贵州土石山区水利水电工程弃渣场选取及防护措施

朱　文　范永平　王　童　焦　莹

贵州土石山区水利水电工程弃渣场选取及防护措施

朱文范永平王童焦莹

贵州属于典型的喀斯特地貌类型，山高坡陡，人口密度大，垦殖率高，暴雨多且强度大，是我国水土流失严重、治理难度大的地区之一。水利水电工程枢纽建筑物多，输水工程建筑物位置分散，涉及工程施工点多、站线长，相应弃渣堆置地点也较多。受地形条件限制，弃渣场选择较为困难。结合贵州土石山区特点，对贵州水利水电工程弃渣场选取和防护措施进行探讨并提出相应的建议。

弃渣弃渣场挡渣坝挡渣墙挡渣堤

贵州省气候类型为亚热带季风气候，多年平均降水量1 359 mm，多年平均气温16.3°C，≥10℃以上年积温4 960℃，年平均风速1.0 m/s，年平均相对湿度80.5%。20年一遇 1 h设计暴雨为79.9 mm，10年一遇1 h设计暴雨为69.1 mm。植被属亚热带常绿阔叶林带，林草植被覆盖率约63%，主要以松、杉、柏占主要地位，大多数植被均为次生植被。区域土壤类型主要有黄壤、红壤、石灰土、潮土及水稻土。区域水土流失类型主要以水力侵蚀为主，局部地区伴随重力侵蚀，其中，水力侵蚀主要表现为集中降雨下的细沟侵蚀、面蚀，重力侵蚀表现为滑坡、崩塌、泥石流等。水土流失程度主要为轻度侵蚀，侵蚀模数在800～1000t/（km2·a）。

贵州地处我国西南部，是典型的喀斯特岩溶区，地形以山地和丘陵为主，山体雄厚，基岩裸露，地形起伏较大，且人口密度大，垦殖率高，河流水流急，河道比降大，工程弃渣难以堆放。在水利水电工程中由于水利工程枢纽建筑物多，同时在兼有输水工程中建筑物位置分散，导致工程施工点多、战线长，相应弃渣堆置地点也较多。弃渣场因堆弃大量工程弃渣，形成高陡边坡、重塑地貌形态、堆积体松散等因素导致水土流失严重，在强降雨的条件下有可能产生垮塌、失事等水土流失灾害，因此，鉴于贵州土石山区地形地貌特点，弃渣场选取在水利水电工程中尤为重要。

1　弃渣来源

1.1主体工程弃渣

主要包括主坝、溢洪道、导流洞开挖和引水管路开挖弃渣，开挖均对当地地表改变较大，除了解决开挖面保护外，还需解决弃渣防护问题。主体工程弃渣约占弃渣总量的90%以上。

1.2料场覆盖层弃渣

石料场大多覆盖层较厚，覆盖层及废石弃渣占弃渣总量的5%左右。

1.3施工道路弃渣

工程施工需修建对内、对外交通道路，由于地形条件限制，施工道路大多盘山修建，对地表植被破坏较多， 弃渣占弃渣总量的5%左右。

1.4其他工程弃渣

施工营地及预制厂、加工场，移民村修建也会有一定量的弃渣，但绝大部分为场地平整，弃渣量较少。

2　弃渣场选取原则

针对贵州土石山区水利水电工程中弃渣堆放困难、弃渣场多、弃渣量大及弃渣时间长等特点，弃渣场的选取应综合考虑主体工程所处地形、弃渣量多少、施工条件及投资等因素综合确定。

（1）弃渣场选取必需满足施工堆渣的需要，要有足够的容量，且尽量靠近施工现场，以减少弃渣运距，但应避开滑坡体等不良地质条件地段，不宜在泥石流易发区设置弃渣场。

（2）充分利用山区有限的平坦地势，尽量选择凹地、河道以外的荒地，少占耕地、林地，减少对生态环境的破坏，但凹地堆渣不可堵塞地下水与地表水通道。

（3）受地形条件限制，大部分渣场选择在坝址附近的冲沟，尽量选择沟道不宜过长、流域面积较小、切割较深且容量较大、出口较窄的冲沟。不宜设置在汇水面积和流量大、沟谷纵坡陡、出口不易拦截的沟道。

