西南土石山區大型水庫溝道棄渣場水土保持措施設計

【摘要】西南土石山區水資源豐富，但水資源時空分布不均導致工程性缺水嚴重。近年來西南土石山區保障供水安全的大中型水庫產生大量的棄渣堆棄在棄渣場，棄渣場是大型水庫工程水土保持措施防護設計的重點。本文以云南省曲靖市車馬碧水庫為例，討論了西南土石山區棄渣場的選址要求及溝道棄渣場水土保持防護措施的設計要點。提出了基于在溝道棄渣場坡腳修建擋渣墻、渣頂周圍修建截水溝、堆渣平臺土地整治后采取植樹種草綠化、堆渣邊坡進行框格梁植草綠化于一體的水土保持防治措施體系。

【關鍵詞】水土保持；溝道棄渣場；車馬碧水庫

車馬碧水庫位于云南省曲靖市馬龍縣，棄渣場位于車馬碧水庫攔河壩下游右岸約1.0km處溝道中，為溝道型棄渣場，主要堆放水庫攔河壩、溢洪道、泄洪放空隧洞等開挖產生的石渣混合物。棄渣場占地面積5.09hm2，設計堆放棄渣量39.62萬m3，堆渣最大高度30m，占地類型為耕地和林地，距居民區較遠，下游約80m處即為馬龍河。棄渣場地層為S3g2，巖性為紫紅色砂泥巖，覆蓋層厚度0.5～2.0m，多為碎石粘土層，局部基巖裸露，基巖呈全-強風化；棄渣場坡度10-15°，兩岸均為斜向坡，巖層傾角較緩，兩岸自然邊坡穩定。

1、棄渣場抗滑、擋渣墻穩定計算分析

1.1 棄渣場抗滑穩定計算

棄渣場抗滑穩定計算采用簡化畢肖普法，分正常運用工況和非常運用工況兩種情況。為保證棄渣穩定，棄渣采用分級堆置方案，確定堆渣體永久邊坡為1：2，渣場分層堆渣，每層高差超過10m要設置2m寬馬道。本工程棄渣由石渣和含碎石砂質粘土組成，通過計算，棄渣場抗滑穩定系數正常工況、非常工況下分別是2.432、1.991，棄渣場抗滑穩定系數滿足《水利水電工程水土保持技術規范》（SL575-2012）規定，渣體穩定。

1.2 擋渣墻穩定計算

根據初擬斷面，進行擋渣墻抗滑穩定、抗傾覆穩定及地基應力計算，計算結果如表1所述。結果表明，擋渣墻初擬斷面設計滿足抗滑穩定、抗傾覆穩定及地基基底應力比的規范要求。

2、水土保持措施設計

2.1 擋渣墻設計

在棄渣場下游坡腳修建漿砌石重力式擋渣墻，擋渣墻標準按4級建筑物標準設計，墻身及基礎采用M7.5漿砌石。擋渣墻頂寬0.6m，墻高3.0m，基礎埋深0.5～1.0m，背坡坡比1：0.4，面坡坡比1：0.15。墻底傾斜坡率1：0.1，前趾、后趾寬均為0.5m。擋渣墻墻身設置排水孔，呈梅花狀分布，排水孔為矩形斷面，長10cm，寬10cm，水平間距1.5m，垂直間距1.0m。沿墻線方向隔10m設置一道伸縮縫，縫寬3cm，縫內填塞油毛氈。采用土工布裹石子做反濾包， 將其放置于排水孔口。

2.2 截排水溝設計

棄渣場上游匯水面積約0.273km2，計算20年一遇洪峰流量為0.19m3/s，為了防止地表徑流對棄渣場造成安全隱患，在棄渣場上部及兩側布設截水溝，棄渣場上游匯水及右側坡面匯水通過右側排洪溝排出，左側坡面匯水通過截水溝排出，共布設截排水溝1468m。其中右側排洪溝采用M7.5漿砌石結構，梯形斷面，斷面尺寸為0.4m×0.4m（寬×深，下同），邊坡比1：0.5，溝底縱坡0.02，驗算流量0.37m3/s，能夠滿足設計要求。左側截水溝采用M7.5漿砌石結構，梯形斷面，斷面尺寸為0.3m×0.3m，邊坡比1：0.5，溝底縱坡0.02；驗算流量0.14m3/s，能夠滿足設計要求。棄渣場截排水溝在陡坡地段，布設跌坎，最終接沉沙池排入自然溝道內。

