新疆某水库工程弃渣场方案比选研究

常 胜

(新疆水利水电勘测设计研究院，乌鲁木齐 830000)

1 工程概况

WSX水库工程是WSX河唯一的控制性工程，主要任务以灌溉、防洪为主，兼顾发电。水库总库容2188.4万m3，工程等别为Ⅲ等，工程规模为中型。推荐方案为沥青混凝土心墙坝方案，枢纽由挡水建筑物、泄水建筑物及灌溉引水建筑物组成，主要水工建筑物包括沥青混凝土心墙坝、导流洞、泄洪冲沙洞、溢洪洞及灌溉引水发电洞；次要建筑物包括厂坝区不影响主要建筑物的其他永久建筑物；临时建筑物包括下游围堰。主要建筑物中除土石坝为2级外，泄水建筑物、灌溉引水发电建筑物为3级，次要建筑物为4级，临时建筑物为5级。

2 土石方平衡

合理利用工程建筑物土石方开挖料，不仅能有效的降低工程投资，而且可以减少工程弃渣对环境的影响，所以应尽量多的利用开挖料用于各建筑物的土石方回填，并应尽可能利用开挖渣料填筑施工道路、场地平整等。对于弃渣料堆，应做好防护工作，采取适当的工程措施，防止造成新的水土流失。

工程土方开挖95.37万m3(自然方)，石方开挖112.20万m3(自然方)，石方洞挖3.00万m3(自然方)，砂砾石填筑177.72万m3(压实方)，石渣回填(护坡)1.02万m3(压实方)，道路路基填筑44.00万m3(压实方)。土方开挖主要为泄洪冲砂洞及溢洪洞出口开挖和大坝基础开挖；石方开挖主要为导流洞、泄洪冲沙洞、溢洪洞、灌溉引水发电洞洞挖和进出口开挖以及大坝坝肩、心墙基座石方开挖；开挖料均不能作为坝体填筑料，坝体填筑料由C1料场开采获得，土石方平衡见表1。

溢洪洞出口土方开挖料包括Q1-2砂砾石开挖33.16万m3和Q3-4砂砾石开挖14.39万m3，合计49.98万m3；土石方平衡规划利用开挖料的7%，约4.35万m3(松方)Q3-4砂砾石用于泄洪冲沙洞和溢洪洞砂砾石回填。灌溉引水发电洞石方明挖14.78万m3，其中3%约0.65万m3(松方)的石渣临时堆存于利用料场，后期将用于发电洞出口石渣回填。永久进场道路全长41km，前段35km位于出山口冲洪积扇，多为低填方路基；后段6km位于山区，多为挖方路基。永久进场道路土方开挖19.75万m3，石方开挖21.07万m3；考虑利用料运距，运输损耗等因素，规划道路土石方开挖料利用率分别为62%和22%。场内临时道路位于山区，多为挖方路基。场内临时道路土石方开挖量分别为13.07万m3和48.63万m3；64%土方开挖料用于截流堤和临时道路路基填筑，合计10.00万m3(松方)；1%石方开挖料可用于导流围堰石渣护坡，约0.43万m3(松方)。根据土石方平衡计算结果，本工程土石方弃渣量264.59万方。

表1 土石方平衡表

备注：1.表1中土石方单位均为万m3；2.自然方与压实方的换算系数为：1(自然)方=(0.85土方；1.31石方；0.88砂砾石；1.43块石)压实方；自然方与松方的换算系数为：1(自然)方=(1.33土方；1.53石渣；1.19砂砾石料)松方。

3 弃渣场规划比选

坝址位于河流中下游河段，河谷呈“U”型，整体走向呈近EW向，山顶高程1710-1860m，谷底高程1660-1680m，现代河床偏蚀左岸，为一切深40-45m的河槽，底宽10-30m，顶宽70-90m，两侧为近直立的钙质胶结砂砾石陡壁。坝址区主要发育Ⅳ级阶地，为堆积阶地地形起伏、不平整。左岸为近NE向鱼脊状单薄基岩山梁，正常蓄水位1700m时，梁顶宽100-200m。岸坡基岩裸露，最大坡高70m，自然坡度35-45°。右岸山体雄厚，基岩裸露，坡高90-120m，自然边坡高程50-70°，坝顶以下自然边坡40-50°。坝址区地形复杂，地势陡峭，左右岸平缓坡地狭小，施工交通不便。坝址区发育三条较大冲沟，暴雨时有短暂性水流通过，频率低，规模小。

