金沙水电站石家沟弃渣场设计研究

杨俊锋 何开朝

摘要：金沙水电站石家沟弃渣场为永久特大型渣场，其安全稳定运行关系到该区域居民生命财产安全。从设计标准确定、稳定性分析、工程措施设计、施工情况分析等方面对金沙水电站石家沟渣场设计进行研究。石家沟弃渣场施工期和永久安全监测数据表明：弃渣场处于安全稳定状态，弃渣场前期设计合理，施工质量满足要求。

关键词：渣场设计; 抗滑穩定; 边坡稳定; 石家沟弃渣场; 金沙水电站

中图法分类号：TV223 文献标志码：A DOI：10.15974/j.cnki.slsdkb.2022.03.006

文章编号：1006 - 0081（2022）03 - 0023 - 05

0 引 言

近年来，渣场失稳造成人员伤亡的事故教训深刻。2016年广东深圳光明新区渣土受纳场“12·20”特别重大滑坡事故造成73人死亡，4人下落不明，17人受伤，33栋建筑物被损毁、掩埋，90家企业受影响，涉及员工4 630人。此次事故造成直接经济损失为8.81亿元。在水电站建设过程中，边坡、基坑开挖产生大量弃渣，形成大型弃渣场。如果不进行妥善处置，将对工程和周边居民生命财产安全造成极大威胁。因此，对于弃渣场设计要求越来越严格，进行科学合理的弃渣场设计尤为重要。

1 工程概况

金沙水电站位于金沙江干流中游末端的攀枝花河段上，坝址位于四川省攀枝花市西区，上距观音岩水电站坝址约 28.9 km，下距攀枝花中心城区（攀枝花水文站）11.0 km，距下游规划的银江水电站坝址 21.3 km。金沙水电站开发任务为以发电为主，兼顾供水、改善城市水域景观和取水条件，对观音岩水电站进行反调节等，并促进地方经济社会发展。

石家沟弃渣场位于金沙水电站坝址上游 3.8～4.4 km 的左岸石家沟沟道内，地处攀钢三小区和清香坪尖子山泥石流抢险应急防治工程下游，属石家沟泥石流流通区。规划弃渣高程 1 133～1 250 m，占地面积约 15.51 hm2，容渣量 420 万 m3（松散方），容纳来自导流工程、大坝及厂房工程的开挖弃渣。石家沟弃渣场防护工程主要包括拦挡工程、泥石流排导工程、攀枝花社区雨水引排工程、渣底盲沟排水工程、清表及表土临时堆场防护工程等。

2 弃渣场防护工程设计标准

2.1 弃渣场等级和防洪标准

根据DL/T 5419-2009《水电建设项目水土保持方案技术规范》，弃渣场防护工程等级及设计标准是由堆渣量、防护对象及其危害对象决定的。石家沟弃渣场的防护对象为工程弃渣，且堆渣量达420万m3（松散方），危害对象主要包括下游砂石料加工系统、丽攀高速隧洞进口和清香坪污水处理厂、居民房屋、鱼池等。确定石家沟弃渣场属于特大型弃渣场，防洪标准为100 a一遇。

2.2 拦挡工程设计标准

根据DL/T 5419-2009《水电建设项目水土保持方案技术规范》和GB 50201-2014《防洪标准》，大型永久弃渣场的拦挡工程、泥石流排导工程和沟水引排工程的主要建筑物按永久性次要建筑物设计，建筑物级别为3级建筑物。石家沟弃渣场为特大型弃渣场，确定其拦挡工程建筑物级别为3级;泥石流灾害防治主体工程（排导槽）的设计标准采用100 a一遇;攀钢社区雨水引排工程、周边截水沟设计标准采用100 a一遇，渣场表面排水工程设计标准采用20 a一遇;植被恢复设计标准采用永久植被恢复。

