金家溝水庫棄渣場水土保持措施設計

(1.遵義水利水電勘測設計研究院，貴州 遵義 563000；2.遵義市水土保持生態(tài)環(huán)境監(jiān)測站，貴州 遵義 563000)

1 工程概況

金家溝水庫是貴州省遵義市習水縣經(jīng)開區(qū)規(guī)劃的骨干供水水源工程之一，為國務院已批復的《貴州省水利建設生態(tài)建設石漠化治理綜合規(guī)劃》和水利部、財政部聯(lián)合編制的《全國抗旱規(guī)劃實施方案(2014—2016年)》中骨干水源工程及《貴州省水利建設“三大會戰(zhàn)”》規(guī)劃項目。水庫壩址位于貴州省習水縣回龍鎮(zhèn)回龍村與習酒鎮(zhèn)大灣村交界處的臨江河左岸的一級支流深溪河下游，距回龍集鎮(zhèn)4km，距習水縣城28km。工程任務為習水經(jīng)濟開發(fā)區(qū)供水、農田灌溉及農村人飲，設計水平年(2030年)總供水180.00萬m3/a (P=95%)[1]。水庫正常蓄水位821.00m，總庫容179.00萬m3，為Ⅳ等工程，由水庫樞紐部分及輸水系統(tǒng)部分組成。水庫大壩為混凝土面板堆石壩，最大壩高35.00m，輸水線路總長2.25km。

2 棄渣場選擇及地形地質條件

2.1 棄渣場選址及堆渣方案

金家溝水庫棄渣場選址受周邊地形限制，大壩下游3.00km范圍內無理想棄渣場場址，結合水庫規(guī)模將棄渣場選擇在大壩上游左岸水庫淹沒區(qū)沖溝內，距壩址約0.50km，占地1.30hm2。棄渣場設計堆渣高程805.00～824.00m，設計堆渣容量約16.00萬m3(位于水庫淹沒區(qū)變幅區(qū)，水庫死水位805.00m，正常蓄水位821.00m)，堆渣邊坡1∶2.0，堆渣至高程817.00m設置人行步道，步道寬2.00m。

2.2 棄渣場地形地質條件

棄渣場場址處為緩坡地形，右岸相對左岸陡峭，位于揚子準地臺—黔北臺隆—遵義斷拱—畢節(jié)北東向構造變形區(qū)和四川臺拗交接部位，無活動斷裂分布。工程區(qū)地震基本烈度為Ⅵ度，地貌以侵蝕—溶蝕低中山、中低山溝谷地貌為主。棄渣場覆蓋層為第四系殘坡積，厚1～1.50m，右岸基巖局部裸露，出露地層巖性為志留系下統(tǒng)龍馬溪組(S1l)，巖層產狀N15°E/NW∠16°，自然邊坡穩(wěn)定性較好。

3 棄渣場水土保持措施設計

3.1 水土保持措施布局

棄渣場沖溝上游集雨面積0.91km2，棄渣堆放可能會堵塞原有天然沖溝，若無有效截排水設施，遇降雨沖溝上游來水沖刷及松散土石渣，會導致棄渣、失穩(wěn)，造成重大水土流失，影響安全及水庫效益發(fā)揮[2-4]。因此，堆渣前，原沖溝底部設置φ1000鋼筋混凝土預制排水管截排上游來水，棄渣場下游設置漿砌石擋土墻；棄渣堆放基本完畢后，邊坡面設置干砌塊石護坡，右岸設置截水溝截排沖溝上游來水，截水溝末端接入水庫正常蓄水位以下；渣頂高程824.00m，渣面整平壓實后回填表土撒草籽綠化。

3.2 水土保持措施設計

3.2.1 設計標準

根據(jù)《水土保持工程設計規(guī)范》(GB 51018—2014)棄渣場及攔擋工程設計要求[5-6]，棄渣場和擋土墻工程為5級，排洪工程為5級，林草工程為2級。永久截排水設施為5級，截排水標準按5年一遇10min短歷時暴雨設計，截水溝安全超高按0.30m考慮。

3.2.2 擋土墻設計

擋土墻為漿砌石重力式擋土墻，擋土墻軸線長約50m，擋土墻墻身高2.5m，基礎埋深0.50m，出土高度2.00m，墻頂寬0.80m，墻底寬1.90m，外坡比1∶0.3，內側墻面豎直。擋土墻基礎下伏Qdl第四級殘坡積，施工前須清除基礎周邊表層雜草及腐殖層。擋土墻基礎置于基巖之上，覆蓋層厚度大于0.5m，基礎夯實至地基承載力不小于100kPa。擋土墻漿砌石砌筑所選石料抗壓強度不小于30MPa，石料尺寸不小于20cm×20cm×20cm，砌筑前人工剔除其突出部分棱角，平穩(wěn)放置于基巖或老土層之上，錯層搭疊砌筑，其間采用M7.5水泥砂漿砌筑，擋土墻墻身間隔10.00m設置伸縮沉降縫，縫內回填瀝青砂漿，墻身出土高程807.00m以上水平間隔3.00m設置雙排排水孔，排水孔進口段設反濾層。擋土墻墻頂高程807.00m以上棄渣邊坡按 1∶2.0分臺階放坡至設計高程817.00m，817.00m設置2.00m寬人行步道，隨后棄渣邊坡按1∶2.0放坡至設計渣頂高程824.00m。漿砌石擋土墻典型斷面如圖1所示。

