基于水土保持理念下的水庫(kù)工程渣場(chǎng)選址與防治措施

彭世壽

(貴州省水利水電工程咨詢有限責(zé)任公司，貴州 貴陽(yáng) 550002)

基于水土保持理念下的水庫(kù)工程渣場(chǎng)選址與防治措施

彭世壽

(貴州省水利水電工程咨詢有限責(zé)任公司，貴州 貴陽(yáng) 550002)

通常情況下，水庫(kù)工程渣場(chǎng)一般建設(shè)在河道兩岸，在水庫(kù)施工過(guò)程中，渣場(chǎng)可能會(huì)受到洪水的影響，因此渣場(chǎng)水土保持工程防護(hù)措施設(shè)計(jì)是水庫(kù)水土保持方案的重點(diǎn)。對(duì)此，本文將結(jié)合工程實(shí)例，詳細(xì)探究基于水土保持理念下的水庫(kù)工程渣場(chǎng)選址與防治措施，從渣場(chǎng)面積、棄渣量以及渣場(chǎng)庫(kù)容這幾個(gè)方面對(duì)渣場(chǎng)進(jìn)行選址分析與評(píng)價(jià)，另外，基于水土保持理念進(jìn)行渣場(chǎng)區(qū)典型設(shè)計(jì)。結(jié)果表明，在水庫(kù)工程渣場(chǎng)防治中，應(yīng)該結(jié)合實(shí)際情況選擇工程措施、植物措施等，這樣才能夠改善渣場(chǎng)環(huán)境，充分體現(xiàn)水土保持理念。

水土保持；渣場(chǎng)選址；防治

1 項(xiàng)目概況

大方縣野螺溝水庫(kù)地質(zhì)構(gòu)造單元屬揚(yáng)子準(zhǔn)地臺(tái)黔北臺(tái)隆遵義斷拱的畢節(jié)(北東向)反“S”形構(gòu)造變形區(qū)，低中山地貌，亞熱帶濕潤(rùn)季風(fēng)氣候，項(xiàng)目區(qū)地震動(dòng)反應(yīng)譜特征周期為0.35 s，地震動(dòng)峰值加速度為0.05 g，地震基本烈度為Ⅵ度，年平均氣溫11.8℃，多年平均降水量1112.65 mm，多年平均風(fēng)速1.6 m/s，最大風(fēng)速20 m/s，風(fēng)向以NE風(fēng)居多，年平均日照時(shí)數(shù)1335.5 h，無(wú)霜期254 d；主要災(zāi)害天氣有春旱、倒春寒、冰雹、夏旱、夏暴雨、秋綿雨等，屬長(zhǎng)江流域?yàn)踅担?xiàng)目建設(shè)區(qū)域土壤主要為黃壤、水稻土，土層厚度約0.4～2.0 m，土壤全剖面呈弱酸性，pH值6.0；植被屬亞熱帶常綠闊葉林帶，大方縣森林覆蓋率約44.30%，項(xiàng)目建設(shè)區(qū)原地表平均水土流失侵蝕模數(shù)1559 t/(km2·a)，項(xiàng)目區(qū)土壤容許流失量500 t/(km2·a)，屬輕度侵蝕為主的區(qū)域，項(xiàng)目所在地屬國(guó)家級(jí)重點(diǎn)治理區(qū)——烏江赤水河上中游治理區(qū)，同時(shí)是貴州省人民政府公告的水土流失重點(diǎn)治理區(qū)。

2 渣場(chǎng)選址分析與評(píng)價(jià)

