范崔李小重(安徽省地矿建设工程有限公司)

一.导言

粘土用于早期尾矿库筑坝和贮灰场电厂早期筑坝，透水性差。后来的坝(子坝)多采用上游法修建，用尾矿砂和粉煤灰填筑，碾压而成。尾矿库(贮灰场)运行中后期，由于排水防渗设施的缺乏或失效，或原矿和生产工艺的差异，各类尾矿和粉煤灰的颗粒组成和渗透性差异较大，矿泥等软弱夹层的存在，随着库区堆积面的增大，坝体浸润线也会升高。在长期饱和水的作用下，大坝填筑土的物理力学性质开始恶化，表现在大坝半坡和子坝坝脚初期，随后坝面出现不同程度的下沉或隆起，局部发生管涌。

由于超高浸润线，验算大坝抗滑稳定时最小安全系数不足，故判定为病坝、病坝、险坝。至于如何对待这种病坝、险坝、险坝，如何降低浸润线，传统的做法是预设排水盲沟、排水垫层、预埋透水管。但这种嵌入式排水设施建成后，当时并没有发挥作用，只有浸润线超过排水设施才能发挥作用。而且，这种埋入式排水设施还有一个致命的缺点，即排水设施必须在大坝增容加高施工前埋入。预埋设施安装后，经过后续的堆放、碾压等扰动，以及后期的固结排水后，极易造成预埋防渗排水设施失效或堵塞。这种现象很普遍。此外，传统方法对高浸润线的既有大坝无能为力。

辐射井自流排水是近年来出现的一种降低坝体浸润线的新工程措施。具有适应性强、排水效果显著、运行时间长、运行成本低的特点，没有传统手段排水效率低、易失效、易堵塞等缺点。其基本工作原理:将大直径钢筋混凝土竖井沉入地下，在竖井内施工尾矿库(灰场)滤管，收集渗水，通过长距离渡槽排出，实现自流，达到长期稳定的降水效果。

二。辐射井重力排水系统的组成及施工技术

如图所示，辐射井自流排水系统由竖井、水平滤管和水平渡槽三部分组成。根据大坝浸润线的不同高度、坝内积水、多级子坝坝面的沼泽化程度、坝体总长度和高度以及各级子坝的具体情况、尾矿(粉煤灰)物理化学成分的差异、坝内透水性的各种参数等因素，确定了辐射井的平面布置和深度以及水平滤管的各项技术参数。辐射井一般布置在2~3级子坝上，间距为80 ~ 100米。深度可达初始坝底。

(a)轴

径向井筒的作用是将水平滤水孔渗入的水集中到井内，然后通过水平导水孔排出大坝。竖井采用现浇钢筋混凝土，沉井法施工，分段制造，模块下沉，达到设计深度后封闭。

由于尾矿(灰)松散，易液化，液化后强度急剧下降，因此有必要根据这些特点确定辐射井的沉井方法。浸润线以上以人工开挖沉井法为主，浸润线以下采用不排水沉井法，以“冲吸法”(也称底部液化法)为主。当沉井深度达到20m以上，或地层复杂时，采用沉井法，沉井深度偏差一般要超过100mm。封底采用灌浆二次封底施工工艺，即沉井稳定后，用灌浆固定井周边，挖井底不排水，露出叶脚部分，再用灌浆封闭整个底板底部。与以往的超沉法相比，这种封底技术可以减少超沉材料的浪费，使封底成功率达到100%。设计深度为20m的辐射井将在40天内完成所有沉井施工。

(2)水平过滤管

水平滤管的作用是将坝体内的水渗出，引入竖井，从而降低坝体内水位和坝体浸润线，是整个排水系统的关键。

安徽地矿集团水利水电工程公司独创的TBYH跟管钻进法和PHDY水平滤管安装法的组合应用，不仅施工进度快，而且质量优良，安装成功率100%，每班工效可完成50m水平滤管施工。

(3)水平渡槽

水平渡槽的作用是将井里水平滤管的渗水引至坝外，实现自流排水。渡槽从井上施工时，需要经过尾矿(灰)段和初期坝段。不同的介质有不同的物理力学性质，所以需要不同的钻孔方法。除上述水平排水和渗滤管的施工方法外，水平渡槽铺设施工还必须注意以下问题:

