金沙水電站石家溝棄渣場設(shè)計研究

楊俊鋒 何開朝

摘要：金沙水電站石家溝棄渣場為永久特大型渣場，其安全穩(wěn)定運行關(guān)系到該區(qū)域居民生命財產(chǎn)安全。從設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)確定、穩(wěn)定性分析、工程措施設(shè)計、施工情況分析等方面對金沙水電站石家溝渣場設(shè)計進(jìn)行研究。石家溝棄渣場施工期和永久安全監(jiān)測數(shù)據(jù)表明：棄渣場處于安全穩(wěn)定狀態(tài)，棄渣場前期設(shè)計合理，施工質(zhì)量滿足要求。

關(guān)鍵詞：渣場設(shè)計; 抗滑穩(wěn)定; 邊坡穩(wěn)定; 石家溝棄渣場; 金沙水電站

中圖法分類號：TV223 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A DOI：10.15974/j.cnki.slsdkb.2022.03.006

文章編號：1006 - 0081（2022）03 - 0023 - 05

0 引 言

近年來，渣場失穩(wěn)造成人員傷亡的事故教訓(xùn)深刻。2016年廣東深圳光明新區(qū)渣土受納場“12·20”特別重大滑坡事故造成73人死亡，4人下落不明，17人受傷，33棟建筑物被損毀、掩埋，90家企業(yè)受影響，涉及員工4 630人。此次事故造成直接經(jīng)濟損失為8.81億元。在水電站建設(shè)過程中，邊坡、基坑開挖產(chǎn)生大量棄渣，形成大型棄渣場。如果不進(jìn)行妥善處置，將對工程和周邊居民生命財產(chǎn)安全造成極大威脅。因此，對于棄渣場設(shè)計要求越來越嚴(yán)格，進(jìn)行科學(xué)合理的棄渣場設(shè)計尤為重要。

1 工程概況

金沙水電站位于金沙江干流中游末端的攀枝花河段上，壩址位于四川省攀枝花市西區(qū)，上距觀音巖水電站壩址約 28.9 km，下距攀枝花中心城區(qū)（攀枝花水文站）11.0 km，距下游規(guī)劃的銀江水電站壩址 21.3 km。金沙水電站開發(fā)任務(wù)為以發(fā)電為主，兼顧供水、改善城市水域景觀和取水條件，對觀音巖水電站進(jìn)行反調(diào)節(jié)等，并促進(jìn)地方經(jīng)濟社會發(fā)展。

石家溝棄渣場位于金沙水電站壩址上游 3.8～4.4 km 的左岸石家溝溝道內(nèi)，地處攀鋼三小區(qū)和清香坪尖子山泥石流搶險應(yīng)急防治工程下游，屬石家溝泥石流流通區(qū)。規(guī)劃棄渣高程 1 133～1 250 m，占地面積約 15.51 hm2，容渣量 420 萬 m3（松散方），容納來自導(dǎo)流工程、大壩及廠房工程的開挖棄渣。石家溝棄渣場防護工程主要包括攔擋工程、泥石流排導(dǎo)工程、攀枝花社區(qū)雨水引排工程、渣底盲溝排水工程、清表及表土臨時堆場防護工程等。

2 棄渣場防護工程設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)

2.1 棄渣場等級和防洪標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)DL/T 5419-2009《水電建設(shè)項目水土保持方案技術(shù)規(guī)范》，棄渣場防護工程等級及設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)是由堆渣量、防護對象及其危害對象決定的。石家溝棄渣場的防護對象為工程棄渣，且堆渣量達(dá)420萬m3（松散方），危害對象主要包括下游砂石料加工系統(tǒng)、麗攀高速隧洞進(jìn)口和清香坪污水處理廠、居民房屋、魚池等。確定石家溝棄渣場屬于特大型棄渣場，防洪標(biāo)準(zhǔn)為100 a一遇。

