水利水电工程沟道型弃渣场防护措施设计

鲍　彪　刘　卫　朱　文　任　堂

水利水电工程沟道型弃渣场防护措施设计

鲍彪刘卫朱文任堂

沟道型弃渣场是因受地形条件限制而采用的渣体堆放类型，根据水土保持有关技术规范要求，按照 “先拦后弃”的原则，此类渣场防护设计应在沟口修建拦渣坝，拦渣坝上游的洪水处理应根据沟道洪水流量大小采取相应的排导设施，渣体挡护、排导设施修建完毕后再行堆渣。针对某水利枢纽工程的沟道型弃渣场现状，在比较各种防护方案的基础上，提出了拦挡、排导等综合防护措施设计思路。

冲沟弃渣场水土保持拦挡排导

水利水电工程弃渣场根据其地形条件、与河（沟）相对位置等可分为沟道型、临河型、坡地型、平地型和库区型等5种类型。鉴于现有水土保持规程规范对沟道型弃渣场的防护措施针对性不强的事实，本文选取某水利水电工程沟道型弃渣场为治理对象，对其应采取的防护措施进行分析和阐述。

该弃渣场位于主体工程坝址下游3.5 km的冲沟内，沟内植被稀疏，常年有水，弃渣409.53万m3（松方）。渣体集中堆于冲沟沟口，与沟中来水方向垂直并阻断上游来水通道，属拦沟型弃渣场。该弃渣场堆渣量较大，且渣场下游布置有施工区，防护难度较高，选取其进行水土保持典型设计最具有代表性。

1　弃渣场概况

1.1气象条件

弃渣场所在区域属大陆性北温及寒温带气候，多年平均气温4.8℃，≥10℃年有效积温3 580℃，多年平均降水量203.8 mm，多年平均蒸发量1 447.5 mm，多年平均风速2.4 m/s，最大冻土深220 cm。

1.2地质情况

弃渣场所在冲沟为V形峡谷，主槽底宽4～6 m，两岸基本对称，阶地不甚发育。两岸岩体均有片麻理发育，其中，左岸为喀纳斯群二段角闪斜长片麻岩，右岸为华力西中期侵入的黑云母二长花岗岩。渣场区无区域性断裂通过，构造形迹主要为节理，以陡倾为主，节理面光滑平直或稍弯曲，地表微张，下部闭合，以硬性结构面为主，区域内地震基本烈度为Ⅶ度。

1.3弃渣组成

该弃渣场主要堆放大坝、生态基流电站、生态发电洞、施工导流及施工支洞开挖产生的弃渣，弃渣为土石混合渣，以石渣为主，土石比例约为3∶7。其中土渣主要来自上述工程的覆盖层开挖，类型为砾质土和棕钙土，土壤质地较粗，肥力中等；石渣主要来自工程开挖的花岗岩、石英岩、砂卵砾石等，以黑云母石英片岩为主要成分。

1.4弃渣场弃渣条件分析

弃渣场所在沟道内常年有水，占地类型为草地。弃渣最大运距 3.5 km，堆渣高程 776.50～860.00 m，最大堆渣高度83.5 m，堆渣边坡1∶8.0，堆渣容量约440万m3，渣场满足整体稳定要求。

1.5弃渣场防护工程级别及防洪标准

弃渣场堆渣409.53万m3，最大堆渣高度83.5 m，渣场下游布设施工生产生活区，渣场失事对主体工程将造成严重危害，渣场级别定为2级，渣场防护工程建筑物级别为2级，设计洪水标准为50年一遇，校核洪水标准为100年一遇。设计洪水成果详见表1。

表1　1#弃渣场设计洪水成果

2　设计思路

弃渣场防护设计之前，根据专家咨询，共提出3种防护方案：方案1，渣体底部设置预制混凝土管，保证沟道内常流水直接流至下游河道；方案2，将该弃渣场渣体全部清运至其他位置堆放并进行挡护；方案3，渣体上游沟道内布设拦洪坝，避免洪水穿过渣体，同时开挖排洪隧洞，将沟道洪水排至下游布尔津河，排洪隧洞全长938.55 m。

方案1，渣体底部排水管易被堵塞，影响过流能力，另外突发洪水来临时洪水将从渣顶漫过，存在较大安全隐患；方案2，由于该区域受地形条件限制，附近无适合渣场可供选择，可供选择的渣场运距较远，不仅加大投资，同时会影响施工进度。综合比较各方案，选择方案3为实施方案。该弃渣场防护方案总平面布置图见图1。

