西南土石山区线性工程弃渣场水土保持措施设计——以卡拉·杨房沟水电站交通专用公路工程为例

刘 健，张 腾，应 丰

(中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司，杭州，311122)

1 引言

西南土石山区的线性工程项目，受地形地质条件的限制，具有弃渣量大、弃渣场地匮乏、水土流失严重等特点。卡拉·杨房沟水电站交通专用公路(以下简称“卡杨公路”)工程位于雅砻江中游河段四川省凉山州木里藏族自治县境内，地理位置偏远，地广人稀，交通不便[1]。工程建设规模大，土石方开挖量大，在建设过程中要产生大量废渣[2]，对弃渣处理和弃渣场防护变得尤为重要。

2 工程概况

卡杨公路全长92.6km，位于四川省凉山州木里县和甘孜州九龙县境内。起点位于锦屏一级水电站左岸缆机平台交通洞进口附近，距锦屏一级水电站坝址约400m，终点位于杨房沟水电站金波石料场下游350m左右，距杨房沟水电站坝址约1.2km。全线共设隧道33座、总长约48.1km，桥梁共14座、总长1.83km。

工程采用公路三级标准，设计行车速度为30km/h，一般路段为单线双向双车道，特长隧道及其接线路段为双线单向单车道。

工程于2010年4月开工建设，2014年6月全线贯通，建设总工期51个月。

工程土石方开挖量545.05万m3，填方量105.12万m3，工程无借方，弃渣量439.93万m3，弃渣折合松方604.90万m3。

3 自然概况

工程地处青藏高原向四川盆地过渡的斜坡地带，属青藏高原东南部(即川西高原)侵蚀山原区，属横断山系的东部中段，地势自西北向东南呈阶梯状递降，地貌上多属侵蚀山地，海拔高程1920m～2500m。工程区受地质构造运动影响强烈，地质条件复杂[3]。气候属川西高原气候区，多年平均降水量796.7mm，多年平均气温17.2℃，多年平均蒸发量1807.9mm。植被类型属亚热带常绿阔叶林区，工程区主要分布有红壤、黄壤、棕壤和暗棕壤等土壤，地震基本烈度为Ⅶ度。工程区土地利用类型以林地、牧草地和未利用地为主，水土流失强度以轻度和中度为主。

4 弃渣场设置情况

工程弃渣总量439.93万m3(松方604.90万m3)。弃渣运至16处弃渣场堆置，其中自身设置12处，分别为五二湾弃渣场、麻地湾1#弃渣场、麻地湾2#弃渣场、矮子沟弃渣场、羌活沟弃渣场、羊窝子沟弃渣场、青岗坪沟弃渣场、面上湾沟弃渣场、骆驼沟弃渣场、一江弃渣场、立尔弃渣场、喇嘛寺沟弃渣场。利用其他工程的弃渣场或场地的4处，分别为锦屏一级水电站的三滩沟弃渣场、利用杨房沟水电站的中铺子弃渣场和上铺子沟弃渣场和利用卡拉水电站施工场地的羊奶沟弃渣场。弃渣场概况见表1。

工程于2014年6月全线贯通，完工较早，由于地形地质条件较为恶劣，施工时很难按照设计的弃渣场防护措施及时实施，2017年11月-2018年5月对已堆完的弃渣场进行整治绿化。整治绿化的范围为卡杨公路自身设置的11处弃渣场，分别为五二湾弃渣场、麻地湾1#弃渣场、麻地湾2#弃渣场、矮子沟弃渣场、羌活沟弃渣场、羊窝子沟弃渣场、青岗坪沟弃渣场、骆驼沟弃渣场、一江弃渣场、立尔弃渣场、喇嘛寺沟弃渣场(由于面上湾沟弃渣场当时已淹没在水下，不纳入整治范围)。

5 弃渣场防护标准和原则

弃渣场防护以《开发建设项目水土保持技术规范》GB 50433-2008、《防洪标准》(GB 50201-2014)和《水土保持工程设计规范》(GB 51018-2014)等为主要设计依据。

