閆 賓，江獻玉，柴建峰，王 昱，馬保東，李明陽

（1.國網(wǎng)新源控股有限公司抽水蓄能技術(shù)經(jīng)濟研究院，北京市 100761；2.國網(wǎng)新源控股有限公司，北京市 100052）

0 引言

目前，新源公司管轄范圍內(nèi)的抽水蓄能電站，在建電站約有54個棄渣場，已投運電站約有46個棄渣場。棄渣場具有非生產(chǎn)性和臨時性等特點，作為抽水蓄能電站建設(shè)過程中形成的附屬構(gòu)筑物，在電站的整個勘察設(shè)計及建設(shè)管理的過程中往往無法受到足夠重視。

在上述背景下，通過對新源公司系統(tǒng)內(nèi)在建和已投運電站棄渣場的情況進行有針對性的普查，梳理不同階段棄渣場可能存在的問題，分析產(chǎn)生這些問題的原因，不僅有利于摸清現(xiàn)有棄渣場的現(xiàn)狀及存在問題，還可為后續(xù)類似工程棄渣場的選點、勘測設(shè)計、施工、運維提供經(jīng)驗和教訓，有效提高棄渣場的全過程管控能力。

1 主要普查成果概述

1.1 在建電站棄渣場

普查工作主要從30余個角度出發(fā)，主要涵蓋：渣場設(shè)計變更情況、年降雨量、集雨面積、渣場設(shè)計參數(shù)、擋排設(shè)計、堆渣設(shè)計要求等內(nèi)容。主要普查成果如下：

（1）54個渣場中，22個與水土保持報告中渣場設(shè)計容量變化幅度小于20%，約占總量的41%；6個與水土保持報告中渣場設(shè)計容量變化幅度在20%～30%之間，約占總量的11%；18個與水土保持報告中渣場設(shè)計容量變化幅度超過30%，約占總量的33%；8個還未開工，約占總量的15%。統(tǒng)計結(jié)果見圖1。

圖1 與水土保持報告中渣場設(shè)計容量的變化統(tǒng)計餅圖Figure 1 Statistical diagram of the change of design capacity of slag yard in the report of soil and water conservation

（2）54個棄渣場中，有9個棄渣場高度大于等于100m，棄渣場高度多在20～80m之間；18個棄渣場的設(shè)計堆渣量大于100萬m3，10個棄渣場的設(shè)計堆渣量位于50萬～100萬m3之間，26個棄渣場的堆渣量小于50萬m3。堆渣量—高度統(tǒng)計結(jié)果見圖2。

圖2 棄渣場高度—堆渣量散點圖Figure 2 Scatter diagram of height-slag amount of spoil areas

（3）54個棄渣場中，有33個棄渣場采用的混凝土擋渣墻，有13個棄渣場采用的漿砌石擋渣墻；有35個棄渣場采用了盲溝，8個棄渣場采用了涵洞，29個棄渣場采用了明渠，7個棄渣場采用了排水洞，17個棄渣場采用了截排水溝。

（4）54個棄渣場中，有34個渣場有壓實度要求，約占總量的63%，有20個渣場無壓實度要求，約占總量的37%；12個渣場堆渣順序是至上而下，24個渣場堆渣順序是至下而上。

從以上普查結(jié)果不難看出：①渣場規(guī)劃時往往優(yōu)選溝谷型棄渣場，溝谷型棄渣場擋排設(shè)施工程量相對較?。虎跅壴鼒龈叨群驮鼒鋈萘恐g存在近似線性關(guān)系，棄渣場規(guī)劃容量較大時，棄渣場高度一般較高，后期需要重點其穩(wěn)定性；③棄渣場設(shè)計容量發(fā)生變化的原因往往是前期理論計算的土石方平衡結(jié)果與實際施工存在差別，棄渣場本身選址的問題[1]；④棄渣場穩(wěn)定性計算時用到的棄渣場地基物理力學參數(shù)、棄渣體物理力學參數(shù)往往通過工程類比得出，不是通過現(xiàn)場試驗得出的；⑤棄渣場設(shè)計往往重視的是渣體外截排水設(shè)施，較少關(guān)注渣體本身排水，較少結(jié)合穩(wěn)定性分析的成果[2]。

1.2 已投運電站棄渣場

普查工作從8個角度出發(fā)，涉及約40個問題，涵括了棄渣場規(guī)模、日常管理機構(gòu)、截排水等設(shè)施現(xiàn)狀及穩(wěn)定性、運維等多方面信息量。主要普查成果如下：

