蒲石河抽水蓄能電站的渣場布置與防護

劉大群

（遼寧西北發電有限責任公司，遼寧桓仁117200）

蒲石河抽水蓄能電站的渣場布置與防護

劉大群

（遼寧西北發電有限責任公司，遼寧桓仁117200）

以蒲石河抽水蓄能電站的渣場為研究對象，依據國內相關法律法規和規程規范的要求，對渣場的布置進行了研究。提出了以攔擋工程、排導工程以及邊坡防護工程組成的防護措施體系。

蒲石河電站；棄渣場；工程防護

1 項目概況

1.1 流域概況

蒲石河為中朝界河鴨綠江的一級支流，源于遼寧省丹東市寬甸滿族自治縣的四方頂子，在太平灣水電站壩址以下5km處匯入鴨綠江［1］。河道全長121.8km，流域面積約1212km2。流域內南低北高，最大高差1200m。由于蒲石河流域屬于濕潤地區，且地形對暖濕氣流有明顯的抬升作用，所以該流域容易形成暴雨和大暴雨，是整個遼東地區的主要暴雨中心。

1.2 工程概況

遼寧蒲石河抽水蓄能電站位于寬甸滿族自治縣長甸鎮境內的蒲石河下游干流上。水電站距離遼寧省丹東市約60km，距離長甸火車站約10km［2］。蒲石河抽水蓄能電站是我國東北地區正在建設的大型水利工程項目，工程完工后將設置4臺機組，裝機總容量120萬kw，工程總投資約45億元。該水利工程主要包括上下游水庫、上水庫鋼筋混凝土堆石壩、下水庫泄洪排沙閘壩、地下廠房以及上下游水庫進出水口。其中上游水庫位于上游庫區位于長甸鎮東洋河村境內，下游庫區位于長甸鎮小孤山子村境內。上水庫攔河壩為混凝土面板堆石壩，壩頂全長714.0m，壩頂寬10.0m，壩頂高程395.5m，最大壩高78.5m，壩上、下游坡比均為1∶1.4，大壩最大底寬237.3m。蒲石河抽水蓄能電站的主要任務是擔負東北電網的調峰、填谷任務，緩解東北電網的峰谷矛盾，對保證東北電網的穩定運行具有重要作用。

2 堆渣體的穩定性分析

2.1 渣場的地質條件

2.1.1 上游水庫庫盆渣場

上游水庫庫盆渣場主要利用庫盆內的死庫容堆渣。蒲石河工程的上游水庫庫盆地形平坦，落差不大，渣場在水庫蓄水后將被完全淹沒在死水位以下。渣場地表主要為砂質粘土，厚度一般在0.5～1.8m，覆蓋層下為砂巖，風化深度一般為2m左右。

2.1.2 下游水庫庫盆渣場

下游水庫庫盆渣場主要位于庫盆內的小沖溝內，渣場在水庫蓄水后將被完全淹沒在死水位以下。渣場地表主要為砂質粘土夾中粒徑卵礫石，厚度一般在1.5～3.5m，覆蓋層下為砂巖和花崗巖，風化深度一般為2～4m左右。

2.1.3 泉眼溝渣場

泉眼溝渣場地表主要為砂質粘土，厚度一般在2.5～4.0m，覆蓋層下為中粒花崗巖，全風化深度一般為8～14m。前期勘測中沒有發現渣場周圍存在不良地質體，自然邊坡比較穩定。

2.1.4 六道坎渣場

六道坎渣場地表主要為砂質粘土，厚度一般在2.5～4.0m，覆蓋層下為中粒花崗巖，全風化深度一般為8～14m。前期勘測中沒有發現渣場周圍存在不良地質體，自然邊坡比較穩定。

