摘要：甕福磷石膏渣場是我國第一家引進美國技術進行治理與運行的項目，在安全、環保等方面具有示范作用。本文分析了引進技術后渣場現狀大壩的穩定性，對于我們磷石膏渣場的建設及運行管理有重要參考價值。
　　一、 引言
　　甕福磷肥廠磷石膏渣場從99年底開始使用,累計堆渣1800萬噸。由于磷石膏渣場地處喀斯特地區，在引進國外生產工藝技術時,沒有同步引進國外先進的渣場設計與運行管理技術,國內在此方面又無成熟規范與技術,導致設計、施工方面存在較多缺陷,在生產中工藝水出現滲漏,致使周邊河流污染。
　　為此，甕福按照美國Ardaman公司設計進行了防滲施工處理，并于2007年6月底投入生產使用中。該渣場為國內最大的磷石膏渣場，采用濕法管道輸送、堆存,渣場內水渣共存,采用磷石膏筑壩,與大型尾礦堆存相似，但其運行管理模式采用美國磷石膏渣場管理技術，效果凸顯。
　　二、 穩定性分析
　　1、風險性分析
　　世界上正在使用的尾礦庫和工業廢料庫約20萬個。世界各地尾礦壩從較小的滑動破壞到災難性的崩潰破壞均有發生。
　　潰壩時堆積物往往立即液化,擴大壩的缺口,沿山谷向下游傾泄,并挾帶各種污染物,其危害程度和后果常比水庫潰壩嚴重,直接威脅下游居民的生命財產安全。2008年9月8日，山西省臨汾市襄汾縣新塔礦業有限公司尾礦庫事故，造成“254死34傷”重大人員傷亡事故。
　　各種渣場壩體成為重要事故隱患的原因有:
　　(1)大多數壩體服務時間短,不作為永久構筑物;
　　(2)壩的數量絕對值大;
　　(3)與其他類型堤壩(如大型攔水工程等)相比,規模小,危害未引起人們的足夠重視。從而導致渣場壩體事故頻繁發生,直接導致百人以上死亡的事故已屢見不鮮。
　　根據上述因素,按國外尾礦類型壩體風險等級評定標準,甕福磷石膏渣場壩體風險等級屬中等。
　　2、潰壩因素分析
　　渣場壩體安全由多個因素組成,當采用堆存物料筑壩時,壩體上升速度、干灘長度、渣場排放管理等均是重要因素。目前國內外渣壩潰壩事故的影響因素主要有:浸頂;表面侵蝕;管涌;液化;壩基材料;壩基滑動;邊坡滑坍等。
　　甕福磷石膏渣場有其特殊的一些性質:壩高度大,只有一個渣場運行，最終高度95m;板結速度慢,酸度大,含有較高的氟和可溶性磷酸鹽對堆存環境和壩體有腐蝕作用。
　　上述性質無疑加大了甕福渣壩設計和管理的難度。
　　在已經形成的磷石膏大壩上設置了21個鉆孔，利用美國先進技術，對渣壩進行了全面取樣檢測、現場透水性試驗，對大壩未被干擾磷石膏樣的水分含量、密度、CU三軸向試驗、有效孔隙率等作了全面分析，結果證明了大壩在現階段是穩定可靠的。
　　3、穩定性分析評價
　　3.1、土工試驗及計算結果
　　A、滲流計算結果
　　各種材料的垂直向滲透系數分別為：磷石膏：5×10－4cm/s；堆石體：1×10－2cm/s；斜墻料：1×10－6cm/s。
　　在進行浸潤面計算時，考慮了壩頂高程為960m和933m兩種情況，分為多工況進行計算。其中，初期壩透水意為初期壩斜墻表面設置有排滲體系，并與壩基排滲系統相通；不透水意為不設置斜墻表面的排滲系統。堆積壩均質意即滲透系數各向相等；非均質即水平向滲透系數是垂直向滲透系數的2倍，即Kh/Kv＝2。
　　B、壩坡穩定分析結果
　　穩定分析采用條分法，靜力穩定計算采用計條間作用的簡化畢肖普法方法。
　　1）當設置庫底排滲系統時，渣場的最小穩定安全系數Kmin＝1.60；
