楊房溝水電站上鋪?zhàn)訙蠗壴鼒?chǎng)水土保持措施設(shè)計(jì)

張 騰，劉 健，劉家艷

（1.中國(guó)電建集團(tuán)華東勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，浙江 杭州 311122；2.雅礱江流域水電開(kāi)發(fā)有限公司，四川 成都 610051）

因自然條件限制，在西南土石山區(qū)修建的水電站工程多將棄渣場(chǎng)布置在泥石流沖溝內(nèi)。泥石流溝道型棄渣場(chǎng)潛在危害較大，防治泥石流是整個(gè)棄渣場(chǎng)工程水土流失防治工作重點(diǎn)。

1 工程情況

楊房溝水電站位于四川省涼山彝族自治州木里縣境內(nèi)的雅礱江中游河段上，是該河段“一庫(kù)七級(jí)”開(kāi)發(fā)規(guī)劃中的第六級(jí)水電站，工程等級(jí)為Ⅰ等大（1）型工程。水電站設(shè)置1個(gè)特大型棄渣場(chǎng)——上鋪?zhàn)訙蠗壴鼒?chǎng)，該棄渣場(chǎng)為溝道型棄渣場(chǎng)，且受泥石流影響。本文以楊房溝水電站上鋪?zhàn)訙蠗壴鼒?chǎng)為例，分析介紹水電工程特大型棄渣場(chǎng)水土保持措施設(shè)計(jì)的體系和方法。

上鋪?zhàn)訙蠗壴鼒?chǎng)主要堆置主體工程開(kāi)挖棄渣、圍堰拆除料、金波石料場(chǎng)剝離的無(wú)用料和其他零星棄渣，渣場(chǎng)布置于溝道下游段，沿溝道堆置，占地面積22.66 km2，容渣量1 300萬(wàn)m3，擬堆渣量874.76萬(wàn)m3（自然方，折合松方1 163.43萬(wàn)m3），堆渣高程1 985.00~2 210.00 m。根據(jù)GB 51018—2014《水土保持工程設(shè)計(jì)規(guī)范》，結(jié)合棄渣場(chǎng)堆渣量、最大堆渣高度和渣場(chǎng)失事對(duì)主體工程或環(huán)境造成的危害程度，分析確定上鋪?zhàn)訙蠗壴鼒?chǎng)級(jí)別為1級(jí)。棄渣場(chǎng)堆渣及防護(hù)措施平面布置見(jiàn)圖1。

圖1 上鋪?zhàn)訙蠗壴鼒?chǎng)堆渣及防護(hù)措施平面布置圖

1.1 棄渣場(chǎng)自然條件

上鋪?zhàn)訙蠗壴鼒?chǎng)位于壩址下游約2.2 km的上鋪?zhàn)訙蠝系纼?nèi)，左側(cè)邊坡地形較陡，坡度在30°~50°，基巖大都裸露，局部淺表層可見(jiàn)崩坡積堆積物，植被較為發(fā)育；右側(cè)邊坡地形陡峭，坡度在70°~80°，基巖裸露，植被發(fā)育稀疏，多為低矮灌木。場(chǎng)地主要為第四系松散堆積物覆蓋，三疊系上統(tǒng)新都橋組變質(zhì)粉砂巖出露于場(chǎng)地邊坡上。

上鋪?zhàn)訙系靥幥嗖馗咴瓥|側(cè)邊緣地帶，屬川西高原氣候區(qū)，主要受高空西風(fēng)環(huán)流和西南季風(fēng)影響，干、濕季分明。流域多年平均降水量為500.0~2 470.0 mm，分布趨勢(shì)由南向北遞增。流域內(nèi)雨日多，連續(xù)降雨日較長(zhǎng)。流域內(nèi)多年平均蒸發(fā)量為1 166.0~2 500.0 mm，總趨勢(shì)由南向北遞減，流域內(nèi)常年平均氣溫-4.9~19.7 ℃。

