水电工程建设施工中弃料的利用和处理

熊国兵，杨胜强

(贵州省铜仁地区水利电力勘测设计院，贵州铜仁554300)

0 引言

兴修水利，兴建电站，是人类认识自然、改造自然、利用自然的一大创举，水及水能的利用为人类的进步，社会的发展，创造了前提条件。我国是世界上拥有水力资源较丰富、水能蓄存量较高的国家之一，而水力资源又是一种无污染的环保资源，深受人类的青睐，然而在开发这些资源的过程中将产生大量的弃料，而如何利用和处理好这些弃料，将是工程设计和施工人员研究的重要课题，也是人类关注的重要问题，已引起了相关部门的高度重视，并在相关的规程规范中以条文的形式作出规定，如在中华人民共和国电力行业标准《水工建筑物地下开挖工程施工技术规范》(DL/T5099－1999)中8.1.2从环保角度及弃渣对河道的影响角度规定:石渣的堆放和利用，应综合考虑。同时规定弃渣场的布置应符合下列要求:①场地容量足够，施工中不宜变动。除经过论证合理时，应避免二次倒渣;②符合环保要求，不占可少占农田，有条件时应结合造地;③不得占用其它工程场地，不得影响附近各种设施的安全;④不得侵占主河道，抬高尾水位和恶化流水条件;若利用溪沟弃渣，应有拦渣、泄洪措施;⑤弃渣场必须保持自身稳定，必要时需分层碾压。弃渣完成后，应及时进行修整，并修筑永久排水设施和其它防护性工程，保证地表径流不会冲蚀弃渣表面或危及弃渣的稳定性;⑥利用的石渣，按设计要求分别堆放等等。但仅有这些条款是不够的，要做好这项工作，还需要付出一定的代价才能实现，如，对弃渣的利用和堆放都要通过充分调查、分析及其技术论证和经济可行性论证，方能作出对水电建设工程中弃料的处理措施，随后将从弃料的来源危害、处理和利用的角度，去认识弃料处理应用的重要性。

1 弃料的来源及危害

1.1 弃料的来源

人类的任何建设施工都会产生弃料，水利水电建设工程的建设施工也不例外，而且是一种产生弃料最多的行业之一，而这些弃料又往往堆放在一些足以破坏生态环境极其危险的地方，容易污染环境给人类带来灾害。且这些弃料的来源又是多方面的，有原地的，也有外来的，品种繁多，但大致可分为以下3种来源。

1)水利水电工程的建筑物必须拟建在稳定和可靠的地基及基础之上，而这些地基基础又是由地壳上各种不同时期的地质体构成的，且这些地质体(岩体)除本身(岩石)的组成成分和结构不同而产生的各向异性外，还受各个时期的不同方向和不同大小的地质营力的作用，如地球内力作用所产生的各种应力不平衡作用所形成的各种断裂构造，以及大自然的日晒雨淋，水流、风、生物及大气中各种侵蚀性气体等的外力破坏的作用，所形成的地质体(岩体)的不连续性，不均质性与各向异性，从而决定了岩体的结构特征——天然地质体(岩体)。而这些天然的地质体的表层(全体)往往不能承受上部建筑物荷载的作用，造成地质体破坏而失稳，严重威胁建筑物的安全，同时危及人类的生命和财产安全。因此，水工建筑物是否安全，直接取决于下部地基及基础的承载能力——地质体的物理力学指标的要求。而不能满足承载能力的地基则要求寻找一层满足建筑物设计要求的层位，就必须进行基础开挖或特殊的基础处理，常规则是采用开挖来实现的。主因开挖来得直接并经济而可行，那么开挖则就产生弃料，如:大坝基础、厂房基础、压力管道基础，输水系统的基础，泄水系统的基础、船闸等枢纽系统基础的开挖均产生大量的弃料，这是最主要的弃料来源。