　　2）當只設置堆積壩壩體排滲管時，渣場的最小穩定安全系數Kmin＝1.33，起最危險滑弧位于堆積壩壩坡表面。
　　3)、若不設置排滲系統，渣場的最小穩定安全系數Kmin＝0.66，不滿足設計規范，而且逸出點位于堆積壩壩坡中部位置，可能發生滲透變形破壞。
　　C、磷石膏分析初步結論如下：
　　1）粗粒級磷石膏的抗剪強度略高于細粒級磷石膏的抗剪強度；
　　2）磷石膏的抗剪強度高于級配相似的粉土的抗剪強度；
　　3）密度是影響磷石膏抗剪強度的主要因素，磷石膏抗剪強度隨其密度增加而增加；
　　4）排水條件是影響磷石膏強度的另一個主要因素。
　　3.2、測壓計觀察結果
　　1） 大壩出現了水頭下降現象。
　　2） 側向流動梯度顯著低于向下流動梯度。
　　3） 某些地區缺乏黏土層，或者沉淀物實際上是有較高滲透性的石灰巖。
　　4） 通石灰巖層是非常透水的。
　　3.3現場滲透實驗結果
　　1） 甕福石膏渣場的水平滲透率在3.6×10-5～8.0×10-4cm/sec之間，平均值4.0×10-4cm/sec。
　　2） 隨磷石膏渣堆積深度的增加，水平滲透率微有下降，因為深度越大、磷石膏渣越密實。
　　3） 在B-1和B-3位置附近，磷石膏渣場下面的石灰巖沉淀物的水平滲透率分別是6.9×10-5和1.4×10-4cm/sec。
　　4） I號初期壩的東北方向壩肩地區的自然沉淀物的水平滲透率明顯高于其西南方向壩肩的水平滲透率。
　　3.4、顆粒級配
　　甕福磷石膏樣本顆粒主要在泥沙粒徑范圍。
　　3.5、切應力確定結果
　　在試驗測試中，用4個未受擾動的磷石膏樣本進行三軸壓縮試驗，其目的是為了渣場穩定性分析獲得應力強度的參數，所有剪應力強度試驗都按ASTMD4767規定的步驟進行。
　　結論：未被攪動的樣本有效最大抗剪角度大約為42°和有效粘結力0.6至0.7kg/cm2。
　　3.6、滲透實驗結果
　　隨著孔隙比隨干密度的增加而降低，即孔隙比從1.3降低到0.3時，水平滲透率從1×10-3降低到3×10-6cm/sec。
　　垂直滲透率的變化范圍為：從渣場表面的1×10-3cm/sec到基底的10-4或10-5之間。
　　3.7磷石膏壩穩定性分析結論
　�。�1)、穩定計算方法
　　穩定計算方法采用瑞典圓弧條分法，壩材抗剪強度指標采用三軸有效應力強度試驗指標。
　�。�2)、穩定計算條件
　　A、物理力學指標的確定依據
　　1） 壩基（灰巖）的物理力學指標采用1995年10月貴州省建筑工程勘察院《貴州宏福實業開發有限總公司甕福磷肥廠磷石膏渣場巖土工程勘察報告》提供的試驗指標及參考《堆石壩設計》指標取值。
　　2） 初期壩（堆石）壩材的力學指標采用1996年4月南京水利科學研究院土工研究所《甕福磷石膏渣場工程土工試驗及數值分析》的取值，物理指標參考《堆石壩設計》取值。
　　3） 磷石膏堆積壩的物理指標采用2006年2月美國ARDAMAN咨詢服務公司的《甕福磷肥廠磷石膏渣場工程報告》提供的試驗指標。
　　（3）、壩的等級
　　根據《選礦廠尾礦設施設計規范》ZBJ1-90，該磷石膏渣壩為三級壩。
　�。�4）、計算工況
　　A、計算工況分為：
　　1） 現狀勘察；
　　2） 洪水運行；
　　3） 現狀勘察與洪水運行。
　　B、三種工況的荷載組合：
　　1） 現狀勘察：勘察水位＋壩體自重；
　　2） 洪水運行：最高洪水位＋壩體自重；
