大型坡地型弃渣场防治措施体系研究

仲康 黄斌 方舒

摘要： 坡地型弃渣场通常会遇到地形陡峭、强地震、弃渣规模大、高边坡等现实情况，直接影响弃渣场安全，而目前国内外对坡地型弃渣场防治措施体系的研究较少。以巴基斯坦卡洛特水电站3号存弃渣场为例，结合区域水土流失特点，分析了弃渣成分及堆置方案的稳定性。针对大型弃渣场的水文、地形地质条件、安全稳定以及水土流失防治要求，明确了弃渣堆填要求，提出了工程措施、植物措施和临时措施的总体布局，形成了大型坡地型弃渣场综合防治措施体系。研究成果可为类似坡地型弃渣场防治提供参考。

关键词：大型弃渣场;坡地型弃渣场;防治措施体系;卡洛特水电站;巴基斯坦

中图法分类号：TV51文献标志码：ADOI：10.15974/j.cnki.slsdkb.2021.11.026

文章编号：1006 - 0081（2021）11 - 0116 - 05

0 引 言

坡地型弃渣场[1]一般是指弃渣堆放在河流或沟道两岸较低台地、阶地和河滩地上的弃渣场;适用于沿山坡堆放，山坡坡度不大于25°且坡面稳定，为5种常见的弃渣场类型之一。目前，对坡地型弃渣场防护措施体系的研究较少[2-4]，然而，坡地型弃渣场通常会遇到地形陡峭、强地震、弃渣规模大、高边坡等情况，直接影响弃渣场安全并导致生产建设项目的水土流失[5-7]。

卡洛特水电站是巴基斯坦境内吉拉姆河（Jhelum）规划5个梯级电站的第4级。坝址处控制流域面积26 700 km2，多年平均流量819 m3/s，多年平均年径流量258.3亿m3;电站装机容量72万kW（4×180 MW），为Ⅱ等大（2）型工程。卡洛特水电站是“一带一路”首个水电大型投资建设项目、“中巴经济走廊”首个水电投资项目，也是首个完全使用中国技术和中国标准建设的水电投资项目。卡洛特水电站建成后将为巴基斯坦带来更经济的清洁能源，为其经济发展提供强大动力。

卡洛特水电站的工程弃渣总量为1 023.24万m3（自然方，换算成松散方为1 330.21万m3），共规划了4处弃渣场，其中3号存弃渣场是最大的坡地型弃渣场，堆渣高度87 m，容渣量226万m3。按照DL_T 5419-2009《水电建设项目水土保持方案技术规范》，该弃渣场为大型弃渣场。根据流域内降水资料统计，坝址以上流域多年平均降水量约1 430 mm，最大年降水量1 793 mm，最小年降水量1 046 mm;降水量年内分配以7月最大，为289 mm;11月降水量最小，为34 mm。3号存弃渣场位于左2号冲沟至左3号冲沟夹持部位，总体地形坡度15°～25°;东北部地形较陡，地形坡度30°～35°。工程部位及近场区无活动性断裂通过，为构造稳定性相对较好的地区。场地及周边影响范围内的主要不良地质现象为崩塌，未发现滑坡、泥石流等发育;场地自然状态下整体稳定。

3号存弃渣场主要存放溢洪道开挖弃渣。施工期间，一方面存在水流冲刷渣体引发水土流失的危害;另一方面，渣体散落、进入库内影响大坝及导流洞施工，存在堵塞导流洞的风险。运行期，渣体散落或垮塌会影响大坝安全。因此，开展大型坡地型弃渣场防治措施体系 研究十分必要。

