拦沟型弃渣场水土保持措施设计

赵 鸿，寇晓梅，李红星

(中国水电顾问集团西北勘测设计研究院，陕西西安710065)

近年来，伴随着我国经济社会的快速发展，大量的公路、水电和矿山等开发建设项目紧紧抓住西部大开发、灾后重建和扩大内需等契机，在秦巴山地迎来发展机遇。然而，由于受地形地貌、地质和施工(运距)等条件的限制，该区域的各类建设项目不可避免地将产生的大量弃渣(尾矿)堆弃于沟道内，形成沟道型弃渣场。按照弃渣在沟道中的具体堆放位置及与沟中水流相对位置的不同，沟道型弃渣场可细分为拦沟型弃渣场、顺沟型弃渣场和填沟型弃渣场［1］。

本文以秦巴山地镇安抽水蓄能电站西磨沟拦沟型弃渣场为例，分析了拦沟堆渣可能产生的水土流失危害，详细阐述了一套适用于具有较大设计洪水流量、地形地质条件复杂的拦沟型弃渣场的水土保持措施体系。该措施体系在保障弃渣场安全运行的同时，也为区域生态景观修复奠定了良好的基础。

1 弃渣场概况

西磨沟弃渣场为镇安抽水蓄能电站规划的唯一弃渣场，弃渣场布设于下库月河右岸的西磨沟沟内，距离西磨沟沟口约1.35 km，沟口距下水库坝址约2.0 km，距下游月河镇约5.0 km。弃渣场地势总体西南高、东北低，植被覆盖率大于80%;两岸山体陡峻，局部近似直立，岩性为震旦系灯影组条纹条痕大理岩和花岗闪长岩，沟底宽度一般8.0 m～20.0 m，沟床纵比降约11.6%;沟底覆盖层物质为块碎石及砂卵石夹大块石层，沟谷两侧有洪积台地;沟底局部有架空，局部岩溶现象发育。

西磨沟为常年性流水沟，常流量约0.5 m3/s，沟内发育有东磨沟和陈家坡沟两个冲沟。弃渣场布设于东、西磨沟汇合口下游。根据水文计算成果，弃渣场处汇水面积 10.7 km2，10 a、20 a、50 a、100 a 一遇洪水设计成果分别为118 m3/s、150 m3/s、179 m3/s和231 m3/s。

根据工程弃渣规划并结合西磨沟地形地质条件，弃渣场占地面积 7.11 hm2，堆渣总量 298.0万m3，弃渣拦沟堆放并与下游中转料场相连布设，堆渣高程892.0 m ～990.0 m，弃渣分层厚度1.0 m，每10.0 m高差设一2.0 m宽马道，弃渣按边坡1∶1.75堆放。

2 拦沟型弃渣场水土流失危害

拦沟型弃渣场由于渣体堆放方向与沟道来水方向垂直，阻断了沟水排泄通道，在弃渣场上游蓄积了大量沟道来水，并淤积抬高沟床，如果处理不当，将频繁出现“小洪水、高水位、多险情”的严峻局面。一旦失事，在降雨和上游来水等外营力作用下，渣体内部凝聚力、粘聚力等物理参数降低［2］、渣体浸润曲线抬高，导致渣体失稳，将造成严重的水土流失，更有甚者可能诱发滑坡、泥石流等地质危害。

3 水土保持措施体系及防护标准

针对西磨沟弃渣场建设施工活动引发水土流失的特点和可能造成的危害程度，本方案水土保持措施体系布设遵循“治理措施布局合理、技术指标可行、方案实施后经济有效”的原则，将工程措施、植物措施和临时防护措施有机结合，形成工程完整的水土保持措施体系［3］。具体表现为:弃渣前，按照“先拦后弃”的原则，先期实施工程拦挡、排洪等工程措施，以控制集中、高强度的水土流失;施工过程中及时实施有效的临时防护措施，以尽量减少新增水土流失量;弃渣结束后，结合弃渣场立地条件，采取乔灌草结合的植物措施，恢复和改善区域生态景观。

由于西磨沟弃渣场为大型、拦沟型弃渣场，所有工程措施均为永久性建筑物，其等级和防洪标准综合考虑设计规范要求、弃渣场规模、周围防护对象的重要性等来确定［4］。西磨沟弃渣场水土流失防治措施体系及防护标准见表1［5］。

