杨房沟水电站上铺子沟弃渣场水土保持措施设计

张 腾，刘 健，刘家艳

（1.中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司，浙江 杭州 311122；2.雅砻江流域水电开发有限公司，四川 成都 610051）

因自然条件限制，在西南土石山区修建的水电站工程多将弃渣场布置在泥石流冲沟内。泥石流沟道型弃渣场潜在危害较大，防治泥石流是整个弃渣场工程水土流失防治工作重点。

1 工程情况

杨房沟水电站位于四川省凉山彝族自治州木里县境内的雅砻江中游河段上，是该河段“一库七级”开发规划中的第六级水电站，工程等级为Ⅰ等大（1）型工程。水电站设置1个特大型弃渣场——上铺子沟弃渣场，该弃渣场为沟道型弃渣场，且受泥石流影响。本文以杨房沟水电站上铺子沟弃渣场为例，分析介绍水电工程特大型弃渣场水土保持措施设计的体系和方法。

上铺子沟弃渣场主要堆置主体工程开挖弃渣、围堰拆除料、金波石料场剥离的无用料和其他零星弃渣，渣场布置于沟道下游段，沿沟道堆置，占地面积22.66 km2，容渣量1 300万m3，拟堆渣量874.76万m3（自然方，折合松方1 163.43万m3），堆渣高程1 985.00~2 210.00 m。根据GB 51018—2014《水土保持工程设计规范》，结合弃渣场堆渣量、最大堆渣高度和渣场失事对主体工程或环境造成的危害程度，分析确定上铺子沟弃渣场级别为1级。弃渣场堆渣及防护措施平面布置见图1。

图1 上铺子沟弃渣场堆渣及防护措施平面布置图

1.1 弃渣场自然条件

上铺子沟弃渣场位于坝址下游约2.2 km的上铺子沟沟道内，左侧边坡地形较陡，坡度在30°~50°，基岩大都裸露，局部浅表层可见崩坡积堆积物，植被较为发育；右侧边坡地形陡峭，坡度在70°~80°，基岩裸露，植被发育稀疏，多为低矮灌木。场地主要为第四系松散堆积物覆盖，三叠系上统新都桥组变质粉砂岩出露于场地边坡上。

上铺子沟地处青藏高原东侧边缘地带，属川西高原气候区，主要受高空西风环流和西南季风影响，干、湿季分明。流域多年平均降水量为500.0~2 470.0 mm，分布趋势由南向北递增。流域内雨日多，连续降雨日较长。流域内多年平均蒸发量为1 166.0~2 500.0 mm，总趋势由南向北递减，流域内常年平均气温-4.9~19.7 ℃。

上铺子沟为雅砻江一级支流，属于四季常流水支沟，具有典型的山区小流域特征。流域面积32.81 hm2，流域沟道弯折，尤其在近沟口处有2处大弯道，主沟沟谷较深，沟谷呈“V”型，沟口高程1 980.00 m，最高高程5 001.00 m，主沟长度15.7 km，沟床平均比降197.1‰（约11°）。流域的径流补给以降雨为主，全流域径流的空间分布、年际变化、年内分配与降水规律一致，上铺子沟沟口设计洪水成果见表1。

表1 上铺子沟洪水设计成果表

1.2 水土流失防治体系和防护标准

弃渣场的水土保持措施设计直接关系到整个工程水土流失防治工作的成败，水土流失防治措施应具备系统性和科学性，注重生态工程建设，采取工程措施、植物措施和临时措施相结合的综合防护措施，并进行合理配置、统筹兼顾，形成综合完善的防护体系。上铺子沟弃渣场堆渣前先进行表土剥离，坡脚设置混凝土挡渣墙，挡渣墙外侧采取钢筋石笼护脚。上铺子沟上游采取沟水处理措施，渣体周边设置截水沟，马道上设置马道排水沟，渣体底部设置盲沟。堆渣结束后，弃渣场坡面采取钢筋混凝土框格梁植草护坡，弃渣场顶部平台场地平整后采用覆土、栽植乔木和撒播灌草籽等方式恢复植被。

上铺子沟弃渣场拦挡工程设计标准参照DL/T 5419—2009《水电建设项目水土保持方案技术规范》、GB 50201—2014《防洪标准》和GB 51018—2014《水土保持工程设计规范》的要求，结合渣场堆渣实际情况，确定上铺子沟弃渣场拦挡工程级别为2级。弃渣场截排水工程防洪标准主要根据渣场规模、渣场位置、渣场失事等因素造成的风险程度来制定防洪标准，确定上铺子沟弃渣场采用100 a一遇洪水设计，200 a一遇洪水校核。

