王胜安
贵阳铝镁设计研究院有限公司 贵州省贵阳市观山湖区金朱路2号 550081
摘要：本文通过具体工程实例，针对某赤泥堆场坝底基础存在软弱夹层的情况，提出了在初期坝下游构筑反压平台、初期坝上游预留平台的地基处理方式，运用瑞典圆弧法稳定计算方法，计算了四种筑坝方式时赤泥坝坡抗滑稳定最小安全系数。通过稳定计算结果分析可知，本文提出的软弱夹层地基的处理方式满足坝坡抗滑稳定最小安全系数要求，并且具有施工简单、费用较低的特点，为类似地质条件工程的赤泥坝处理方案提供了有价值的参考，能满足实际工程的需要。
关键词：赤泥堆场 赤泥坝 软弱夹层 安全系数
1 引言
赤泥是用含铝的矿物原料制取氧化铝或氢氧化铝后所产生的废渣[1]，是氧化铝生产过程中可能对环境造成污染的主要因素之一。由于矿石品位及生产方法的不同，生产1t氧化铝产生的赤泥量在0.8～2.0t左右。
在赤泥还不能大量利用而必须堆存的情况下，需建设赤泥堆场使赤泥集中堆放。赤泥堆存方式主要有湿法堆存工艺和干法堆存工艺（浆体干法堆存与滤饼干法堆存），目前国内新建赤泥堆场大多选择赤泥干法堆存工艺。
2 概况
2.1 工程概况
某氧化铝厂赤泥堆场采用浆体干法堆存工艺，筑坝方式为上游法筑坝。赤泥堆场场址在地貌上属一大型的溶蚀谷地，呈近东西向展布；场地岩溶发育，为峰丛谷地地貌，植被不发育，峰丛为裸露的石灰岩；场地狭长，地形平坦，四面环山，长约1200m，平均宽约300m。
赤泥堆场初期坝位于西南垭口处，地面标高介于688.26～692.30m，两侧为山坡，山坡基岩裸露，坡面陡峭，坡度35～50°，初期坝体为碾压土石坝，坝顶标高为710m，坝体外坡坡度为1：2.5，内坡坡度为1：2，坝顶宽度为6m。赤泥堆场初期坝范围即将堆满赤泥时，赤泥坝体加高采用上游法赤泥筑坝方式，赤泥坝最终标高为740m。
2.2 坝基地层岩性
根据赤泥堆场详勘报告相关内容，赤泥坝坝址覆盖层的厚度3.0～13.0m不等，覆盖层包括第四系冲洪积层粘土③（呈硬可塑状态），粘土④（呈软可塑状态），第四系冲残积层粘土⑤（呈软塑状态），场地基岩为泥盆系上统白云质灰岩⑥。粘土⑤呈褐红、紫红色，系碳酸盐岩风化残积而成，呈弱膨胀性趋势，其顶面埋深0.40～10.10m，层厚0.40～10.10m，各粘土层部分物理力学性质指标见下表1。
表1 坝基地层部分物理力学性质指标表
根据上表中反映的物理力学性质，粘土⑤属于软弱饱和粘性土层的范围[2]，为坝基范围内普遍存在且有一定厚度的软弱夹层，对坝体稳定都会有很大影响,必须对其进行处理。
2.3 软弱夹层处理
对软弱夹层地基的处理方法，一般有以下几种处理方式[2]：
①换土法：全部挖除软土，换填以强度较高的土料。但粘土⑤最大深度达10多米，开挖工程量大（约15万方），施工难度大，费用高（初步估计费用约1000万元）。
②砂井法、砂垫层排水法：意在缩短排水距离，使孔隙水压力能较快的消散，从而加速地基抗剪强度的增长。但本工程中赤泥堆场坝体位于山谷汇流出口处，岩溶发育，对粘土⑤采用此法进行处理时其排水效果不能保证，故不适合采用此处理方式。
③反压法：在坝体两侧填筑重力平台，在此附加荷载作用下，坝侧地基被挤出或隆起之势得到平衡，从而增强地基的稳定性。本法施工方便，构筑简单。