上鋪?zhàn)訙蠟檠诺a江一級(jí)支流，屬于四季常流水支溝，具有典型的山區(qū)小流域特征。流域面積32.81 hm2，流域溝道彎折，尤其在近溝口處有2處大彎道，主溝溝谷較深，溝谷呈“V”型，溝口高程1 980.00 m，最高高程5 001.00 m，主溝長(zhǎng)度15.7 km，溝床平均比降197.1‰（約11°）。流域的徑流補(bǔ)給以降雨為主，全流域徑流的空間分布、年際變化、年內(nèi)分配與降水規(guī)律一致，上鋪?zhàn)訙蠝峡谠O(shè)計(jì)洪水成果見(jiàn)表1。

表1 上鋪?zhàn)訙虾樗O(shè)計(jì)成果表

1.2 水土流失防治體系和防護(hù)標(biāo)準(zhǔn)

棄渣場(chǎng)的水土保持措施設(shè)計(jì)直接關(guān)系到整個(gè)工程水土流失防治工作的成敗，水土流失防治措施應(yīng)具備系統(tǒng)性和科學(xué)性，注重生態(tài)工程建設(shè)，采取工程措施、植物措施和臨時(shí)措施相結(jié)合的綜合防護(hù)措施，并進(jìn)行合理配置、統(tǒng)籌兼顧，形成綜合完善的防護(hù)體系。上鋪?zhàn)訙蠗壴鼒?chǎng)堆渣前先進(jìn)行表土剝離，坡腳設(shè)置混凝土擋渣墻，擋渣墻外側(cè)采取鋼筋石籠護(hù)腳。上鋪?zhàn)訙仙嫌尾扇纤幚泶胧?，渣體周邊設(shè)置截水溝，馬道上設(shè)置馬道排水溝，渣體底部設(shè)置盲溝。堆渣結(jié)束后，棄渣場(chǎng)坡面采取鋼筋混凝土框格梁植草護(hù)坡，棄渣場(chǎng)頂部平臺(tái)場(chǎng)地平整后采用覆土、栽植喬木和撒播灌草籽等方式恢復(fù)植被。

上鋪?zhàn)訙蠗壴鼒?chǎng)攔擋工程設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)參照DL/T 5419—2009《水電建設(shè)項(xiàng)目水土保持方案技術(shù)規(guī)范》、GB 50201—2014《防洪標(biāo)準(zhǔn)》和GB 51018—2014《水土保持工程設(shè)計(jì)規(guī)范》的要求，結(jié)合渣場(chǎng)堆渣實(shí)際情況，確定上鋪?zhàn)訙蠗壴鼒?chǎng)攔擋工程級(jí)別為2級(jí)。棄渣場(chǎng)截排水工程防洪標(biāo)準(zhǔn)主要根據(jù)渣場(chǎng)規(guī)模、渣場(chǎng)位置、渣場(chǎng)失事等因素造成的風(fēng)險(xiǎn)程度來(lái)制定防洪標(biāo)準(zhǔn)，確定上鋪?zhàn)訙蠗壴鼒?chǎng)采用100 a一遇洪水設(shè)計(jì)，200 a一遇洪水校核。

2 水土流失防治措施設(shè)計(jì)

2.1 工程措施

2.1.1 表土剝離

棄渣場(chǎng)堆渣前對(duì)占用耕地和林地地塊進(jìn)行表土剝離，結(jié)合工程實(shí)際，剝離區(qū)域主要為上鋪?zhàn)訙蠝纤幚砉こ陶嫉貐^(qū)域，剝離的表土運(yùn)至表土堆存場(chǎng)集中堆置防護(hù)。