表1 西磨沟弃渣场水土保持措施体系及防护标准一览表

4 水土保持措施设计

4.1 工程措施

4.1.1 拦挡工程

西磨沟弃渣场拦挡工程包括上游浆砌石重力拦洪坝［6］和下游浆砌石重力挡墙。

拦洪坝布设于东磨沟和西磨沟汇合口的下游、弃渣场的上游坡脚处，坝顶高程940.0 m，沟底段坝体建基高程 926.0 m，最大坝高 14.0 m，坝顶长141.24 m，共分为6个坝段，每个坝段长20.0 m ～28.0 m等;坝顶宽4.0 m;上游坝坡铅直，下游坝坡1∶0.65。沟底段坝体基础为砂卵砾石层，渗透系数较大，为强透水层。挡水坝修筑前，应先清除坝体基础表面松动石块、凹块积土和孤石，并开挖至砂卵砾石层以下1 m，使基础面大致平坦;为加强坝基与卵砾石层间的结合，提高地基抗滑稳定性和抗渗性，建基高程以上设1.0 m厚C15混凝土垫座。

堆渣结束后，在弃渣场下游侧渣体坡脚修建M7.5 浆砌石挡渣墙，挡渣墙高 3.0 m，顶宽 1.0 m，面坡倾斜坡度为0.3，背坡垂直。浆砌石挡渣墙顶高程894.0 m，基础埋深 1.0 m，墙体内布设 Φ80 mmPVC排水管，间距2.0 m，排水管始端用土工布包裹。挡墙修筑前先将墙底埋深高程以上的覆盖层清除，确保墙体基础为块石、碎石层。

4.1.2 排洪工程

鉴于西磨沟弃渣场和中转料场相连布设，故工程占地范围内排洪设计一并考虑。排洪隧洞进口设在弃渣场拦洪坝左侧坝前30.0 m处的山体内，出口设在沟道左侧下游。为保证排洪隧洞的运行安全可靠，隧洞设计采用无压洞型式。

根据渣场范围以及实际地形，排洪隧洞洞线全长约764.0 m，布置上分为引渠段、进口渐变段、洞身段、出口段、出口消能段等。其中引渠段长12.0 m，首断面底板高程931.0 m，侧边墙墙顶高程940.0 m。进口段长10.0 m，断面为城门洞型，断面尺寸5.0 m ×7.5 m，底坡为 7.4%，钢筋混凝土衬砌，衬砌厚度1.0 m。进口渐变段长20 m，首断面为城门洞型，断面尺寸5.0 m×7.5 m，末断面亦为城门洞型，断面尺寸4.5 m ×6.0 m，底坡为 7.4%，钢筋混凝土衬砌，衬砌厚度0.5 m。洞4身段长724.0 m，平面布置上有两个弯段，1#弯段转弯半径40 m，转角 50°，2#弯段转弯半径 40.0 m，转角 25°，断面为城门洞型，断面尺寸 4.5 m ×5.5 m，底坡为7.4%，钢筋混凝土衬砌，衬砌厚度0.5 m。出口段长10.0 m，断面为城门洞型，断面尺寸4.5 m×5.5 m，底坡为7.4%，钢筋混凝土衬砌，衬砌厚度1.0 m，隧洞出口高程872.8 m。出口消能段长20.0 m，底坡为2%，末端设置齿墙防止回流淘刷，两侧边墙墙顶高程882.0 m。出口消能段下游采用块石护底。

4.1.3 护坡工程

弃渣过程中由低到高，按设计体型，先外后内分层压实，分层厚度1.0 m，每10 m高差设一2 m宽马道，弃渣结束后及时清坡，使其以边坡1∶1.75稳定堆放。在浆砌石挡墙顶至渣顶高程范围内采用三维植被网护坡防护。三维植被网采用EM5型NSS塑料三维土工网，其纵横向拉伸强度不低于3.2 kN/m，抗老化等级应达到Ⅲ级。三维植被网垫铺设后，自坡顶向下充填土壤和肥料，并采用液压喷播机将混有种籽、肥料、土壤改性剂和水的混合物均匀喷洒在坡面上。

4.1.4 截排水措施

为防止降雨及坡面汇水冲刷渣体，在弃渣场堆渣范围外山体两侧基岩上开挖截水沟，开挖后形成的截水沟表面用水泥砂浆抹平。截水沟体型为梯形断面，底宽 0.7 m，深0.7 m，坡比 1∶0.5，底坡坡降为0.01。截水沟上游出口设于拦洪坝前缘，通过排洪隧洞排泄，下游与西磨沟原排洪沟道顺接。同时在渣顶前后缘及马道内侧设置矩形浆砌石排水沟，排水沟深 0.4 m，底宽0.4 m。

