平山湖農村飲水安全鞏固提升工程棄渣場選址及水土流失防治措施研究

王 盼

（甘肅省張掖市甘蘭水利水電建筑設計院，甘肅 張掖 734000）

平山湖農村飲水安全鞏固提升工程通過工程建設全面滿足平山湖鄉牧民定居點生活用水，平山湖丹霞旅游區遠期規劃用水和甘平公路服務區用水。工程建設任務為在陰帳河修建截引及引水樞紐工程，修建自截引至平山湖鄉引水管道36.93 km，修建塘壩1座，實現對飲用水的調蓄，構建與新牧區社會經濟可持續發展要求相適應的較完善的供水體系。該工程包括點型、線型和面型工程，地貌類型較為復雜，土石方工程量大的特點，在工程施工過程中很容易產生水土流失，對周邊生態環境造成破壞。

以甘肅省張掖市甘州區平山湖農村飲水安全鞏固提升工程為例，本文從水土保持角度分析評價了工程棄渣場選址的合理性，以及棄渣場水土流失防治措施體系的可行性和科學性。

1 項目及項目區概況

工程位于甘肅省張掖市甘州區平山湖鄉紅泉村，屬黑河流域，地理坐標為北緯 39°3′42.28″，東徑 100°44′3.47″。工程屬Ⅳ等小（1）型工程，主要由引水系統、輸水調節系統及配水系統組成。工程建設主要實現對飲用水的調蓄，構建與新牧區社會經濟可持續發展要求相適應的較完善的供水體系。

項目區地處東大山北麓及其阿拉善臺塊荒漠平原的巴丹吉林沙漠南緣地帶，屬黑河流域，地貌特征為中低山河谷地貌，氣候類型為大陸性荒漠氣候區。甘州區年平均氣溫為7.8℃，多年平均降水量為132.6 mm，降水量年內主要集中在6-9月，占全年降水量的74%，多年平均蒸發量為1 796.7 mm，歷年汛期最大風速平均值為14.9 m/s。項目區最大凍土深度為180 cm。項目區土壤主要以風沙土、灰棕漠土和砂礫土為主。植被覆蓋率達到12%，植被以冰草和苔草為主，其他區域基本無植物生長。

工程由于土石方挖方量較大，盡量挖填平衡后，仍不能全部回填利用，不可避免產生了棄方。土石方開挖總量21.63萬m3，填方總量20.01萬m3，棄渣總量4.59萬m3，借方2.97萬m3，內部調配利用0.03萬m3。

2 棄渣場選址及布置情況

棄渣場是水土流失防治工作中的重點，也是難點，渣場的選址至關重要。棄渣場選址應避開潛在危害大的泥石流和滑坡等不良地質地段，對重要基礎設施、人民群眾生命財產安全及行洪安全、環境敏感區有重大影響的區域（如河道、湖泊、已建水庫管理范圍內等）不布設棄渣場，匯水面積和過水流量較大、溝谷縱坡陡、出口不易攔截的溝道不宜布設棄渣場[1-2]。工程棄渣場選址影響因素分析見表1。

表1 棄渣場選址影響因素分析表

工程產生永久棄渣4.59萬m3，由于項目區地形條件有限，根據渣場選址原則，工程共設置棄渣場1處，位于塘壩工程下游100 m處溝道西側的平地，屬平地型渣場。渣場原地貌表層為砂礫石，無植被，不影響周邊公共設施、工業企業、居民點等的安全，運輸條件、運距和容量基本能滿足工程需要。

3 棄渣場水土保持措施設計

3.1 攔擋工程設計

工程建設期共產生棄渣約4.59萬m3，渣場占地約0.5 hm2，長120 m，寬約42 m，可堆渣最大高度10 m，渣場邊界處棄渣按穩定邊坡1∶2堆放。考慮到渣體的穩定性，主體工程在堆渣高度至5 m時設寬度為3 m的馬道，并且對堆渣坡腳做收腳處理。