（1）有統(tǒng)計數(shù)據(jù)的46個棄渣場中，有16個已移交當?shù)卣?，約占總量的35%；其余30個棄渣場由電站自行管理，約占總量的65%；部分渣場已移交當?shù)卣脑鼒鋈杂呻娬具M行日常維護。移交情況統(tǒng)計示意圖見圖3。

圖3 棄渣場移交情況統(tǒng)計餅圖Figure 3 Statistical diagram of the handover of the spoil areas

（2）有統(tǒng)計數(shù)據(jù)的41個棄渣場中，約70%棄渣場的護坡、截排水及攔擋等設(shè)施均處于正常狀態(tài)；其余30%的棄渣場局部有變形或者損壞或嚴重損害，或擬申請經(jīng)費進行相應的工程治理。護坡、截排水及攔擋等設(shè)施出現(xiàn)損害的渣場中約60%位于浙江、江西等亞熱帶季風濕潤氣候地區(qū)。

（3）有統(tǒng)計數(shù)據(jù)的42個棄渣場中，有29個棄渣場狀態(tài)良好，一直處于穩(wěn)定狀態(tài)，約占統(tǒng)計渣場總數(shù)量的69%；有13個棄渣場曾經(jīng)投入資金維護，約占總量的28%，其中6個電站是移交當?shù)卣巴度胭Y金進行的治理[3]。

（4）在有統(tǒng)計數(shù)據(jù)的40個棄渣場中，20個棄渣場屬于永久征地，20個棄渣場屬于臨時征地；10個棄渣場已經(jīng)移交給地方政府管理，其中2個是永久征地，8個是臨時征地；30個棄渣場尚未移交地方政府，依舊由電站自身管理，其中有18個是永久征地，12個是臨時征地。

（5）有統(tǒng)計數(shù)據(jù)的42個棄渣場中，約90%以上的棄渣場目前沒有安裝監(jiān)測設(shè)施，從各電站反饋的運維經(jīng)驗來看，棄渣場也需要智能化監(jiān)測系統(tǒng)。

綜合分析以上普查結(jié)果不難看出：①部分渣場已移交當?shù)卣脑鼒鋈杂呻娬具M行日常維護的原因往往是渣場靠近電站工程區(qū)域，地方政府并不能對渣場進行全面、實際、有效的管控，地方政府未履行維護職責；②護坡、截排水及攔擋等設(shè)施出現(xiàn)損害的渣場中約60%位于浙江、江西等亞熱帶季風濕潤氣候地區(qū)，原因主要有選址、基礎(chǔ)處理、施工質(zhì)量、日常維護等；③棄渣場臨時征地未能移交的原因往往是與地方政府簽訂協(xié)議，達成不移交共識，地方政府不予接收，電站仍在使用，征地協(xié)議未到期；④通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，建立棄渣場安全監(jiān)測系統(tǒng)，實現(xiàn)對渣場實時監(jiān)測，掌握渣場的運行狀態(tài)。

2 渣場規(guī)劃

截至2020年底，新源公司在建抽水蓄能電站為27個，通過統(tǒng)計近幾年開工的電站土石方平衡相關(guān)數(shù)據(jù)，南方地區(qū)電站土石方總利用率為47%～67%，北方地區(qū)電站土石方總利用率為18%～49%，綜合每個抽蓄電站開挖量的50%為棄渣，如何處理好工程開挖量的一半，已成為工程建設(shè)的關(guān)鍵之一。

渣場規(guī)劃廣義來說主要包括渣場選址、渣場布置。做好渣場規(guī)劃，通過收集地形、地貌、工程地質(zhì)、水文地質(zhì)、周邊敏感性因素、占地面積、棄渣場容量和運距等參數(shù)，進行技術(shù)經(jīng)濟比選，選擇合適的位置，有利于節(jié)約工程造價，促進社會穩(wěn)定和諧和可持續(xù)發(fā)展[4]。進行渣場規(guī)劃時應著重關(guān)注以下幾個方面的內(nèi)容：

（1）渣場選址應充分考慮土石方平衡計算得出的棄渣數(shù)量，渣場占地情況，場內(nèi)運輸條件，渣場的擋排、截排水設(shè)施工程量等因素確定，渣場選址直接影響了工程造價和經(jīng)濟效益[5]。

（2）渣場選址要充分論證渣場設(shè)置位置對下游居民生活的影響程度，包括暴雨山洪等特殊情況下的影響。

（3）渣場選址前應充分勘察地基的工程地質(zhì)和水文地質(zhì)條件，確實需要在泥石流溝和軟弱結(jié)構(gòu)面上布置渣場的，應進行充分論證并采取必要的工程措施[6]。