1 水土流失特点

工程区地貌为低山丘陵间河谷地貌，多年平均年降雨量达1 430 mm，地形地貌、气象等因子均为水力侵蚀创造了条件。但由于区内植被覆盖率较高、物种丰富，植被垂直结构复杂，降雨动能均被消减，防止了降雨对地表土壤造成的溅蚀。此外，地表枯枝落叶层分布较厚，加之树干的截留，可有效防止地表土壤遭受径流冲刷而造成流失。总体来讲，工程區内目前无工矿企业及建设项目，植被覆盖度较高，水土流失强度为轻度，平均侵蚀模数约1 820 t/（km2·a）。但在局部地段，由于乱砍乱伐、开荒种地等活动，侵蚀较为严重，侵蚀强度达到了强度以上。

受当地经济发展水平的制约，项目建设区内目前无大型工矿企业及建设项目，也未开展过专项水土保持活动。局部地段由于当地居民的人为扰动，如砍伐林木、开荒种地等，造成了一定的水土流失。但由于项目区气候温暖湿润，降雨量充沛，植被恢复较快，上述活动造成的影响范围有限和影响时段均较短。就目前状况来看，项目建设区植被覆盖度较高，水土保持效果较好。

2 防治措施布局原则

为维护卡洛特水电站工程建设及运行的安全、保护项目建设区生态环境，该工程水土保持设计必须遵循生态规律和经济规律，结合施工总布置的特点合理进行。据此，在防治措施布局中应遵守以下原则：

（1）结合工程实际和项目区水土流失现状，因地制宜、因害设防、总体设计、全面布局、科学配置。

（2）建立综合防治体系，遵循工程措施与植物措施相结合、永久措施与临时措施相结合的原则。建设过程中，应根据各分区地形地貌、水土流失特点及施工布置，分别采取适当的防治措施。

（3）遵循“三同时”、注重防治措施时效性的原则。注意各种防护措施在时间安排上的合理性，使各种措施充分发挥其效能。应事先做好开挖扰动区的防护措施及基础挖方临时堆置区的防护工作，以有效防止施工过程中的水土流失。

（4）项目建设过程中应注重生态环境保护，树立人与自然和谐相处的理念，尊重自然规律，遵循植物措施设计与所在区域的景观协调的原则。遵循乔灌草合理配置原则，弃渣场顶面植被恢复主要考虑乔灌草结合模式，边坡防护主要采用灌草结合。

（5）遵循经济、有效、实用的原则。对于重点水土流失区的防护措施应进行多方案比选，确定投入效果比最佳的方案，节省工程投资，保证水保效果，同时具有可操作性。

3 防治措施体系

3.1 总体布局

按照预防措施和治理措施相结合、工程措施和植物措施相结合的原则，确定3号存弃渣场的水土流失防治措施体系及总体布局，见表1。

3.2 堆置方案

3号存弃渣场主要存放溢洪道开挖弃渣，成分为泥岩和砂岩，弃渣及其组合相对应的堆置安息角及对应边坡坡比，见表2。

考虑施工开挖无序性和堆填不确定性，采用混合料的物质组成确定堆置方案：堆渣高程范围为473～560 m，高程485 m平台以上弃渣坡比1∶2，高程485 m平台以下弃渣边坡与挡渣墙相接处坡比可适当调整，但不得陡于1∶2。高程485，495，515，520 m和550 m均布置一宽2 m的马道，高程505，540 m各布置一宽10 m的平台，弃渣堆置整体位于水库正常蓄水位以上。

对正常工况和非正常工况下的弃渣边坡稳定性进行计算，非正常工况考虑降雨工况和地震工况2种。计算方法采用摩根斯顿普莱斯法，选择4个最危险剖面计算，见图1。

边坡稳定计算结果见表3，安全系数满足规范要求。

3.3 堆填要求

按照“先拦后弃，先排后弃”的原则，在弃渣前，先修建好挡渣墙、渣底盲沟和周边截排水沟。若永久截排水沟不具备提前修建的条件，可先修建临时排水沟，待具备施工条件后再行修建永久截排水沟。