2.1 渣場(chǎng)選址和面積分析

主體設(shè)計(jì)中的渣場(chǎng)區(qū)包括棄渣場(chǎng)及堆料場(chǎng)，設(shè)置在大壩右岸下游階地，距大壩200 m，堆料場(chǎng)主要是堆放用于大壩過(guò)渡層填筑的洞挖料、趾板基礎(chǔ)開(kāi)挖及導(dǎo)流洞明挖可用于大壩堆石區(qū)填筑的石渣料；棄渣場(chǎng)主要堆放壩肩、壩基開(kāi)挖用于圍堰填筑后的多余棄料。棄渣場(chǎng)占地0.63 hm2，全部為臨時(shí)占地，規(guī)劃總?cè)萘繛?2.6×104m3。堆料場(chǎng)征地面積7000 m2，規(guī)劃總?cè)萘繛?4 104 m3。渣場(chǎng)區(qū)主要為荒草地覆蓋，下部有部分梯坪地，棄渣和石渣料分別堆放在棄渣場(chǎng)和堆料場(chǎng)，主體設(shè)計(jì)在渣場(chǎng)區(qū)下游布置擋渣墻，長(zhǎng)52 m。石渣料用于大壩堆石區(qū)填筑，棄渣在石料場(chǎng)開(kāi)采結(jié)束后運(yùn)往石料場(chǎng)堆放，渣場(chǎng)區(qū)在使用結(jié)束后進(jìn)行植被恢復(fù)，全部為臨時(shí)占地，棄渣堆放方式為沿等高線堆放[1]。

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)踏勘情況，確定了渣場(chǎng)區(qū)的選址。渣場(chǎng)區(qū)下游沒(méi)有學(xué)校、居民點(diǎn)等敏感制約性因素，不在水源保護(hù)區(qū)內(nèi)，位于水庫(kù)溢洪道范圍外，從水土保持角度考慮渣場(chǎng)區(qū)選址基本合理。最終確定的渣場(chǎng)區(qū)占地面積為1.33 hm2。

2.2 棄渣量分析

結(jié)合主體設(shè)計(jì)和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況對(duì)項(xiàng)目建設(shè)的土石方情況進(jìn)行分析，項(xiàng)目建設(shè)棄渣量為28.24×104m3。其中，9.80×104m3為剝離的表土，用作綠化覆土；剩余18.44×104m3為廢棄石方，集中堆放在渣場(chǎng)區(qū)。同時(shí)，將有6.42×104m3石方作為大壩填筑用料堆放在堆料場(chǎng)；渣場(chǎng)區(qū)共需堆放棄渣和石渣料24.86×104m3。

2.3 渣場(chǎng)庫(kù)容分析

由于棄渣場(chǎng)和堆料場(chǎng)緊靠在一起，本方案將棄渣場(chǎng)和堆料場(chǎng)作為一個(gè)整體進(jìn)行庫(kù)容分析。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)踏勘和對(duì)地形圖的分析，渣場(chǎng)區(qū)庫(kù)容約26.6×104m3，考慮對(duì)渣場(chǎng)區(qū)進(jìn)行表土剝離0.3×104m3，廢石場(chǎng)實(shí)際庫(kù)容約26.9×104m3，可以滿足本項(xiàng)目建設(shè)堆放棄渣和石渣料的要求。

渣場(chǎng)上游兩側(cè)布設(shè)了截水溝、使上游匯水對(duì)渣場(chǎng)的影響降到最小，下游布設(shè)了擋渣墻。渣場(chǎng)從水土保持角度考慮設(shè)置基本合理[2]。

3 渣場(chǎng)區(qū)典型設(shè)計(jì)

3.1 工程措施典型設(shè)計(jì)

3.1.1 覆土整治

對(duì)1.06 hm2綠化面積進(jìn)行覆土整治，以便進(jìn)行植被恢復(fù)，覆土來(lái)源于工程建設(shè)初期本區(qū)和大壩樞紐工程區(qū)剝離的表土，表土臨時(shí)存放于堆料場(chǎng)上部，主體工程施工結(jié)束后覆土使用，全面覆