图1　弃渣场平面布置图

3　弃渣场水土流失防治措施设计

3.1拦挡措施设计

3.1.1挡渣坝

弃渣场为冲沟型，渣体下游采用钢筋混凝土挡渣坝进行拦挡。挡渣坝采用重力式，坝后设钢筋混凝土护坦。坝高31.5 m，埋深4.0 m，顶宽2.5 m，上游坝坡1∶0.2，下游坝坡1∶0.7。沿坝轴线设6道横缝，缝内设闭孔板。坝顶预留缺口，渣场顶面截排水沟内流水经缺口排至坝体下游，坝身预留排水空洞以排除坝后渣体内积水。下游坝坡面设边墙，内设台阶，边墙范围内布设Ф100 mm排水管，梅花形布置，排水管进、出口端包裹土工布。挡渣坝后钢筋混凝土护坦，护坦纵坡1∶30，后1.0 m，护坦底部设Ф100 mm排水管和Ф25 mm锚筋，均梅花形布置。挡渣坝横剖面图见图2。

图2　弃渣场挡渣坝横剖面图

3.1.2挡水坝

渣场起始端布设堆石混凝土挡水坝，距挡渣坝约1.5 km。挡水坝为重力坝，坝高14.5 m，坝顶宽2.5 m，上游坝坡1∶0.2，下游坝坡1∶0.7沿坝轴线设4道横缝，缝内设闭孔板。挡水坝横剖面图见图3。

图3　弃渣场挡水坝横剖面图

3.2渣场排水设计

该弃渣场所在沟道常年有水，渣场下游布设施工生产生活区，渣场级别为2级，排洪工程为2级，采用50年一遇洪水标准设计，相应设计流量为200 m3/s。

3.2.1排洪隧洞

在拦水坝前设排洪隧洞，将沟道内洪水排导至下游河道。隧洞采用城门洞型，纵坡0.076，底宽4.0 m，高5.15 m，其中直墙高4.0 m，拱顶高1.15 m，拱顶圆心角120°。隧洞出口设U形挡墙段，宽×高=4 m×4.5 m，底板厚 1.0 m，纵坡0.076，挡墙设排水管，梅花形布置。挡墙段后接钢筋混凝土护坦，纵坡0.116，底板厚1.0 m，护坦两侧设贴坡混凝土。贴坡和护坦底部均布设Ф100 mm排水管和Ф25 mm锚筋，梅花形布置。排洪洞进口横剖面图见图4。

图4　弃渣场排洪隧洞进口纵剖面图

3.2.2实用堰

为防止排洪洞堵塞，且保证水流进入隧洞的流态稳定，在排洪洞进口处设实用堰。实用堰采用折线型堰，堰宽 11.0 m，高4.0 m，上游坡垂直，下游坡1∶1.0。堰底设Ф25 mm锚筋，梅花形布置。堰后设钢筋混凝土底板作为收缩段，自堰体宽度收缩至隧洞宽度，纵坡0.075，收缩段底部布设Ф100 mm排水管和Ф25 mm锚筋，梅花形布置。排洪洞进口纵剖面图见图5。

3.2.3截排水沟

图5　弃渣场排洪隧洞进口 （单位：m）

根据SL575—2012《水利水电工程水土保持技术规范》，弃渣场截排水沟采用5年一遇10 min最大降雨标准设计，渣场相应设计流量为右岸6.3 m3/s、左岸3.8 m3/s。截排水设施采用明渠排水，渣场顶部周边设置排水沟，顶面间隔100 m布设横向截水沟，渣场坡面汇集水通过渣场顶面截水沟引致排水沟，经排水沟将渣场坡面外侧山体及堆渣坡面的汇集水排至渣场下游的河流。截排水沟均采用混凝土砌筑，厚度0.3 m。渣场顶面截水沟和渣场左岸排水沟断面尺寸为1.0 m×1.0 m（宽×高），渣场右岸排水沟为梯形断面，底宽1.2 m，高1.2 m，两侧坡比1.0。截排水沟断面图见图6。

3.3绿化设计

图6　弃渣场截排水沟断面图 （单位：m）

渣场顶面和坡面覆土平整后进行植被恢复，绿化面积为20.00 hm2。播撒草种选择免灌植被黑麦草、针茅、披碱草，混播比例1∶1∶1，播种量120 kg/hm2。

4　结　语

本文选取的沟道型弃渣场所在冲沟洪水流量大，受地形地质条件、渣场下游施工区影响，渣场的防护难度大大增加。根据 “先拦后弃”的原则，堆渣前在弃渣场采取了坡脚拦挡、场地排洪、坡面防护等综合防治措施。该渣场各项水土保持措施目前正在施工建设中，项目建成后可通过工程运行积累设计经验，便于同类型渣场水土保持设计推广。

鲍彪男助理工程师中水北方勘测设计研究有限责任公司天津300222

刘卫男教授级高级工程师中水北方勘测设计研究有限责任公司天津300222

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

任堂男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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2016-03-17）