严格按设计拟定的堆坡堆存弃渣，分层摊铺、推平，以提高渣体的密实度和稳定性。根据弃渣堆存规划，在临坡侧5.0 m范围内，弃渣每堆高1.0 m需摊铺、推平一次;其他区域每堆高3.0 m需摊铺、推平一次。

在堆渣过程中，将弃料中的大石块尽可能堆置于弃渣场底部及挡渣墙后，弃土尽可能堆置于弃渣场北侧。

3.4 工程措施

3.4.1 拦渣工程

该工程拦渣工程为挡渣墙[8]。为防止渣体散落进入库内影响大坝及导流洞施工，弃渣前需在堆渣坡脚布置挡渣墙。挡渣墙部位地表由崩坡积碎块石土及纳格里组基岩组成，岩、土体均能满足挡渣墙建基要求。挡渣墙采用重力式，墙顶高程476.0～540.5 m，墙顶宽0.6～1.5 m，最大墙高2.5～5.0 m，临渣侧坡比1：0.6，背渣侧坡比1：0.2，采用C15混凝土浇筑。

挡渣墙稳定性计算主要对正常工况和非正常工况进行，非正常工况考虑降雨工况和地震工况2种。计算选择2个最危险剖面，挡渣墙稳定计算结果见表4，安全系数满足规范要求。

3.4.2 周边排水沟

周边排水沟主要包括周边排水沟（左）和周边排水沟（右）。根据场地地形条件，在弃渣场周边布置排水沟以引排上游沟道和坡面汇水。

（1）周边排水沟（左）全长395 m，汇水面积约0.25 km2，50 a一遇洪峰流量为3.45 m3/s，采用浆砌石梯形断面，断面尺寸为0.8 m×1.2 m（宽×深），边坡1∶0.5，沟底纵坡0.5%（陡坡段与原坡面基本保持一致）。

（2）周边排水沟（右）全长850 m，汇水面积约0.07 km2，50 a一遇洪峰流量为0.93 m3/s，采用浆砌石梯形断面，断面尺寸为0.8 m×1.2 m（宽×深），边坡1∶0.5，沟底纵坡1%（陡坡段与原坡面基本保持一致）。

3.4.3 渣底盲沟

弃渣前，在堆渣区域的渣底布置排水盲沟。排水盲沟采用大石块抛填（厚2 m、粒径0.5～1.2 m、孔隙率不小于25%、质地较好的砂岩石块，顶面铺设一层厚30 cm弃石渣，整平后铺一层土工布，土工布上铺设一层厚30 cm弃石渣保护层），抛填底宽同天然沟道，局部适当调整。在排水盲沟出口处采用直径1 m的预制钢筋混凝土圆涵连接，涵管埋入挡渣墙中，涵管进口处采用钢筋网包裹。

3.4.4 渣体表面排水工程

渣体表面排水工程主要包含渣顶排水沟和马道排水沟。堆渣结束后，在弃渣场顶面布置渣顶排水沟（两端连接周边排水沟）。渣顶排水沟全长502 m，采用浆砌石梯形断面，断面尺寸为0.5 m×0.6 m（宽×深），边坡1∶0.5，沟底纵坡0.5%（沿中间向周边排水沟延伸）。为防止堆渣坡面水流冲刷渣体，在每一级马道内侧布置马道排水沟。马道排水沟全长约2 307 m，采用浆砌石矩形断面，断面尺寸为0.4 m×0.4 m（宽×深），沟底纵坡0.5%（沿中间向周边排水沟延伸）。

3.4.5 土地整治工程

土地整治工程主要包括表土剥离、翻渣、土地平整、覆土、鱼鳞坑整地、穴状整地等。施工前，对弃渣场堆渣区域表层土进行剥离，平均剥离厚度0.35 m。

弃渣结束后，对弃渣场顶面按1.7%的纵坡进行翻渣。翻渣结束后，对弃渣场顶面及堆渣坡面进行土地平整。土地平整结束后，对弃渣场顶面进行覆土，覆土平均厚度30 cm;网格砌筑完工后，在堆渣坡面网格内进行覆土，覆土平均厚度30 cm。