土面積1.06 hm2，厚0.3 m，種植喬木1170株，按1.0 m×1.0 m×1.0 m規(guī)格整地，總覆土量4350 m3。

3.1.2 擋渣墻

主體設(shè)計(jì)對(duì)西側(cè)棄渣場(chǎng)沒(méi)有布置攔擋措施，在棄渣場(chǎng)下方補(bǔ)充布置擋渣墻[3]，長(zhǎng)101 m。同時(shí)渣場(chǎng)區(qū)位于河灘上方，主體設(shè)計(jì)中的擋渣墻高度不能完全滿足要求，將進(jìn)行重新設(shè)計(jì)，長(zhǎng)52 m。

(1)面假定。擋渣墻采用重力式漿砌石擋墻，設(shè)計(jì)擋渣墻頂寬1.2 m，底寬2.8 m，高5.0 m。其中，基礎(chǔ)深1.0 m，墻體內(nèi)坡垂直，外坡坡比1∶0.3，詳見(jiàn)表1。

擋渣墻基礎(chǔ)應(yīng)開(kāi)挖至弱風(fēng)化層基巖(表面粗糙的硬質(zhì)巖)，基礎(chǔ)水平，表土堆平至墻頂后按1∶1.8收坡堆放。(即坡面與水平面夾角β=29°)。

擋渣墻設(shè)排水孔10 cm×10 cm，間排距3 m，梅花型布置，排水孔靠堆土側(cè)設(shè)碎石反濾層。

擋渣墻水平方向每隔15 m設(shè)置一道伸縮沉降縫，縫寬2 cm，采用瀝青木板卡塞。

(2)計(jì)算假定。漿砌石擋渣墻墻堆土的內(nèi)摩擦角取φ=30°，墻背很粗糙，排水良好，土方對(duì)擋渣墻墻背的摩擦角δ=19.2°，土方的容重γ土=18 kN/m3；墻體與基礎(chǔ)的摩擦系數(shù)f=0.5；墻背坡面與鉛垂面夾角ε=0；漿砌石容重γ漿=23 kN/m3，由于排水良好，不計(jì)水壓力及揚(yáng)壓力的影響。

表1 擋渣墻斷面尺寸表

(3)土壓力計(jì)算。土方壓力按庫(kù)倫土壓力公式進(jìn)行計(jì)算：

Pa=1/2γH2Ka

(1)

(2)

式中：Pa為主動(dòng)土壓力；γ為土方的容重；H為擋渣墻的擋土高度；Ka為主動(dòng)土壓力系數(shù)。

將前述基本資料代入公式進(jìn)行計(jì)算得Ka=0.626;Pa=140.85。

主動(dòng)土壓力的水平方向和豎直方向的分力分別為水平：Pax=Pacosδ=140.85×cos 19.2°=132.99 kN/m；垂直：Pay=Pasinδ=140.85×sin 19.2°=46.31 kN/m。

(4)抗滑穩(wěn)定驗(yàn)算。

(3)

式中：Ks為墻體抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)；f為墻體與基礎(chǔ)的摩擦系數(shù)，取0.65；∑W為垂直于滑動(dòng)面的荷載總和，即豎直方向力的總和；∑P為平行于滑動(dòng)面的荷載總和，即水平方向力的總和。

經(jīng)計(jì)算得：墻體抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)Ks=1.995，大于抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)允許值1.3，滿足規(guī)范要求。

(5)抗傾覆穩(wěn)定驗(yàn)算

(4)

式中：Kt為抗傾覆穩(wěn)定安全系數(shù)；W為墻體自重；Pay為作用于墻體主動(dòng)土壓力的豎向分力；Pax為作用于墻體主動(dòng)土壓力的水平分力；a為W對(duì)墻底外邊緣軸的力臂；b為Pay對(duì)墻底外邊緣軸的力臂，即墻底寬度；h為Pax對(duì)墻底外邊緣軸的力臂，即墻1/3高度。

經(jīng)計(jì)算得：墻體抗滑傾覆穩(wěn)定安全系數(shù)Kt=3.19，大于抗滑傾覆穩(wěn)定安全系數(shù)允許值1.5，滿足規(guī)范要求。