2.1.2 溝水處理

上鋪?zhàn)訙夏嗍鳛闇瞎冉涤晷偷皖l大型粘性泥石流，結(jié)合上鋪?zhàn)訙蠝纤攸c(diǎn)和工程特性，對(duì)溝水處理及泥石流防護(hù)措施進(jìn)行專(zhuān)題設(shè)計(jì)，溝水處理與泥石流排導(dǎo)防護(hù)統(tǒng)籌兼顧，泥石流防護(hù)以工程措施為主。溝水及泥石流防護(hù)工程建筑物包括2級(jí)格柵攔擋壩、排導(dǎo)槽、末級(jí)擋水壩，根據(jù)溝內(nèi)地形地質(zhì)及施工條件沿溝布置2級(jí)攔擋壩。在棄渣場(chǎng)上游側(cè)開(kāi)挖低矮、單薄山脊形成排導(dǎo)（泄）槽，結(jié)合溝水處理，將泥石流及溝水排泄至原溝口下游約0.14 km的雅礱江中[1]。

2.1.3 攔擋工程

上鋪?zhàn)訙蠗壴鼒?chǎng)堆渣前坡腳設(shè)置擋渣墻，采用C20現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)，墻身高4.0 m，頂寬1.0 m，面坡直立，背坡坡比1: 0.6。擋渣墻墻身設(shè)2排Φ100 PVC排水管，排水管水平間距1.5 m，管身保持傾向擋渣墻外側(cè)3%的排水坡降；墻身每隔10.0 m設(shè)1道結(jié)構(gòu)縫，縫寬0.02~0.03 m，縫間填塞瀝青油氈。擋渣墻基礎(chǔ)挖至弱風(fēng)化層上限，開(kāi)挖深度0.5~1.2 m不等，基坑開(kāi)挖邊坡1:1.0，坑內(nèi)回填碎石。擋墻靠近砂石加工系統(tǒng)一側(cè)布設(shè)鋼筋石籠護(hù)腳，單個(gè)鋼筋石籠尺寸長(zhǎng)2.0 m，寬1.0 m，高1.0 m，鋼筋石籠墻身高度大于4.0 m時(shí)，寬度為3.0 m，墻身高度小于4.0 m時(shí)，寬度為2.0 m，石籠基礎(chǔ)埋深不小于1.0 m。擋渣墻穩(wěn)定計(jì)算斷面見(jiàn)圖2。

圖2 擋渣墻穩(wěn)定計(jì)算斷面圖

根據(jù)計(jì)算成果，擋渣墻抗滑及抗傾覆穩(wěn)定安全系數(shù)見(jiàn)表2，根據(jù)SL 379—2007《水工擋土墻設(shè)計(jì)規(guī)范》，攔擋工程滿(mǎn)足渣場(chǎng)的防護(hù)要求。

表2 擋土墻抗滑及抗傾覆穩(wěn)定安全系數(shù)

2.1.4 截排水工程

2.1.4.1 設(shè)計(jì)洪水情況

棄渣場(chǎng)溝道來(lái)水已通過(guò)泄水槽排導(dǎo)，渣場(chǎng)截排水設(shè)施主要針對(duì)上游山坡坡面及渣場(chǎng)自身場(chǎng)地匯水，截排水設(shè)施采用100 a一遇洪水標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)。棄渣場(chǎng)設(shè)計(jì)洪水情況見(jiàn)表3。

表3 棄渣場(chǎng)設(shè)計(jì)洪水一覽表

2.1.4.2 截排水措施設(shè)計(jì)

渣場(chǎng)排水包括渣場(chǎng)上游坡面匯水、堆渣體坡面匯水和渣體滲水等3部分。工程擬通過(guò)沿渣場(chǎng)外側(cè)布設(shè)截水溝攔截、排導(dǎo)上游坡面匯水；沿渣場(chǎng)馬道內(nèi)側(cè)布設(shè)馬道排水溝排導(dǎo)堆渣體坡面匯水；沿原有溝道布設(shè)盲溝排導(dǎo)渣體滲水。

