蒲石河抽水蓄能电站的渣场布置与防护

2017-04-10刘大群

水利技术监督 2017年1期

关键词：石河渣场边坡

刘大群

（辽宁西北发电有限责任公司，辽宁桓仁117200）

蒲石河抽水蓄能电站的渣场布置与防护

刘大群

（辽宁西北发电有限责任公司，辽宁桓仁117200）

以蒲石河抽水蓄能电站的渣场为研究对象，依据国内相关法律法规和规程规范的要求，对渣场的布置进行了研究。提出了以拦挡工程、排导工程以及边坡防护工程组成的防护措施体系。

蒲石河电站；弃渣场；工程防护

1 项目概况

1.1 流域概况

蒲石河为中朝界河鸭绿江的一级支流，源于辽宁省丹东市宽甸满族自治县的四方顶子，在太平湾水电站坝址以下5km处汇入鸭绿江［1］。河道全长121.8km，流域面积约1212km2。流域内南低北高，最大高差1200m。由于蒲石河流域属于湿润地区，且地形对暖湿气流有明显的抬升作用，所以该流域容易形成暴雨和大暴雨，是整个辽东地区的主要暴雨中心。

1.2 工程概况

辽宁蒲石河抽水蓄能电站位于宽甸满族自治县长甸镇境内的蒲石河下游干流上。水电站距离辽宁省丹东市约60km，距离长甸火车站约10km［2］。蒲石河抽水蓄能电站是我国东北地区正在建设的大型水利工程项目，工程完工后将设置4台机组，装机总容量120万kw，工程总投资约45亿元。该水利工程主要包括上下游水库、上水库钢筋混凝土堆石坝、下水库泄洪排沙闸坝、地下厂房以及上下游水库进出水口。其中上游水库位于上游库区位于长甸镇东洋河村境内，下游库区位于长甸镇小孤山子村境内。上水库拦河坝为混凝土面板堆石坝，坝顶全长714.0m，坝顶宽10.0m，坝顶高程395.5m，最大坝高78.5m，坝上、下游坡比均为1∶1.4，大坝最大底宽237.3m。蒲石河抽水蓄能电站的主要任务是担负东北电网的调峰、填谷任务，缓解东北电网的峰谷矛盾，对保证东北电网的稳定运行具有重要作用。

2 堆渣体的稳定性分析

2.1 渣场的地质条件

2.1.1 上游水库库盆渣场

上游水库库盆渣场主要利用库盆内的死库容堆渣。蒲石河工程的上游水库库盆地形平坦，落差不大，渣场在水库蓄水后将被完全淹没在死水位以下。渣场地表主要为砂质粘土，厚度一般在0.5～1.8m，覆盖层下为砂岩，风化深度一般为2m左右。

2.1.2 下游水库库盆渣场

下游水库库盆渣场主要位于库盆内的小冲沟内，渣场在水库蓄水后将被完全淹没在死水位以下。渣场地表主要为砂质粘土夹中粒径卵砾石，厚度一般在1.5～3.5m，覆盖层下为砂岩和花岗岩，风化深度一般为2～4m左右。

2.1.3 泉眼沟渣场

泉眼沟渣场地表主要为砂质粘土，厚度一般在2.5～4.0m，覆盖层下为中粒花岗岩，全风化深度一般为8～14m。前期勘测中没有发现渣场周围存在不良地质体，自然边坡比较稳定。

2.1.4 六道坎渣场

六道坎渣场地表主要为砂质粘土，厚度一般在2.5～4.0m，覆盖层下为中粒花岗岩，全风化深度一般为8～14m。前期勘测中没有发现渣场周围存在不良地质体，自然边坡比较稳定。

2.2 渣场的防洪标准与防护建筑物等级

依据渣场的布置与堆渣量等具体情况，结合相关工程经验，确定如表1所示的渣场的防洪标准与防护建筑物等级［3］。

表1 渣场防洪标准与防护建筑物等级

2.3 堆渣体稳定性分析

各个渣场堆渣结束后，在不进行任何防护措施的条件下，堆渣体在受到震动和冲刷等外界因素作用时，可能会造成渣体的滑动，甚至崩塌。因此，渣体的稳定性将直接影响防护措施的防护效果。根据渣场的位置特征，上、下游水库库盆渣场位于水库的死水位以下，而泉眼沟渣场和六道坎渣场位于消落区，因此对四个渣场按照两种不同类型进行稳定性分析。

2.3.1 非消落区堆渣体稳定性分析

对非消落区的堆渣体采用瑞典条分法的总应力法进行稳定性分析，滑动面按圆弧计算，计算结果如表2所示。

2.3.2 消落区堆渣体稳定性分析

消落区的堆渣体稳定性分析必须要考虑水库消落的影响。在进行稳定性计算时，参照《碾压式土石坝设计规范》，采用瑞典条分法的总应力法进行稳定性计算，计算结果如表3所示［4］。