（4）如附近无合适的小沟道而必须将场址选在较大河流滩地上时，应符合河道管理和防洪行洪要求，并应采取措施保障行洪安全。

3　弃渣场防护措施选择

3.1拦渣工程

合理选择拦渣措施，并充分利用弃渣和渣场占地，一方面可最大程度降低弃渣引起的水土流失对山区生态环境的影响，另一方面可减少工程征地面积，保护山区相对稀少的土地资源。

根据弃渣场位置与地形特点，可供选择的拦渣工程措施主要有拦渣坝、挡渣墙和拦渣堤等。

3.1.1挡渣坝

当弃土 （石、渣）堆置于沟道内 （包括堆放于沟头、沟中、沟口）时，应修建拦渣坝。

3.1.1.1挡渣坝的位置

一般应选在距渣源较近的河沟中，要求河沟地形狭窄、容积大、沟道平缓、地质条件好，建筑材料具备施工方便、泥沙量小、耕地少及对周围环境影响小的荒沟。河沟集水面积不宜过大，上游来水量少，洪水流量小，排水设施简单，且不危害下游城镇、村庄及道路等的安全。若弃渣量多，可以建造梯级挡渣坝。

3.1.1.2挡渣坝渣场的容积

挡渣坝渣场的容积取决于弃渣量的多少，若弃渣量多，则要求渣库较大，相应挡渣坝也高，但坝高增加，勘测设计技术复杂，施工难度大，投资亦大，相应的风险也增加。

3.1.1.3挡渣坝的坝型

根据拦渣量和当地建筑材料选择挡渣坝的坝型，一般有浆砌块石或混凝土重力坝、土坝或堆石坝。土石坝基础宽、体积大、占渣库容积多，同时若洪水漫坝，垮坝机率高，对下游威胁大，安全性较差。填筑材料最好选用适合建土石坝的弃渣，既经济又不多占渣库容积。重力坝抗冲力强、设计施工简便、安全可靠，系首选型式。但要进行坝体稳定分析，才能确定其断面尺寸。

3.1.1.4挡渣坝弃渣堆筑形式

弃渣堆筑的方式分为水平式堆筑和斜坡式堆筑两种。水平式堆筑即渣体表面与拦渣坝坝顶齐平或略低，适合于渣库容积较小的沟道。与斜坡式堆筑相比，在同样容积条件下，挡渣坝较高，投资较大。斜坡式堆筑即在坝后按一定边坡向上堆放，边坡大小视渣体土石组成及粒径大小而定。可用瑞典圆弧法 （条分法）进行边坡稳定分析，确定其边坡坡比。渣面可植树种草或做它用。此种形式多用于渣库容积大的沟道，在相同容积的条件下，挡渣坝较矮，相应投资较小。

3.1.1.5挡渣坝渣场的排水设施

当挡渣坝建成、渣场弃渣堆满后，截断了原沟道径流的出路，山洪将会沿渣面漫流，冲毁渣体。为此，需布设排水工程，将暴雨洪水顺畅排到下游河沟中，其排水型式要根据挡渣坝控制流域面积、降雨量、工程等级及相应设计洪水标准确定。

3.1.2挡渣墙

当弃渣等堆置物易发生滑塌或堆置在坡面时，应修建挡渣墙。挡渣墙一般应建在紧靠弃渣及相对高度较高的坡面上，这样可以有效降低挡渣墙的高度及其对沟道行洪的影响。

3.1.2.1挡渣墙的位置

一般布置在渣体坡脚。要求地形坡度较缓，且耕地少的荒坡，地质条件良好，建筑材料充足，施工方便，工程量和投资少，保证渣体安全稳定，防止弃渣流失。

3.1.2.2挡渣墙的型式

应根据弃渣场的地形坡度、当地建材、墙的高矮决定。其型式有重力式、仰卧式及扶壁式等。扶壁式结构轻，适合软基基础，但所需钢材多，投资较大。仰卧式抗滑力弱，适合弃渣量少、地形坡度缓的渣场，其工程量相对较小，投资少。重力式墙靠自重稳定，设计施工简便，能就地取材，安全可靠，属常用挡渣型式。