（1）截水溝：沿渣場(chǎng)左右側(cè)山體各布設(shè)1條，雙側(cè)排水，截水溝末端設(shè)跌水坎消能后分別接入雅礱江和泄槽。截水溝采用C25混凝土結(jié)構(gòu)，等腰梯形斷面。左側(cè)截水溝底寬1.0 m，深1.2 m，溝壁坡比1:0.5；右側(cè)截水溝底寬0.4 m，深0.4 m，溝壁坡比1:0.5；兩側(cè)截水溝襯砌混凝土厚0.3 m，溝底坡降不小于2.5%。對(duì)于坡面較陡的區(qū)塊，截水溝開(kāi)挖面還需采用C25噴混凝土、Φ22隨機(jī)錨桿和Φ50隨機(jī)排水孔等防護(hù)措施。截水溝溝身每隔10.0 m設(shè)1道結(jié)構(gòu)縫，縫寬2.0~3.0 cm，縫間填塞瀝青油氈。截水溝陡坡段設(shè)跌水坎，跌水坎采用臺(tái)階式，寬60.0 cm、高30.0 cm，均采用C25混凝土結(jié)構(gòu)。棄渣場(chǎng)截水溝設(shè)計(jì)情況見(jiàn)表4。

表4 棄渣場(chǎng)截水溝設(shè)計(jì)一覽表

（2）馬道排水溝：棄渣場(chǎng)坡面匯水較小，考慮到施工便利，馬道排水溝斷面均采用漿砌片石結(jié)構(gòu)，矩形斷面，底寬0.4 m，深0.4 m，漿砌片石襯砌厚0.2 m，水泥砂漿抹面0.03 m，溝底和溝壁外側(cè)砂礫石墊層0.2 m。

（3）盲溝：堆渣前在渣體底部設(shè)置塊石透水盲溝，排導(dǎo)渣體滲水。盲溝沿原有溝道走向布設(shè)，平均底寬5.0 m，厚2.0 m，采用大塊石外包反濾土工布的形式，大塊石采用弱、微風(fēng)化新鮮的工程開(kāi)挖料，工布采用400 g/m2針刺無(wú)紡?fù)凉げ迹瑑蓚?cè)30.0 cm厚砂礫石墊層保護(hù)。盲溝與預(yù)埋涵管順接，銜接口采用大塊石回填保證排水通暢。

2.1.5 護(hù)坡工程

上鋪?zhàn)訙蠗壴鼒?chǎng)堆渣完畢后，為了保證渣場(chǎng)邊坡穩(wěn)定，對(duì)其邊坡進(jìn)行鋼筋混凝土框格梁護(hù)坡，混凝土框格梁尺寸采用3.0 m×3.0 m，框格梁寬30.0 cm、厚40.0 cm，頂梁和邊梁寬50.0 cm、厚40.0 cm，底梁寬50.0 cm、厚100.0 cm，底梁至少埋地50.0 cm。

2.1.6 土地整治

工程棄渣堆置結(jié)束后，進(jìn)行土地整治，而后進(jìn)行復(fù)耕或恢復(fù)植被。對(duì)于棄渣場(chǎng)頂部的堆渣平臺(tái)，場(chǎng)地平整后覆土，并對(duì)其進(jìn)行全面整地。對(duì)于棄渣場(chǎng)其他區(qū)域，場(chǎng)地平整后進(jìn)行覆土，改善立體條件，為植被恢復(fù)做好準(zhǔn)備。