1.施工能力。一般来说，导水管很长。根据不同大坝的排渗要求，需要在水库内布置足够远的辐射井，以增加辐射井的排渗范围，从而达到更好的排渗效果。

2.施工精度。为了排水顺畅，集中收集和排出渗水，渡槽必须保持一定的坡度，出水口必须到位，这就要求渡槽的运行轨迹在高程和平面上必须满足设计精度。

3.干扰是轻微的。由于初期大坝安全储备较小，扰动较小，钻孔环空间隙减小，以防止施工期管涌和大坝失稳事故。

三。工程应用实例及处理效果

目前，辐射井重力排水系统已成功应用于许多尾矿坝和灰坝，其排水效果一般可通过肉眼直接观察，并可通过监测浸润线数据进行量化。笔者参与的工程取得了理想的防渗效果，解决了众多业主的后顾之忧，赢得了业主的一致好评，创造了良好的社会效益和社会影响。

例如，平顶山孟瑶电厂城寨沟灰场第二副坝渗排水工程由10口辐射井组成，井深33m。设计竖井为钢筋混凝土结构，混凝土强度C25，内径3600mm，壁厚400mm。井内有4层水平滤管，每层9根，呈“半圆形”或“扇形”排列；指向图书馆，过滤管长50米。滤管采用UPVC花管，开孔率11%，土工布400g/m2。水平渡槽布置在辐射井的部分底部，出水口根据坝外坡脚标高控制；导水管一般采用φ127mm钢管，导水管水力坡度为2.5%。它始于2001年4月，于2002年8月完成。根据坝面测压管的跟踪监测，如2001年4月初坝顶桩号0+350处的地面高程为224米，该处测压管的水位为221米。2001年9月15日，4号井开始排水，实测水位-时间曲线如下图所示:

辐射井系统运行后，可以清楚地观察到原来的渗流点消失，坝面潮湿区域逐渐干涸，测压管水位迅速下降到警戒浸润线以下，满足安全校核要求。

比如内蒙古宏达矿业公司尾矿库渗排水工程，这个工程建设之前，坝面渗漏严重，特别是子坝堆积，流土流沙现象随处可见，子坝变形严重。设置2口辐射井，孔径4400mm，井深22.3m，用于应急施工。水平滤管共两层，每层11根，单根80m，共3500m，采用UPVC花管，开孔率为9%。2006年11月10日辐射井投产后，当天坝区的水很快排干，土流现象消失。以前无法修建的坝顶道路现在可以通行，浸润线平均下降了8.2m，取得了满意的效果。实测水位-时间曲线见下图:

另外，下表列出了作者参与的一些辐射井排水系统的工程实例及其应用和处理效果:

单位

四。结论。

(1)辐射井重力排水应用于尾矿坝(电厂灰坝)降水加固，可有效降低坝体渗流曲线，效果显著，可长期保持稳定渗流，后期管理简单。

(2)随着沉井深度和水平渡槽长度施工能力的发展，辐射井可以在坝区和库区自由布置，增强了辐射井自流排水系统的适应性，扩大了排水范围。

(3)水平滤管的方向不受任何限制。滤管辐射面积广，汇水面积大，排水量大。每个竖井内可铺设多层水平滤管，增加大库容、高堆积、高浸润线大坝的泄水量，快速降低大坝浸润线。

(4)为了增强排水效果，可采用垂直排水和水平排水相结合的立体排水系统。用于垂直排水的塑料排水板可以穿透相对隔水层，沟通上下含水层，提高垂直渗透性。排水板埋设在滤管中段两侧，平行于坝轴线，埋深在水平滤管以上约0.5 m。

(5)辐射井井身可随坝体加高而加高，井内可增设水平滤管，提高辐射井的使用效率，节省投资。

(6)径向井的直径不能缩小，否则会限制钻机的体积，从而影响钻井性能。大口径水平滤管和导水管是防止淤血的保障。从工程实践来看，我公司施工的辐射井自流渗排水系统最长正常运行了12年，没有出现淤塞现象。

(七)坝体的渗透变形和破坏多是由于坝内地下水控制不当，特别是加高扩建工程的实施，使整个坝体的渗流曲线不断上升。如果没有适当的降水和渗排水措施，必然会导致坝面出现冲刷、管涌、滑塌、沼泽等不稳定现象。辐射井的重力排水措施应与坝体加高工程同时设计和施工，以避免在考虑降水之前发生坝体险情。