　　3） 現狀勘察與洪水運行：勘察水位與最高洪水位組合＋壩體自重。
　�。�5） 、地震烈度
　　因地震烈度為6度，故不考慮地震荷載。
　�。�6） 、概化分區
　　由于磷石膏的顆粒級配較均勻，主要為粉粒，粉粒含量占85％以上，固不考慮概化分區。
　　（7） 、磷石膏堆積壩穩定計算結果
　　抗滑穩定驗算安全系數K
　　                         
　　《規范》要求三級壩洪水運行時，抗滑穩定的最小安全系數為Kmin＝1.10。經復核，目前磷石膏渣壩的最小安全系數為Kmin＝1.563，滿足《規范》要求，這表明目前磷石膏渣壩是穩定的。
　　4、風險影響評價
　　4.1潰壩風險影響評價
　　渣壩最嚴重的風險便是壩體潰決,潰壩后最大泄流量可用下述公式計算。
　　Qn=Bn•Hn3•KnP式中:
　　Qn———潰壩流量,m3/s;
　　Bn———潰壩長度,m;
　　Hn———壩潰前上下游液化位差,m;
　　KnP———與運營條件、壩體材質等有關的系數,根據有關資料,取0.75。
　　按后期壩條件考慮,潰壩后最大泄流量為223600m3/s。
　　為避免上述風險,減緩損失,重點采取了下列措施:
　　(1)工程建設時從壩基、壩肩、壩體等多方面對壩的穩定性和滲透性進行綜合分析，論證了保證壩的結構安全;
　　(2)壩內排水設施(調洪和溢洪)的建設與壩體安全綜合考慮,不低于該類構筑物防洪的國家規范要求;
　　(3)嚴格管理渣場運行,按設計技術要求操作運營。
　　(4)對庫區沉渣灘長度、壩體浸潤線高度、壩基穩定性等關鍵要素進行了及時監控以確保壩體的安全。
　　4.2壩體安全情況下渣場非正常污水排放影響評價
　　正常情況下,磷石膏渣場污水經溢流井溢流及壩下調蓄水庫(10萬m3)調蓄后,經回水泵返至廠區調漿使用或進入廠區污水處理站。本評價主要針對洪水情況下渣場調蓄水庫溢流排放水量和含F-水質進行風險影響分析。
　　據《福泉縣志》(1991年11月編),當地月降水量≥100mm,大暴雨在30年內共計出現3次。為獲得大暴雨情況下積水排放情況,對1%、0.5%、0.2%、0.1%、0.01%暴雨頻率進行水文計算,求得這些頻率下外排水量。
　　24h暴雨下流量計算采用下列公式:
　　Q24=(1/10)KP•a•H24•F式中:
　　Q24———24h暴雨下逕流量(萬m3/d);
　　KP———模比系數;
　　a———逕流系數,0.80;
　　H24———歷年24h暴雨量平均值,90mm;
　　F———匯水面積,km2。
　　結果證實,在+925m以下標高,只有出現五百年一遇的暴雨時才有污水排放。在+925m以上,百年一遇的暴雨即有污水排放。污水經洪水稀釋后,其主要污染物P—F的含量已低于污水排放標準,這時環境是可以接受的。
　　三、 結論
　　通過借助美國Ardaman公司技術，對貴州甕福磷肥廠磷石膏渣場大壩的風險評價,確定該大壩在現階段是穩定可靠的，但是，在按照美國專有技術進行運行到一定時間內，需再次對大壩進行穩定性風險，以確定防滲工程對大壩的影響程度，以便及時調整運行管理措施，確保大壩安全穩定。
　　通過此次的分析，系統地給出磷石膏渣場的風險評價方法與步驟。對渣場風險程度給出量化分析,方法確實可行,使渣場堆存風險掌握在可知的范疇;同時作為國內最大的磷石膏渣場的環境風險評價,具有其典型性的一面,有較高的可參照性,可作為國內大中型化工廢物渣場環境風險評價的參照和類比。