止水泥浆过早溢出，影响灌浆效果；

S6、对于防洪墙7上游侧的砌块3，吊装孔305兼做坝体的排水管，因此在灌浆时，对防洪墙7上游侧的砌块3中的吊装孔305做止浆措施，防止水泥浆从吊装孔305渗出，堵塞吊装孔305，影响排水效果；同时在防洪墙7上游侧的砌块3中的吊装孔305出口处铺设孔口排水板8；

S7、当一层砌块3砌筑完成后，在横缝9内填筑塑料排水板10；若需踏步11，则在坝体下游侧施工踏步11；

S8、每砌2～4m高度时，往尾矿库中充填尾矿砂，然后再继续砌筑下一层，以此循环直至坝顶；

S9、当砌块坝体砌筑到设定高度后，施工坝基排水孔5；

S10、当砌块坝体砌筑到坝顶高程时，再依次浇筑坝顶混凝土保护层6和施工防洪墙7。

所述砌块标准件30、1/2砌块标准件31采用C15或C20混凝土。

同层的砌块标准件30之间、上下层砌块标准件30之间、同层的砌块标准件30与1/2砌块标准件31之间、上下层的砌块标准件30与1/2砌块标准件31之间均通过水泥浆粘接连接。

本发明为了提高坝体上游侧尾矿砂的渗透性，在砌块坝体的迎砂面，铺设水平排水板，尾矿砂中的水可通过排水板渗入到吊装孔中，再汇入到排水廊道，排出坝体。为了提高坝体的稳定性，坝体上、下游坝面做成台阶状斜面。

本发明提出的一种装配式尾矿坝筑坝及其施工方法，从根本上解决尾矿坝容易出现坝体溃决，坝体稳定性不足，容易坝坡失稳的问题，确保尾矿坝的安全，提高施工速度，同时解决一次性投资大的问题，既经济，又环保。

以上结合附图对本发明的具体实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。