水利水電工程溝道型棄渣場防護措施設計

鮑　彪　劉　衛(wèi)　朱　文　任　堂

水利水電工程溝道型棄渣場防護措施設計

鮑彪劉衛(wèi)朱文任堂

溝道型棄渣場是因受地形條件限制而采用的渣體堆放類型，根據(jù)水土保持有關技術規(guī)范要求，按照 “先攔后棄”的原則，此類渣場防護設計應在溝口修建攔渣壩，攔渣壩上游的洪水處理應根據(jù)溝道洪水流量大小采取相應的排導設施，渣體擋護、排導設施修建完畢后再行堆渣。針對某水利樞紐工程的溝道型棄渣場現(xiàn)狀，在比較各種防護方案的基礎上，提出了攔擋、排導等綜合防護措施設計思路。

沖溝棄渣場水土保持攔擋排導

水利水電工程棄渣場根據(jù)其地形條件、與河（溝）相對位置等可分為溝道型、臨河型、坡地型、平地型和庫區(qū)型等5種類型。鑒于現(xiàn)有水土保持規(guī)程規(guī)范對溝道型棄渣場的防護措施針對性不強的事實，本文選取某水利水電工程溝道型棄渣場為治理對象，對其應采取的防護措施進行分析和闡述。

該棄渣場位于主體工程壩址下游3.5 km的沖溝內，溝內植被稀疏，常年有水，棄渣409.53萬m3（松方）。渣體集中堆于沖溝溝口，與溝中來水方向垂直并阻斷上游來水通道，屬攔溝型棄渣場。該棄渣場堆渣量較大，且渣場下游布置有施工區(qū)，防護難度較高，選取其進行水土保持典型設計最具有代表性。

1　棄渣場概況

1.1氣象條件

棄渣場所在區(qū)域屬大陸性北溫及寒溫帶氣候，多年平均氣溫4.8℃，≥10℃年有效積溫3 580℃，多年平均降水量203.8 mm，多年平均蒸發(fā)量1 447.5 mm，多年平均風速2.4 m/s，最大凍土深220 cm。

1.2地質情況

棄渣場所在沖溝為V形峽谷，主槽底寬4～6 m，兩岸基本對稱，階地不甚發(fā)育。兩岸巖體均有片麻理發(fā)育，其中，左岸為喀納斯群二段角閃斜長片麻巖，右岸為華力西中期侵入的黑云母二長花崗巖。渣場區(qū)無區(qū)域性斷裂通過，構造形跡主要為節(jié)理，以陡傾為主，節(jié)理面光滑平直或稍彎曲，地表微張，下部閉合，以硬性結構面為主，區(qū)域內地震基本烈度為Ⅶ度。

1.3棄渣組成

該棄渣場主要堆放大壩、生態(tài)基流電站、生態(tài)發(fā)電洞、施工導流及施工支洞開挖產(chǎn)生的棄渣，棄渣為土石混合渣，以石渣為主，土石比例約為3∶7。其中土渣主要來自上述工程的覆蓋層開挖，類型為礫質土和棕鈣土，土壤質地較粗，肥力中等；石渣主要來自工程開挖的花崗巖、石英巖、砂卵礫石等，以黑云母石英片巖為主要成分。

1.4棄渣場棄渣條件分析

棄渣場所在溝道內常年有水，占地類型為草地。棄渣最大運距 3.5 km，堆渣高程 776.50～860.00 m，最大堆渣高度83.5 m，堆渣邊坡1∶8.0，堆渣容量約440萬m3，渣場滿足整體穩(wěn)定要求。

1.5棄渣場防護工程級別及防洪標準

棄渣場堆渣409.53萬m3，最大堆渣高度83.5 m，渣場下游布設施工生產(chǎn)生活區(qū)，渣場失事對主體工程將造成嚴重危害，渣場級別定為2級，渣場防護工程建筑物級別為2級，設計洪水標準為50年一遇，校核洪水標準為100年一遇。設計洪水成果詳見表1。

表1　1#棄渣場設計洪水成果

2　設計思路

棄渣場防護設計之前，根據(jù)專家咨詢，共提出3種防護方案：方案1，渣體底部設置預制混凝土管，保證溝道內常流水直接流至下游河道；方案2，將該棄渣場渣體全部清運至其他位置堆放并進行擋護；方案3，渣體上游溝道內布設攔洪壩，避免洪水穿過渣體，同時開挖排洪隧洞，將溝道洪水排至下游布爾津河，排洪隧洞全長938.55 m。

方案1，渣體底部排水管易被堵塞，影響過流能力，另外突發(fā)洪水來臨時洪水將從渣頂漫過，存在較大安全隱患；方案2，由于該區(qū)域受地形條件限制，附近無適合渣場可供選擇，可供選擇的渣場運距較遠，不僅加大投資，同時會影響施工進度。綜合比較各方案，選擇方案3為實施方案。該棄渣場防護方案總平面布置圖見圖1。