（4）渣場布置應盡量實現(xiàn)高料高棄，低料低棄。

（5）渣場選址是水土保持設(shè)計的重要內(nèi)容。渣場選址涉及建設(shè)征地移民、施工、水土保持等專業(yè)內(nèi)容，應由各專業(yè)人員共同參與渣場選址。

（6）渣場的征地范圍和征地性質(zhì)應綜合考慮后期移交的難易程度、永臨結(jié)合的可行性、對電站安全運行影響等。

（7）渣場選址應盡量避免選在湖泊、河道管理區(qū)，基本農(nóng)田保護區(qū)、集中居民點及廠礦企業(yè)的上游或周邊，一二級水源保護區(qū)，高等級公路兩側(cè)可視范圍等區(qū)域。

圖4 某電站下水庫棄渣場鳥瞰圖Figure 4 Aerial view of the spoil areas of a power station

3 渣場設(shè)計

截至2020年底，新源公司系統(tǒng)內(nèi)約有4個電站的6個渣場在基建期發(fā)生過設(shè)計變更，設(shè)計變更提出的原因多為防洪標準提高，截排水溝結(jié)構(gòu)調(diào)整，擋渣墻結(jié)構(gòu)調(diào)整等；約有5個運行期電站的8個渣場處于整體不穩(wěn)定狀態(tài)，約有4個運行期電站的6個渣場投入資金進行治理過。

渣場設(shè)計的主要內(nèi)容包括渣場分級和設(shè)計標準、渣場穩(wěn)定性分析、渣場擋護、渣場截排水等內(nèi)容，進行渣場設(shè)計時應著重關(guān)注以下幾個方面的內(nèi)容：

（1）渣場設(shè)計前應收集水文、地形地質(zhì)、水土保持等方面的資料，受到臺風、強降雨等極端氣候影響的渣場應重點關(guān)注[7]。

（2）可行性研究階段應確定渣場布置位置、規(guī)模，完成渣場擋護、排水方案設(shè)計，提出渣場防護工程措施及主要工程量，完成渣場穩(wěn)定性分析。

（3）招標、施工圖階段渣場設(shè)計應復核渣場堆渣容量，對擋護、截排水設(shè)施進行結(jié)構(gòu)設(shè)計，滿足工程施工招標及現(xiàn)場施工要求。渣場擋護、截排設(shè)計成果應有針對性的地勘工作[8]。

（4）渣場設(shè)計應細化給出從渣場起用到最終形成，整個過程中各階段、各標段的填筑量、填筑高程，對渣場防護、排水、擋墻等施工的界面，各標段間的銜接要求等。

（5）對于利用渣場平臺形成的施工工廠等場地，應提出渣體的碾壓參數(shù)及渣料的物理力學指標[1]。

（6）渣場地基、渣體的物理力學參數(shù)宜優(yōu)先通過試驗確定。棄渣場堆置要素應根據(jù)渣體物理力學參數(shù)、巖土組成、地形地質(zhì)條件等確定。

（7）松散的碎石土堆積物內(nèi)部往往呈現(xiàn)無黏性的平面破壞情況，穩(wěn)定性分析計算時應平面滑動計算；密實的碎石土堆積物穩(wěn)定性分析計算時應按圓弧滑面計算，推薦使用畢肖普法。

（8）渣體穩(wěn)定性分析時，在考慮通過計算軟件搜索獲取的滑動面時，還應考慮渣體沿原始地面等其他潛在軟弱面發(fā)生變形破壞的可能[2]。

（9）渣場設(shè)計時應對清除地表附著物提出明確要求，避免地表附著物在長時間的物理、化學作用下碳化泥化，降低渣體和原地表之間形成潛在軟弱滑動面的風險。

（10）對不受水流沖刷影響的渣場坡腳擋墻，擋墻應考慮利用渣料，優(yōu)先考慮使用漿砌石擋墻、鋼筋石籠結(jié)構(gòu)形式。

（11）渣體內(nèi)部含水量對渣體的整體穩(wěn)定有較大影響，渣場設(shè)計時應關(guān)注渣體的內(nèi)部排水設(shè)計。渣體底部應設(shè)置一定厚度的排水棱體，排水棱體的質(zhì)量應得到保證。

（12）渣場設(shè)計過程中，應結(jié)合渣場擋、排設(shè)施設(shè)計合理的運維道路，方便運行期巡檢和維護。

（13）規(guī)模較大的棄渣場應建立棄渣場安全監(jiān)測系統(tǒng)，實現(xiàn)對渣場實時監(jiān)測，掌握渣場的運行狀態(tài)。監(jiān)測系統(tǒng)運行示意圖見圖5[9]。

