德澤水庫(kù)樞紐水井渣場(chǎng)設(shè)計(jì)和管理思考

鄭沖泉

(云南水投牛欄江滇池補(bǔ)水工程有限公司，云南 昆明 650051)

1 概述

牛欄江—滇池補(bǔ)水工程是滇中調(diào)水近、中期重點(diǎn)工程，是滇池水環(huán)境綜合治理中的近期外流域調(diào)水工程，對(duì)增加滇池流域水資源量，提高水資源承載能力，改善水環(huán)境容量，協(xié)調(diào)昆明市及曲靖市的經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展具有重要意義。

整個(gè)工程由德澤水庫(kù)水源工程、干河泵站提水工程和輸水線(xiàn)路工程組成，工程自2013年12月底投運(yùn)以來(lái)，已取得了良好的生態(tài)效益、社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。

德澤水庫(kù)樞紐區(qū)屬高山峽谷區(qū)，工程建設(shè)棄渣場(chǎng)的選擇較為困難，設(shè)計(jì)單位遵從安全、影響、水土流失、經(jīng)濟(jì)等原則，多方踏勘選點(diǎn)，最終在德澤水庫(kù)壩址下游約3.2km的牛欄江右岸水井村民小組一沖溝內(nèi)選擇了該工程的棄渣場(chǎng)，該渣場(chǎng)屬溝道型，距德澤鄉(xiāng)1.2km，是德澤水庫(kù)樞紐工程區(qū)設(shè)計(jì)的3個(gè)棄渣場(chǎng)之一，原設(shè)計(jì)的沙鼓棄渣場(chǎng)因存在征地、交通等諸多困難，被迫放棄，最終該渣場(chǎng)承擔(dān)除料場(chǎng)外的工程區(qū)所有棄渣，堆渣高程1685～1787m，堆渣坡比1∶2。工程竣工時(shí)棄渣總量達(dá)到156萬(wàn)m3，成為整個(gè)牛欄江—滇池補(bǔ)水工程最大的一個(gè)棄渣場(chǎng)，如圖1所示。

圖1 竣工后的水井渣場(chǎng)

工程開(kāi)工以后，水井渣場(chǎng)攔擋及排水工程措施均按設(shè)計(jì)進(jìn)行了施工，對(duì)該渣場(chǎng)及周邊設(shè)施起到了重要的防護(hù)作用。

2 水井渣場(chǎng)投運(yùn)以來(lái)遭遇的幾次地質(zhì)災(zāi)害

2.1 2014年渣場(chǎng)災(zāi)害

2014年7月3日下午，工程區(qū)降雨量達(dá)53.5mm，致使渣場(chǎng)南東部排水溝因小型泥石流淤塞或損毀，渣場(chǎng)范圍外匯入的洪水因排泄受阻，漫過(guò)排水溝直接沖入渣場(chǎng)上部復(fù)墾的耕地和進(jìn)場(chǎng)道路，造成中上部復(fù)墾的耕地及渣體沖刷破壞嚴(yán)重。

為消除隱患，保證渣場(chǎng)頂部復(fù)墾的耕地、周邊居民和設(shè)施的安全，結(jié)合渣場(chǎng)現(xiàn)狀，2014年11月—2015年5月，工程建設(shè)指揮部組織對(duì)損毀部分進(jìn)行了修復(fù)。

2.2 2015年渣場(chǎng)下部進(jìn)場(chǎng)公路災(zāi)害

2015年8月，水井渣場(chǎng)下部公路路面出現(xiàn)縱向裂縫，當(dāng)年11月沾會(huì)高速公路跨江大橋項(xiàng)目進(jìn)場(chǎng)施工，施工期間，重型設(shè)備及車(chē)輛反復(fù)碾壓，至2016年3月路面裂縫加寬加深，最大縫寬約15cm，最大可測(cè)縫深約1m，如圖2所示。大橋施工單位對(duì)出險(xiǎn)路基未進(jìn)行有效加固處理，僅用小石和砂對(duì)裂縫進(jìn)行了充填。

圖2 渣場(chǎng)下部進(jìn)場(chǎng)公路裂縫

2.3 2017年渣場(chǎng)左側(cè)山體滑坡災(zāi)害

2017年7月7日凌晨，工程區(qū)降雨量達(dá)77.5mm，渣體北東側(cè)山體塌方，引發(fā)泥石流，北部局部渣體排水溝被沖毀，泥石流沿排水溝流淌至渣體下部進(jìn)場(chǎng)公路上，公路周邊排水溝及涵洞堵塞。災(zāi)后，鄉(xiāng)政府組織對(duì)泥石流進(jìn)行了簡(jiǎn)單清理。