2.2 渣場的防洪標準與防護建筑物等級

依據渣場的布置與堆渣量等具體情況，結合相關工程經驗，確定如表1所示的渣場的防洪標準與防護建筑物等級［3］。

表1 渣場防洪標準與防護建筑物等級

2.3 堆渣體穩定性分析

各個渣場堆渣結束后，在不進行任何防護措施的條件下，堆渣體在受到震動和沖刷等外界因素作用時，可能會造成渣體的滑動，甚至崩塌。因此，渣體的穩定性將直接影響防護措施的防護效果。根據渣場的位置特征，上、下游水庫庫盆渣場位于水庫的死水位以下，而泉眼溝渣場和六道坎渣場位于消落區，因此對四個渣場按照兩種不同類型進行穩定性分析。

2.3.1 非消落區堆渣體穩定性分析

對非消落區的堆渣體采用瑞典條分法的總應力法進行穩定性分析，滑動面按圓弧計算，計算結果如表2所示。

2.3.2 消落區堆渣體穩定性分析

消落區的堆渣體穩定性分析必須要考慮水庫消落的影響。在進行穩定性計算時，參照《碾壓式土石壩設計規范》，采用瑞典條分法的總應力法進行穩定性計算，計算結果如表3所示［4］。

3 工程防護措施設計

3.1 攔擋工程設計

3.1.1 擋渣墻的設計

由上節的計算結果可知，各渣場的堆渣體處于自身穩定狀態。因此，攔擋工程的主要目的是保護堆渣體的坡腳，以避免渣石外溢造成坡腳失穩。按照攔擋工程建設“先攔后棄”的基本原則，要在堆渣前預先在渣場下游坡腳的位置建設擋渣墻［5］。根據現場的實際情況和經濟性要求，非消落區渣場的擋渣墻采用漿砌石結構，消落區擋渣墻采用C25混凝土結構。具體的設計參數如表4所示。

3.1.2 按照擋土墻的設計規范，按照上節中的設計參數對擋渣墻進行抗滑穩定性、抗傾覆穩定性和地基承載力計算，計算結果如表5所示。

表2 非消落區堆渣體穩定性計算結果

表3 消落區堆渣體穩定性計算結果

表4 擋渣墻設計參數

表5 擋渣墻穩定性計算結果

3.2 防洪排導工程設計

根據各渣場的位置和水文情況，上、下游庫盆渣場采用臨時排水措施，其它兩個位于消落區的渣場則需要采取永久性排水措施。排水工程設計分為堆渣體表面排水和底部排水兩種方式。其中，表面排水主要是在渣場周邊和邊坡上設置截水溝；底部排水則主要采取在堆渣體底部設置排水盲溝，防止滲水匯聚，影響堆渣體的穩定性［6］。

3.2.1 坡面洪峰流量計算

各渣場按照50年一遇的暴雨計算，按當地氣象資料，1h最大降雨量為128mm，坡面洪峰流量的計算公式如下：

QB=0.278KIF（1）式中，QB—最大洪峰流量，m3/s；K—徑流系數；F—坡面集雨面積，km2；I—1h降雨量，mm。

各渣場周邊和邊坡的洪峰流量計算結果如表6所示。

表6 渣場洪峰流量計算結果

3.2.2 防護排導計算

（1）泉眼溝渣場

該渣場的上游集雨面積為8.31hm2，50年一遇的洪峰流量為1.72m3/s。因此，在渣場的周邊設置1.20m×0.90m的矩形斷面截水溝，長度為621m。截水溝采用漿砌石砌筑，厚度為0.35m，表面用水泥砂漿抹面，厚度為2cm。在馬道部位設置0.50m×0.50m的矩形斷面排水溝，排水溝采用漿砌石砌筑，厚度為0.35m，表面用水泥砂漿抹面，厚度為2 cm。在溝道底部設置長度為559m的排水盲溝。排水盲溝的為U型斷面，下部鋪厚度為2.0m的塊石，上部鋪0.4m的砂礫石（如圖1）。