3.1.2.3挡渣墙的渣体堆筑形式

挡渣墙的渣体堆筑采取多级边坡。其边坡大小与山坡坡度和渣体物质及粒径等有关，堆渣量大的渣体边坡要用瑞典圆弧法进行稳定分析，安全系数与工程等级有关。为了防止渣体遭雨水侵蚀冲刷，渣体顶部不宜有过大的集水面积，并在渣面与坡脚交界处布置排洪沟，将雨水排入天然沟道。在马道上布置横向排水沟，沿渣体长度方向布设纵向排水沟。渣面植树种草，防止弃渣流失。

3.1.3挡渣堤

当弃渣堆放于沟道岸边或河滩及河岸时，应在河、沟岸边修建挡渣堤。挡渣堤是将弃渣围在堤内的挡渣建筑物，具有拦渣和抵御洪水的作用。多用于堤防和水利枢纽等地形较平的弃渣场。

3.1.3.1挡渣堤的位置

应选在地形宽阔的河岸滩地或阶地上的渣体坡脚。要求地基条件较好，具有挡水防洪功能，适合弃渣量小，不影响河道下游城镇、村庄及农田防洪安全的弃渣场。

3.1.3.2挡渣堤的型式

挡渣堤相对较低，若挡渣堤在洪水位以上，堤的高度由堆渣量和地面面积确定。若堆渣体与防洪堤结合，堤的高度应按防洪堤标准设计，临水面需布置防冲、防渗措施。挡渣堤的断面多采用重力式。

3.1.3.3挡渣堤的渣体堆筑方式

渣体边坡坡度大小与弃渣颗粒粒径有关，为了防止雨水冲刷渣面边坡，渣面边缘设排水沟，渣面植树种草，防止弃渣流失。

3.2复耕还田

由于山区土地资源稀缺，在土地征用期满以后，对渣场顶部进行覆土复耕。要求将渣场占地内有肥力的表土先行剥离，临时存放，待弃渣完成后重新回填，为渣场复耕创造有利条件。

3.3种植经济林

山区土壤量少，肥力不高，种植农作物产量较低，且频繁耕作也会加剧坡面的水土流失，造成土壤流失、肥力下降、产量降低和开垦面积增大，形成越垦越穷的恶性循环。对于弃渣多为开挖石方且地表原有土壤较少、附近缺乏表土来源的渣场，可以结合区域环境选择具有经济价值的适生树种进行种植，不仅可以解决西部山区的经济问题，还能有效地防止水土流失。

4　案例分析

4.1贵州省铜仁市松桃县妙隘水库工程概况

妙隘水库工程建于贵州省铜仁市松桃县妙隘乡平皋村，松桃河一级支流妙隘河上游，是以灌溉为主兼顾农村人畜饮水的小型水利工程。工程规模为小 （1）型，工程等别为Ⅳ等。水库枢纽由混凝土面板堆石坝、开敞式溢洪道、取水口及坝下取水管、输水管道及交叉建筑物和附属建筑物等组成。水库正常蓄水位451 m，总库容242万m3，输水设计流量0.44 m3/s。挡水建筑物定为混凝土面板堆石坝，最大坝高34.5 m。工程供水线路水平投影总长5.76 km，采用重力流有压输水方式。工程施工总工期24个月，工程总投资为1.39亿元。

工程占地面积45.30 hm2，其中永久占地29.01 hm2，临时占地16.29 hm2。工程土石方开挖28.74 万m3（自然方），土石方回填20.60万m3（自然方），弃渣总量为16.05万m3（自然方）。