圖1　棄渣場平面布置圖

3　棄渣場水土流失防治措施設計

3.1攔擋措施設計

3.1.1擋渣壩

棄渣場為沖溝型，渣體下游采用鋼筋混凝土擋渣壩進行攔擋。擋渣壩采用重力式，壩后設鋼筋混凝土護坦。壩高31.5 m，埋深4.0 m，頂寬2.5 m，上游壩坡1∶0.2，下游壩坡1∶0.7。沿壩軸線設6道橫縫，縫內設閉孔板。壩頂預留缺口，渣場頂面截排水溝內流水經(jīng)缺口排至壩體下游，壩身預留排水空洞以排除壩后渣體內積水。下游壩坡面設邊墻，內設臺階，邊墻范圍內布設Ф100 mm排水管，梅花形布置，排水管進、出口端包裹土工布。擋渣壩后鋼筋混凝土護坦，護坦縱坡1∶30，后1.0 m，護坦底部設Ф100 mm排水管和Ф25 mm錨筋，均梅花形布置。擋渣壩橫剖面圖見圖2。

圖2　棄渣場擋渣壩橫剖面圖

3.1.2擋水壩

渣場起始端布設堆石混凝土擋水壩，距擋渣壩約1.5 km。擋水壩為重力壩，壩高14.5 m，壩頂寬2.5 m，上游壩坡1∶0.2，下游壩坡1∶0.7沿壩軸線設4道橫縫，縫內設閉孔板。擋水壩橫剖面圖見圖3。

圖3　棄渣場擋水壩橫剖面圖

3.2渣場排水設計

該棄渣場所在溝道常年有水，渣場下游布設施工生產(chǎn)生活區(qū)，渣場級別為2級，排洪工程為2級，采用50年一遇洪水標準設計，相應設計流量為200 m3/s。

3.2.1排洪隧洞

在攔水壩前設排洪隧洞，將溝道內洪水排導至下游河道。隧洞采用城門洞型，縱坡0.076，底寬4.0 m，高5.15 m，其中直墻高4.0 m，拱頂高1.15 m，拱頂圓心角120°。隧洞出口設U形擋墻段，寬×高=4 m×4.5 m，底板厚 1.0 m，縱坡0.076，擋墻設排水管，梅花形布置。擋墻段后接鋼筋混凝土護坦，縱坡0.116，底板厚1.0 m，護坦兩側設貼坡混凝土。貼坡和護坦底部均布設Ф100 mm排水管和Ф25 mm錨筋，梅花形布置。排洪洞進口橫剖面圖見圖4。

圖4　棄渣場排洪隧洞進口縱剖面圖

3.2.2實用堰

為防止排洪洞堵塞，且保證水流進入隧洞的流態(tài)穩(wěn)定，在排洪洞進口處設實用堰。實用堰采用折線型堰，堰寬 11.0 m，高4.0 m，上游坡垂直，下游坡1∶1.0。堰底設Ф25 mm錨筋，梅花形布置。堰后設鋼筋混凝土底板作為收縮段，自堰體寬度收縮至隧洞寬度，縱坡0.075，收縮段底部布設Ф100 mm排水管和Ф25 mm錨筋，梅花形布置。排洪洞進口縱剖面圖見圖5。

3.2.3截排水溝

圖5　棄渣場排洪隧洞進口 （單位：m）

根據(jù)SL575—2012《水利水電工程水土保持技術規(guī)范》，棄渣場截排水溝采用5年一遇10 min最大降雨標準設計，渣場相應設計流量為右岸6.3 m3/s、左岸3.8 m3/s。截排水設施采用明渠排水，渣場頂部周邊設置排水溝，頂面間隔100 m布設橫向截水溝，渣場坡面匯集水通過渣場頂面截水溝引致排水溝，經(jīng)排水溝將渣場坡面外側山體及堆渣坡面的匯集水排至渣場下游的河流。截排水溝均采用混凝土砌筑，厚度0.3 m。渣場頂面截水溝和渣場左岸排水溝斷面尺寸為1.0 m×1.0 m（寬×高），渣場右岸排水溝為梯形斷面，底寬1.2 m，高1.2 m，兩側坡比1.0。截排水溝斷面圖見圖6。

3.3綠化設計

圖6　棄渣場截排水溝斷面圖 （單位：m）

渣場頂面和坡面覆土平整后進行植被恢復，綠化面積為20.00 hm2。播撒草種選擇免灌植被黑麥草、針茅、披堿草，混播比例1∶1∶1，播種量120 kg/hm2。

4　結　語

本文選取的溝道型棄渣場所在沖溝洪水流量大，受地形地質條件、渣場下游施工區(qū)影響，渣場的防護難度大大增加。根據(jù) “先攔后棄”的原則，堆渣前在棄渣場采取了坡腳攔擋、場地排洪、坡面防護等綜合防治措施。該渣場各項水土保持措施目前正在施工建設中，項目建成后可通過工程運行積累設計經(jīng)驗，便于同類型渣場水土保持設計推廣。

鮑彪男助理工程師中水北方勘測設計研究有限責任公司天津300222

劉衛(wèi)男教授級高級工程師中水北方勘測設計研究有限責任公司天津300222

朱文女高級工程師中水北方勘測設計研究有限責任公司天津300222

任堂男工程師中水北方勘測設計研究有限責任公司天津300222

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