2.2 攔擋工程設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)DL/T 5419-2009《水電建設(shè)項目水土保持方案技術(shù)規(guī)范》和GB 50201-2014《防洪標(biāo)準(zhǔn)》，大型永久棄渣場的攔擋工程、泥石流排導(dǎo)工程和溝水引排工程的主要建筑物按永久性次要建筑物設(shè)計，建筑物級別為3級建筑物。石家溝棄渣場為特大型棄渣場，確定其攔擋工程建筑物級別為3級;泥石流災(zāi)害防治主體工程（排導(dǎo)槽）的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)采用100 a一遇;攀鋼社區(qū)雨水引排工程、周邊截水溝設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)采用100 a一遇，渣場表面排水工程設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)采用20 a一遇;植被恢復(fù)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)采用永久植被恢復(fù)。

3 棄渣場穩(wěn)定性分析

為了保證石家溝棄渣場的穩(wěn)定和安全，模擬了不同工況下棄渣場和堆渣邊坡的抗滑穩(wěn)定性、擋墻穩(wěn)定性。

3.1 棄渣場整體抗滑穩(wěn)定性分析

石家溝棄渣場堆存來自導(dǎo)流工程、大壩及廠房工程的開挖棄渣，渣料成份為土石混合物，土石比約為1∶1.87。根據(jù)同類工程經(jīng)驗，初擬棄渣場的堆渣邊坡坡比為1∶2，對應(yīng)坡角為33°，小于堆渣體的自然休止角（35°～38°），一般不會發(fā)生渣體剪切破壞而導(dǎo)致的整體失穩(wěn)，最有可能的破壞形式是堆渣體沿渣場底部沖溝接觸面發(fā)生整體滑動。取沿渣底沖溝非圓弧斷面為計算斷面，滑動面指定為渣體與溝底接觸面，采用摩根斯頓-普賴斯法（滑動面呈非圓弧形）進(jìn)行棄渣場整體穩(wěn)定性分析。石家溝棄渣場堆存的渣料為土石混合料，其中石方占比約65%?，F(xiàn)場勘察成果表明：壩址基巖為三疊系上統(tǒng)大蕎地組泥質(zhì)粉砂巖、頁巖、粉砂巖、細(xì)砂巖、巖屑砂巖夾煤層或煤線;丙南組中厚層至厚層狀粉砂巖夾細(xì)砂巖、粗礫巖等較硬或堅硬巖，夾少量泥質(zhì)粉砂巖、泥鈣質(zhì)粗砂巖及華力西期正長巖。第四系堆積物主要有人工堆積物、崩坡積物、沖積物等。在室內(nèi)試驗結(jié)果基礎(chǔ)上，結(jié)合金沙江流域同類型水電工程棄渣場勘察成果，提出了棄渣場的巖（土）體物理力學(xué)參數(shù)，具體見表1，2。

基于上述參數(shù)，運用GeoStudio公司的邊坡穩(wěn)定軟件計算出棄渣場整體抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)，計算結(jié)果見表3。由計算結(jié)果可知，棄渣場整體抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)均達(dá)到規(guī)范要求，堆渣體整體能滿足穩(wěn)定要求。

3.2 堆渣邊坡抗滑穩(wěn)定性分析

采用瑞典圓弧法進(jìn)行堆渣體邊坡穩(wěn)定性分析計算。根據(jù)各棄渣場渣體物質(zhì)組成、堆渣高度、堆放坡度等，運用GeoStudio公司的邊坡穩(wěn)定軟件計算棄渣場堆渣邊坡的相應(yīng)最小安全系數(shù)，計算參數(shù)見表1和表2，計算結(jié)果見表4。根據(jù)計算結(jié)果可知，棄渣場堆渣邊坡抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)均達(dá)到規(guī)范要求，堆渣體在擬定堆放坡度下能滿足穩(wěn)定要求。

3.3 攔渣壩穩(wěn)定性分析

石家溝棄渣場攔渣壩布置在臨金沙江西側(cè)棄渣坡腳處，由埋石混凝土壩和碾壓堆石壩兩部分組成。其中，碾壓堆石壩由棄渣碾壓填筑而成，相關(guān)計算包含在棄渣場的穩(wěn)定性分析中;埋石混凝土壩采用埋石混凝土澆筑，最大壩高8 m，斷面結(jié)構(gòu)與重力式擋渣墻相當(dāng)，按照擋渣墻進(jìn)行計算，相關(guān)參數(shù)見表5。

