新疆某水庫工程棄渣場方案比選研究

常 勝

(新疆水利水電勘測設計研究院，烏魯木齊 830000)

1 工程概況

WSX水庫工程是WSX河唯一的控制性工程，主要任務以灌溉、防洪為主，兼顧發電。水庫總庫容2188.4萬m3，工程等別為Ⅲ等，工程規模為中型。推薦方案為瀝青混凝土心墻壩方案，樞紐由擋水建筑物、泄水建筑物及灌溉引水建筑物組成，主要水工建筑物包括瀝青混凝土心墻壩、導流洞、泄洪沖沙洞、溢洪洞及灌溉引水發電洞；次要建筑物包括廠壩區不影響主要建筑物的其他永久建筑物；臨時建筑物包括下游圍堰。主要建筑物中除土石壩為2級外，泄水建筑物、灌溉引水發電建筑物為3級，次要建筑物為4級，臨時建筑物為5級。

2 土石方平衡

合理利用工程建筑物土石方開挖料，不僅能有效的降低工程投資，而且可以減少工程棄渣對環境的影響，所以應盡量多的利用開挖料用于各建筑物的土石方回填，并應盡可能利用開挖渣料填筑施工道路、場地平整等。對于棄渣料堆，應做好防護工作，采取適當的工程措施，防止造成新的水土流失。

工程土方開挖95.37萬m3(自然方)，石方開挖112.20萬m3(自然方)，石方洞挖3.00萬m3(自然方)，砂礫石填筑177.72萬m3(壓實方)，石渣回填(護坡)1.02萬m3(壓實方)，道路路基填筑44.00萬m3(壓實方)。土方開挖主要為泄洪沖砂洞及溢洪洞出口開挖和大壩基礎開挖；石方開挖主要為導流洞、泄洪沖沙洞、溢洪洞、灌溉引水發電洞洞挖和進出口開挖以及大壩壩肩、心墻基座石方開挖；開挖料均不能作為壩體填筑料，壩體填筑料由C1料場開采獲得，土石方平衡見表1。

溢洪洞出口土方開挖料包括Q1-2砂礫石開挖33.16萬m3和Q3-4砂礫石開挖14.39萬m3，合計49.98萬m3；土石方平衡規劃利用開挖料的7%，約4.35萬m3(松方)Q3-4砂礫石用于泄洪沖沙洞和溢洪洞砂礫石回填。灌溉引水發電洞石方明挖14.78萬m3，其中3%約0.65萬m3(松方)的石渣臨時堆存于利用料場，后期將用于發電洞出口石渣回填。永久進場道路全長41km，前段35km位于出山口沖洪積扇，多為低填方路基；后段6km位于山區，多為挖方路基。永久進場道路土方開挖19.75萬m3，石方開挖21.07萬m3；考慮利用料運距，運輸損耗等因素，規劃道路土石方開挖料利用率分別為62%和22%。場內臨時道路位于山區，多為挖方路基。場內臨時道路土石方開挖量分別為13.07萬m3和48.63萬m3；64%土方開挖料用于截流堤和臨時道路路基填筑，合計10.00萬m3(松方)；1%石方開挖料可用于導流圍堰石渣護坡，約0.43萬m3(松方)。根據土石方平衡計算結果，本工程土石方棄渣量264.59萬方。

表1 土石方平衡表

備注：1.表1中土石方單位均為萬m3；2.自然方與壓實方的換算系數為：1(自然)方=(0.85土方；1.31石方；0.88砂礫石；1.43塊石)壓實方；自然方與松方的換算系數為：1(自然)方=(1.33土方；1.53石渣；1.19砂礫石料)松方。

3 棄渣場規劃比選

壩址位于河流中下游河段，河谷呈“U”型，整體走向呈近EW向，山頂高程1710-1860m，谷底高程1660-1680m，現代河床偏蝕左岸，為一切深40-45m的河槽，底寬10-30m，頂寬70-90m，兩側為近直立的鈣質膠結砂礫石陡壁。壩址區主要發育Ⅳ級階地，為堆積階地地形起伏、不平整。左岸為近NE向魚脊狀單薄基巖山梁，正常蓄水位1700m時，梁頂寬100-200m。岸坡基巖裸露，最大坡高70m，自然坡度35-45°。右岸山體雄厚，基巖裸露，坡高90-120m，自然邊坡高程50-70°，壩頂以下自然邊坡40-50°。壩址區地形復雜，地勢陡峭，左右岸平緩坡地狹小，施工交通不便。壩址區發育三條較大沖溝，暴雨時有短暫性水流通過，頻率低，規模小。