根据工程区周边地形地貌情况，做了3处弃渣场选址方案比选。(1)方案一选址于坝址下游出山口右岸Ⅳ阶地，C1料场东南方向一处坡地，距坝址约10km；(2)方案二选址于坝址下游出山口左岸Ⅳ阶地，距坝址约5.5km；(3)方案三位于坝址上游约550m右岸沟道内。

3.1 方案一

方案一弃渣场选址于WSX河出山口右岸Ⅳ阶地，毗邻C1料场，地形平坦开阔，总地势南向北低，零星分布有风积的移动或半固定沙丘，高1-4m。阶地上部0.3-0.8m含盐量较高，对混凝土具有强腐蚀性，为无用层；下部砂砾石分为两层，临河一侧地表多分布厚1-1.5m上更新统洪积含细粒土砾，下部为青灰色冲积砂卵砾石层，局部分布大的漂石或孤石，块径1-5m，据探坑揭露深度10m内未见钙质胶结砂砾石出露，地下水位埋深大。弃渣场长约1465m，宽约513m，占地面积74万m2；弃料运距约10km[1-2]。

图1 方案一弃渣场平面布置图

3.2 方案二

方案二选址于坝址下游出山口左岸Ⅳ阶地，总地势由南向北缓倾。地表为风洪积的低液限黏土，含少量碎石，深度>4m，未揭穿，表部0.5-0.8m含盐量较高，地水位埋深大。弃渣场长约1250m，宽约584m，占地面积70万m2；左岸无现有交通道路，施工期需在进场道路桩号K23+730处新建1.15km施工道路和临时跨河钢桥(跨径48.768m)连接左右岸交通，承担弃渣交通任务，弃料运距约5.5km；施工交通工程量详见表2。

表2 方案二弃渣施工交通工程量表

续表2 方案二弃渣施工交通工程量表

3.3 方案三

根据《水利水电工程施工组织设计规范》(SL303-2017)“有条件时弃渣场可选在水库死库容以下，但不得妨碍永久建筑物的正常运行”的渣场选址原则，方案三布置于坝址上游约550m右岸沟道内，渣场平面布置图详见图3；弃渣场长约1.3km，宽30-260m，面积约为16.39万m2，设计顶高程1680m，水库死水位1680m；水库运行后弃渣场位于水库淹没区。冲沟内岩性为碎石土、含土砾石，厚度1-3m。

方案三沟道型渣场存在施工期冲沟上游汇水问题，根据《水利水电工程水土保持技术规范》SL575-2012的规定：“弃渣场临时性防护工程防洪标准取3-5a一遇；当弃渣场级别为3级以上时，防洪标准可提高到10a一遇”。本工程弃渣场为3级弃渣场，故弃渣场临时性防护工程防洪标准取5a一遇，施工期冲沟上游布置土石导洪堤，沿冲沟底部顺坡布置3条排水预制涵管(直径1m)，管线末端至沟口；用于解决冲沟防汛泄洪问题[3-4]。

图3 方案三弃渣场平面布置图

4 弃渣场方案比选

根据土石方平衡计算结果，并结合工程区地形地貌；该工程选址3个弃渣场方案进行比选，结果详见表3。

表3 弃渣场方案比选表

运距方面方案一、二、三分别对应的运距10km，5.5km，2.5km。工程投资方面方案一、二、三分别对应的土石方弃料单价79.90元/m3，70.85元/m3，62.54元/m3。另外方案二需新建道路和临时跨河钢桥；1.15km施工道路投资造价234万元，临时跨河钢桥221万元。从移民征占地角度，方案一、二、三分别对应的渣场面积74万m2，70万m2，21.3万m2。

综上所述，方案三在工程造价和移民占地等方面较方案一、二有显著优势。因此采用方案三弃渣场布置。