棄渣堆放從坡底開始，分層碾壓堆放，堆渣依次按照碎石土、砂礫石的次序堆放，砂礫石置于頂層不僅使渣體表面形成礫石壓蓋，形成有效的保護層，既可防止雨季雨水沖刷，又可抑制風蝕，而且較為美觀，滿足水土保持要求。

工程棄渣場位于塘壩下游100 m處的溝道西側，為了防止河道洪水侵蝕，且防止棄渣對河道行洪造成影響，在臨河側修建漿砌石擋渣墻防護，長度120 m，頂寬0.5 m，高 3 m（含基礎開挖深度），迎水面 1∶0.05，背水面坡比 1∶0.25，基礎埋深 1 m，底寬 2.5 m。

3.1.1 擋渣墻斷面設計

根據GB 50433—2018《生產建設項目水土保持技術標準》，以及棄渣場周圍環境、堆渣高度、填料內磨擦角、基地摩擦系數和防治要求等，同時按照國家建筑標準設計圖集04J008《擋土墻（重力式衡重式懸臂式）》進行設計選擇。工程選擇了高為3 m的重力式擋墻。根據主體報告設計，在棄渣場靠近河道右側坡腳處修建漿砌石擋墻，墻體用M7.5漿砌石砌筑。擋墻基礎深埋1 m，高度3 m（含基礎開挖深度），底寬2.5 m，頂寬0.5 m。單位工程量：人工挖土方2.2 m3/m，M7.5漿砌石4.5 m3/m，瀝青麻絮伸縮縫0.15 m2/道，反濾體0.50 m3/道，預埋排水管2 m/道，土方回填1 m3/m。

3.1.2 墻內排水措施與伸縮縫

為了排除土體剩水，擋土墻設直徑為Φ50 mm的PVC排水管，間排距5 m，V型布置，排水孔靠渣體側設斷面0.5 m×0.5 m×0.5 m碎石反濾層。為防止地基的不均勻沉陷導致擋墻產生斷裂或倒塌，擋土墻水平方向每間隔5 m設置一道伸縮沉降縫，伸縮縫寬2 cm，內部均采用瀝青麻絮填塞。

3.1.3 擋土墻基礎處理

擋土墻地基開挖后，將開挖出的碎石部分回填，反復夯實。

3.1.4 擋土墻穩定性分析

根據GB 50433—2008《開發建設項目水土保持技術規范》，穩定基面上的擋土墻不需要做整體穩定性分析，只需要做軟質層面抗滑穩定性分析，按照規范中擋土墻的抗滑穩定性進行分析。

（1）墻身尺寸：墻身高3.0 m，墻頂寬0.5 m，面坡傾斜坡度 1∶0.3，背坡傾斜坡度 1∶0.1；采用 1個擴展墻址臺階，墻趾臺階b1為0.07 m，墻趾臺階h1為0.20 m；墻趾臺階與墻面坡坡度相同，墻踵臺階b3為0.06 m，墻踵臺階 h3為 0.160 m，墻底傾斜坡率為-0.1∶1。

（2）滑移驗算：安全系數最不利為組合1（一般情況）；抗滑力=14.52 kN，滑移力=9.99 kN；滑移驗算滿足：Kc=1.45＞1.30。

（3）傾覆驗算：安全系數最不利為組合1（一般情況）；抗傾覆力矩=23.87 kN-m，傾覆力矩=5.86 kN-m；傾覆驗算滿足K0=4.08＞1.50。

3.1.5 擋土墻基礎及表面管理

擋土墻修建時進行簡單開挖，反復夯實基礎。擋土墻在正常運行情況下，棄渣場抗滑穩定系數≥1.20，抗傾覆安全系數＞1.40；非常運行情況下，棄渣場抗滑穩定系數＞1.05，抗傾覆安全系數＞1.30，符合規范要求。