渣场整治考虑的11处弃渣场中，有6处为沟道型弃渣场，其余为坡地型弃渣场。结合各弃渣场堆渣量、堆渣最大高度以及渣场失事对主体工程或环境造成的危害程度等因素综合确定弃渣场级别、防护建筑物级别、防洪标准等。各弃渣场等级、防护建筑物级别和防洪标准详见表2。

表2 弃渣场等级、防护建筑物级别和防洪标准

6 弃渣场整治措施设计

6.1 工程措施

(1)拦挡措施

在弃渣场坡脚处、沿沟道侧设置C20混凝土挡渣墙，部分渣场坡脚处已设置浆砌石挡墙，但规格较低，为了防止削坡过程中，对其造成破坏或压埋，在已建浆砌石挡墙前方增设一道C20混凝土挡墙，级别较低、边坡较缓的弃渣场可采用浆砌石挡墙，挡墙形式和高度根据各弃渣场堆渣量、堆渣高度和地形条件等因素综合确定。

新建挡渣墙采用重力式结构，梯形断面，顶宽1.0m，背坡1∶0.1，面坡1∶0.5，挡渣墙基础埋深不小于1m，挡渣墙基础需确保坐落在基岩上或者处理后基础承载力不小于150kPa。

(2)防洪排导工程

弃渣场汇水分渣场沟道来水、上坡面径流、堆渣边坡径流以及渣体渗水等四部分。根据各弃渣场汇水面积和上游沟道来水情况，弃渣场排水措施设计分以下几种类型：

羊窝子沟弃渣场、骆驼沟弃渣场等2处弃渣场已设置排水隧洞或涵管。喇嘛寺沟弃渣场汇水面积较小，且渣场上方即为卡杨公路，来水被卡杨公路自身排水沟截走，因此，设计对上述3处弃渣场不采用截水沟拦截和排泄渣场汇水。

麻地湾2#弃渣场、羌活沟弃渣场、矮子沟弃渣场、一江弃渣场、立尔弃渣场周边设置截水沟，采用M7.5浆砌石砌筑，衬砌厚度30cm，梯形断面，尺寸0.6m×0.6m(底宽×深)，坡比1∶0.5。

五二湾弃渣场、麻地湾1#弃渣场、麻地湾2#弃渣场、羌活沟弃渣场、青岗坪弃渣场、立尔弃渣场等弃渣场上游沟道洪峰流量较大，沟道来水通过卡杨公路设置的过路涵洞，在渣场一侧或坡面设置排洪沟顺接涵洞排泄，末端与下游沟道相接。排洪沟采用矩形断面，重力式边墙，C20钢筋混凝土结构，排洪沟尺寸根据设计洪峰流量计算确定，尺寸2.0m×2.0m～2.5m×2.5m(宽×深)。排洪沟比降根据地形条件确定，但不应小于1.5%。

麻地湾1#弃渣场、麻地湾2#弃渣场、矮子沟弃渣场、羌活沟弃渣场、羊窝子沟弃渣场、一江弃渣场、立尔弃渣场削坡开始后，于马道内侧设置马道排水沟，矩形断面，底宽和深统一采用0.4m，M7.5浆砌石砌筑，衬砌厚度30cm，其余弃渣场未设置马道，不涉及马道排水沟。

(3)堆渣体护坡及平台整治工程

①削坡措施

削坡前根据场地地形、地质条件与周边环境修筑拦挡设施。对边坡较陡的弃渣场进行削坡，坡比控制在1∶1.5～1∶2.0，堆渣体每隔20m设置一条马道，马道宽2m。

②堆渣平台整治工程

弃渣场削坡完毕后，对渣顶平台进行场地平整、覆土，栽植乔木、撒播灌草籽绿化。

③框格护坡工程

矮子沟弃渣场、羌活沟弃渣场、羊窝子沟弃渣场、青岗坪弃渣场、一江弃渣场等5个弃渣场削坡完毕后，对边坡进行混凝土框格梁植草护坡。框格尺寸采用3m×3m，混凝土框格梁宽40cm，厚50cm，框格布置好后，先铺设5cm砂砾石反滤层，再覆15cm厚的耕植土。