擋土墻抗傾覆及抗滑穩(wěn)定性采用“理正巖土計算”軟件對典型斷面結構進行計算，參數(shù)選取為：漿砌石重度為22kN/m3，墻后棄渣內摩擦角為20°，墻后填料重度為19kN/m3，擋土墻基底對地基摩擦系數(shù)ψ為0.35。計算得擋土墻穩(wěn)定性分析成果，如表1所列。

圖1 漿砌石擋土墻典型斷面 (高程單位：m，尺寸單位：mm)

表1 擋土墻穩(wěn)定分析

從表1可知，擋土墻抗滑穩(wěn)定系數(shù)為1.903，大于1.30，抗傾覆穩(wěn)定系數(shù)為7.041，大于1.50，地基平均承載力為42.732kPa，小于500kPa，均滿足規(guī)范和設計指標要求，整體抗滑穩(wěn)定性良好。

3.2.3 截水溝設計

3.2.3.1 設計排水流量計算

根據(jù)《水土保持工程設計規(guī)范》(GB 51018—2014)棄渣場永久截排水溝設計要求[7-8]，習水縣金家溝水庫棄渣場永久截排水溝設計排水流量計算公式為

Qm=16.67φqF

(1)

式中φ——徑流系數(shù)，金家溝水庫棄渣場上游區(qū)域地表類型以坡耕地、落葉灌木林為主，φ取0.6；

q——設計重現(xiàn)期和降雨歷時內平均降雨強度，mm/min；

F——棄渣場上游集雨面積，km2，金家溝水庫棄渣場上游集雨面積為0.91km2。

由于工程建設區(qū)周邊無水文觀測站以及雨量觀測設施，故q(重現(xiàn)期和降雨歷時內平均降雨強度)利用標準降雨強度等值線和有關轉換系數(shù)，即

q=CpCtq5,10

(2)

式中Cp——重現(xiàn)期轉換系數(shù)，貴州省習水縣Cp=1.00；

Ct——降雨歷時轉換系數(shù)，貴州省習水縣Ct=0.45；

q5,10——5年重現(xiàn)期10min降雨歷時標準降雨強度，mm/min，貴州省習水縣q5,10=2.2。

經(jīng)計算得平均降雨強度q=0.99。將特性參數(shù)代入式(1)，計算得截水溝設計流量Qm=9.01m3/s。

3.2.3.2 截水溝結構斷面設計

截水溝總長236.00m，起始高程824.00m，末端接入正常蓄水位821.00m，梯形斷面，砌筑材料為M7.5漿砌塊石。結合棄渣場右岸地形，截水溝平均縱坡約0.012，截水溝內坡比為1∶0.5。截水溝斷面尺寸計算成果如表2所列。

表2 截水溝斷面尺寸計算

截水溝采用M7.5漿砌石襯砌，綜合設計底坡0.012，糙率0.017。截水溝側墻墻厚0.50m，設計底寬1.50m，設計水深1.10m，內坡比0.50，考慮安全超高0.30m，截水溝深1.40m，經(jīng)計算設計截水溝最大過流量9.98m3/s，大于重現(xiàn)期5年一遇10min短歷時暴雨洪峰流量。截水溝內側M10水泥砂漿勾縫，溝頂C15混凝土壓頂，截水溝間隔10.00m設置伸縮沉降縫，縫內回填瀝青砂漿。截水溝典型斷面如圖2所示。

圖2 截水溝斷面 (單位：mm)

3.3 渣面覆土綠化設計

棄渣場整治方向為綠化渣面控制水土流失(后期其他利用)，渣面覆表土厚度不小于30cm，整地后渣面撒播草籽(麥冬草)綠化[9-10]。渣面綠化方案為：?棄渣面立地條件：土石混合棄渣，棄渣孔隙度大，表層土易隨降水下滲沉降；?整治要求：堆渣完畢后機械碾壓夯實渣面，分層回填老土及表土，回填老土厚度不小于20cm，回填表土厚度不小于30cm；?撒播混合草籽：渣面覆土整治后，撒播麥冬草籽綠化渣面0.80hm2；?撒播草籽配置：麥冬草籽一級種子，草籽配置60kg/hm2，共計撒草籽48kg；?種植技術：渣面覆土后，撒草籽前人工翻耕表土，春季撒播草籽，撒播前人工澆水、施復合化肥；?撫育技術：撒播草籽后當年5—8月每月澆水1次。

4 結 論

金家溝水庫棄渣場位于大壩上游進場公路右側水庫淹沒區(qū)內(變幅區(qū))，其占地與水庫淹沒區(qū)重合，避免了在其他區(qū)域選擇棄渣場增加水庫建設占地，節(jié)約了耕地。目前，水庫已下閘蓄水，棄渣場堆渣穩(wěn)定，各項水土保持措施均按設計實施且運行良好，渣頂824.00m高程撒播草籽長勢良好，草地覆蓋率達85%，水土流失總治理面積接近1.30hm2，水土流失治理率達99%。經(jīng)習水縣重點水源工程管理局2017年10月以及2018年2月兩次水質檢驗，均達到生活用水標準以上，水庫淹沒區(qū)設置棄渣場對水質基本無影響。