圖5 棄渣場穩(wěn)定性監(jiān)測系統(tǒng)運行示意圖Figure 5 Operation diagram of stability monitoring system of spoil areas

4 渣場運檢

棄渣場運檢主要包括渣場的運行業(yè)務(wù)、檢查業(yè)務(wù)、維護業(yè)務(wù)。永久征地范圍內(nèi)的渣場應按期開展渣場的運行、檢查、維護等工作。臨時征地范圍內(nèi)暫未移交地方的渣場，在未移交之前應開展渣場的運行、檢查、維護等工作。已移交地方政府的渣場，應由地方政府負責渣場的運行、檢查、維護等工作。對于壩后壓坡體部分，應按大壩的相關(guān)要求開展運行、檢查、維護等工作。

4.1 渣場移交

移交運行單位的渣場包括永久征地范圍內(nèi)的渣場及臨時征地范圍內(nèi)暫未移交的渣場。進行渣場移交時應著重關(guān)注以下幾個方面的內(nèi)容：

圖6 某電站上水庫壩后壓坡體鳥瞰圖Figure 6 Aerial view of the slope behind the dam of the upper reservoir of a Hydropower Station

（1）應按照《水利部水土保持設(shè)施驗收技術(shù)評估工作要點》的相關(guān)要求，在首臺機組投產(chǎn)運行前完成渣場水土保持設(shè)施專項驗收。對堆渣量超過50萬m3或者最大堆渣高度超過20m的渣場，在水土保持專項驗收前應完成穩(wěn)定性評估工作。

（2）渣場永久征地范圍內(nèi)，堆渣量超過50萬m3或者最大堆渣高度超過20m的渣場，宜建立監(jiān)測系統(tǒng)，渣場監(jiān)測宜納入工程整體監(jiān)測范圍。渣場常規(guī)監(jiān)測內(nèi)容為表觀變形監(jiān)測和振動觀測，對于地質(zhì)條件復雜的情況，需要實施地基變形監(jiān)測、內(nèi)部變形監(jiān)測、地下水位監(jiān)測及水文氣象監(jiān)測等。

（3）移交地方管理的渣場，應做好驗收、交接工作，明確管理責任。對電站安全運行有不利影響的，且地方政府無法履行相關(guān)職責的，可委托運行單位履行相關(guān)職責。運行單位應將檢查過程中發(fā)現(xiàn)的問題及時函告地方政府。

4.2 渣場運檢

渣場運檢包括渣場的運行業(yè)務(wù)及渣場的檢查業(yè)務(wù)。進行渣場運檢時應著重關(guān)注以下幾個方面的內(nèi)容：

（1）運行單位應建立渣場檢查制度。汛前、汛后以及暴風、暴雨、特大洪水或者強烈地震發(fā)生后，應組織對其所管轄渣場進行檢查。巡視檢查應結(jié)合當前運行狀況，確定重點巡視部位。

（2）渣場檢查分為日常巡查、年度詳查。日常巡查每月應不少于一次，汛期、臺風、強降雨及地震等特殊情況下應增加巡視檢查次數(shù)；年度詳查通常每年至少在汛前和汛后各進行一次。年度詳查除對渣場各種設(shè)施進行檢查外，還應分析渣場運行情況、維護記錄和監(jiān)測數(shù)據(jù)等，初步評判渣場運行狀態(tài)。

（3）渣場檢查可通過目視、耳聽、手摸，同時輔以相應的工具和儀器進行；檢查人員應由專業(yè)人員組成，檢查工作應由經(jīng)驗豐富、熟悉本工程情況的水工專業(yè)技術(shù)人員主持。檢查人員不宜任意變動，現(xiàn)場記錄應及時整理。對渣場存在的問題應逐項檢查和記錄，對異常和損壞部位應詳細說明，并進行攝像或錄像，以待專項調(diào)查和養(yǎng)護修理。

（4）巡視檢查中如發(fā)現(xiàn)有裂縫、滑移、塌陷等征兆或其他異常跡象，應立即上報，并分析其原因。對巡視檢查中發(fā)現(xiàn)的安全問題，應立即處理。巡視檢查及處理情況應以文字、圖表的方式記載保存。