在正常運用（棄渣完畢后的正常工況）和非常運用Ⅰ（長期降雨情況下2 m高水位）兩種工況下，攔渣壩抗滑、抗傾穩(wěn)定計算成果詳見表6。根據(jù)計算成果，石家溝棄渣場擋渣壩設(shè)計抗滑、抗傾和基礎(chǔ)承載力等在正常運用及非常運用Ⅰ兩種工況下，均能滿足規(guī)范要求。

3.4 擋墻穩(wěn)定性分析

石家溝棄渣場擋墻主要位于排導(dǎo)槽進(jìn)口過渡段以及沿線與渣體相交部位，以排導(dǎo)槽進(jìn)口擋墻為例，計算擋墻穩(wěn)定性。假定擋墻頂寬1.2 m，最大墻高8.0 m（其中，基礎(chǔ)埋深1.0 m），上游側(cè)垂直，填土側(cè)坡比1∶0.7。采用C25混凝土澆筑，碎石墊層基礎(chǔ)厚15 cm。在正常運用和非常運用Ⅱ（內(nèi)側(cè)泥石流淤積深度5.0 m）兩種工況下，擋墻抗滑、抗傾穩(wěn)定計算成果詳見表7。根據(jù)計算成果，石家溝棄渣場設(shè)計的擋墻抗滑、抗傾和基礎(chǔ)承載力等在正常運用及非常運用Ⅱ兩種工況下，均能滿足規(guī)范要求。

4 工程措施設(shè)計

4.1 表土剝離

為了保護工程區(qū)寶貴的表土資源，為金沙水電站后期復(fù)墾、植被恢復(fù)和景觀綠化創(chuàng)造條件，施工前擬對石家溝棄渣場進(jìn)行表土剝離。表土剝離區(qū)域地類包括耕地、園地、林地和草地的占壓區(qū)域，剝離面積共計22.89 hm2，剝離厚度20～35 cm，表土剝離量6.18萬m3。表土剝離料集中運至工程規(guī)劃的表土堆存場。

4.2 攔渣壩設(shè)計

（1） 埋石混凝土攔渣壩壩軸線長約336 m，壩頂高程1 126.0～1 130.0 m，頂寬2 m，垂直于壩軸線方向壩寬約6～9 m，最大壩高約8 m，臨渣側(cè)坡比1∶0.5，臨空側(cè)坡比1∶0.2，主要由埋石混凝土澆筑而成。

（2） 碾壓堆石攔渣壩沿埋石混凝土壩壩后填筑，壩軸線長約345 m，壩頂高程1 140.0 m，頂寬5 m，垂直于壩軸線方向壩寬約5～40 m，最大壩高約14 m，臨渣側(cè)坡比1∶1，臨空側(cè)坡比1∶1.5，主要由棄石碾壓填筑形成。

4.3 泥石流排導(dǎo)槽設(shè)計

泥石流排導(dǎo)槽布置在石家溝棄渣場南側(cè)山坡，總長約 774 m，斷面為梯形，斷面尺寸4 m×3 m（底寬×深），邊坡 1∶0.5，采用 C25 混凝土澆筑。排導(dǎo)槽進(jìn)口處采取 63.4 m 的漸變段與攀枝花市國土局已建泥石流護岸工程出口相銜接。排導(dǎo)槽縱坡分為 4 段，排導(dǎo)槽第二段、第三段、第四段布設(shè)防沖肋板，肋板采用 C25 鋼筋混凝土澆筑，斷面尺寸為 3 m×2 m（深度×寬度）。排導(dǎo)槽出口與渣場下游的原石家溝沖溝相接。