棄渣結束后，在堆渣坡頂和馬道布置排水溝。排水溝為M7.5漿砌石結構，梯形斷面，斷面尺寸為0.3m×0.3m，單側坡比1∶0.5，另一側豎直，溝底縱坡1%（向周邊截排洪溝排水）。經計算，渣頂排水溝總長約133m。

根據《水利水電工程水土保持技術規范》（SL575-2012）及《灌溉與排水工程設計規范》（GB50288-99）有關規定，截水溝設計流速應滿足淤泥流速和沖刷流速的要求。漿砌石截水溝設計流速為0.4～5.0m/s，通過水力計算驗證，棄渣場截水溝斷面設計見表2。

2.3 土地整治設計

車馬碧水庫棄渣場占地主要為林地和荒地，施工前對表土進行剝離，剝離厚度0.3～0.5m，剝離區域為渣體占壓區域；表土集中堆放于棄渣場內較平緩高處，待棄渣結束后，將剝離表土全部回填至棄渣表面用于植被恢復。

2.4 清基

棄渣前，對棄渣場占地區內的第四系堆積物進行清除，清除的第四系堆積物運至棄渣場范圍內靠上游側集中堆放，平均堆高5m，堆土邊坡1：2，并在棄渣完成后回填。

2.5 剝離表土臨時攔擋措施設計

渣場剝離的表土集中堆放于棄渣場內較平緩高處，設計臨時攔擋對其進行攔擋，并在土體表面撒播種草進行臨時綠化。臨時攔擋采用編織土袋分層錯位堆砌，按“品”字形緊密排列，砌筑斷面為梯形斷面，高度1.0m，頂寬0.6m，底寬1.4m，兩側坡面比1：0.4。

2.6 框格梁護坡設計

由于渣場距攔河壩較近，且下游約80m處即為馬龍河，考慮景觀綠化與水土保持相結合的原則，堆渣結束并平整后，在棄渣場堆渣坡面采用網格梁護坡。網格尺寸為4m×4m，中心轉角90°，混凝土骨架尺寸0.4m×0.4m（寬×深），骨架外緣設0.1m高排水凸坎，將坡面集水匯入坡腳排水溝內。在坡頂、坡腳分別布置0.5m寬混凝土封頂和腳槽，直徑Φ75mm的PVC排水管。

2.7 渣場植被恢復措施設計

堆渣結束后平整場地，清除場地內的雜物，將原剝離的表土回覆渣體并保留一定的排水坡度，覆土厚度不小于0.3m。采用林草結合的方式恢復植被，其中在棄渣場平臺內種植旱冬瓜和火棘，采用植苗造林，行間混交，旱冬瓜株行距2m×2m；火棘株行距1.5m×2m。坡面在框格內撒播種草，采用狗牙根和戟葉酸模，撒播密度為80kg/hm2。

3、結語

針對大型溝道棄渣場的棄渣堆放特點、區域環境特點、工程安全穩定要求以及水土保持總體防治要求，采用工程措施、植物措施和臨時防護措施相結合的方法，布設了完善的水土保持措施體系，并根據當地環境特點，在渣體表面進行喬、灌、草植樹造林及植被護坡的設計，兼顧了防治水土流失和增加綠化面積的要求。

參考文獻：

[1]金毅.從水土保持角度優化水電站棄渣場設計初探[J].甘肅水利水電技術，2010，46（9）：64～65.

[2]于輝.石佛寺水庫一期工程棄渣臨時防護措施[J].吉林水利，2003，（5）：16～17.