坡地型弃渣场水土保持措施浅析

熊盼盼

（新疆水利水电勘测设计研究院，新疆 乌鲁木齐 830000）

1 工程概况

某水库工程位于新疆博尔塔拉蒙古自治州哈拉吐鲁克河上，是一项以供水、灌溉为主，兼顾发电的水利工程。总库容2870万m3，调节库容2610万m3，拦河坝最大坝高85 m。工程由拦河坝、表孔溢洪道、底孔导流兼泄洪洞、发电引水系统和厂房等组成。工程等别为Ⅲ等，拦河坝采用沥青心墙坝，坝高85 m，工程规模为中型。工程设置1处C2料场和1处永久弃渣场。

工程所在区域位于阿拉套山南麓，远距海洋，地处欧亚大陆腹地，为典型大陆型气候，具有光照充足，冬夏冷热悬殊，干旱少雨，蒸发量大，多风多冰雪等特点。多年平均降水量208 mm，多年平均蒸发量（Ф20 cm）1412.8 mm，多年平均风速2.61 m/s，风向以西风为主，历年最大冻土深度201 cm。项目区植被覆盖度在40%以上。土壤以栗钙土、黑钙土为主。项目区侵蚀形态以细沟侵蚀和面蚀为主，原地貌土壤侵蚀模数为1000 t/（km2·a），土壤容许流失量确定为1000 t/（km2·a）。

2 项目区水土流失情况

①风力侵蚀:根据第一次全国水利普查水土保持专项普查新疆维吾尔自治区全区土壤侵蚀面积达88.54 km2，侵蚀面积约占全国的三分之一[1]，其中，风力侵蚀面积为79.78 km2，占总侵蚀面积的81.49%，风力侵蚀成为新疆最主要和典型的一种侵蚀类型。本工程坝址区位于阿拉套山南麓中低山区，风向以西风为主，多年平均风速2.7 m/s，历年最大风速25 m/s，多年平均大风日数23.4 d。该区两边台地及山坡植被生长较好，为山地干草原，河谷为针阔混交林带，生长有林地、灌木及草甸植被，植被覆盖度在40%以上。土壤以栗钙土、黑钙土为主。料场、渣场区位于坝址下游地势比较平坦、开阔地区，该区为荒漠化草场，植被覆盖率约为25%，地表抗风蚀的能力较强。综合分析项目区气象、植被、土壤等条件，判断项目区属于轻度风力侵蚀。

②水力侵蚀:根据当地气象资料，项目区降水量较北疆其他地区稍多，多年平均降水量201.6 mm，最大一日降水量24 mm。由于地表植被覆盖率高，对暴雨有一定的拦蓄作用，水蚀以溅蚀为主，局部地区植被盖度较低的区域以细沟侵蚀为主，沟宽2 m～5 m，长数百米，沟两侧岩体裸露，岸坡较陡，综合判断项目区水力侵蚀强度属于轻度侵蚀。

3 弃渣场合理性分析

根据施工组织设计和现场实际情况，1#弃渣场在山丘区的丘陵上，为坡地型弃渣场，占地面积为6.97 hm2，弃渣量为59.59万m3，最大堆渣高度为19 m。该弃渣场未在河道及湖泊管理范围内布设；不处于对重要基础设施、人民群众生命财产安全及行洪安全有重大影响的区域；不处于汇水面积和流量大、沟谷纵坡陡、出口不宜拦截的沟道内；弃渣场与下游无公共设施、工业企业、居民点等的安全防护距离符合规范要求，不会影响其安全。

4 弃渣场水土保持措施设计

4.1 挡渣墙

本项目弃渣场为坡地型弃渣场，依据《水土保持工程设计规范》（GB51018-2014）、《水利水电工程水土保持技术规范》（SL575-2012），1#弃渣场挡渣墙、护坡等建筑物等级为Ⅳ等4级。弃渣场拦渣堤稳定性分析见表1。弃渣场挡渣墙长度为170 m，顶宽0.5 m，底宽2.9 m，高度为4 m，基础埋深0.7 m。1#弃渣场需土方开挖345 m3，浆砌石量为1018 m3，见图1。

