坡地型棄渣場水土保持措施淺析

熊盼盼

（新疆水利水電勘測設計研究院，新疆 烏魯木齊 830000）

1 工程概況

某水庫工程位于新疆博爾塔拉蒙古自治州哈拉吐魯克河上，是一項以供水、灌溉為主，兼顧發電的水利工程。總庫容2870萬m3，調節庫容2610萬m3，攔河壩最大壩高85 m。工程由攔河壩、表孔溢洪道、底孔導流兼泄洪洞、發電引水系統和廠房等組成。工程等別為Ⅲ等，攔河壩采用瀝青心墻壩，壩高85 m，工程規模為中型。工程設置1處C2料場和1處永久棄渣場。

工程所在區域位于阿拉套山南麓，遠距海洋，地處歐亞大陸腹地，為典型大陸型氣候，具有光照充足，冬夏冷熱懸殊，干旱少雨，蒸發量大，多風多冰雪等特點。多年平均降水量208 mm，多年平均蒸發量（Ф20 cm）1412.8 mm，多年平均風速2.61 m/s，風向以西風為主，歷年最大凍土深度201 cm。項目區植被覆蓋度在40%以上。土壤以栗鈣土、黑鈣土為主。項目區侵蝕形態以細溝侵蝕和面蝕為主，原地貌土壤侵蝕模數為1000 t/（km2·a），土壤容許流失量確定為1000 t/（km2·a）。

2 項目區水土流失情況

①風力侵蝕:根據第一次全國水利普查水土保持專項普查新疆維吾爾自治區全區土壤侵蝕面積達88.54 km2，侵蝕面積約占全國的三分之一[1]，其中，風力侵蝕面積為79.78 km2，占總侵蝕面積的81.49%，風力侵蝕成為新疆最主要和典型的一種侵蝕類型。本工程壩址區位于阿拉套山南麓中低山區，風向以西風為主，多年平均風速2.7 m/s，歷年最大風速25 m/s，多年平均大風日數23.4 d。該區兩邊臺地及山坡植被生長較好，為山地干草原，河谷為針闊混交林帶，生長有林地、灌木及草甸植被，植被覆蓋度在40%以上。土壤以栗鈣土、黑鈣土為主。料場、渣場區位于壩址下游地勢比較平坦、開闊地區，該區為荒漠化草場，植被覆蓋率約為25%，地表抗風蝕的能力較強。綜合分析項目區氣象、植被、土壤等條件，判斷項目區屬于輕度風力侵蝕。

②水力侵蝕:根據當地氣象資料，項目區降水量較北疆其他地區稍多，多年平均降水量201.6 mm，最大一日降水量24 mm。由于地表植被覆蓋率高，對暴雨有一定的攔蓄作用，水蝕以濺蝕為主，局部地區植被蓋度較低的區域以細溝侵蝕為主，溝寬2 m～5 m，長數百米，溝兩側巖體裸露，岸坡較陡，綜合判斷項目區水力侵蝕強度屬于輕度侵蝕。

3 棄渣場合理性分析

根據施工組織設計和現場實際情況，1#棄渣場在山丘區的丘陵上，為坡地型棄渣場，占地面積為6.97 hm2，棄渣量為59.59萬m3，最大堆渣高度為19 m。該棄渣場未在河道及湖泊管理范圍內布設；不處于對重要基礎設施、人民群眾生命財產安全及行洪安全有重大影響的區域；不處于匯水面積和流量大、溝谷縱坡陡、出口不宜攔截的溝道內；棄渣場與下游無公共設施、工業企業、居民點等的安全防護距離符合規范要求，不會影響其安全。

4 棄渣場水土保持措施設計

4.1 擋渣墻

本項目棄渣場為坡地型棄渣場，依據《水土保持工程設計規范》（GB51018-2014）、《水利水電工程水土保持技術規范》（SL575-2012），1#棄渣場擋渣墻、護坡等建筑物等級為Ⅳ等4級。棄渣場攔渣堤穩定性分析見表1。棄渣場擋渣墻長度為170 m，頂寬0.5 m，底寬2.9 m，高度為4 m，基礎埋深0.7 m。1#棄渣場需土方開挖345 m3，漿砌石量為1018 m3，見圖1。