2)在众多的水利水电建筑物中其主体靠建筑材料来建造，而这些建筑材料大部分来源于天然建筑材料，天然建材既经济又实惠，是人类常用的建筑材料，但这些天然建材不是100%的可用率，在开采过程中往往有许多不能用的废材则是又一弃料来源，如表层耕植土和不成形的复杂混合料等。

3)任何建筑物仅靠天然建材是不行的，还要靠一些掺合剂和添加剂来将天然建材粘结起来才能形成完整的建筑物，而在这些掺合剂和添加剂中，那些过期而硬结的，较粗颗粒而不能利用的废料，则又是一种弃料来源，如硬结的水泥，过期失效的各种掺合剂和添加剂等。

1.2 弃料的危害

在上述3种来源中的众多弃料如堆放和处置不当将会造成各种危害。

1)水利水电建设施工中基础开挖出来的弃料，往往堆放在拟建基础即基坑的周围，由于堆放不合理:①因自身松散产生不稳定效应——导致失稳，形成崩塌或滑坡，小则造成已开挖的基础被淹盖，造成经济损失，大则造成人身伤亡;②因弃料的堆放，破坏了原堆放地的应力平衡条件，导致堆放地大规模的崩塌和滑坡，无论给施工还是给人类的生存环境都会带来严重的灾害。

2)在暂时稳定的弃料堆放地带，如不经过认真处理，由于长期的地质作用(弃料的风化等)和天然润滑剂水的作用，将失稳形成大规模的崩塌和滑坡现象，是一种严重的灾害隐患。

3)在那些弃料中，或多或少地存在着一些有毒成分的物质(如硫、铅、汞、砷等)，若不进行特殊处理，造成土质和水源污染，将危及人和动物的生长和生命安全，或许存在着许多侵蚀性物质成分挥发，将给各种建筑物(钢结构体和混凝土)造成极大危害。

4)建材场地区因开挖后的弃料处理不当，除产生上述3种危害外，还将造成严重的水土流失，形成石漠化或沙漠化，将缩小人类生存的有效空间，致使生态平衡将严重失调，而威胁人类的生存。

5)弃料的产生，失稳的出现，加上流水的作用，大量的弃料随流水运动形成泥石流，在大江小河的不同地段沉积下来，导致河道淤积、堵塞，使河床底抬高，过水断面不足，形成水患，从而毁坏良田、村庄和城镇，减少下游的已有水利工程的有效库容，重则由于泥砂压力的作用，致使建筑物失稳，造成塘堤失事事件，对下游人类的生存及财产造成严重威胁，这是最为严重的危害。

总之，弃料的危害是严重的，无时不在，无处不有，这样的实例较多，必须引起高度重视，并用科学的技术措施处理好弃料。

2 弃料的利用和处理

2.1 弃料的利用

水利水电建设工程施工中的弃料，不一定全都是废料，在弃料中选取一些有用材料，经过各种实验和优化建筑物的设计，通过某些处理，将有用的弃料筛选出来加以利用变成有用的材料，变废为宝，从而减少废弃料对环境造成的压力和人类的威胁。例如实例中的石阡山坪水库等工程。另外采用其他设计方案，如面板坝设计方案，砌石碾压坝设计，定向爆破堆石坝设计，经过一定的灌浆和其它措施的处理，同样达到弃料应用的效果。

2.2 弃料的处理

水利水电建设工程施工开挖的弃料中的无用部分即弃料，将按有关规程和规范，选取合理的场所进行堆放，如采用碾压和周边衬砌以及在地形较好的沟谷内砌筑拦碴坝等，总之应按规范进行，同时对有毒成分的废料应作特殊的处理，特别对要求回收处理或封闭处理的应严格加强管理，同时对已处理的废弃料场地，要加强监测，一旦发现有不利的现象，应及时报有关部门，并研究相应的对策，对其进行合理的处理，以确保场地的稳定和安全。