（5）對已移交地方管理且對電站安全穩(wěn)定運行有重大影響的渣場應密切關(guān)注，及時反映情況。

（6）宜定期委托專業(yè)機構(gòu)對渣場進行安全性評價。

（7）渣體檢查項目一般包括：渣體有無裂縫、沉陷、滑坡、大量積水、沖刷、堆積等現(xiàn)象；植被是否完好等。

（8）坡腳支擋設(shè)施檢查項目一般包括：混凝土有無基礎(chǔ)掏空、斷裂、滲漏、溶蝕、侵蝕和凍害等情況；滲漏水量和水質(zhì)有無明顯變化。

（9）巡檢道路檢查項目一般包括：路面有無松散、裂縫、坑洼、隆起、積水、碎石等；路基是否穩(wěn)定；路基排水是否通暢，有無破損、堵塞、積水、植物滋生；護欄有無撞壞、斷裂、松動、錯位、缺件、銹蝕等現(xiàn)象；交通標志、路面標線、減速帶、球面鏡有無破損、缺失。

（10）監(jiān)測設(shè)施檢查項目一般包括：各類監(jiān)測儀器，各測點的保護裝置及接地防雷裝置，監(jiān)測儀器電纜、監(jiān)測自動化系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)電纜、電源電纜及供電系統(tǒng)等是否正常運行；光纜、電纜、儀器標識牌是否清晰可見。

4.3 渣場維護

運行單位應對渣場進行經(jīng)常性的養(yǎng)護和定期檢修工作。養(yǎng)護修理一般分為日常性養(yǎng)護維修、大修、搶修。進行渣場維護時應著重關(guān)注以下幾個方面的內(nèi)容：

（1）應根據(jù)日常檢查所發(fā)現(xiàn)的問題，編制大修計劃，報批后進行大修。

圖7 某電站棄渣場截水溝損壞及渣體表面滑塌現(xiàn)狀Figure 7 Current situation of intercepting ditch damage and slag surface collapse in a power station spoil areas

（2）渣場維護工作應及時，避免釀成更大的損壞。維護工作施工中，不論工程量大小均應做好施工記錄，內(nèi)容包括維修部位、使用材料、施工方法等，維修記錄存入檔案。

（3）渣體處理時應遵照“上截下排”的原則進行修理。在上游采取截水設(shè)施，將來水匯集后通過表面排水設(shè)施或渣體內(nèi)部排水設(shè)施排出，避免對渣體造成沖刷；在下游壩坡采取導滲排水措施，將渣體內(nèi)的滲水導出，以增強渣體穩(wěn)定。

（4）渣體的滑坡處理應根據(jù)其產(chǎn)生的原因、部位、滑移深度、體量大小、嚴重程度等，進行具體分析，采取適當措施。

（5）渣場表面截排水設(shè)施及具備檢修條件的渣體內(nèi)部排水設(shè)施，應及時進行清淤，保持排水設(shè)施完整、通暢，防止雨水對渣體的浸蝕和沖刷，確保渣體上游擋水設(shè)施和下游攔渣設(shè)施的正常運行。

（6）巡視檢查過程中發(fā)現(xiàn)監(jiān)測設(shè)施運行異常時，應由具備維修經(jīng)驗的員工進行維修處理，對于帶電設(shè)備維修人員應具備帶電作業(yè)資質(zhì)。

（7）加強渣體表面綠化植被的養(yǎng)護工作，保證存活率，提高固坡能力，降低水土流失、滑坡等病害發(fā)生風險。

5 結(jié)論

依托新源公司系統(tǒng)內(nèi)100余個渣場的調(diào)研普查分析結(jié)果，分別對規(guī)劃、設(shè)計、移交、運檢、維護階段的棄渣場提出了應重點關(guān)注的內(nèi)容。

（1）渣場規(guī)劃階段應重點關(guān)注渣場選址和布置等內(nèi)容。遇到渣場選址對周圍環(huán)境和居民影響較大，渣場地基條件較差時，應進行充分論證。

（2）渣場設(shè)計階段應重點關(guān)注渣場穩(wěn)定性分析，渣場擋護、渣場截排水等內(nèi)容。渣場設(shè)計前應充分收集水文、地形地質(zhì)、水土保持等方面的資料，可行性研究階段應完成渣場穩(wěn)定性分析及方案設(shè)計工作，招標設(shè)計階段應完成擋護、截排水設(shè)施的結(jié)構(gòu)設(shè)計工作。

（3）渣場運檢階段應重點關(guān)注渣場運行、檢查、維護等內(nèi)容。移交運行單位的渣場包括永久征地范圍內(nèi)的渣場及臨時征地范圍內(nèi)暫未移交的渣場，運行單位應建立渣場檢查制度，渣場維護工作應及時，避免釀成更大的損壞。