3 弃渣场稳定性分析

为了保证石家沟弃渣场的稳定和安全，模拟了不同工况下弃渣场和堆渣边坡的抗滑稳定性、挡墙稳定性。

3.1 弃渣场整体抗滑稳定性分析

石家沟弃渣场堆存来自导流工程、大坝及厂房工程的开挖弃渣，渣料成份为土石混合物，土石比约为1∶1.87。根据同类工程经验，初拟弃渣场的堆渣边坡坡比为1∶2，对应坡角为33°，小于堆渣体的自然休止角（35°～38°），一般不会发生渣体剪切破坏而导致的整体失稳，最有可能的破坏形式是堆渣体沿渣场底部冲沟接触面发生整体滑动。取沿渣底冲沟非圆弧断面为计算断面，滑动面指定为渣体与沟底接触面，采用摩根斯顿-普赖斯法（滑动面呈非圆弧形）进行弃渣场整体稳定性分析。石家沟弃渣场堆存的渣料为土石混合料，其中石方占比约65%。现场勘察成果表明：坝址基岩为三叠系上统大荞地组泥质粉砂岩、页岩、粉砂岩、细砂岩、岩屑砂岩夹煤层或煤线;丙南组中厚层至厚层状粉砂岩夹细砂岩、粗砾岩等较硬或坚硬岩，夹少量泥质粉砂岩、泥钙质粗砂岩及华力西期正长岩。第四系堆积物主要有人工堆积物、崩坡积物、冲积物等。在室内试验结果基础上，结合金沙江流域同类型水电工程弃渣场勘察成果，提出了弃渣场的岩（土）体物理力学参数，具体见表1，2。

基于上述参数，运用GeoStudio公司的边坡稳定软件计算出弃渣场整体抗滑稳定安全系数，计算结果见表3。由计算结果可知，弃渣场整体抗滑稳定安全系数均达到规范要求，堆渣体整体能满足稳定要求。

3.2 堆渣边坡抗滑稳定性分析

采用瑞典圆弧法进行堆渣体边坡稳定性分析计算。根据各弃渣场渣体物质组成、堆渣高度、堆放坡度等，运用GeoStudio公司的边坡稳定软件计算弃渣场堆渣边坡的相应最小安全系数，计算参数见表1和表2，计算结果见表4。根据计算结果可知，弃渣场堆渣边坡抗滑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。

3.3 拦渣坝稳定性分析

石家沟弃渣场拦渣坝布置在临金沙江西侧弃渣坡脚处，由埋石混凝土坝和碾压堆石坝两部分组成。其中，碾压堆石坝由弃渣碾压填筑而成，相关计算包含在弃渣场的稳定性分析中;埋石混凝土坝采用埋石混凝土浇筑，最大坝高8 m，断面结构与重力式挡渣墙相当，按照挡渣墙进行计算，相关参数见表5。

在正常运用（弃渣完毕后的正常工况）和非常运用Ⅰ（长期降雨情况下2 m高水位）两种工况下，拦渣坝抗滑、抗倾稳定计算成果详见表6。根据计算成果，石家沟弃渣场挡渣坝设计抗滑、抗倾和基础承载力等在正常运用及非常运用Ⅰ两种工况下，均能满足规范要求。

3.4 挡墙稳定性分析

石家沟弃渣场挡墙主要位于排导槽进口过渡段以及沿线与渣体相交部位，以排导槽进口挡墙为例，计算挡墙稳定性。假定挡墙顶宽1.2 m，最大墙高8.0 m（其中，基础埋深1.0 m），上游侧垂直，填土侧坡比1∶0.7。采用C25混凝土浇筑，碎石垫层基础厚15 cm。在正常运用和非常运用Ⅱ（内侧泥石流淤积深度5.0 m）两种工况下，挡墙抗滑、抗倾稳定计算成果详见表7。根据计算成果，石家沟弃渣场设计的挡墙抗滑、抗倾和基础承载力等在正常运用及非常运用Ⅱ两种工况下，均能满足规范要求。

4 工程措施设计

4.1 表土剥离

为了保护工程区宝贵的表土资源，为金沙水电站后期复垦、植被恢复和景观绿化创造条件，施工前拟对石家沟弃渣场进行表土剥离。表土剥离区域地类包括耕地、园地、林地和草地的占压区域，剥离面积共计22.89 hm2，剥离厚度20～35 cm，表土剥离量6.18万m3。表土剥离料集中运至工程规划的表土堆存场。

4.2 拦渣坝设计

（1） 埋石混凝土拦渣坝坝轴线长约336 m，坝顶高程1 126.0～1 130.0 m，顶宽2 m，垂直于坝轴线方向坝宽约6～9 m，最大坝高约8 m，临渣侧坡比1∶0.5，临空侧坡比1∶0.2，主要由埋石混凝土浇筑而成。