3.1.3 網(wǎng)格護(hù)坡

主體設(shè)計(jì)在渣場(chǎng)區(qū)堆渣坡面上布置了干砌石護(hù)坡，考慮將其布置為網(wǎng)格護(hù)坡，總面積為2100 m2。護(hù)坡設(shè)計(jì)采用棱形漿砌石網(wǎng)格+覆土種草護(hù)坡，網(wǎng)格框架采用M7.5漿砌塊石，斷面0.5 m×0.5 m；單格形狀為1.8 m×1.8 m的正方形，在護(hù)坡底部修建高1 m，厚0.5 m的坡腳，采用M7.5漿砌塊石，框架建成后在網(wǎng)格內(nèi)覆土0.3 m，然后種草[4]。

3.1.4 沉沙池

在渣場(chǎng)區(qū)下游修筑沉沙池1座，沉沙池來(lái)水量主要是渣場(chǎng)上游雨水經(jīng)截水溝后流入沉沙池，根據(jù)《水土保持綜合治理技術(shù)規(guī)范-小型蓄排引水工程》(GB/T 16453.4—2008》規(guī)范要求，擬定沉沙池寬1.0 m、長(zhǎng)2.0 m、深1.5 m，沉沙池容量3.0 m3，采用M7.5漿砌塊石砌筑。

3.2 植物措施典型設(shè)計(jì)

渣場(chǎng)使用結(jié)束后，將堆放的棄渣轉(zhuǎn)運(yùn)到石料場(chǎng)堆放后，對(duì)堆渣形成的平面進(jìn)行覆土回填，種植側(cè)伯1170株，混播狗牙根籽、百喜草草籽，共綠化1.06 hm2。

3.3 臨時(shí)措施典型設(shè)計(jì)

表土剝離：表土剝離根據(jù)各分區(qū)后期覆土需要和各分區(qū)的可剝離表土情況，盡量選用表土質(zhì)地較好的區(qū)域(梯坪地)進(jìn)行表土剝離，減少轉(zhuǎn)運(yùn)距離。根據(jù)本區(qū)表土情況和后期覆土需要，本區(qū)共剝離表土2960 m3，表土堆放在堆料場(chǎng)上部。

臨時(shí)種草：由于表土堆放時(shí)間較長(zhǎng)，為防止臨時(shí)表土堆放的水土流失，在堆放的表土上臨時(shí)混播狗牙根、黑麥草，面積為0.11 hm2。

4 結(jié) 論

水庫(kù)工程在給國(guó)家、社會(huì)、居民帶來(lái)一定的生活方便的同時(shí)難免會(huì)產(chǎn)生數(shù)量可觀的棄渣。因此，在水庫(kù)工程施工中，應(yīng)該將渣場(chǎng)水土保持的工作作為治理重點(diǎn)，同時(shí)做好后期的恢復(fù)設(shè)計(jì)、護(hù)坡、排水、攔擋以及表土保護(hù)等方面的措施，提高水庫(kù)工程經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益和生態(tài)效益。

[1] 李翔宇.水利水電工程棄渣場(chǎng)水土保持工程的相關(guān)措施探討[J].四川水泥，2014(11)：129.

[2] 孫碧飛.水利水電工程棄渣場(chǎng)水土保持工程措施研究[J].三角洲，2014(6)：153-154.

[3] 郝惠莉.水利施工中棄渣場(chǎng)水土保持措施分析[J].工程技術(shù)，2015(55)：99.

[4] 梅雪梅，高甲榮，馬嵐，等.現(xiàn)澆網(wǎng)格護(hù)坡技術(shù)建設(shè)初期植物的生態(tài)適應(yīng)性[J].中國(guó)水土保持科學(xué)，2015，13(5)：79-85.

彭世壽(1968-)，男，苗族，貴州天柱人，高級(jí)工程師，主要從事水利水電工程水土保持、環(huán)境保護(hù)、生態(tài)移民等工作。E-mail:410687200@qq.com。

S157.2

B

2096-0506(2017)05-0092-03