凤冈县河头水库弃渣场水土保持设计

□李天宇（遵义水利水电勘测设计研究院）

1 工程概况

河头水库工程由水库枢纽建筑物和灌区工程组成。枢纽建筑物由混凝土面板堆石坝、泄洪建筑物和放水建筑物等组成，拦河坝最大坝高65 m；灌区工程的主要任务是解决区域灌溉及农村人畜用水，由3条干渠、5条支渠以及4座隧洞、4座倒虹管组成。

工程区位于扬子准地台黔北台隆遵义断拱凤冈北北东向构造变形区中部；地貌以中低山侵蚀、岩溶地貌为主；工程区地震基本烈度小于Ⅵ度；坝区出露奥陶系湄潭组(O1m)与第四系(Q)地层；工程区属中亚热带湿润季风气候区，多年平均气温15.30℃，全年≥10℃有效积温4728℃，多年平均降水量1241.80 mm，10年一遇1h最大降雨量68.80 mm，20年一遇1h最大降雨量79.00 mm。坝址以上流域流域面积35.70 km2，坝址以上河长4.62 km，河道平均比降6.40‰。

2 弃渣场概况

2.1 弃渣场现状

河头水库弃渣场位于水库大坝下游右岸，属于冲沟型弃渣场。根据实测的地形图，现状弃渣场堆渣高程679.00～709.00 m，弃渣容量约35万m3，渣体边坡1：1.10～1:1.30，弃土松散系数1.10～1.20，弃石松散系数1.40～1.50，弃渣场堆渣形成的平台面积0.94 hm2，弃渣场表面为松散土石体。弃渣场下游临近河道，无挡渣墙，无截排水设施。

弃渣场多为第四系坡积及冲洪积物覆盖，覆盖层厚2～5 m，主要成分为残坡积砂质粘土等，下伏基岩地层岩性为O1m1泥页岩和O1m2灰岩地层等，顺冲沟为F1断裂的次构造f3小断层。

2.2 水土保持方案批复弃渣场概况

根据贵州省水利厅批复的《关于贵州省凤冈县河头水库灌区工程水土保持方案的复函》，河头水库弃渣场堆渣高程676.00～692.00 m，渣体外边坡按1:2.00的坡比放坡并采用干砌块石护坡处理；渣场占地1.00 hm2，弃渣完毕后对渣顶进行土地整治恢复成耕地，土地整治面积0.92 hm2。

3 水土保持防治措施总体布局

河头水库弃渣场水土保持措施布置重点在于维护渣场自身稳定以及处理好冲沟上游来水对渣场的影响。措施布局主要为弃渣场下游侧设3～5 m高挡渣墙，堆渣边坡采用1:1.50坡比，坡面采用三维土工网草垫护坡，渣面按现状覆土整治为台阶状耕地，每层台阶朝挡渣墙方向形成约1%～3%纵坡，每层台阶沿复耕后形成的田埂布设环形排水明沟，末端分别衔接弃渣场外缘截水沟，构成弃渣场排水系统，将弃渣场上游来水、渣面汇水汇入截水沟最终排向弃渣场下游河道。

4 防治措施典型设计

4.1 挡渣墙

挡渣墙选择重力式浆砌石挡渣墙，墙高＜5 m，外坡1:0.30，内侧墙面垂直，墙底宽3.55 m，墙顶宽度1.85 m，基础埋深1.50 m，出土高度3.00 m。基础下伏O1m2灰岩地层，施工时要求清除墙基范围内风化严重岩石、杂草、表层腐殖层等杂质。挡渣墙石料抗压强度≥30 MPa，厚度≥20 cm块石，砌筑时敲除其尖锐突出部分，放置平稳，分层错缝搭迭砌筑，墙身采用M7.5水泥砂浆砌筑，墙外采用M10水泥砂浆勾缝。每隔10 m设置1道沉降缝、伸缩缝，墙体内每隔3 m设置排水孔，进口设砂石反滤层。挡渣墙顶部高程674.47 m以上按1:1.50放坡，采用三维土工网草垫护坡，护坡分台阶放坡，第一阶674.47～685.00 m，第二阶685.00～692.00 m，台阶间预留2 m宽马道。

挡渣墙断面设计和稳定计算分析，采用“理正岩土计算”软件中有关挡土墙计算软件进行试算。计算时浆砌石容重取22 kN/m3，墙后弃渣内摩擦角取30°，墙后填料容重取19 kN/m3，挡渣墙基底对地基摩擦系数0.30。档渣墙验算成果见表1。

表1 挡渣墙稳定分析表

4.2 截水沟

4.2.1 最大洪峰流量计算

最大洪峰流量采用《水利水电工程水土保持技术规范》（SL575-2012）坡面来水洪峰流量计算公式计算：

采用公式：Qs=0.278KIF （1）

式中：Qs—洪峰流量m3/s；K—径流系数，取0.80；I—10年一遇降雨强度67.10 mm/h；F—山坡集雨面积km2。

径流系数K采用凤冈县平均值0.60，平均1h降雨强度采用20年一遇标准，I=79.00 mm/h。

4.2.2 过流能力

截水沟过流能力应大于设计暴雨洪峰流量。截水沟过流能力按明渠均匀流公式计算：Q=ACR1/2i1/2（2）

式中：A—过水面积，谢才系数 C=（1/n）R1/6，糙率 n=0.017，R—水力半径。

4.2.3 断面尺寸确定

截水沟采用梯形断面，纵坡采用1×10-3～3×10-3，外坡垂直，内坡1:0.50。采用试算法计算截水沟断面尺寸。假定截水沟底宽，然后确定纵坡，按公式（2）计算此时过流能力，当过流能力比最大洪峰流量大时，即可采用假定断面。截水沟断面尺寸计算成果见表2。

表2 截水沟断面尺寸计算表

4.2.4 衬砌

截水沟采用M7.50浆砌石衬砌，浆砌石墙厚30 cm，内墙采用M10水泥砂浆抹面。

4.3 覆土整治

河头水库弃渣场整治方向为复耕，复耕方式为渣面覆耕植土30 cm，整地后撒播（三叶草、紫云英）混合绿肥草籽。具体设计如下：

立地条件分析：土、石弃渣，土壤孔隙度较大，较贫瘠。

覆土要求：覆耕植土，覆土厚度30 cm。

种植密度及混合草籽需求量：三叶草、紫云英混合草籽60 kg/hm2。

种植技术：见表3。

表3 撒播种草技术要求表

5 结论

河头水库弃渣场位于山区，其水土保持防治措施布局应结合弃渣场后期整治方向确定水土保持防治重点，主要从解决渣体稳定安全及周边排水问题等入手，布设稳定的档渣墙措施以及良好的截排水措施，在此基础上因地制宜进行弃渣场整治利用。

挡渣墙、截排水设施设计需严格计算其稳定性以及断面过流能力，确保工程性防护措施安全稳定，避免失事后危及人民群众生命财产安全以及造成严重水土流失。

河头水库弃渣场覆土整治恢复耕地0.92 hm2，降低因工程建设占地而造成的耕地减少，最大限度实现弃渣场区耕地占补平衡。