3.2 排水工程設計

為防止棄渣場周邊匯水對棄渣造成沖刷，棄渣場北側設置排水溝，排水溝斷面為梯形斷面，底寬30 cm，深30 cm，邊坡系數為1，總長40 m，M7.5漿砌石砌筑。根據GB 51018—2014《水土保持工程設計規范》，排水溝防洪標準為10年一遇設計，20年一遇標準校核。

根據主體設計，東大山陰帳河流域面積16.8 km2，全長9.7 km，河道平均比降109‰。10年一遇洪峰流量為17.6 m3/s，20年一遇標準校核23.8 m3/s。項目區屬陰帳河流域，但集水面積相差較大，所以運用以上成果用面積比擬法推求工程斷面洪峰流量，計算公式如下：

Q2=（F2/F1）n×Q1，

式中：Q2為設計斷面洪峰流量；Q1為參證站洪峰流量；F2為設計斷面流域面積；F1為參證站流域面積；n為面積折減系數，取0.55。

渣場上游匯水面積0.0012 km2，10年一遇設計洪峰流量為0.09 m3/s，20年一遇設計洪峰流量為0.12 m3/s。水力計算按明渠均勻流公式計算：

Q=（A×R2/3×i1/2）/n，

式中：A為過水斷面；i為底坡降，取2%；R為水力半徑；R=A/X；X為濕周；A=b×h，X=b+2h，C=1/n（R）1/6，V=C（Ri）1/2，b為渠道底寬；h為水深；C為謝才系數；n為糙率（0.017）；V 為流速，m/s。

3.2.1 設計洪峰流量

（1）已知參數

斷面形式為梯形；流量Q=0.09 m3/s；底坡i=0.1；糙率n=0.017；動能修正系數1.05；渠底寬度b=0.30 m；邊坡比 1∶1。

（2）計算結果

正常水深過水斷面面積A=0.034 m；正常水深濕周X=0.549 m；正常水深水面寬B=0.476 m；正常水深水力半徑R=0.062 m；正常水深謝才系數C=37.021 m1/2/s；正常水深ho=0.088 m；渠道流速V=2.640 m/s。

3.2.2 校核洪峰流量

（1）已知參數

斷面形式為梯形；流量Q=0.12 m3/s；底坡i=0.1；糙率n=0.017；動能修正系數1.05；渠底寬度b=0.30 m；邊坡比 1∶1。

（2）計算結果

正常水深過水斷面面積A=0.041 m；正常水深濕周X=0.590 m；正常水深水面寬B=0.505 m；正常水深水力半徑R=0.070 m；正常水深謝才系數C=37.759 m1/2/s；正常水深ho=0.103 m；渠道流速V=2.907 m/s。

（3）斷面合理性分析

根據以上水力計算、施工規范和安全超高要求，施工最小斷面要求安全超高取20 cm。則渠道斷面為底寬0.3 m，頂寬0.9 m，深0.3 m，邊坡比1∶1。渠道設計最大流速經計算為2.9 m/s，滿足V不淤=0.4 m/s＜V≤V不沖=4 m/s的要求。

3.3 土地整治

工程棄渣場占地類型為裸地，因此不需考慮植被恢復和復墾的需要。但是由于棄渣場渣堆較為松散，遇到大雨極易造成水土流失，因此，堆渣結束后應及時進行土地平整和機械碾壓，土地整治面積0.48 hm2。

4 結束語

棄渣場防治是水土流失防治措施中的重點，棄渣的產生不僅造成了資源浪費，也影響了周邊區域的生態環境，如果堆放不當或防治措施設計不完善，極易帶來重大危害。在棄渣場的選址過程中，要嚴格落實水土保持相關法律法規，實地踏勘、合理布局，不得影響周邊公用設施、工業企業和居民點的安全[3]。在棄渣場水土流失防治過程中，應綜合工程建設施工工藝、工程特點以及工程周邊的自然環境等相關因素，采取科學有效、經濟合理的水土保持防治措施，從而保證渣體的安全和穩定性。