4.4 周邊截排水工程設(shè)計

攀鋼社區(qū)雨水引排工程位于石家溝棄渣場右側(cè)，沿攀鋼社區(qū)的清香坪生活區(qū)外側(cè)坡面布置，主要由排水箱涵、排水明渠組成，共分4段，總長約1 013 m。截排渣場外水的周邊截水溝總長約850 m，為矩形斷面，采用M7.5漿砌石砌筑。渣場表面截排水工程包括渣頂排水溝、坡面排水溝和馬道排水溝，總長7 338 m;表土剝離后，對石家溝棄渣場堆渣區(qū)域的渣底天然溝道進(jìn)行處理，總長度約2 674 m。

4.5 邊坡防護工程設(shè)計

邊坡防護工程主要包括棄渣場堆渣邊坡、棄渣場與排導(dǎo)槽相交的邊坡兩個區(qū)域。棄渣場堆渣邊坡和棄渣場與排導(dǎo)槽相交的邊坡坡比約為1∶2，擬對該邊坡采用框格植草護坡防護，主要形式有拱形漿砌石網(wǎng)格護坡和菱形網(wǎng)格護坡。

4.6 植物措施設(shè)計

考慮到主體工程設(shè)計將對渣場頂面進(jìn)行復(fù)墾，為避免頂面裸露時間較長，對棄渣場頂面撒播草籽臨時綠化。對石家溝棄渣場堆渣邊坡和排導(dǎo)槽開挖邊坡采取永久植被恢復(fù)措施，植物措施配置采用灌、草結(jié)合的模式。

5 石家溝渣場施工情況

石家溝棄渣場于2016年3月開始清表施工，完成渣場表土剝離約8.1萬m3，2017年7月完成了排導(dǎo)槽、排水明渠、社區(qū)引排水工程、渣場邊坡支護等施工。截至2020年10月已完成金沙水電站全部棄渣維護，堆渣最大高程1 240.0 m，棄渣場堆渣約355萬m3。施工過程中安全監(jiān)測數(shù)據(jù)表明，渣場整體處于穩(wěn)定，變形在可控范圍內(nèi)。2020年6月開始進(jìn)行渣場防護工程——渣場整形施工，于2021年7月完成了高程1 150.0～1 240.0 m坡面修整、網(wǎng)格護坡砌筑、周邊截排水施工。石家溝棄渣場土地平整面積約13.7 hm2，其中，高程1 240.0 m頂面場地面積約5.8萬m2。2021年7月11日開始進(jìn)行渣場綠化施工，截止2021年8月5日已完成綠化苗木種植及撒草籽施工，種植三角梅約45 000棵，現(xiàn)狀見圖1。

6 展 望

攀枝花市地處攀西裂谷中南段，屬山原峽谷地貌，山高谷深、盆地交錯分布，地勢由西北向東南傾斜，地貌類型復(fù)雜多樣，可分為平壩、臺地、高丘陵、低中山、中山和山原6類，以低中山和中山為主，占全市面積的88.38%，是典型的山地城市[1]。攀枝花市區(qū)平地資源匱乏，石家溝棄渣場施工完成后，頂面形成5.8萬m2平整場地，為城市基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)規(guī)劃提供極大便利。石家溝棄渣場未來將納入金沙畫廊康養(yǎng)旅游綜合體項目統(tǒng)一規(guī)劃，計劃建設(shè)成為城市體育公園，供攀枝花市民使用。

7 結(jié) 語

金沙水電站石家溝棄渣場施工期安全監(jiān)測和永久安全監(jiān)測數(shù)據(jù)表明，棄渣場處于安全穩(wěn)定狀態(tài)，證明棄渣場前期設(shè)計合理，施工質(zhì)量滿足要求。后期規(guī)劃將與當(dāng)?shù)鼗A(chǔ)設(shè)施建設(shè)緊密結(jié)合，為人民群眾提供運動健身及休閑的場地，提升幸福感。石家溝棄渣場的建設(shè)和穩(wěn)定運行，可為同類大型棄渣場設(shè)計及后期規(guī)劃提供參考。

參考文獻(xiàn)：

[1] 莊紅，孫金坤. 山地城市沿街商業(yè)建筑入口的空間設(shè)計探討——以攀枝花山地建筑為探討核心[J]. 四川建筑，2015，35（3）：68-69，71.

（編輯：李 慧）

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