2 水土流失防治措施设计

2.1 工程措施

2.1.1 表土剥离

弃渣场堆渣前对占用耕地和林地地块进行表土剥离，结合工程实际，剥离区域主要为上铺子沟沟水处理工程占地区域，剥离的表土运至表土堆存场集中堆置防护。

2.1.2 沟水处理

上铺子沟泥石流为沟谷降雨型低频大型粘性泥石流，结合上铺子沟沟水特点和工程特性，对沟水处理及泥石流防护措施进行专题设计，沟水处理与泥石流排导防护统筹兼顾，泥石流防护以工程措施为主。沟水及泥石流防护工程建筑物包括2级格栅拦挡坝、排导槽、末级挡水坝，根据沟内地形地质及施工条件沿沟布置2级拦挡坝。在弃渣场上游侧开挖低矮、单薄山脊形成排导（泄）槽，结合沟水处理，将泥石流及沟水排泄至原沟口下游约0.14 km的雅砻江中[1]。

2.1.3 拦挡工程

上铺子沟弃渣场堆渣前坡脚设置挡渣墙，采用C20现浇混凝土结构，墙身高4.0 m，顶宽1.0 m，面坡直立，背坡坡比1: 0.6。挡渣墙墙身设2排Φ100 PVC排水管，排水管水平间距1.5 m，管身保持倾向挡渣墙外侧3%的排水坡降；墙身每隔10.0 m设1道结构缝，缝宽0.02~0.03 m，缝间填塞沥青油毡。挡渣墙基础挖至弱风化层上限，开挖深度0.5~1.2 m不等，基坑开挖边坡1:1.0，坑内回填碎石。挡墙靠近砂石加工系统一侧布设钢筋石笼护脚，单个钢筋石笼尺寸长2.0 m，宽1.0 m，高1.0 m，钢筋石笼墙身高度大于4.0 m时，宽度为3.0 m，墙身高度小于4.0 m时，宽度为2.0 m，石笼基础埋深不小于1.0 m。挡渣墙稳定计算断面见图2。

图2 挡渣墙稳定计算断面图

根据计算成果，挡渣墙抗滑及抗倾覆稳定安全系数见表2，根据SL 379—2007《水工挡土墙设计规范》，拦挡工程满足渣场的防护要求。

表2 挡土墙抗滑及抗倾覆稳定安全系数

2.1.4 截排水工程

2.1.4.1 设计洪水情况

弃渣场沟道来水已通过泄水槽排导，渣场截排水设施主要针对上游山坡坡面及渣场自身场地汇水，截排水设施采用100 a一遇洪水标准设计。弃渣场设计洪水情况见表3。

表3 弃渣场设计洪水一览表

2.1.4.2 截排水措施设计

渣场排水包括渣场上游坡面汇水、堆渣体坡面汇水和渣体渗水等3部分。工程拟通过沿渣场外侧布设截水沟拦截、排导上游坡面汇水；沿渣场马道内侧布设马道排水沟排导堆渣体坡面汇水；沿原有沟道布设盲沟排导渣体渗水。

（1）截水沟：沿渣场左右侧山体各布设1条，双侧排水，截水沟末端设跌水坎消能后分别接入雅砻江和泄槽。截水沟采用C25混凝土结构，等腰梯形断面。左侧截水沟底宽1.0 m，深1.2 m，沟壁坡比1:0.5；右侧截水沟底宽0.4 m，深0.4 m，沟壁坡比1:0.5；两侧截水沟衬砌混凝土厚0.3 m，沟底坡降不小于2.5%。对于坡面较陡的区块，截水沟开挖面还需采用C25喷混凝土、Φ22随机锚杆和Φ50随机排水孔等防护措施。截水沟沟身每隔10.0 m设1道结构缝，缝宽2.0~3.0 cm，缝间填塞沥青油毡。截水沟陡坡段设跌水坎，跌水坎采用台阶式，宽60.0 cm、高30.0 cm，均采用C25混凝土结构。弃渣场截水沟设计情况见表4。