喇嘛寺沟弃渣场堆渣较薄、边坡较陡，不具备框格梁护坡的条件，对其采取挂网喷播植草护坡的措施。

6.2 植物措施

工程削坡结束后，对渣顶平台进行场地平整、覆土并实施植物措施。在实施混凝土框格的弃渣场坡面框格内进行覆土、撒播灌草籽绿化，在不具备实施框格条件的弃渣场坡面采取撒播灌草籽绿化，喇嘛寺沟弃渣场实施挂网喷播植草护坡。

(1)立地条件分析及绿化方案

弃渣场分布在高程1900m～2600m之间，属雅砻江干热河谷区。本工程弃渣以石方为主，弃渣场削坡升级后，绿化立地条件较差，需对绿化区进行平整、覆土等立地改造。

(2)树(草)种选择

结合渣场绿化区立体条件、当地生态环境和主要适宜性树种等，灌木选择车桑子，草本选择紫花苜蓿和苇状羊茅，乔木选择云南松和滇青冈。形成乔、灌、草立体绿化的复层林结构。

7 渣场堆置形式稳定性分析

弃渣场自2010年启用，至2014年完全形成。2017年11月开始，对11处弃渣场(面上湾沟弃渣场位于水下淹没区，不在整治之列)开展了专项整治设计。设计时弃渣已堆放完毕，未再弃渣。在现有堆渣基础上，设计了挡渣墙、防洪排水、削坡分级、景观绿化等防护措施，对弃渣场的正常运行和非常运行工况条件下的安全系数进行了测算，堆渣体和挡墙均是稳定的，满足规范要求。2017年11月-2018年5月对弃渣场进行了整治绿化，实际施工过程中，堆渣方案和防护措施基本按照设计要求实施。

11处弃渣场自2018年5月投入运行以来，渣体未发生滑塌等变形情况，目前总体稳定。

8 措施设计创新点

(1)结合当地自然条件，对边坡植物措施设计进行了优化，降低了投资

对弃渣场边坡进行削坡，具备条件的削到坡比缓于1∶1.8，而后实施覆土、撒播灌草籽绿化的措施，避免对较陡的边坡实施框格梁等工程护坡措施，相应降低投资。工程位于干热河谷气候区，在绿化植物物种选择上，除了购买当地适生植物，同时采集周边植物种子，作为绿化的灌草籽，能更好的适应当地自然条件，也减少了草籽的购买量。

(2)因地制宜地考虑植物措施的养护管理

根据特殊的气候条件，考虑了植物的灌溉养护措施。撒播灌草初期，在大风、干旱时期采用薄膜进行覆盖，起到保水保温的作用；绿化初期考虑在弃渣场周边设置围栏，防止当地乡民饲养的马、羊等对植被幼苗造成破坏。

(3)水土保持措施全面立体

西南地区公路项目弃渣场整治案例较少，紧密结合现场实际情况，充分考虑工程特点，做好实际地形测量工作、补充渣场地质勘查工作，再对弃渣场整治绿化进行详细设计，开创性地采取了补建拦挡措施、削坡、修建截排水沟、覆土绿化养护等措施体系。水土保持措施布设全面立体，满足水土保持的要求。

(4)对工程措施设计进行优化，注重资源最大化利用

在开展整治设计过程中，充分结合现场实际情况，在不降低防护标准的前提下，对部分设计进行了优化。由于弃渣场大多为石渣，部分弃渣场的挡墙利用可用的石料设计成浆砌石挡墙，以减少混凝土用量。对部分已实施但破损的挡墙、截排水沟进行加固修缮，不进行拆除、不另行修建，降低了投资，注重资源的最大化利用。

9 结语

工程弃渣场设计时应考虑现场实际情况，尤其是西南土石山区的线性工程项目，更需要结合实际的地形地貌、施工时序、施工条件等进行弃渣场布置和措施设计。工程施工过程中，应严格按照弃渣处理和弃渣场防护措施设计进行施工，若有出现未按设计进行堆渣的，需及时做好弃渣场变更备案和弃渣场补充设计等手续，并及时按设计进行弃渣处理，尽量避免后期产生弃渣场整治的额外费用。工程施工结束后，应按照设计要求对弃渣场进行迹地恢复，若现场仍然存在未按设计要求堆放的弃渣，需对弃渣进行整治。