（2） 碾压堆石拦渣坝沿埋石混凝土坝坝后填筑，坝轴线长约345 m，坝顶高程1 140.0 m，顶宽5 m，垂直于坝轴线方向坝宽约5～40 m，最大坝高约14 m，临渣侧坡比1∶1，临空侧坡比1∶1.5，主要由弃石碾压填筑形成。

4.3 泥石流排导槽设计

泥石流排导槽布置在石家沟弃渣场南侧山坡，总长约 774 m，断面为梯形，断面尺寸4 m×3 m（底宽×深），边坡 1∶0.5，采用 C25 混凝土浇筑。排导槽进口处采取 63.4 m 的渐变段与攀枝花市国土局已建泥石流护岸工程出口相衔接。排导槽纵坡分为 4 段，排导槽第二段、第三段、第四段布设防冲肋板，肋板采用 C25 钢筋混凝土浇筑，断面尺寸为 3 m×2 m（深度×宽度）。排导槽出口与渣场下游的原石家沟冲沟相接。

4.4 周边截排水工程设计

攀钢社区雨水引排工程位于石家沟弃渣场右侧，沿攀钢社区的清香坪生活区外侧坡面布置，主要由排水箱涵、排水明渠组成，共分4段，总长约1 013 m。截排渣场外水的周边截水沟总长约850 m，为矩形断面，采用M7.5浆砌石砌筑。渣场表面截排水工程包括渣顶排水沟、坡面排水沟和马道排水沟，总长7 338 m;表土剥离后，对石家沟弃渣场堆渣区域的渣底天然沟道进行处理，总长度约2 674 m。

4.5 边坡防护工程设计

边坡防护工程主要包括弃渣场堆渣边坡、弃渣场与排导槽相交的边坡两个区域。弃渣场堆渣边坡和弃渣场与排导槽相交的边坡坡比约为1∶2，拟对该边坡采用框格植草护坡防护，主要形式有拱形浆砌石网格护坡和菱形网格护坡。

4.6 植物措施设计

考虑到主体工程设计将对渣场顶面进行复垦，为避免顶面裸露时间较长，对弃渣场顶面撒播草籽临时绿化。对石家沟弃渣场堆渣边坡和排导槽开挖边坡采取永久植被恢复措施，植物措施配置采用灌、草结合的模式。

5 石家沟渣场施工情况

石家沟弃渣场于2016年3月开始清表施工，完成渣场表土剥离约8.1万m3，2017年7月完成了排导槽、排水明渠、社区引排水工程、渣场边坡支护等施工。截至2020年10月已完成金沙水电站全部弃渣维护，堆渣最大高程1 240.0 m，弃渣场堆渣约355万m3。施工过程中安全监测数据表明，渣场整体处于稳定，变形在可控范围内。2020年6月开始进行渣场防护工程——渣场整形施工，于2021年7月完成了高程1 150.0～1 240.0 m坡面修整、网格护坡砌筑、周边截排水施工。石家沟弃渣场土地平整面积约13.7 hm2，其中，高程1 240.0 m顶面场地面积约5.8万m2。2021年7月11日开始进行渣场绿化施工，截止2021年8月5日已完成绿化苗木种植及撒草籽施工，种植三角梅约45 000棵，现状见图1。

6 展 望

攀枝花市地处攀西裂谷中南段，属山原峡谷地貌，山高谷深、盆地交错分布，地势由西北向东南倾斜，地貌类型复杂多样，可分为平坝、台地、高丘陵、低中山、中山和山原6类，以低中山和中山为主，占全市面积的88.38%，是典型的山地城市[1]。攀枝花市区平地资源匮乏，石家沟弃渣场施工完成后，顶面形成5.8万m2平整场地，为城市基础设施建设规划提供极大便利。石家沟弃渣场未来将纳入金沙画廊康养旅游综合体项目统一规划，计划建设成为城市体育公园，供攀枝花市民使用。

7 结 语

金沙水电站石家沟弃渣场施工期安全监测和永久安全监测数据表明，棄渣场处于安全稳定状态，证明弃渣场前期设计合理，施工质量满足要求。后期规划将与当地基础设施建设紧密结合，为人民群众提供运动健身及休闲的场地，提升幸福感。石家沟弃渣场的建设和稳定运行，可为同类大型弃渣场设计及后期规划提供参考。

参考文献：

[1] 庄红，孙金坤. 山地城市沿街商业建筑入口的空间设计探讨——以攀枝花山地建筑为探讨核心[J]. 四川建筑，2015，35（3）：68-69，71.

（编辑：李 慧）

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