表4 弃渣场截水沟设计一览表

（2）马道排水沟：弃渣场坡面汇水较小，考虑到施工便利，马道排水沟断面均采用浆砌片石结构，矩形断面，底宽0.4 m，深0.4 m，浆砌片石衬砌厚0.2 m，水泥砂浆抹面0.03 m，沟底和沟壁外侧砂砾石垫层0.2 m。

（3）盲沟：堆渣前在渣体底部设置块石透水盲沟，排导渣体渗水。盲沟沿原有沟道走向布设，平均底宽5.0 m，厚2.0 m，采用大块石外包反滤土工布的形式，大块石采用弱、微风化新鲜的工程开挖料，工布采用400 g/m2针刺无纺土工布，两侧30.0 cm厚砂砾石垫层保护。盲沟与预埋涵管顺接，衔接口采用大块石回填保证排水通畅。

2.1.5 护坡工程

上铺子沟弃渣场堆渣完毕后，为了保证渣场边坡稳定，对其边坡进行钢筋混凝土框格梁护坡，混凝土框格梁尺寸采用3.0 m×3.0 m，框格梁宽30.0 cm、厚40.0 cm，顶梁和边梁宽50.0 cm、厚40.0 cm，底梁宽50.0 cm、厚100.0 cm，底梁至少埋地50.0 cm。

2.1.6 土地整治

工程弃渣堆置结束后，进行土地整治，而后进行复耕或恢复植被。对于弃渣场顶部的堆渣平台，场地平整后覆土，并对其进行全面整地。对于弃渣场其他区域，场地平整后进行覆土，改善立体条件，为植被恢复做好准备。

2.2 植物措施

弃渣场立地条件差，且项目区位于干热河谷，由于焚风效应，河谷气候干燥少雨，土层薄，有机质少，缺乏养分。渣场植被恢复根据适地适树（草）原则，通过栽植适合当地气候条件及渣场立地条件的乔灌草营造水保林。上铺子沟弃渣场顶部平台采取栽植乔木和撒播灌草籽相结合的方式恢复植被，渣场坡面撒播灌草籽。植被恢复前先进行覆土，坡面覆土20.0 cm，顶部平台覆土50.0 cm。乔木选择金合欢和余甘子，采用穴植，穴径0.5 m，深0.5 m，株行距为2.0 m×3.0 m，栽植密度1 667株/hm2，选用2 a生壮苗，苗木高1.0 m，地径3.0~5.0 cm，按1:1株间混交。灌草采用撒播种子的方式，灌草种选择狗牙根和胡枝子，按1:2混交，撒播密度150 kg/hm2。弃渣场边坡实施钢筋混凝土框格梁护坡后进行覆土，撒播灌草籽绿化。

弃渣场植物措施实施后需根据植物生长情况，进行浇水、松土、施肥和除虫等养护，对死亡的苗木及时进行补植，抚育管理1 a。

2.3 临时措施

工程设置的表土堆存场表土临时堆置期间，采用四周坡脚处设置钢筋石笼、坡面撒播草籽的方式进行临时防护，弃渣场堆渣过程中设置临时道路及临时排水措施等临时措施。

2.4 渣场堆置形式稳定性分析

弃渣场在沟口位置设置挡渣墙，挡墙顶部高程1 989.00 m，堆渣起坡高程1 989.00 m，堆渣坡度不陡于1:1.8。在高程2 005.00，2 020.00，2 035.00 m分别设置1道马道，马道宽5.0 m。在高程2 050.00 m设置1处宽150.0 m的平台，作为施工机械停放场，对外交通专用公路也从该平台通过。高程2 050.00 m平台以上渣体设置“Z”字型马道，马道宽约3.0 m，兼作堆渣时的弃渣道路。

根据SL 575—2012《水利水电工程水土保持技术规范》，对上铺子沟弃渣场堆渣体的稳定性进行验算，弃渣场堆渣体稳定安全系数均达到规范要求，堆渣体在拟定堆放坡度下能满足稳定要求。

3 结 语

弃渣场施工应严格按照“先挡后弃”的原则进行，过程中注意防护措施的时效性，避免裸露边坡处于无防护状态。弃渣场整治后最终形成的平台区域应根据工程建设需要和实际情况设置相应的蓄水设施，并与原截排水设施合理衔接，为弃渣场平台的后期农业耕作及渣场绿化养护提供相应支持。渣场植被恢复应尽量选用当地植物种类和常见绿化树草种，以提高植物成活率，保证植被恢复效果。