西南土石山區(qū)線性工程棄渣場(chǎng)水土保持措施設(shè)計(jì)
——以卡拉·楊房溝水電站交通專用公路工程為例

劉 健，張 騰，應(yīng) 豐

(中國(guó)電建集團(tuán)華東勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，杭州，311122)

1 引言

西南土石山區(qū)的線性工程項(xiàng)目，受地形地質(zhì)條件的限制，具有棄渣量大、棄渣場(chǎng)地匱乏、水土流失嚴(yán)重等特點(diǎn)。卡拉·楊房溝水電站交通專用公路(以下簡(jiǎn)稱“卡楊公路”)工程位于雅礱江中游河段四川省涼山州木里藏族自治縣境內(nèi)，地理位置偏遠(yuǎn)，地廣人稀，交通不便[1]。工程建設(shè)規(guī)模大，土石方開挖量大，在建設(shè)過(guò)程中要產(chǎn)生大量廢渣[2]，對(duì)棄渣處理和棄渣場(chǎng)防護(hù)變得尤為重要。

2 工程概況

卡楊公路全長(zhǎng)92.6km，位于四川省涼山州木里縣和甘孜州九龍縣境內(nèi)。起點(diǎn)位于錦屏一級(jí)水電站左岸纜機(jī)平臺(tái)交通洞進(jìn)口附近，距錦屏一級(jí)水電站壩址約400m，終點(diǎn)位于楊房溝水電站金波石料場(chǎng)下游350m左右，距楊房溝水電站壩址約1.2km。全線共設(shè)隧道33座、總長(zhǎng)約48.1km，橋梁共14座、總長(zhǎng)1.83km。

工程采用公路三級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計(jì)行車速度為30km/h，一般路段為單線雙向雙車道，特長(zhǎng)隧道及其接線路段為雙線單向單車道。

工程于2010年4月開工建設(shè)，2014年6月全線貫通，建設(shè)總工期51個(gè)月。

工程土石方開挖量545.05萬(wàn)m3，填方量105.12萬(wàn)m3，工程無(wú)借方，棄渣量439.93萬(wàn)m3，棄渣折合松方604.90萬(wàn)m3。

3 自然概況

工程地處青藏高原向四川盆地過(guò)渡的斜坡地帶，屬青藏高原東南部(即川西高原)侵蝕山原區(qū)，屬橫斷山系的東部中段，地勢(shì)自西北向東南呈階梯狀遞降，地貌上多屬侵蝕山地，海拔高程1920m～2500m。工程區(qū)受地質(zhì)構(gòu)造運(yùn)動(dòng)影響強(qiáng)烈，地質(zhì)條件復(fù)雜[3]。氣候?qū)俅ㄎ鞲咴瓪夂騾^(qū)，多年平均降水量796.7mm，多年平均氣溫17.2℃，多年平均蒸發(fā)量1807.9mm。植被類型屬亞熱帶常綠闊葉林區(qū)，工程區(qū)主要分布有紅壤、黃壤、棕壤和暗棕壤等土壤，地震基本烈度為Ⅶ度。工程區(qū)土地利用類型以林地、牧草地和未利用地為主，水土流失強(qiáng)度以輕度和中度為主。

4 棄渣場(chǎng)設(shè)置情況

工程棄渣總量439.93萬(wàn)m3(松方604.90萬(wàn)m3)。棄渣運(yùn)至16處棄渣場(chǎng)堆置，其中自身設(shè)置12處，分別為五二灣棄渣場(chǎng)、麻地灣1#棄渣場(chǎng)、麻地灣2#棄渣場(chǎng)、矮子溝棄渣場(chǎng)、羌活溝棄渣場(chǎng)、羊窩子溝棄渣場(chǎng)、青崗坪溝棄渣場(chǎng)、面上灣溝棄渣場(chǎng)、駱駝溝棄渣場(chǎng)、一江棄渣場(chǎng)、立爾棄渣場(chǎng)、喇嘛寺溝棄渣場(chǎng)。利用其他工程的棄渣場(chǎng)或場(chǎng)地的4處，分別為錦屏一級(jí)水電站的三灘溝棄渣場(chǎng)、利用楊房溝水電站的中鋪?zhàn)訔壴鼒?chǎng)和上鋪?zhàn)訙蠗壴鼒?chǎng)和利用卡拉水電站施工場(chǎng)地的羊奶溝棄渣場(chǎng)。棄渣場(chǎng)概況見表1。

