東臺子水庫工程棄渣場水土保持防治措施體系設計探討

郭建華

(遼寧華寧招標代理有限公司，遼寧 沈陽 110006)

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東臺子水庫工程棄渣場水土保持防治措施體系設計探討

郭建華

(遼寧華寧招標代理有限公司，遼寧 沈陽 110006)

[摘要]以內蒙古自治區赤峰市林西縣東臺子水庫棄渣場為例，針對大型溝道型棄渣場的棄渣堆放特點、區域環境特點、工程安全穩定要求及水土保持總體防治要求，提出了在棄渣場渣腳修建擋渣墻、堆渣邊界修建截水溝，對渣面土地整治后采取草方格沙障及植樹種草綠化等建議，以形成綜合的水土保持防治措施體系。

棄渣場位于內蒙古自治區赤峰市林西縣東臺子水庫擋水壩北側約0.6 km處，為溝道型棄渣場，棄渣為壩體基礎清理的粉土和壩體開挖產生的石渣混合物。棄渣場占地面積30 hm2，最大堆高30 m，占地類型為林地和草地，距居民點較遠，設計棄渣量170.89萬m3，下游約70 m處為東臺子水庫擬建的防汛上壩路。場內地形起伏較大，最大坡度約為14o，局部沖溝發育，地面高程660～700 m。土壤表層以風積粉砂、粉土為主，級配差，厚4～5 m，局部可達20 m；下部為河流沉積形成的細砂及中砂層，厚8～10 m，為較好的天然地基，且無軟弱下臥層，地基穩定性較好；底部為早元古代花崗片麻巖，呈強-弱風化狀。場內地下水位埋深較大。

1渣場邊坡、擋墻穩定計算分析

1.1棄渣場抗滑穩定計算

棄渣場抗滑穩定計算采用簡化畢肖普法，分正常運用工況和非常運用工況兩種情況。為保證棄渣穩定，棄渣采用分級堆置方案，初始臺階高10.0 m，各分級臺階邊坡比為1∶ 2，臺階面寬度為10 m。本工程棄渣由石渣和粉土組成，通過計算，棄渣場抗滑穩定系數正常工況、非常工況下分別是1.305、1.214，滿足《水利水電工程水土保持技術規范》(SL 575—2012)規定，渣體穩定。

1.2擋渣墻穩定計算

根據初擬斷面，進行擋渣墻抗滑穩定、抗傾覆穩定及地基應力計算。通過計算，擋渣墻初擬斷面設計滿足抗滑穩定、抗傾覆穩定及地基基底應力比的規范要求。棄渣場擋渣墻穩定計算結果見表1。

表1　擋渣墻穩定計算結果

2水土保持措施設計

2.1擋渣墻設計

在棄渣場下游渣腳修建重力式擋渣墻，擋渣墻按4級建筑物設計，墻身及基礎為M7.5漿砌塊石。初步設計擋墻基礎埋深1.8 m，墻身凈高4.5 m、頂寬0.5 m，背坡比1∶ 0.5，面坡鉛直，墻趾長0.5 m、高0.5 m，墻踵長0.8 m、寬0.5 m。為防止凍脹影響，在擋渣墻底部鋪砂礫墊層0.30 m，并每隔10 m設置1條寬2 cm厚瀝青木板伸縮縫。為排泄渣體積水，在漿砌石擋渣墻上布設2排排水孔解決排水出路，排水孔呈梅花形布置，水平孔距2.0 m，垂直孔距1.0 m，下排孔口距地面0.5 m。排水孔采用PVC管材，管材內徑10 cm，排水管向外呈5%坡度。

2.2截水溝設計

為防止兩側山坡坡面徑流對渣體的沖刷，提高渣體的穩定性，在渣體周邊及渣場頂面設置截水溝。根據截水溝匯流區域及地形情況，周邊截水溝由西側平緩段(ab段)、西側陡坡段(bc段)、東側平緩段(ae段)、東側陡坡段(ed段)、出口段(cd段)組成，渣場頂面截水溝(be段)沿渣頂坡頂線內側3.0 m橫向布設。根據棄渣場位置、地形、土壤、植被及設計降雨強度和設計流速等因素，棄渣場截水溝為開敞式梯形漿砌石結構或鋼筋混凝土結構。由于沒有棄渣場區域的實測水文資料，因此其相應的設計洪水采用《內蒙古水文手冊》進行計算，截水溝按30年一遇24 h降雨強度計算。經計算，周邊截水溝西側平緩段(ab段)洪峰流量為10.39 m3/s，東側平緩段(ae段)洪峰流量為4.39 m3/s，出口段(cd段)洪峰流量為12.81 m3/s，西側陡坡段(bc段)為ab段及be段疊加流量，為11.56 m3/s，東側陡坡段(ed段)為ae段及be段疊加流量，為5.56 m3/s，渣頂橫向截水溝(be段)洪峰流量為1.17 m3/s。