根據工程區周邊地形地貌情況，做了3處棄渣場選址方案比選。(1)方案一選址于壩址下游出山口右岸Ⅳ階地，C1料場東南方向一處坡地，距壩址約10km；(2)方案二選址于壩址下游出山口左岸Ⅳ階地，距壩址約5.5km；(3)方案三位于壩址上游約550m右岸溝道內。

3.1 方案一

方案一棄渣場選址于WSX河出山口右岸Ⅳ階地，毗鄰C1料場，地形平坦開闊，總地勢南向北低，零星分布有風積的移動或半固定沙丘，高1-4m。階地上部0.3-0.8m含鹽量較高，對混凝土具有強腐蝕性，為無用層；下部砂礫石分為兩層，臨河一側地表多分布厚1-1.5m上更新統洪積含細粒土礫，下部為青灰色沖積砂卵礫石層，局部分布大的漂石或孤石，塊徑1-5m，據探坑揭露深度10m內未見鈣質膠結砂礫石出露，地下水位埋深大。棄渣場長約1465m，寬約513m，占地面積74萬m2；棄料運距約10km[1-2]。

圖1 方案一棄渣場平面布置圖

3.2 方案二

方案二選址于壩址下游出山口左岸Ⅳ階地，總地勢由南向北緩傾。地表為風洪積的低液限黏土，含少量碎石，深度>4m，未揭穿，表部0.5-0.8m含鹽量較高，地水位埋深大。棄渣場長約1250m，寬約584m，占地面積70萬m2；左岸無現有交通道路，施工期需在進場道路樁號K23+730處新建1.15km施工道路和臨時跨河鋼橋(跨徑48.768m)連接左右岸交通，承擔棄渣交通任務，棄料運距約5.5km；施工交通工程量詳見表2。

表2 方案二棄渣施工交通工程量表

續表2 方案二棄渣施工交通工程量表

3.3 方案三

根據《水利水電工程施工組織設計規范》(SL303-2017)“有條件時棄渣場可選在水庫死庫容以下，但不得妨礙永久建筑物的正常運行”的渣場選址原則，方案三布置于壩址上游約550m右岸溝道內，渣場平面布置圖詳見圖3；棄渣場長約1.3km，寬30-260m，面積約為16.39萬m2，設計頂高程1680m，水庫死水位1680m；水庫運行后棄渣場位于水庫淹沒區。沖溝內巖性為碎石土、含土礫石，厚度1-3m。

方案三溝道型渣場存在施工期沖溝上游匯水問題，根據《水利水電工程水土保持技術規范》SL575-2012的規定：“棄渣場臨時性防護工程防洪標準取3-5a一遇；當棄渣場級別為3級以上時，防洪標準可提高到10a一遇”。本工程棄渣場為3級棄渣場，故棄渣場臨時性防護工程防洪標準取5a一遇，施工期沖溝上游布置土石導洪堤，沿沖溝底部順坡布置3條排水預制涵管(直徑1m)，管線末端至溝口；用于解決沖溝防汛泄洪問題[3-4]。

圖3 方案三棄渣場平面布置圖

4 棄渣場方案比選

根據土石方平衡計算結果，并結合工程區地形地貌；該工程選址3個棄渣場方案進行比選，結果詳見表3。

表3 棄渣場方案比選表

運距方面方案一、二、三分別對應的運距10km，5.5km，2.5km。工程投資方面方案一、二、三分別對應的土石方棄料單價79.90元/m3，70.85元/m3，62.54元/m3。另外方案二需新建道路和臨時跨河鋼橋；1.15km施工道路投資造價234萬元，臨時跨河鋼橋221萬元。從移民征占地角度，方案一、二、三分別對應的渣場面積74萬m2，70萬m2，21.3萬m2。

綜上所述，方案三在工程造價和移民占地等方面較方案一、二有顯著優勢。因此采用方案三棄渣場布置。