鳳岡縣河頭水庫棄渣場水土保持設計

□李天宇（遵義水利水電勘測設計研究院）

1 工程概況

河頭水庫工程由水庫樞紐建筑物和灌區工程組成。樞紐建筑物由混凝土面板堆石壩、泄洪建筑物和放水建筑物等組成，攔河壩最大壩高65 m；灌區工程的主要任務是解決區域灌溉及農村人畜用水，由3條干渠、5條支渠以及4座隧洞、4座倒虹管組成。

工程區位于揚子準地臺黔北臺隆遵義斷拱鳳岡北北東向構造變形區中部；地貌以中低山侵蝕、巖溶地貌為主；工程區地震基本烈度小于Ⅵ度；壩區出露奧陶系湄潭組(O1m)與第四系(Q)地層；工程區屬中亞熱帶濕潤季風氣候區，多年平均氣溫15.30℃，全年≥10℃有效積溫4728℃，多年平均降水量1241.80 mm，10年一遇1h最大降雨量68.80 mm，20年一遇1h最大降雨量79.00 mm。壩址以上流域流域面積35.70 km2，壩址以上河長4.62 km，河道平均比降6.40‰。

2 棄渣場概況

2.1 棄渣場現狀

河頭水庫棄渣場位于水庫大壩下游右岸，屬于沖溝型棄渣場。根據實測的地形圖，現狀棄渣場堆渣高程679.00～709.00 m，棄渣容量約35萬m3，渣體邊坡1：1.10～1:1.30，棄土松散系數1.10～1.20，棄石松散系數1.40～1.50，棄渣場堆渣形成的平臺面積0.94 hm2，棄渣場表面為松散土石體。棄渣場下游臨近河道，無擋渣墻，無截排水設施。

棄渣場多為第四系坡積及沖洪積物覆蓋，覆蓋層厚2～5 m，主要成分為殘坡積砂質粘土等，下伏基巖地層巖性為O1m1泥頁巖和O1m2灰巖地層等，順沖溝為F1斷裂的次構造f3小斷層。

2.2 水土保持方案批復棄渣場概況

根據貴州省水利廳批復的《關于貴州省鳳岡縣河頭水庫灌區工程水土保持方案的復函》，河頭水庫棄渣場堆渣高程676.00～692.00 m，渣體外邊坡按1:2.00的坡比放坡并采用干砌塊石護坡處理；渣場占地1.00 hm2，棄渣完畢后對渣頂進行土地整治恢復成耕地，土地整治面積0.92 hm2。

3 水土保持防治措施總體布局

河頭水庫棄渣場水土保持措施布置重點在于維護渣場自身穩定以及處理好沖溝上游來水對渣場的影響。措施布局主要為棄渣場下游側設3～5 m高擋渣墻，堆渣邊坡采用1:1.50坡比，坡面采用三維土工網草墊護坡，渣面按現狀覆土整治為臺階狀耕地，每層臺階朝擋渣墻方向形成約1%～3%縱坡，每層臺階沿復耕后形成的田埂布設環形排水明溝，末端分別銜接棄渣場外緣截水溝，構成棄渣場排水系統，將棄渣場上游來水、渣面匯水匯入截水溝最終排向棄渣場下游河道。

4 防治措施典型設計

4.1 擋渣墻

擋渣墻選擇重力式漿砌石擋渣墻，墻高＜5 m，外坡1:0.30，內側墻面垂直，墻底寬3.55 m，墻頂寬度1.85 m，基礎埋深1.50 m，出土高度3.00 m。基礎下伏O1m2灰巖地層，施工時要求清除墻基范圍內風化嚴重巖石、雜草、表層腐殖層等雜質。擋渣墻石料抗壓強度≥30 MPa，厚度≥20 cm塊石，砌筑時敲除其尖銳突出部分，放置平穩，分層錯縫搭迭砌筑，墻身采用M7.5水泥砂漿砌筑，墻外采用M10水泥砂漿勾縫。每隔10 m設置1道沉降縫、伸縮縫，墻體內每隔3 m設置排水孔，進口設砂石反濾層。擋渣墻頂部高程674.47 m以上按1:1.50放坡，采用三維土工網草墊護坡，護坡分臺階放坡，第一階674.47～685.00 m，第二階685.00～692.00 m，臺階間預留2 m寬馬道。

擋渣墻斷面設計和穩定計算分析，采用“理正巖土計算”軟件中有關擋土墻計算軟件進行試算。計算時漿砌石容重取22 kN/m3，墻后棄渣內摩擦角取30°，墻后填料容重取19 kN/m3，擋渣墻基底對地基摩擦系數0.30。檔渣墻驗算成果見表1。

表1 擋渣墻穩定分析表

4.2 截水溝

4.2.1 最大洪峰流量計算

最大洪峰流量采用《水利水電工程水土保持技術規范》（SL575-2012）坡面來水洪峰流量計算公式計算：

采用公式：Qs=0.278KIF （1）

式中：Qs—洪峰流量m3/s；K—徑流系數，取0.80；I—10年一遇降雨強度67.10 mm/h；F—山坡集雨面積km2。

徑流系數K采用鳳岡縣平均值0.60，平均1h降雨強度采用20年一遇標準，I=79.00 mm/h。

4.2.2 過流能力

截水溝過流能力應大于設計暴雨洪峰流量。截水溝過流能力按明渠均勻流公式計算：Q=ACR1/2i1/2（2）

式中：A—過水面積，謝才系數 C=（1/n）R1/6，糙率 n=0.017，R—水力半徑。

4.2.3 斷面尺寸確定

截水溝采用梯形斷面，縱坡采用1×10-3～3×10-3，外坡垂直，內坡1:0.50。采用試算法計算截水溝斷面尺寸。假定截水溝底寬，然后確定縱坡，按公式（2）計算此時過流能力，當過流能力比最大洪峰流量大時，即可采用假定斷面。截水溝斷面尺寸計算成果見表2。

表2 截水溝斷面尺寸計算表

4.2.4 襯砌

截水溝采用M7.50漿砌石襯砌，漿砌石墻厚30 cm，內墻采用M10水泥砂漿抹面。

4.3 覆土整治

河頭水庫棄渣場整治方向為復耕，復耕方式為渣面覆耕植土30 cm，整地后撒播（三葉草、紫云英）混合綠肥草籽。具體設計如下：

立地條件分析：土、石棄渣，土壤孔隙度較大，較貧瘠。

覆土要求：覆耕植土，覆土厚度30 cm。

種植密度及混合草籽需求量：三葉草、紫云英混合草籽60 kg/hm2。

種植技術：見表3。

表3 撒播種草技術要求表

5 結論

河頭水庫棄渣場位于山區，其水土保持防治措施布局應結合棄渣場后期整治方向確定水土保持防治重點，主要從解決渣體穩定安全及周邊排水問題等入手，布設穩定的檔渣墻措施以及良好的截排水措施，在此基礎上因地制宜進行棄渣場整治利用。

擋渣墻、截排水設施設計需嚴格計算其穩定性以及斷面過流能力，確保工程性防護措施安全穩定，避免失事后危及人民群眾生命財產安全以及造成嚴重水土流失。

河頭水庫棄渣場覆土整治恢復耕地0.92 hm2，降低因工程建設占地而造成的耕地減少，最大限度實現棄渣場區耕地占補平衡。