2017年9月5日下午至6日凌晨，工程區(qū)再次迎來(lái)2017年最強(qiáng)降雨，12h降雨量達(dá)121.5mm，渣體北側(cè)排水溝再次被泥石流侵襲沖刷，渣體下游過(guò)公路涵洞再次被淤塞，渣場(chǎng)周邊排水溝多被泥石流淤堵，排水不暢，洪水沿公路路面和馬道排泄，部分洪水沿公路裂縫下滲，使公路路基飽和軟化，9月6日8∶30—9∶00渣場(chǎng)左岸山體滑坡，路基向江面水平滑移距離約90m，左岸山體滑坡過(guò)程中波及下游側(cè)渣體，致使渣場(chǎng)上游側(cè)渣體被牽引下滑，蠕滑過(guò)程中渣體馬道上下滲的洪水?dāng)U大了滑坡的規(guī)模，加速了滑坡進(jìn)程，整個(gè)滑坡范圍長(zhǎng)約70m，滑坡后緣最大高差約20m，對(duì)外交通中斷，如圖3所示。

圖3 2017年災(zāi)后的水井渣場(chǎng)

為徹底消除隱患，保證渣體、渣場(chǎng)和過(guò)往群眾及下游鄉(xiāng)鎮(zhèn)的安全，2018年5月—2019年1月，項(xiàng)目業(yè)主單位組織對(duì)渣場(chǎng)災(zāi)害進(jìn)行了系統(tǒng)治理。

以上3次災(zāi)害治理費(fèi)用超過(guò)1200萬(wàn)元，損失巨大。

3 渣場(chǎng)災(zāi)害原因分析

3.1 汛期短時(shí)強(qiáng)降雨

2014年7月3日12h的降雨量53.5mm，2017年7月7日12h降雨量77.5mm，2017年9月5—6日12h降雨量121.5mm，均達(dá)到大雨—大暴雨等級(jí)。根據(jù)水利水電工程棄渣場(chǎng)分類(lèi)，水井渣場(chǎng)為溝道型，徑流面積約2km2，渣場(chǎng)源頭分東側(cè)和東南側(cè)2條支溝，兩沖溝源頭均有季節(jié)性巖溶水補(bǔ)給，屬地形分水嶺外補(bǔ)給的水源。因出水點(diǎn)位置較高，汛期呈瀑布狀下泄，是整個(gè)渣場(chǎng)的主要水源，同時(shí)因水力坡降較大，對(duì)溝口沖刷破壞較大，是渣場(chǎng)災(zāi)害的主要外因。

3.2 渣場(chǎng)外圍排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)不合理

根據(jù)技施設(shè)計(jì)階段的設(shè)計(jì)，水井渣場(chǎng)主要布設(shè)了以下水土保持工程措施：在渣場(chǎng)底部設(shè)置碾壓式攔渣壩1座，在渣場(chǎng)內(nèi)各主、支溝底部設(shè)置排水盲溝，在渣體周邊設(shè)置通暢的截、排水溝，在攔渣壩下方設(shè)置沉沙池1座，并與渣場(chǎng)底部排水盲溝和周邊排水溝相連通，形成排水體系。

經(jīng)竣工后運(yùn)行檢驗(yàn)，渣體內(nèi)的排水系統(tǒng)基本可靠，但渣場(chǎng)周邊排水系統(tǒng)不暢，每次災(zāi)害均由渣場(chǎng)周邊排水系統(tǒng)不暢造成。

3.2.1渣場(chǎng)周邊排水溝布置和襯砌形式不合理

渣場(chǎng)周邊的排水溝布置緊靠渣體，溝底建基面不均勻沉降明顯，采用漿砌石排水溝易沉降錯(cuò)斷，泄流防滲脆弱，加之洪水的沖刷，較易被破壞，外來(lái)洪水不能排泄在渣體之外而直接沖入復(fù)墾的耕地上，毀壞耕地和渣體，危及渣體下游的公路和鄉(xiāng)鎮(zhèn)安全。

緊靠山體位于基巖建基面上的排水溝，因山體多為砂泥巖，節(jié)理裂隙發(fā)育，質(zhì)地相對(duì)疏松，易風(fēng)化剝蝕，汛期易形成小型泥石流，因溝頂未設(shè)置蓋板，泥石流常常淤滿(mǎn)排水溝，切斷了洪水的排泄通道，致使洪水漫入渣體。

北側(cè)靠公路段222m排水溝，地形高差達(dá)62m，坡降i=0.279，排水溝底板未設(shè)置消能措施，建基面未設(shè)置抗滑措施，一坡到底，每次洪水過(guò)后漿砌石排水溝均會(huì)被沖垮如圖4所示。