4.1.5 土地整治措施

弃渣结束后，渣顶将形成面积约3.03 hm2的平缓大平台，从水土保持综合治理角度出发，将采取土地整治措施和植被恢复措施以绿化美化环境。土地整治措施包括场地平整和覆土两部分。渣场坡面、顶面进行场地平整后，全部覆土，按照土地恢复功能，绿化覆土厚度按0.3 m考虑，土料全部来源于工程施工前剥离的表层腐殖土。

4.2 植物措施

4.2.1 立地条件分析

项目区属北亚热带湿润、半湿润气候区，区域气候温和、四季分明、雨量较多，气候条件适宜林草植物生长，渣顶经过土地整治，地形较平缓，形成面积约3.03 hm2的平缓大平台，地形条件有利于蓄水保墒，适合植物措施的实施。但从土壤组成看，渣体中弃石多，弃土少，土壤养分贫瘠，对植物生长不利，需经必要的土壤改良措施后，才能成为宜林地类。

4.2.2 立地改良措施

为了提高土壤肥力、肥效，防止养分下渗，在弃渣场覆土层底部设置一层透水率较低的防渗层，防渗层由厚度不低于0.3 m的黏土、沙子、发泡剂和水等复合组成。防渗层铺设前，先覆一层土石渣，土石渣粒径不小于1.5 cm，并适当压实，作为基础过渡层，防渗层铺设完毕后进行覆土。为提高苗木成活率，对弃渣场覆土层进行蓄水保肥处理，蓄水保肥处理采取保水剂和保水缓释肥，其中保水剂用量3.5 g/m2～5 g/m2，保水缓释肥用量12 g/m2～15 g/m2，蓄水保肥措施在植被种植时进行。

4.2.3 植物配置

考虑“区域生态景观修复应与社会经济发展相适应，适地适树和当地物种优先”，渣顶平台植被恢复采用乔灌草结合，以形成结构合理稳定和功能高效协调的水土保持林模式。其中渣顶四周采取灌草配置，渣顶内部平台以乔木为主体;乔木选择镇安板栗，株行距为2 m×2 m，灌木选择紫穗槐，株行距为1 m×1 m，草种选择紫花苜蓿和火绒草，草籽播种量为20 g/m2，种子混合比例为1∶1。造林后，实施封育保护与抚育管理相结合的管护措施，并加强对病虫害的监测及防治。

4.3 临时防护措施

考虑施工后期绿化覆土需要，工程弃渣前，先将弃渣场占地范围内耕地的表层耕作土实施剥离，平均剥离厚度约0.3 m。剥离的表土采取集中堆放和临时拦挡、压护、排水和绿化措施。

堆渣期间，为防止渣体滚落影响下游中转料场施工，在弃渣场下游坡脚设置钢筋石笼挡墙进行临时拦挡，钢筋石笼挡墙高3.0 m，顶宽1.0 m。

5 结语

弃渣场是开发建设项目水土流失发生、发展和防治的重点区域。具有地形地质较复杂、设计洪水流量较大、立地条件差等特点的拦沟型弃渣场，一旦失事，水土流失后果最为严重。本文分析了其可能产生的水土流失危害，有针对性的进行了拦挡、排洪、坡面防护、临时防护以及植被绿化美化等措施设计，这些措施实施后可有力保障主体工程的顺利建设，有利于区域生态景观修复。也可为具有类似特征的拦沟型弃渣场防护措施设计提供借鉴价值。

［1］周天佑，卿太明.四川省开发建设项目弃渣量、弃渣场的类型与防洪标准［J］.四川水利，2004，(3):55-56.

［2］赵 芹，郑创新.沟道型弃渣场的水土流失危害及工程防护措施分析［C］//中国水土保持学会规划设计专业委员会2009年年会暨学术研讨会论文集，2009.

［3］杜运领，吴 伟.白鹤滩水电站特大型弃渣场水土保持设计［C］//中国水土保持学会水土保持规划设计专业委员会2011年年会论文集，2011.

［4］操昌碧.水利水电工程弃渣场水土保持工程措施研究［J］.水电站设计，2001，17(4):39-41.

［5］赵 鸿，等.陕西镇安抽水蓄能电站水土保持方案报告书［R］.西安:西北勘测设计研究院，2013.

［6］皮 漫，路 宁.陕西镇安抽水蓄能电站西磨沟弃渣场拦洪坝及排洪隧洞设计计算书［R］.西安:西北勘测设计研究院，2013.