工程于2014年6月全線貫通，完工較早，由于地形地質(zhì)條件較為惡劣，施工時(shí)很難按照設(shè)計(jì)的棄渣場(chǎng)防護(hù)措施及時(shí)實(shí)施，2017年11月-2018年5月對(duì)已堆完的棄渣場(chǎng)進(jìn)行整治綠化。整治綠化的范圍為卡楊公路自身設(shè)置的11處棄渣場(chǎng)，分別為五二灣棄渣場(chǎng)、麻地灣1#棄渣場(chǎng)、麻地灣2#棄渣場(chǎng)、矮子溝棄渣場(chǎng)、羌活溝棄渣場(chǎng)、羊窩子溝棄渣場(chǎng)、青崗坪溝棄渣場(chǎng)、駱駝溝棄渣場(chǎng)、一江棄渣場(chǎng)、立爾棄渣場(chǎng)、喇嘛寺溝棄渣場(chǎng)(由于面上灣溝棄渣場(chǎng)當(dāng)時(shí)已淹沒在水下，不納入整治范圍)。

5 棄渣場(chǎng)防護(hù)標(biāo)準(zhǔn)和原則

棄渣場(chǎng)防護(hù)以《開發(fā)建設(shè)項(xiàng)目水土保持技術(shù)規(guī)范》GB 50433-2008、《防洪標(biāo)準(zhǔn)》(GB 50201-2014)和《水土保持工程設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB 51018-2014)等為主要設(shè)計(jì)依據(jù)。

渣場(chǎng)整治考慮的11處棄渣場(chǎng)中，有6處為溝道型棄渣場(chǎng)，其余為坡地型棄渣場(chǎng)。結(jié)合各棄渣場(chǎng)堆渣量、堆渣最大高度以及渣場(chǎng)失事對(duì)主體工程或環(huán)境造成的危害程度等因素綜合確定棄渣場(chǎng)級(jí)別、防護(hù)建筑物級(jí)別、防洪標(biāo)準(zhǔn)等。各棄渣場(chǎng)等級(jí)、防護(hù)建筑物級(jí)別和防洪標(biāo)準(zhǔn)詳見表2。

表2 棄渣場(chǎng)等級(jí)、防護(hù)建筑物級(jí)別和防洪標(biāo)準(zhǔn)

6 棄渣場(chǎng)整治措施設(shè)計(jì)

6.1 工程措施

(1)攔擋措施

在棄渣場(chǎng)坡腳處、沿溝道側(cè)設(shè)置C20混凝土擋渣墻，部分渣場(chǎng)坡腳處已設(shè)置漿砌石擋墻，但規(guī)格較低，為了防止削坡過(guò)程中，對(duì)其造成破壞或壓埋，在已建漿砌石擋墻前方增設(shè)一道C20混凝土擋墻，級(jí)別較低、邊坡較緩的棄渣場(chǎng)可采用漿砌石擋墻，擋墻形式和高度根據(jù)各棄渣場(chǎng)堆渣量、堆渣高度和地形條件等因素綜合確定。

新建擋渣墻采用重力式結(jié)構(gòu)，梯形斷面，頂寬1.0m，背坡1∶0.1，面坡1∶0.5，擋渣墻基礎(chǔ)埋深不小于1m，擋渣墻基礎(chǔ)需確保坐落在基巖上或者處理后基礎(chǔ)承載力不小于150kPa。

(2)防洪排導(dǎo)工程

棄渣場(chǎng)匯水分渣場(chǎng)溝道來(lái)水、上坡面徑流、堆渣邊坡徑流以及渣體滲水等四部分。根據(jù)各棄渣場(chǎng)匯水面積和上游溝道來(lái)水情況，棄渣場(chǎng)排水措施設(shè)計(jì)分以下幾種類型：

羊窩子溝棄渣場(chǎng)、駱駝溝棄渣場(chǎng)等2處棄渣場(chǎng)已設(shè)置排水隧洞或涵管。喇嘛寺溝棄渣場(chǎng)匯水面積較小，且渣場(chǎng)上方即為卡楊公路，來(lái)水被卡楊公路自身排水溝截走，因此，設(shè)計(jì)對(duì)上述3處棄渣場(chǎng)不采用截水溝攔截和排泄渣場(chǎng)匯水。

麻地灣2#棄渣場(chǎng)、羌活溝棄渣場(chǎng)、矮子溝棄渣場(chǎng)、一江棄渣場(chǎng)、立爾棄渣場(chǎng)周邊設(shè)置截水溝，采用M7.5漿砌石砌筑，襯砌厚度30cm，梯形斷面，尺寸0.6m×0.6m(底寬×深)，坡比1∶0.5。