3 工程防护措施设计

3.1 拦挡工程设计

3.1.1 挡渣墙的设计

由上节的计算结果可知，各渣场的堆渣体处于自身稳定状态。因此，拦挡工程的主要目的是保护堆渣体的坡脚，以避免渣石外溢造成坡脚失稳。按照拦挡工程建设“先拦后弃”的基本原则，要在堆渣前预先在渣场下游坡脚的位置建设挡渣墙［5］。根据现场的实际情况和经济性要求，非消落区渣场的挡渣墙采用浆砌石结构，消落区挡渣墙采用C25混凝土结构。具体的设计参数如表4所示。

3.1.2 按照挡土墙的设计规范，按照上节中的设计参数对挡渣墙进行抗滑稳定性、抗倾覆稳定性和地基承载力计算，计算结果如表5所示。

表2 非消落区堆渣体稳定性计算结果

表3 消落区堆渣体稳定性计算结果

表4 挡渣墙设计参数

表5 挡渣墙稳定性计算结果

3.2 防洪排导工程设计

根据各渣场的位置和水文情况，上、下游库盆渣场采用临时排水措施，其它两个位于消落区的渣场则需要采取永久性排水措施。排水工程设计分为堆渣体表面排水和底部排水两种方式。其中，表面排水主要是在渣场周边和边坡上设置截水沟；底部排水则主要采取在堆渣体底部设置排水盲沟，防止渗水汇聚，影响堆渣体的稳定性［6］。

3.2.1 坡面洪峰流量计算

各渣场按照50年一遇的暴雨计算，按当地气象资料，1h最大降雨量为128mm，坡面洪峰流量的计算公式如下：

QB=0.278KIF（1）式中，QB—最大洪峰流量，m3/s；K—径流系数；F—坡面集雨面积，km2；I—1h降雨量，mm。

各渣场周边和边坡的洪峰流量计算结果如表6所示。

表6 渣场洪峰流量计算结果

3.2.2 防护排导计算

（1）泉眼沟渣场

该渣场的上游集雨面积为8.31hm2，50年一遇的洪峰流量为1.72m3/s。因此，在渣场的周边设置1.20m×0.90m的矩形断面截水沟，长度为621m。截水沟采用浆砌石砌筑，厚度为0.35m，表面用水泥砂浆抹面，厚度为2cm。在马道部位设置0.50m×0.50m的矩形断面排水沟，排水沟采用浆砌石砌筑，厚度为0.35m，表面用水泥砂浆抹面，厚度为2 cm。在沟道底部设置长度为559m的排水盲沟。排水盲沟的为U型断面，下部铺厚度为2.0m的块石，上部铺0.4m的砂砾石（如图1）。

图1 排水盲沟截面示意图

（2）六道坎渣场

该渣场的上游集雨面积为42.24hm2，50年一遇的洪峰流量为7.23m3/s。由于该处渣场冲沟内常年有水，因此，底部排水采用2.2m×2.2m的混凝土盖板涵排导沟道设计，拱涵长度为365.0m［7］。坡面的其他部位设置2.2m×2.2m的截水沟，截水沟采用浆砌石砌筑，厚度为0.72m。在马道部位设置0.50m×0.50m的矩形断面排水沟，排水沟采用浆砌石砌筑，厚度为0.35m，表面用水泥砂浆抹面，厚度为2cm。

3.3 边坡防护工程设计

3.3.1 淹没区渣场边坡设计

上、下游库盆渣场位于水库的死水位以下，水库蓄水后将会被全部淹没。但是，出于防止后续水利工程建设期间堆渣体表面发生水土流失，需要对堆渣体表面进行干砌石防护措施。干砌石的总厚度为0.6m，其中上部为0.4m的双层砌石，底部为0.2m的砂砾石垫层。

3.3.2 消落区渣场的坡面防护措施

对位于水库消落区的泉眼沟渣场和六道坎渣场，在正常水位以上1.5m处设置宽2.0m的马道。马道以下的坡面部位采用干砌石护坡，以上部位采用网格梁植草护坡［8］。由于马道以下部位会受到水库消落区的影响，因此需要适当提高防护标准。所以，将干砌石的厚度设计为0.9m，其中上部为厚度0.7m的双层砌石，且表层石的厚度不低于0.3m，下部为0.2m的砂砾石垫层。网格梁植草护坡中的网格梁的尺寸为2.0m×2.0m的菱形形状，断面尺寸为0.3m×0.3m，采用C20号混凝土浇筑（如图2）。