表1 棄渣場攔渣穩定性分析

圖1 擋渣墻剖面圖

計算項目為等厚土層土坡穩定計算，采用瑞典條分法進行安全系數計算，不考慮地震，不考慮水的作用。計算簡圖見圖2，土層信息見表2、表3。土條重切向分力與滑動方向反向時當下滑力對待；給定圓心、半徑計算安全系數；條分法的土條寬度為1.000 m；圓心X坐標為5.000 m；圓心Y坐標為12.000 m；半徑為15.000 m。

圖2 計算簡圖

表2 上部土層數1

表3 下部土層數2

經計算，滑動圓心為（5.000 m，12.000 m）；滑動半徑為15.000 m；滑動安全系數為1.549；總的下滑力為907.333 kN；總的抗滑力為1405.283 kN；土體部分下滑力為907.333 kN；土體部分抗滑力為1346.464 kN；筋帶在滑弧切向產生的抗滑力為58.818 kN；筋帶在滑弧法向產生的抗滑力為0。

依據《水土保持工程設計規范》（GB 51018—2014）中，棄渣場抗滑穩定安全系數采用瑞典圓弧法、改良圓弧法計算時，正常運用情況下抗滑穩定安全系數必須≥1.15。本工程棄渣場級別為4級，經計算典型斷面抗滑穩定安全系數為1.549，滿足要求。

依據《水利水電工程邊坡設計規范》（SL 386-2007）3.4抗滑穩定安全系數標準，非正常運用情況下抗滑穩定安全系數必須≥1.00，經計算典型斷面抗滑穩定安全系數為1.549，滿足要求。

4.2 削坡

為防止渣體發生滑塌，并增加邊坡穩定性，在棄渣堆置過程中，及時對邊坡進行削坡開級。棄渣場以現有的臨時道路為界，按高程分為兩個臺體，高程1205 m～1224 m為一個渣體，高程1234 m～1240 m為一個渣體，按照1∶1.5對棄渣進行削坡，棄渣場削坡量為5860 m3。

4.3 馬道

棄渣進行削坡處理后，在高程1205 m～1224 m的渣體堆渣高度10 m左右處設置3 m寬的馬道平臺，將渣體分為兩級，邊坡采取1∶1.5，馬道長度約90 m。

4.4 覆土

棄渣場堆置完成后，需恢復原地貌采取綠化措施，并與周邊環境相協調，在實施植物措施前需覆土，覆土厚度為0.3 m，覆土從綠化土場外購，棄渣場區覆土量為1.36萬m3。

4.5 撒播草籽

撒播草籽可選擇免灌植博樂蒿等，以條播為主，在整好的土地上開溝，深5 cm～10 cm，溝距離約15 cm。播種后根據天氣情況每天或隔天噴水，幼苗長至3 cm～6 cm可停止噴水，但要保持土壤濕潤。草籽撒播量為100 kg/hm2，綠化面積為4.54 hm2，共需要454 kg。初期可用汽車拉水灌溉1～2次，保證其成活。

5 結論與建議

5.1 結論

本文通過對博爾塔拉蒙古自治州某水庫工程坡地型棄渣場的水土流失現狀及設置的合理性進行分析，得出棄渣場采用的水土保持措施，既能防止棄渣場的水土流失又能達到恢復自然景觀的效果，使棄渣場與周邊環境相協調，起到水土流失治理和生態環境保護雙贏的目的。

5.2 建議

水利水電工程項目多處于山區，受限于施工場地布置，本文棄渣場最大堆渣高度為19 m。棄渣場雖采取了相應的攔擋措施，但施工組織設計和后續的水土保持方案中未對減少棄渣場占地提出優化設計的方案，在后續同類工程棄渣場措施設計中，建議將棄渣場和取料場結合利用，盡可能將料場恢復至原地貌，減小棄渣堆置高度，減少棄渣對生態環境的破壞。擇優選取技術上可行、有效、投資省、方便施工的防護方案[2]。