五二灣棄渣場(chǎng)、麻地灣1#棄渣場(chǎng)、麻地灣2#棄渣場(chǎng)、羌活溝棄渣場(chǎng)、青崗坪棄渣場(chǎng)、立爾棄渣場(chǎng)等棄渣場(chǎng)上游溝道洪峰流量較大，溝道來(lái)水通過(guò)卡楊公路設(shè)置的過(guò)路涵洞，在渣場(chǎng)一側(cè)或坡面設(shè)置排洪溝順接涵洞排泄，末端與下游溝道相接。排洪溝采用矩形斷面，重力式邊墻，C20鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，排洪溝尺寸根據(jù)設(shè)計(jì)洪峰流量計(jì)算確定，尺寸2.0m×2.0m～2.5m×2.5m(寬×深)。排洪溝比降根據(jù)地形條件確定，但不應(yīng)小于1.5%。

麻地灣1#棄渣場(chǎng)、麻地灣2#棄渣場(chǎng)、矮子溝棄渣場(chǎng)、羌活溝棄渣場(chǎng)、羊窩子溝棄渣場(chǎng)、一江棄渣場(chǎng)、立爾棄渣場(chǎng)削坡開始后，于馬道內(nèi)側(cè)設(shè)置馬道排水溝，矩形斷面，底寬和深統(tǒng)一采用0.4m，M7.5漿砌石砌筑，襯砌厚度30cm，其余棄渣場(chǎng)未設(shè)置馬道，不涉及馬道排水溝。

(3)堆渣體護(hù)坡及平臺(tái)整治工程

①削坡措施

削坡前根據(jù)場(chǎng)地地形、地質(zhì)條件與周邊環(huán)境修筑攔擋設(shè)施。對(duì)邊坡較陡的棄渣場(chǎng)進(jìn)行削坡，坡比控制在1∶1.5～1∶2.0，堆渣體每隔20m設(shè)置一條馬道，馬道寬2m。

②堆渣平臺(tái)整治工程

棄渣場(chǎng)削坡完畢后，對(duì)渣頂平臺(tái)進(jìn)行場(chǎng)地平整、覆土，栽植喬木、撒播灌草籽綠化。

③框格護(hù)坡工程

矮子溝棄渣場(chǎng)、羌活溝棄渣場(chǎng)、羊窩子溝棄渣場(chǎng)、青崗坪棄渣場(chǎng)、一江棄渣場(chǎng)等5個(gè)棄渣場(chǎng)削坡完畢后，對(duì)邊坡進(jìn)行混凝土框格梁植草護(hù)坡。框格尺寸采用3m×3m，混凝土框格梁寬40cm，厚50cm，框格布置好后，先鋪設(shè)5cm砂礫石反濾層，再覆15cm厚的耕植土。

喇嘛寺溝棄渣場(chǎng)堆渣較薄、邊坡較陡，不具備框格梁護(hù)坡的條件，對(duì)其采取掛網(wǎng)噴播植草護(hù)坡的措施。

6.2 植物措施

工程削坡結(jié)束后，對(duì)渣頂平臺(tái)進(jìn)行場(chǎng)地平整、覆土并實(shí)施植物措施。在實(shí)施混凝土框格的棄渣場(chǎng)坡面框格內(nèi)進(jìn)行覆土、撒播灌草籽綠化，在不具備實(shí)施框格條件的棄渣場(chǎng)坡面采取撒播灌草籽綠化，喇嘛寺溝棄渣場(chǎng)實(shí)施掛網(wǎng)噴播植草護(hù)坡。

(1)立地條件分析及綠化方案

棄渣場(chǎng)分布在高程1900m～2600m之間，屬雅礱江干熱河谷區(qū)。本工程棄渣以石方為主，棄渣場(chǎng)削坡升級(jí)后，綠化立地條件較差，需對(duì)綠化區(qū)進(jìn)行平整、覆土等立地改造。

(2)樹(草)種選擇

結(jié)合渣場(chǎng)綠化區(qū)立體條件、當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境和主要適宜性樹種等，灌木選擇車桑子，草本選擇紫花苜蓿和葦狀羊茅，喬木選擇云南松和滇青岡。形成喬、灌、草立體綠化的復(fù)層林結(jié)構(gòu)。

7 渣場(chǎng)堆置形式穩(wěn)定性分析

棄渣場(chǎng)自2010年啟用，至2014年完全形成。2017年11月開始，對(duì)11處棄渣場(chǎng)(面上灣溝棄渣場(chǎng)位于水下淹沒區(qū)，不在整治之列)開展了專項(xiàng)整治設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)時(shí)棄渣已堆放完畢，未再棄渣。在現(xiàn)有堆渣基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了擋渣墻、防洪排水、削坡分級(jí)、景觀綠化等防護(hù)措施，對(duì)棄渣場(chǎng)的正常運(yùn)行和非常運(yùn)行工況條件下的安全系數(shù)進(jìn)行了測(cè)算，堆渣體和擋墻均是穩(wěn)定的，滿足規(guī)范要求。2017年11月-2018年5月對(duì)棄渣場(chǎng)進(jìn)行了整治綠化，實(shí)際施工過(guò)程中，堆渣方案和防護(hù)措施基本按照設(shè)計(jì)要求實(shí)施。