圖4 陡坡段排水溝損毀情況

3.2.2對(duì)渣場(chǎng)源頭洪水的危害認(rèn)識(shí)不足

渣場(chǎng)徑流區(qū)面積不大，本區(qū)產(chǎn)生的徑流小，但汛期地形分水嶺外補(bǔ)給的巖溶水是造成渣場(chǎng)災(zāi)害的主要原因，未能在洪水進(jìn)入渣體排水溝之前進(jìn)行有效地預(yù)防，兩沖溝產(chǎn)生的泥石流首先淤積和沖毀渣體頂部的排水溝，導(dǎo)致渣體泥石流的產(chǎn)生，加劇渣場(chǎng)中下部的災(zāi)害程度，如圖5所示。

圖5 東側(cè)沖溝泥石流

3.2.3未考慮汛期渣場(chǎng)周邊道路排水溝泄洪的影響

渣場(chǎng)所處沖溝為渣場(chǎng)周邊地表和地下水的排泄區(qū)，進(jìn)出渣場(chǎng)、樞紐工程區(qū)及周邊村莊的道路從渣場(chǎng)下部和中部穿過(guò)，路邊排水溝靠山體側(cè)為砂泥巖，節(jié)理裂隙發(fā)育，質(zhì)地相對(duì)疏松，易風(fēng)化剝蝕，施工期間道路拓寬時(shí)，邊坡未進(jìn)行支護(hù)處理，汛期易形成小型泥石流，同時(shí)因溝頂未設(shè)置蓋板，泥石流常常淤滿(mǎn)排水溝，改變了洪水的排泄通道，增加了對(duì)路面的侵蝕破壞，是加劇渣場(chǎng)左岸山體滑坡的主要原因如圖6所示。

圖6 進(jìn)場(chǎng)道路排水溝被泥石流淤塞

3.2.4未考慮溝口攔渣壩下游進(jìn)場(chǎng)公路涵洞的泄洪能力

未考慮渣場(chǎng)徑流區(qū)的徑流量和渣場(chǎng)的安全等級(jí)，沿用原鄉(xiāng)間公路的2根管徑1m的預(yù)制管排泄，泄洪斷面不足且易被雜物堵塞，清理不方便，導(dǎo)致渣場(chǎng)匯集的洪水無(wú)法正常排泄，漫溢至公路，沿公路裂縫下滲，軟化路基，導(dǎo)致渣場(chǎng)上游側(cè)山體滑坡，并波及渣體，擴(kuò)大了災(zāi)害的程度和范圍，如圖7所示。

圖7 渣場(chǎng)下游穿路排水涵洞

3.3 渣場(chǎng)所處地質(zhì)環(huán)境差

渣場(chǎng)基巖主要為寒武系下統(tǒng)滄浪鋪組(∈1c)頁(yè)巖夾粉砂巖、泥質(zhì)粉砂巖，巖層產(chǎn)狀8°∠20°，總體傾向渣場(chǎng)沖溝右側(cè)偏上游，薄層狀，強(qiáng)風(fēng)化為主，裂隙發(fā)育，巖體破碎；無(wú)大的地質(zhì)構(gòu)造發(fā)育痕跡。根據(jù)GB18306—2015《中國(guó)地震烈度區(qū)劃圖》，渣場(chǎng)區(qū)域地震基本烈度為Ⅷ度。溝道坡降大，物理地質(zhì)作用強(qiáng)烈，不良地質(zhì)現(xiàn)象以?xún)砂侗浪蜏\表性滑坡為主。

渣場(chǎng)西側(cè)受牛欄江切割的影響，與渣體底部形成高約25m的臨空面，渣場(chǎng)基巖屬軟質(zhì)巖類(lèi)，承載力基本能滿(mǎn)足上部荷載的要求，但抗滑穩(wěn)定性差。渣場(chǎng)最終棄渣量156萬(wàn)m3，最大堆渣高度62m，渣場(chǎng)地形最大高差102m。根據(jù)NB/T35111—2018《水電工程渣場(chǎng)設(shè)計(jì)規(guī)范》，該渣場(chǎng)規(guī)模屬大型2級(jí)，失事對(duì)環(huán)境的危害程度為較嚴(yán)重。根據(jù)渣場(chǎng)所處的地形地貌及地質(zhì)條件分析，渣場(chǎng)所處地質(zhì)環(huán)境較差，總體處于穩(wěn)定性差—不穩(wěn)定狀態(tài)。

3.4 缺乏管護(hù)主體

渣場(chǎng)表層土地復(fù)墾驗(yàn)收后，交由屬地政府管理，但其僅對(duì)復(fù)墾土地進(jìn)行使用，未能對(duì)渣場(chǎng)周邊排水系統(tǒng)進(jìn)行維護(hù)和保養(yǎng)，小的缺陷得不到及時(shí)修復(fù)和維護(hù)，最終使災(zāi)害擴(kuò)大。