根據《水利水電工程水土保持技術規范》(SL 575—2012)及《灌溉與排水工程設計規范》(GB 50288—99)有關規定，截水溝設計流速應滿足淤積流速和沖刷流速的要求。漿砌石截水溝設計流速為0.4～5.0 m/s，鋼筋混凝土截水溝設計流速為0.4～8.0 m/s。通過水力計算，棄渣場截水溝斷面設計見表2。

表2　棄渣場截水溝斷面設計

根據各段截水溝洪峰流量、設計流速，漿砌石截水溝溝底及溝壁厚0.3 m，采用梯形斷面，邊坡比1∶ 1，溝底及兩側設砂礫墊層0.15 m，內壁M7.5水泥砂漿抹面0.02 m， 截水溝每隔5 m設一道寬2 cm的瀝青木板伸縮縫。混凝土截水溝溝底厚0.2 m，溝壁厚0.15 m，采用梯形斷面，邊坡比1∶ 1，溝底及溝壁鋪設C10混凝土墊層0.10 m；為防止混凝土結構變形損壞，沿截水溝斷面方向設φ8鋼筋，間距0.15 m，垂直于斷面方向采用φ6鋼筋，間距0.3 m；沿截水溝每隔10 m設寬2 cm的瀝青木板伸縮縫。

2.3土地整治設計

棄渣場占地類型為林地和草地，為避免地表水土流失，恢復棄渣場植被，在棄渣堆放前先進行表土剝離，剝離表土深度0.3 m，剝離表土區域為渣體占壓區域。待棄渣結束后，將剝離表土全部回覆至棄渣表面。

2.4草方格沙障設計

棄渣場區域屬于風沙區，渣面表土回覆后，地表松散裸露，植物措施短期內不能發揮防風固沙作用。為防止裸露地表的風蝕，棄渣場頂面需要采取草方格沙障措施。沙障采取矮立式，草方格間距3.0 m，與主風向垂直。沙障材料選用稻草，長度不小于60 cm，將稻草按設計長度切好后，沿設計沙障條帶線均勻放置，用鐵鍬在稻草中部插壓，埋入地表0.1 m左右，兩端翹起，高出地面約0.2 m，用手扶正，基部培土。

2.5渣場植被恢復措施設計

棄渣場表土回覆后，在渣場表面栽植灌木及撒播草籽綠化，對棄渣場征地范圍內的未堆渣區域進行撒播草籽綠化。灌木樹種選擇小葉錦雞兒，株行距為1.0 m×1.0 m，草種選擇沙蒿。

2.6剝離表土臨時攔擋設計

剝離表土采用臺體形式堆放，堆放到設計標高，設計坡比1∶ 1，堆土場四周采用人工撿集棄渣中的塊石進行圍堰防護，起到擋護和穩定坡腳的作用。圍堰底寬2.5 m，高度1.0 m，邊坡1∶ 0.5。

3結語

針對東臺子水庫大型溝道型棄渣場的棄渣堆放特點、區域環境特點、工程安全穩定要求及水土保持總體防治要求，采用工程措施、植物措施及臨時措施相結合的方法，布設了完善的水土保持措施體系，并根據當地環境特點，在渣面進行修建草方格沙障及密植當地優勢樹種的設計，兼顧了水力侵蝕及風力侵蝕的防治。同時，截水溝設計中根據截水溝平面布置中的不同匯流及地形條件，采用分段設計，較大程度地減少了工程量，節約了投資。

(責任編輯孫占鋒)

[中圖分類號]S157.2

[文獻標識碼]C

[文章編號]1000-0941(2016)06-0037-02

[作者簡介]郭建華(1979—)，男，內蒙古赤峰市人，工程師，學士，從事水利工程設計工作。

[收稿日期]2016-01-28

[關鍵詞]棄渣場；水土保持；防治措施；東臺子水庫