3 工程实例

3.1 石阡山坪水利工程

石阡山坪水利灌溉工程，位于石阡县的山坪村，是集水利灌溉和发电的综合性工程，工程设计坝高69.5 m，库容1040万m3，设计灌溉面积933.33 hm2，发电机组3×500 kW，也是我院设计的高坝之一。大坝枢纽地处深切河谷区，坝区岩层为寒武系平井组(∈2P)薄～中厚层白云岩和白云质灰岩，由于长期的构造作用，加之自身的隐节理发育，岩体特别破碎，完整性差，经前期的勘探孔和后期的固结灌浆孔揭露的资料，以及基础开挖过程中的实际情况表明，风化比较严重，一般为8～12 m，最深达16 m，坝高约69.5 m的高坝荷载以及库区的水头荷载作用，对地基基础的要求则相当高，即要求将基础选在中～新鲜基岩部位。那么，厚达8～16 m厚的强～中风化的破碎岩体将被开挖，产生弃料达2 000m3，由于此处地形狭窄，无法选取合理的位置堆放弃料，后经勘测设计部门有关技术员的取样分析研究，会同上级主管部门和施工部门共同完成对开挖弃料应用成果的研究，将弃料中成分较为优质的白云砂，经过一定的处理，制成预制水泥砖，通过有关部门的检测，其物理力学参数指标，符合相关应用建材标准，并将弃料的40%应用于大坝的砌体，经多年的运行，性能稳定，仅此一项就为该工程减少了一大笔投资，同时减轻了因堆放场地困难的压力，也大大减轻了弃料对下游产生的危害。

3.2 思南河东乌江大道工程

思南河东乌江大道工程位于思南县城河东，是我院设计的乌江上的重要城镇的重点工程之一。该工程是集防洪堤和城镇建设为一体的工程之一，整体工程座落在志留系砂页岩和泥岩之上，由于碎屑岩类的抗风化力低的弱点，加上城镇建设大道要求的需要，在开挖过程中将产生大量的开挖弃料，且这里的建材缺乏，经勘测设计部门到处考察和大量的基础资料分析，决定采用加筋挡墙的形式，并利用弃料作为基础的回填材料，这样，既解决了弃料堆放问题，又解决因资金不足影响的建材缺乏的问题。设计部门建议在施工过程中作了大量的实验和分析工作，选取最优的施工工艺的配合使用加以改进和完善设计意图，此项工程现已完成并投入使用，效果良好，仅仅这一项又节约了不少投资。

3.3 天生桥二级电站工程

天生桥二级电站大坝是一座结构上挡水面为防渗面板，后为稳定需要的弃料和其它风化料堆积体，经过设计部门的精心设计，施工部门的精心施工、监理、质检及监测部门共同努力，又一新的成果诞生了。

还有面板坝堆石坝、堆石碾压坝的应用，软基的处理，为工程弃料的应用树立了光辉的典范，都为减少弃料，特别是废料，减轻因弃料产生而形成的不利的环境因素和隐患提供了应用环境。

4 结论

随着科学技术的高度发展，人类对环境意识的加强以及对生存空间自然化的渴望，已有越来越多的部门和专家关注工程弃料的应用和处理的深入研究，一方面是对今后工程弃料的应用研究，另一方面特别应注意以前因科学技术的局限性而造成的弃料场的稳定分析和监测以及应用的研究，我们深信，废料影响环境的时代已经过去，弃料应用和不产生或少产生工程弃料的时代已来临，让更多的人关注工程弃料的应用，为我们生存的环境更加美好而努力。

［1］ 中华人民共和国电力行业标准.DL/T 5099－1999水工建筑物地下开挖工程施工技术规范［S］.北京:中国电力出版社，1999.

［2］ 中华人民共和国国家标准.GB 50433－2008开发建设项目水土保持技术规范［S］.北京:中国水力水电出版社，2008.