4 溝道型渣場(chǎng)設(shè)計(jì)和管理思路

4.1 渣場(chǎng)周邊排水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

對(duì)于溝道型渣場(chǎng)，除渣體內(nèi)部排水系統(tǒng)按規(guī)程規(guī)范設(shè)計(jì)外，應(yīng)根據(jù)地形地質(zhì)條件合理設(shè)置渣場(chǎng)周邊排水系統(tǒng)，截(排)水溝設(shè)計(jì)流速應(yīng)滿(mǎn)足淤積流速和沖刷流速的要求。為避免地基不均勻沉降造成排水溝損害，少用或不用漿砌石襯砌，建議采用鋼筋混凝土襯砌，并做好防滲處理，臨近山體且地質(zhì)條件較差的部位，邊坡無(wú)法(未)處理時(shí)建議設(shè)置成箱涵或加蓋板，溝頭應(yīng)設(shè)置鋼筋石籠和沉砂池，確保汛期排水通暢。匯至渣場(chǎng)沖溝的外圍排水系統(tǒng)也應(yīng)按此設(shè)計(jì)，確保外圍洪水不對(duì)渣場(chǎng)產(chǎn)生影響和破壞。

地形坡降較大的地段設(shè)置跌水式鋼筋混凝土排水溝(涵)，底板增加抗滑錨桿，頂部視地質(zhì)條件增設(shè)蓋板。

攔渣壩下游的排水系統(tǒng)應(yīng)能迅速暢快排泄渣體及周邊匯集而來(lái)的洪水，確保渣體及渣場(chǎng)穩(wěn)定。

4.2 對(duì)渣場(chǎng)穩(wěn)定性評(píng)價(jià)

根據(jù)NB/T35111—2018對(duì)渣場(chǎng)級(jí)別進(jìn)行劃分，并結(jié)合地形地貌及地質(zhì)條件等綜合評(píng)價(jià)場(chǎng)地的穩(wěn)定性，做到因地制宜、安全可靠、經(jīng)濟(jì)合理，并滿(mǎn)足環(huán)境保護(hù)與水土保持要求。對(duì)地質(zhì)條件適應(yīng)性差的渣場(chǎng)，提前采取相應(yīng)的工程措施。

4.3 采用綜合治理措施

渣場(chǎng)攔擋、邊坡防護(hù)、防洪排導(dǎo)等采用工程措施保障其穩(wěn)定性，渣體邊坡及渣場(chǎng)外圍采用植物與工程相結(jié)合的綜合措施來(lái)控制地表徑流，減小水土流失，保證邊坡的穩(wěn)定性，充分發(fā)揮生態(tài)治理的效果，構(gòu)建和諧的生態(tài)環(huán)境。

4.4 明確責(zé)任主體

鑒于渣場(chǎng)復(fù)墾驗(yàn)收后屬地政府無(wú)專(zhuān)業(yè)人員和經(jīng)費(fèi)對(duì)其進(jìn)行維護(hù)保養(yǎng)，為確保渣場(chǎng)綜合效益的發(fā)揮，減少渣場(chǎng)對(duì)周邊環(huán)境的影響，建議渣場(chǎng)竣工驗(yàn)收后由項(xiàng)目業(yè)主單位做好日常監(jiān)測(cè)與管理，屬地政府做好使用管理工作。

5 結(jié)語(yǔ)

(1)汲取近年來(lái)頻發(fā)的渣場(chǎng)災(zāi)害事故教訓(xùn)，建議水利水電工程渣場(chǎng)的設(shè)計(jì)和管理工作應(yīng)與主體工程同等對(duì)待，加大投入，確保水利水電工程綜合效益的發(fā)揮。

(2)溝道型渣場(chǎng)因三面環(huán)山，具備泥石流產(chǎn)生的所有要件，是水利水電工程建設(shè)中水土流失的重要區(qū)域，如何防治泥石流對(duì)對(duì)渣場(chǎng)的影響，是棄渣場(chǎng)工程水土流失防治工作的重點(diǎn)。同時(shí)溝道型棄渣場(chǎng)較其他類(lèi)型的渣場(chǎng)水土保持措施設(shè)計(jì)更為復(fù)雜，渣場(chǎng)治理應(yīng)當(dāng)堅(jiān)持“綜合治理、系統(tǒng)治理和源頭治理”的方針，將棄渣場(chǎng)變成生態(tài)工程和民心工程。

(3)水毀是棄渣場(chǎng)破壞的重要形式之一，因此，合適的排水方案是確保溝道型渣場(chǎng)穩(wěn)定的關(guān)鍵，外圍截(排)水溝設(shè)計(jì)應(yīng)根據(jù)地形地貌、地質(zhì)、水文和施工等條件綜合分析，采用不同的設(shè)計(jì)方案。

(4)渣場(chǎng)的安全使用設(shè)計(jì)是基礎(chǔ)，良好的施工質(zhì)量是保障，后期的運(yùn)行管理是關(guān)鍵。