圖1 排水盲溝截面示意圖

（2）六道坎渣場

該渣場的上游集雨面積為42.24hm2，50年一遇的洪峰流量為7.23m3/s。由于該處渣場沖溝內常年有水，因此，底部排水采用2.2m×2.2m的混凝土蓋板涵排導溝道設計，拱涵長度為365.0m［7］。坡面的其他部位設置2.2m×2.2m的截水溝，截水溝采用漿砌石砌筑，厚度為0.72m。在馬道部位設置0.50m×0.50m的矩形斷面排水溝，排水溝采用漿砌石砌筑，厚度為0.35m，表面用水泥砂漿抹面，厚度為2cm。

3.3 邊坡防護工程設計

3.3.1 淹沒區渣場邊坡設計

上、下游庫盆渣場位于水庫的死水位以下，水庫蓄水后將會被全部淹沒。但是，出于防止后續水利工程建設期間堆渣體表面發生水土流失，需要對堆渣體表面進行干砌石防護措施。干砌石的總厚度為0.6m，其中上部為0.4m的雙層砌石，底部為0.2m的砂礫石墊層。

3.3.2 消落區渣場的坡面防護措施

對位于水庫消落區的泉眼溝渣場和六道坎渣場，在正常水位以上1.5m處設置寬2.0m的馬道。馬道以下的坡面部位采用干砌石護坡，以上部位采用網格梁植草護坡［8］。由于馬道以下部位會受到水庫消落區的影響，因此需要適當提高防護標準。所以，將干砌石的厚度設計為0.9m，其中上部為厚度0.7m的雙層砌石，且表層石的厚度不低于0.3m，下部為0.2m的砂礫石墊層。網格梁植草護坡中的網格梁的尺寸為2.0m×2.0m的菱形形狀，斷面尺寸為0.3m×0.3m，采用C20號混凝土澆筑（如圖2）。

圖2 網格梁護坡示意圖

4 結語

（1）水利工程建設中的渣場工程防護措施主要由攔擋工程、排導工程以及邊坡防護工程組成。

（2）防護工程應該建立在自身穩定的堆渣體上，因此在進行工程設計前首先要對堆渣體進行穩定性分析。

（3）要根據渣場的位置和堆渣特性選擇攔擋方式，并對攔擋工程的穩定性進行必要的分析計算。

（4）堆渣體的防洪排導工程要從周邊、底部和坡面三方面進行全方位綜合考慮和分析計算，以設計出最合理的防洪排導工程。

（5）對水體中的堆渣體坡面要采取既能透水又不影響穩定性的防護方式，干砌石無疑是最佳選擇；對穩定的、不受水庫水體影響的邊坡可以采用網格梁進行防護。

［1］張澤明.遼寧蒲石河抽水蓄能電站工程建設管理綜述［J］.水力發電，2012（05）：1-3+27.

［2］鄭光偉，張澤明，王廣福，崔金鐵.蒲石河抽水蓄能電站工程設計［J］.水力發電，2012（05）：16-20.

［3］操昌碧.水庫型棄渣場水土保持工程措施的設計［J］.水電站設計，2009（03）：46-51.

［4］DL/T 5395-2007.碾壓式土石壩設計規范［S］.

［5］李天宇.鳳岡縣河頭水庫棄渣場水土保持設計［J］.河南水利與南水北調，2015（01）：30-31.

［6］孟繁斌，馬力，黃斌.溝道型棄渣場排水方案研究——以白馬航電樞紐螃蟹溪棄渣場為例［J］.人民長江，2015（S1）：150-152.

［7］黃斌，馬力，劉暉.泥石流沖溝型棄渣場防護方案研究—以金沙水電站石家溝棄渣場為例［J］.水利規劃與設計，2014（11）：73-75.

［8］張樹華，王偉，金德澤，張旭.“生態格網”格賓擋墻在棄渣場防護中的應用［J］.東北水利水電，2014（10）：18-19.

TV713.6

A

1008-1305（2017）01-0048-04

DO I:10.3969/j.issn.1008-1305.2017.01.016

2016-04-20

劉大群（1981年—），男，工程師。