11處棄渣場(chǎng)自2018年5月投入運(yùn)行以來(lái)，渣體未發(fā)生滑塌等變形情況，目前總體穩(wěn)定。

8 措施設(shè)計(jì)創(chuàng)新點(diǎn)

(1)結(jié)合當(dāng)?shù)刈匀粭l件，對(duì)邊坡植物措施設(shè)計(jì)進(jìn)行了優(yōu)化，降低了投資

對(duì)棄渣場(chǎng)邊坡進(jìn)行削坡，具備條件的削到坡比緩于1∶1.8，而后實(shí)施覆土、撒播灌草籽綠化的措施，避免對(duì)較陡的邊坡實(shí)施框格梁等工程護(hù)坡措施，相應(yīng)降低投資。工程位于干熱河谷氣候區(qū)，在綠化植物物種選擇上，除了購(gòu)買當(dāng)?shù)剡m生植物，同時(shí)采集周邊植物種子，作為綠化的灌草籽，能更好的適應(yīng)當(dāng)?shù)刈匀粭l件，也減少了草籽的購(gòu)買量。

(2)因地制宜地考慮植物措施的養(yǎng)護(hù)管理

根據(jù)特殊的氣候條件，考慮了植物的灌溉養(yǎng)護(hù)措施。撒播灌草初期，在大風(fēng)、干旱時(shí)期采用薄膜進(jìn)行覆蓋，起到保水保溫的作用；綠化初期考慮在棄渣場(chǎng)周邊設(shè)置圍欄，防止當(dāng)?shù)剜l(xiāng)民飼養(yǎng)的馬、羊等對(duì)植被幼苗造成破壞。

(3)水土保持措施全面立體

西南地區(qū)公路項(xiàng)目棄渣場(chǎng)整治案例較少，緊密結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，充分考慮工程特點(diǎn)，做好實(shí)際地形測(cè)量工作、補(bǔ)充渣場(chǎng)地質(zhì)勘查工作，再對(duì)棄渣場(chǎng)整治綠化進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計(jì)，開創(chuàng)性地采取了補(bǔ)建攔擋措施、削坡、修建截排水溝、覆土綠化養(yǎng)護(hù)等措施體系。水土保持措施布設(shè)全面立體，滿足水土保持的要求。

(4)對(duì)工程措施設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化，注重資源最大化利用

在開展整治設(shè)計(jì)過(guò)程中，充分結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，在不降低防護(hù)標(biāo)準(zhǔn)的前提下，對(duì)部分設(shè)計(jì)進(jìn)行了優(yōu)化。由于棄渣場(chǎng)大多為石渣，部分棄渣場(chǎng)的擋墻利用可用的石料設(shè)計(jì)成漿砌石擋墻，以減少混凝土用量。對(duì)部分已實(shí)施但破損的擋墻、截排水溝進(jìn)行加固修繕，不進(jìn)行拆除、不另行修建，降低了投資，注重資源的最大化利用。

9 結(jié)語(yǔ)

工程棄渣場(chǎng)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，尤其是西南土石山區(qū)的線性工程項(xiàng)目，更需要結(jié)合實(shí)際的地形地貌、施工時(shí)序、施工條件等進(jìn)行棄渣場(chǎng)布置和措施設(shè)計(jì)。工程施工過(guò)程中，應(yīng)嚴(yán)格按照棄渣處理和棄渣場(chǎng)防護(hù)措施設(shè)計(jì)進(jìn)行施工，若有出現(xiàn)未按設(shè)計(jì)進(jìn)行堆渣的，需及時(shí)做好棄渣場(chǎng)變更備案和棄渣場(chǎng)補(bǔ)充設(shè)計(jì)等手續(xù)，并及時(shí)按設(shè)計(jì)進(jìn)行棄渣處理，盡量避免后期產(chǎn)生棄渣場(chǎng)整治的額外費(fèi)用。工程施工結(jié)束后，應(yīng)按照設(shè)計(jì)要求對(duì)棄渣場(chǎng)進(jìn)行跡地恢復(fù)，若現(xiàn)場(chǎng)仍然存在未按設(shè)計(jì)要求堆放的棄渣，需對(duì)棄渣進(jìn)行整治。