2.2 植物措施

棄渣場(chǎng)立地條件差，且項(xiàng)目區(qū)位于干熱河谷，由于焚風(fēng)效應(yīng)，河谷氣候干燥少雨，土層薄，有機(jī)質(zhì)少，缺乏養(yǎng)分。渣場(chǎng)植被恢復(fù)根據(jù)適地適樹(shù)（草）原則，通過(guò)栽植適合當(dāng)?shù)貧夂驐l件及渣場(chǎng)立地條件的喬灌草營(yíng)造水保林。上鋪?zhàn)訙蠗壴鼒?chǎng)頂部平臺(tái)采取栽植喬木和撒播灌草籽相結(jié)合的方式恢復(fù)植被，渣場(chǎng)坡面撒播灌草籽。植被恢復(fù)前先進(jìn)行覆土，坡面覆土20.0 cm，頂部平臺(tái)覆土50.0 cm。喬木選擇金合歡和余甘子，采用穴植，穴徑0.5 m，深0.5 m，株行距為2.0 m×3.0 m，栽植密度1 667株/hm2，選用2 a生壯苗，苗木高1.0 m，地徑3.0~5.0 cm，按1:1株間混交。灌草采用撒播種子的方式，灌草種選擇狗牙根和胡枝子，按1:2混交，撒播密度150 kg/hm2。棄渣場(chǎng)邊坡實(shí)施鋼筋混凝土框格梁護(hù)坡后進(jìn)行覆土，撒播灌草籽綠化。

棄渣場(chǎng)植物措施實(shí)施后需根據(jù)植物生長(zhǎng)情況，進(jìn)行澆水、松土、施肥和除蟲(chóng)等養(yǎng)護(hù)，對(duì)死亡的苗木及時(shí)進(jìn)行補(bǔ)植，撫育管理1 a。

2.3 臨時(shí)措施

工程設(shè)置的表土堆存場(chǎng)表土臨時(shí)堆置期間，采用四周坡腳處設(shè)置鋼筋石籠、坡面撒播草籽的方式進(jìn)行臨時(shí)防護(hù)，棄渣場(chǎng)堆渣過(guò)程中設(shè)置臨時(shí)道路及臨時(shí)排水措施等臨時(shí)措施。

2.4 渣場(chǎng)堆置形式穩(wěn)定性分析

棄渣場(chǎng)在溝口位置設(shè)置擋渣墻，擋墻頂部高程1 989.00 m，堆渣起坡高程1 989.00 m，堆渣坡度不陡于1:1.8。在高程2 005.00，2 020.00，2 035.00 m分別設(shè)置1道馬道，馬道寬5.0 m。在高程2 050.00 m設(shè)置1處寬150.0 m的平臺(tái)，作為施工機(jī)械停放場(chǎng)，對(duì)外交通專(zhuān)用公路也從該平臺(tái)通過(guò)。高程2 050.00 m平臺(tái)以上渣體設(shè)置“Z”字型馬道，馬道寬約3.0 m，兼作堆渣時(shí)的棄渣道路。

根據(jù)SL 575—2012《水利水電工程水土保持技術(shù)規(guī)范》，對(duì)上鋪?zhàn)訙蠗壴鼒?chǎng)堆渣體的穩(wěn)定性進(jìn)行驗(yàn)算，棄渣場(chǎng)堆渣體穩(wěn)定安全系數(shù)均達(dá)到規(guī)范要求，堆渣體在擬定堆放坡度下能滿(mǎn)足穩(wěn)定要求。

3 結(jié) 語(yǔ)

棄渣場(chǎng)施工應(yīng)嚴(yán)格按照“先擋后棄”的原則進(jìn)行，過(guò)程中注意防護(hù)措施的時(shí)效性，避免裸露邊坡處于無(wú)防護(hù)狀態(tài)。棄渣場(chǎng)整治后最終形成的平臺(tái)區(qū)域應(yīng)根據(jù)工程建設(shè)需要和實(shí)際情況設(shè)置相應(yīng)的蓄水設(shè)施，并與原截排水設(shè)施合理銜接，為棄渣場(chǎng)平臺(tái)的后期農(nóng)業(yè)耕作及渣場(chǎng)綠化養(yǎng)護(hù)提供相應(yīng)支持。渣場(chǎng)植被恢復(fù)應(yīng)盡量選用當(dāng)?shù)刂参锓N類(lèi)和常見(jiàn)綠化樹(shù)草種，以提高植物成活率，保證植被恢復(fù)效果。