表1 弃渣场拦渣稳定性分析

图1 挡渣墙剖面图

计算项目为等厚土层土坡稳定计算，采用瑞典条分法进行安全系数计算，不考虑地震，不考虑水的作用。计算简图见图2，土层信息见表2、表3。土条重切向分力与滑动方向反向时当下滑力对待；给定圆心、半径计算安全系数；条分法的土条宽度为1.000 m；圆心X坐标为5.000 m；圆心Y坐标为12.000 m；半径为15.000 m。

图2 计算简图

表2 上部土层数1

表3 下部土层数2

经计算，滑动圆心为（5.000 m，12.000 m）；滑动半径为15.000 m；滑动安全系数为1.549；总的下滑力为907.333 kN；总的抗滑力为1405.283 kN；土体部分下滑力为907.333 kN；土体部分抗滑力为1346.464 kN；筋带在滑弧切向产生的抗滑力为58.818 kN；筋带在滑弧法向产生的抗滑力为0。

依据《水土保持工程设计规范》（GB 51018—2014）中，弃渣场抗滑稳定安全系数采用瑞典圆弧法、改良圆弧法计算时，正常运用情况下抗滑稳定安全系数必须≥1.15。本工程弃渣场级别为4级，经计算典型断面抗滑稳定安全系数为1.549，满足要求。

依据《水利水电工程边坡设计规范》（SL 386-2007）3.4抗滑稳定安全系数标准，非正常运用情况下抗滑稳定安全系数必须≥1.00，经计算典型断面抗滑稳定安全系数为1.549，满足要求。

4.2 削坡

为防止渣体发生滑塌，并增加边坡稳定性，在弃渣堆置过程中，及时对边坡进行削坡开级。弃渣场以现有的临时道路为界，按高程分为两个台体，高程1205 m～1224 m为一个渣体，高程1234 m～1240 m为一个渣体，按照1∶1.5对弃渣进行削坡，弃渣场削坡量为5860 m3。

4.3 马道

弃渣进行削坡处理后，在高程1205 m～1224 m的渣体堆渣高度10 m左右处设置3 m宽的马道平台，将渣体分为两级，边坡采取1∶1.5，马道长度约90 m。

4.4 覆土

弃渣场堆置完成后，需恢复原地貌采取绿化措施，并与周边环境相协调，在实施植物措施前需覆土，覆土厚度为0.3 m，覆土从绿化土场外购，弃渣场区覆土量为1.36万m3。

4.5 撒播草籽

撒播草籽可选择免灌植博乐蒿等，以条播为主，在整好的土地上开沟，深5 cm～10 cm，沟距离约15 cm。播种后根据天气情况每天或隔天喷水，幼苗长至3 cm～6 cm可停止喷水，但要保持土壤湿润。草籽撒播量为100 kg/hm2，绿化面积为4.54 hm2，共需要454 kg。初期可用汽车拉水灌溉1～2次，保证其成活。

5 结论与建议

5.1 结论

本文通过对博尔塔拉蒙古自治州某水库工程坡地型弃渣场的水土流失现状及设置的合理性进行分析，得出弃渣场采用的水土保持措施，既能防止弃渣场的水土流失又能达到恢复自然景观的效果，使弃渣场与周边环境相协调，起到水土流失治理和生态环境保护双赢的目的。

5.2 建议

水利水电工程项目多处于山区，受限于施工场地布置，本文弃渣场最大堆渣高度为19 m。弃渣场虽采取了相应的拦挡措施，但施工组织设计和后续的水土保持方案中未对减少弃渣场占地提出优化设计的方案，在后续同类工程弃渣场措施设计中，建议将弃渣场和取料场结合利用，尽可能将料场恢复至原地貌，减小弃渣堆置高度，减少弃渣对生态环境的破坏。择优选取技术上可行、有效、投资省、方便施工的防护方案[2]。