平山湖农村饮水安全巩固提升工程弃渣场选址及水土流失防治措施研究

王 盼

（甘肃省张掖市甘兰水利水电建筑设计院，甘肃 张掖 734000）

平山湖农村饮水安全巩固提升工程通过工程建设全面满足平山湖乡牧民定居点生活用水，平山湖丹霞旅游区远期规划用水和甘平公路服务区用水。工程建设任务为在阴帐河修建截引及引水枢纽工程，修建自截引至平山湖乡引水管道36.93 km，修建塘坝1座，实现对饮用水的调蓄，构建与新牧区社会经济可持续发展要求相适应的较完善的供水体系。该工程包括点型、线型和面型工程，地貌类型较为复杂，土石方工程量大的特点，在工程施工过程中很容易产生水土流失，对周边生态环境造成破坏。

以甘肃省张掖市甘州区平山湖农村饮水安全巩固提升工程为例，本文从水土保持角度分析评价了工程弃渣场选址的合理性，以及弃渣场水土流失防治措施体系的可行性和科学性。

1 项目及项目区概况

工程位于甘肃省张掖市甘州区平山湖乡红泉村，属黑河流域，地理坐标为北纬 39°3′42.28″，东径 100°44′3.47″。工程属Ⅳ等小（1）型工程，主要由引水系统、输水调节系统及配水系统组成。工程建设主要实现对饮用水的调蓄，构建与新牧区社会经济可持续发展要求相适应的较完善的供水体系。

项目区地处东大山北麓及其阿拉善台块荒漠平原的巴丹吉林沙漠南缘地带，属黑河流域，地貌特征为中低山河谷地貌，气候类型为大陆性荒漠气候区。甘州区年平均气温为7.8℃，多年平均降水量为132.6 mm，降水量年内主要集中在6-9月，占全年降水量的74%，多年平均蒸发量为1 796.7 mm，历年汛期最大风速平均值为14.9 m/s。项目区最大冻土深度为180 cm。项目区土壤主要以风沙土、灰棕漠土和砂砾土为主。植被覆盖率达到12%，植被以冰草和苔草为主，其他区域基本无植物生长。

工程由于土石方挖方量较大，尽量挖填平衡后，仍不能全部回填利用，不可避免产生了弃方。土石方开挖总量21.63万m3，填方总量20.01万m3，弃渣总量4.59万m3，借方2.97万m3，内部调配利用0.03万m3。

2 弃渣场选址及布置情况

弃渣场是水土流失防治工作中的重点，也是难点，渣场的选址至关重要。弃渣场选址应避开潜在危害大的泥石流和滑坡等不良地质地段，对重要基础设施、人民群众生命财产安全及行洪安全、环境敏感区有重大影响的区域（如河道、湖泊、已建水库管理范围内等）不布设弃渣场，汇水面积和过水流量较大、沟谷纵坡陡、出口不易拦截的沟道不宜布设弃渣场[1-2]。工程弃渣场选址影响因素分析见表1。

表1 弃渣场选址影响因素分析表

工程产生永久弃渣4.59万m3，由于项目区地形条件有限，根据渣场选址原则，工程共设置弃渣场1处，位于塘坝工程下游100 m处沟道西侧的平地，属平地型渣场。渣场原地貌表层为砂砾石，无植被，不影响周边公共设施、工业企业、居民点等的安全，运输条件、运距和容量基本能满足工程需要。

3 弃渣场水土保持措施设计

3.1 拦挡工程设计

工程建设期共产生弃渣约4.59万m3，渣场占地约0.5 hm2，长120 m，宽约42 m，可堆渣最大高度10 m，渣场边界处弃渣按稳定边坡1∶2堆放。考虑到渣体的稳定性，主体工程在堆渣高度至5 m时设宽度为3 m的马道，并且对堆渣坡脚做收脚处理。

弃渣堆放从坡底开始，分层碾压堆放，堆渣依次按照碎石土、砂砾石的次序堆放，砂砾石置于顶层不仅使渣体表面形成砾石压盖，形成有效的保护层，既可防止雨季雨水冲刷，又可抑制风蚀，而且较为美观，满足水土保持要求。

工程弃渣场位于塘坝下游100 m处的沟道西侧，为了防止河道洪水侵蚀，且防止弃渣对河道行洪造成影响，在临河侧修建浆砌石挡渣墙防护，长度120 m，顶宽0.5 m，高 3 m（含基础开挖深度），迎水面 1∶0.05，背水面坡比 1∶0.25，基础埋深 1 m，底宽 2.5 m。

3.1.1 挡渣墙断面设计

根据GB 50433—2018《生产建设项目水土保持技术标准》，以及弃渣场周围环境、堆渣高度、填料内磨擦角、基地摩擦系数和防治要求等，同时按照国家建筑标准设计图集04J008《挡土墙（重力式衡重式悬臂式）》进行设计选择。工程选择了高为3 m的重力式挡墙。根据主体报告设计，在弃渣场靠近河道右侧坡脚处修建浆砌石挡墙，墙体用M7.5浆砌石砌筑。挡墙基础深埋1 m，高度3 m（含基础开挖深度），底宽2.5 m，顶宽0.5 m。单位工程量：人工挖土方2.2 m3/m，M7.5浆砌石4.5 m3/m，沥青麻絮伸缩缝0.15 m2/道，反滤体0.50 m3/道，预埋排水管2 m/道，土方回填1 m3/m。

3.1.2 墙内排水措施与伸缩缝

为了排除土体剩水，挡土墙设直径为Φ50 mm的PVC排水管，间排距5 m，V型布置，排水孔靠渣体侧设断面0.5 m×0.5 m×0.5 m碎石反滤层。为防止地基的不均匀沉陷导致挡墙产生断裂或倒塌，挡土墙水平方向每间隔5 m设置一道伸缩沉降缝，伸缩缝宽2 cm，内部均采用沥青麻絮填塞。