本文提出在初期坝下游设置反压平台及上游初期坝顶处预留平台相结合的处理方法，以达到满足赤泥坝体坝坡稳定最小安全系数的要求。
3.2 岩土力学参数取值
本次计算参数均采用赤泥堆场详勘报告中岩土设计参考值，赤泥及岩层物理力学参数取值如表3。
表3 稳定计算赤泥及岩层物理力学参数取值表
3.3 稳定计算
根据相关规范要求，稳定性分析工进行三种运行情况下的计算（正常运行、洪水运行及特殊运行），结合本文提出的针对坝基软弱夹层的构筑反压平台处理方法，现就以下几种处理方式进行坝坡稳定性试算：
第一种处理方式：传统上游法赤泥坝加高方式，在初期坝坝顶内侧开始构筑6级赤泥子坝，每级子坝坝高5m，坝顶宽6m，内外坡坡比1：3。
第二种处理方式：初期坝下游坡脚处设置碾压土石体反压平台，其高度为10m，顶部宽度为20m，外坡1:2.5，赤泥子坝构筑方式同第一种处理方式。
第三种处理方式：初期坝坝顶预留20m宽平台（不含初期坝坝顶宽度）再构筑赤泥坝，赤泥子坝构筑方式同第一种处理方式。
第四种处理方式：初期坝下游坡脚处设置碾压土石体反压平台，其高度为10m，顶部宽度为20m，外坡1:2.5；初期坝坝顶预留20m宽平台（不含初期坝坝顶宽度）再构筑赤泥坝，赤泥子坝构筑方式同第一种处理方式。
3.4 稳定计算结果分析
采用理正岩土工程软件计算，上述四种处理方式的坝坡最小抗滑稳定计算结果见表4。
表4 赤泥坝坝坡最小抗滑稳定安全系数计算结果统计表
从上表计算结果可以看出，第一种、第二种与第三种处理方式时均不满足赤泥坝坝坡稳定最小安全系数要求，均未达到处理坝基软弱夹层的目的，但第四种处理方式时可满足赤泥坝坝坡稳定最小安全系数要求。
由上可见，本文所提出的在初期坝下游构筑反压平台、初期坝上游预留平台的软弱夹层处理方式是行之有效的，初期坝下游反压平台土石料量约为4.5万m3（初步估算费用约为150万元），初期坝上游预留平台损失库容约为10万m3，是一种处理软弱夹层地基的简单可行、费用相对较低的处理措施。
4 结语
本文介绍了赤泥堆场坝基软弱夹层的基本情况，结合处理软弱地基的一般处理方法，通过在初期坝下游构筑反压平台、初期坝上游预留平台的方法进行坝体稳定性试算，计算得到了四种软弱夹层地基处理方式时的赤泥坝坝坡抗滑稳定安全系数，且第四种处理方式满足坝坡稳定最小安全系数的要求，达到了处理坝基软弱夹层的目的。
通过上述分析可见，本文提出的初期坝下游构筑反压平台、初期坝上游预留平台的软土处理方式能有效处理坝基软弱夹层，并且具有施工简单可行、工期短、费用低的特点，为类似地质条件工程的赤泥坝处理方案提供了参考，能满足实际工程的需要。
参考文献：
[1] 李明阳，徐树涛，袁大钧等. 干法赤泥堆场设计规范[M]. 中国计划出版社，2014年11月第1版.
[2] 尾矿设施设计参考资料[M].冶金工业出版社. 1978年第1版.
[3] 李明阳. 拜耳法氧化铝厂干法赤泥堆场的边坡稳定分析[J]. 贵州工业大学学报（自然科学版），2006年第4期.
作者简介：王胜安，男，湖南益阳人，福州大学水工结构工程专业，硕士研究生学历，现从事尾矿库设计研究工作。
论文作者:王胜安
论文发表刊物:《防护工程》2018年第9期
论文发表时间:2018/9/4
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