4.2弃渣场选择

根据工程土石方平衡，工程建设产生弃渣量为16.05万m3，共布置5个弃渣场。其中：

1#～3#弃渣场位于水库淹没区，可充分利用水库死库容，不新增占地，节约土地面积，且距大坝枢纽施工区较近，运距较短，施工结束被水库淹没。

4#渣场位于临妙隘河一侧的台地上，远离周边公共设施、工业企业和居民点，没有在河道管理范围内，紧靠管线施工区域，且有施工临时道路相连，运渣便利，不影响河道行洪且不受河道洪水影响。

5#弃渣场位于坝址下游800 m处的冲沟内，占地类型主要为耕地，属沟道型渣场。该冲沟集水面积较小，沟深口窄，沟内常年无水，且下游出口无重要基础设施及群众，有施工道路相连，弃渣便利。

4.3弃渣场防护措施

4.3.1拦渣工程设计洪水标准和建筑物级别

洪水标准根据SL 575—2012《水利水电工程水土保持技术规范》确定，小沟道中弃渣量小于50万m3，洪水标准取10年一遇，建筑物级别为5级。

4.3.21#～3#弃渣场

1#～3#弃渣场位于坝址上游妙隘河右岸阶地，属库区型弃渣场。渣场堆渣高程为431～438 m，弃渣场底高程低于5年一遇防洪标准，施工期渣场可能会受到洪水影响。堆渣前，在临妙隘河一侧建铅丝石笼挡渣墙，挡墙高2 m、顶宽0.6 m、基础埋深0.5 m，挡渣墙面坡垂直，背坡1∶0.5，前趾0.5 m，墙踵0.5 m。

4.3.34#弃渣场

4#弃渣场位于妙隘河左岸的管线一侧，占地类型为耕地，弃渣平均堆高4 m，属临河型渣场。拟在临妙隘河侧建浆砌石挡渣墙拦挡弃渣，防止弃渣滑落阻塞河道，挡墙上部削坡，坡面恢复植被，渣顶平整覆土复耕还田，渣场四周上游设置截排水沟排导坡面汇水。

堆渣前，在临妙隘河侧建浆砌石挡渣墙，挡渣墙高2 m、顶宽0.6 m、基础埋深0.5 m，挡渣墙面坡铅直，背坡1∶0.5，前趾0.5 m，墙踵0.5 m。

为排导渣场上游坡面汇水，在渣场四周设置截水沟，截水沟末端设沉沙池，最后将汇水排入下游河道。

4.3.45#弃渣场

项目区降雨量大且集中，沟道型弃渣场汇流量大，若排水不当，将会成冲刷，使弃渣发生垮塌形成泥石流，因此，合理有效的排水方案是弃渣场稳定的关键。通过认真分析弃渣沟道的水文条件，遵循 “明暗结合，就近分流，临时与永久相结合”的原则，在渣场坡面及顶面布设各种类型排水沟，并进行消能处理，使渣体及周边渗水形成通道，在弃渣场形成完善的排水系统，保证了弃渣的稳定，为工程顺利施工奠定了基础。

5#弃渣场位于坝址下游800 m处的冲沟，占地类型为耕地，弃渣从446 m高程堆至465 m高程处，属沟道型渣场。堆渣前，在沟口处建浆砌石挡渣坝，挡渣坝高3 m、顶宽0.6 m、基础埋深0.6 m，挡渣坝面坡铅直，背坡1∶0.5，前趾0.5 m，墙踵0.5 m。

为排导渣场上游坡面汇水，在渣场四周设置截水沟，截水沟末端设沉沙池，最后将汇水排入下游河道。

朱文女高级工程师中水北方勘测设计研究有限责任公司天津300222

范永平男高级工程师中水北方勘测设计研究有限责任公司天津300222

王童女工程师中水北方勘测设计研究有限责任公司天津300222

焦莹女工程师中水北方勘测设计研究有限责任公司天津300222

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