3.1.3 挡土墙基础处理

挡土墙地基开挖后，将开挖出的碎石部分回填，反复夯实。

3.1.4 挡土墙稳定性分析

根据GB 50433—2008《开发建设项目水土保持技术规范》，稳定基面上的挡土墙不需要做整体稳定性分析，只需要做软质层面抗滑稳定性分析，按照规范中挡土墙的抗滑稳定性进行分析。

（1）墙身尺寸：墙身高3.0 m，墙顶宽0.5 m，面坡倾斜坡度 1∶0.3，背坡倾斜坡度 1∶0.1；采用 1个扩展墙址台阶，墙趾台阶b1为0.07 m，墙趾台阶h1为0.20 m；墙趾台阶与墙面坡坡度相同，墙踵台阶b3为0.06 m，墙踵台阶 h3为 0.160 m，墙底倾斜坡率为-0.1∶1。

（2）滑移验算：安全系数最不利为组合1（一般情况）；抗滑力=14.52 kN，滑移力=9.99 kN；滑移验算满足：Kc=1.45＞1.30。

（3）倾覆验算：安全系数最不利为组合1（一般情况）；抗倾覆力矩=23.87 kN-m，倾覆力矩=5.86 kN-m；倾覆验算满足K0=4.08＞1.50。

3.1.5 挡土墙基础及表面管理

挡土墙修建时进行简单开挖，反复夯实基础。挡土墙在正常运行情况下，弃渣场抗滑稳定系数≥1.20，抗倾覆安全系数＞1.40；非常运行情况下，弃渣场抗滑稳定系数＞1.05，抗倾覆安全系数＞1.30，符合规范要求。

3.2 排水工程设计

为防止弃渣场周边汇水对弃渣造成冲刷，弃渣场北侧设置排水沟，排水沟断面为梯形断面，底宽30 cm，深30 cm，边坡系数为1，总长40 m，M7.5浆砌石砌筑。根据GB 51018—2014《水土保持工程设计规范》，排水沟防洪标准为10年一遇设计，20年一遇标准校核。

根据主体设计，东大山阴帐河流域面积16.8 km2，全长9.7 km，河道平均比降109‰。10年一遇洪峰流量为17.6 m3/s，20年一遇标准校核23.8 m3/s。项目区属阴帐河流域，但集水面积相差较大，所以运用以上成果用面积比拟法推求工程断面洪峰流量，计算公式如下：

Q2=（F2/F1）n×Q1，

式中：Q2为设计断面洪峰流量；Q1为参证站洪峰流量；F2为设计断面流域面积；F1为参证站流域面积；n为面积折减系数，取0.55。

渣场上游汇水面积0.0012 km2，10年一遇设计洪峰流量为0.09 m3/s，20年一遇设计洪峰流量为0.12 m3/s。水力计算按明渠均匀流公式计算：

Q=（A×R2/3×i1/2）/n，

式中：A为过水断面；i为底坡降，取2%；R为水力半径；R=A/X；X为湿周；A=b×h，X=b+2h，C=1/n（R）1/6，V=C（Ri）1/2，b为渠道底宽；h为水深；C为谢才系数；n为糙率（0.017）；V 为流速，m/s。

3.2.1 设计洪峰流量

（1）已知参数

断面形式为梯形；流量Q=0.09 m3/s；底坡i=0.1；糙率n=0.017；动能修正系数1.05；渠底宽度b=0.30 m；边坡比 1∶1。

（2）计算结果

正常水深过水断面面积A=0.034 m；正常水深湿周X=0.549 m；正常水深水面宽B=0.476 m；正常水深水力半径R=0.062 m；正常水深谢才系数C=37.021 m1/2/s；正常水深ho=0.088 m；渠道流速V=2.640 m/s。

3.2.2 校核洪峰流量

（1）已知参数

断面形式为梯形；流量Q=0.12 m3/s；底坡i=0.1；糙率n=0.017；动能修正系数1.05；渠底宽度b=0.30 m；边坡比 1∶1。

（2）计算结果

正常水深过水断面面积A=0.041 m；正常水深湿周X=0.590 m；正常水深水面宽B=0.505 m；正常水深水力半径R=0.070 m；正常水深谢才系数C=37.759 m1/2/s；正常水深ho=0.103 m；渠道流速V=2.907 m/s。

（3）断面合理性分析

根据以上水力计算、施工规范和安全超高要求，施工最小断面要求安全超高取20 cm。则渠道断面为底宽0.3 m，顶宽0.9 m，深0.3 m，边坡比1∶1。渠道设计最大流速经计算为2.9 m/s，满足V不淤=0.4 m/s＜V≤V不冲=4 m/s的要求。

3.3 土地整治

工程弃渣场占地类型为裸地，因此不需考虑植被恢复和复垦的需要。但是由于弃渣场渣堆较为松散，遇到大雨极易造成水土流失，因此，堆渣结束后应及时进行土地平整和机械碾压，土地整治面积0.48 hm2。

4 结束语

弃渣场防治是水土流失防治措施中的重点，弃渣的产生不仅造成了资源浪费，也影响了周边区域的生态环境，如果堆放不当或防治措施设计不完善，极易带来重大危害。在弃渣场的选址过程中，要严格落实水土保持相关法律法规，实地踏勘、合理布局，不得影响周边公用设施、工业企业和居民点的安全[3]。在弃渣场水土流失防治过程中，应综合工程建设施工工艺、工程特点以及工程周边的自然环境等相关因素，采取科学有效、经济合理的水土保持防治措施，从而保证渣体的安全和稳定性。