3.4.6 斜坡防护工程

堆渣結束后，对堆渣坡面采取浆砌石网格进行防护。网格尺寸为3 m×3 m，框架采用M7.5浆砌块石砌筑，宽度为40 cm，高度为40 cm。

3.5 植物措施

堆渣完成后，对堆渣平台及坡面回覆30 cm厚表土。对高程505 m和高程540 m平台采取乔草结合恢复植被，在堆渣坡面格构内采取灌草结合恢复植被。其中，乔木选择木棉和黄檀，混交比例1∶1，乔木株行距3.0 m×3.0 m;灌木选择小檗、花椒，混交比例1∶1，灌木株行距2.0 m×2.0 m;草籽选择狗牙根、野菊，混播比例1∶1，撒播量为100 kg/hm2。

3.6 临时措施

临时措施主要包括施工期间弃渣场内临时施工道路、堆渣区域临时截排水沟。临时道路的临时截排水沟采用土质梯形断面，断面尺寸0.4 m×0.4 m（宽×深），边坡1∶1，沟底纵坡与道路路面一致。

堆渣区域临时截排沟采用土质梯形断面，断面尺寸为0.4 m×0.5 m（宽×深），边坡1∶1，沟底纵坡约为0.5%。

4 实施效果

实施过程中，临时排水措施导排了施工道路和堆渣区域的雨水，有效控制了施工期堆渣区域的水土流失。施工单位按照设计要求的堆置方案和堆填要求进行施工，保证渣体具有一定程度的压实，未出现因大块石堆填而架空的情况，边坡未见明显滑移和塌陷，顶面未见明显沉降和凹陷。挡渣墙、周边排水沟和渣底盲沟运行良好，未见明显断裂和失效情况。已实施的渣体表面排水工程和斜坡防护工程受沉降影响局部开裂，经修复后可满足表面排水要求。已实施的坡面灌草护坡生长良好，植物根系固土作用明显，具备水土保持功能，实施效果见图2。

5 结 语

本文针对卡洛特水电站3号弃渣场的水文、地形地质条件，安全稳定以及水土保持防治的要求，明确了弃渣堆填要求，分析了弃渣成分及堆置方案的稳定性，采用工程措施、植物措施及临时措施相结合的方法，布设了完善的水土保持防治措施体系。上述措施保证了大型坡地型弃渣场的安全，避免了水土流失，也可为类似生产建设项目提供借鉴和参考。

參考文献：

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（编辑：高小雲）

Study on protection measure system of slope type spoil disposal yard：

a case of No.3 spoil disposal yard of Karot Hydropower Station in Pakistan

ZHONG Kang， HUANG Bin， FANG Shu

（Changjiang Survey， Planning， Design and Research Co.，Ltd.， Wuhan 430010，China）

Abstract：Slope type spoil disposal yards usually encounter steep terrains， large amount of wastes and high slopes， which directly affects the safety of spoil disposal yard and soil and water conservation. However， there are few studies on the prevention and control measure system of slope type spoil disposal yard. In this paper， taking No.3 spoil disposal yard of Karot Hydropower Station as an example and considering the characteristics of soil and water erosion in this region， the spoil composition and the stability of stacking scheme are analyzed. According to the requirements of hydrology， topography， geology， safety and stability， as well as the requirements of prevention and control of soil and water erosion for large spoil disposal yard， the requirements of spoil disposal stacking are clarified， and the overall layout of engineering measures， plant measures and temporary measures are put forward. The comprehensive system of prevention and control measures for slope type spoil disposal yard is formed. The study results can provide a reference for the prevention and control measure systems of other slope type spoil disposal yards.

Key words：large scale spoil disposal yard; slope type spoil disposal yard; protection measures system; Karot Hydropower Station; Pakistan