某矿业选厂项目水土流失防治工程典型设计分析

张丽梅

（河北省承德市水土保持科学研究所，河北承德067000）



某矿业选厂项目水土流失防治工程典型设计分析

张丽梅

（河北省承德市水土保持科学研究所，河北承德067000）

摘要：笔者从某矿业有限公司萤石矿选厂建设项目实际出发，探讨了其水土流失防治措施，分工程措施和植物措施两部分进行了水保工程典型设计，其中将设计重点放在工程措施，而在工程措施中又重点进行了排水沟和挡土墙的设计，以期对类似工程起到指导借鉴意义。

关键词：水土流失；防治；工程设计

1 项目概况

某矿业有限公司萤石矿选厂建设项目地处冀北山区，燕山山脉东段，地貌类型属低山区。项目建设包括办公生活区、选矿厂区、运输道路、输水管线。该项目年处理萤石原矿33万t，年产萤石精粉8.43万t，属中型建设生产类项目。该项目建设总投资5724.14万元，土建投资1569.15万元。

项目建设总占地面积 3.33hm2，其中办公生活区占地面积 0.58hm2，选矿厂区占地面积1.83hm2，运输道路占地面积0.72hm2，输水管线占地面积0.20hm2。项目建设总土石方量为15.4万m3，其中：建设期挖方7.7万m3，填方7.7万m3。该项目水土保持方案设计深度为初步设计阶段，项目建设时间由2013年1月开工至2015年1月完工，建设期2年。设计水平年确定为工程完工后第一年，即2016年。

项目区位于滦河流域，滦河流域属国家级重点预防保护区，根据GB50434-2008《开发建设项目水土流失防治标准》，确定项目区的水土流失防治标准为建设生产类项目一级标准。扰动土地整治率＞95%，水土流失总治理度＞90%，土壤流失控制比在1.1，拦渣率达到98%，林草植被恢复率为97%，林草覆盖率＞25%。

2 水土流失防治工程典型设计

2.1 工程措施设计

2.1.1 表土收集、回铺工程典型设计

由于项目区表土资源匮乏，对工程占地内的表土资源应于充分利用，必需做到应收尽收［1］。本水土保持方案设计各防治分区表层土壤收集和回铺情况见表1。

表1 各区表土收集回铺规划表　单位：cm

需要注意的是尾矿库库区内表土收集应逐年进行，当年收集次年堆积压占面积内的表土，以此类推［2］。首年收集的表土堆放在库区上游，除去坝坡覆土所需的，剩余部分外运。

2.1.2 排水沟典型设计

2.1.2.1 设计标准

根据SL252-2000《水利水电工程等级划分及防洪标准》，该方案水土保持工程按5级建筑物设计，防洪标准为10年一遇洪水。

2.1.2.2 上坝道路排水沟典型设计

（1）设计流量。根据SL204-98《开发建设项目水土保持方案技术规范》，防洪工程排洪沟设计推荐公式：

式中：QB为最大清水洪峰流量，m3/s；K为径流系数，K=（i-f）/i，计算出K值为0.82，由水文手册取0.75；i为平均1h降雨强度，由水文手册查知为37mm/h；F为集水面积，汇水面积为0.02km2。f为入渗值，由水文手册查知为10mm/h。

经计算，QB=0.15m3/s。

（2）排水沟断面设计。排水沟设计流量按0.15m3/s计算，根据明渠均匀流公式计算排水沟底宽和沟深，取糙率n=0.018，排水沟断面设计流量公式为：

式中：Q为设计流量，m3/s；A为过水断面面积，m2；C为谢才系数，m0.5/s；R为水力半径，m；i为水力比降，取0.15。

经试算，确定浆砌石排水沟断面为矩形，底宽0.4m，深0.4m，衬砌厚0.4m。

2.1.3 挡土墙典型设计

2.1.3.1 设计标准

根据GB/T16453.4-2008《水土保持综合治理技术规范》中的规定，本项目工程的设计标准为10年一遇1h最大暴雨。

2.1.3.2 上坝道路路堑边坡挡墙典型设计

设计采用梯形断面浆砌石挡墙，上顶宽0.5m，墙高1.5m，基础深1.2m，挡墙墙背为直背，外坡比为1：0.2，水泥砂浆封顶。浆砌石挡墙的稳定验算包括抗滑稳定性验算、抗倾覆稳定性验算和地基承载力验算3部分［3］。

（1）抗滑稳定计算。

式中：Kc为计算的抗滑稳定安全系数；f为基础底面与地基之间的摩擦系数，取f=0.36；ΣG为作用于挡墙基底全部竖向力之和，KN；ΣH为作用于挡墙全部水平力之和，KN；［Kc］为抗滑稳定安全系数允许值，［Kc］=1.30。

（2）抗倾稳定计算。

式中：K0为计算的抗倾稳定安全系数；ΣMy为作用于挡墙前趾的稳定力矩，KN·m；ΣM0为作用于挡墙前趾的倾覆力矩，KN·m；［K0］为抗倾稳定安全系数允许值，［K0］=1.50。

（3）地基承载力验算。

对于建在土基上的挡墙地基承载力验算应满足以下3项要求［4］：

①基底平均应力小于地基承载力设计值，即：σcp≤［f］，取［f］=200kPa。

式中：σcp为平均应力，kPa；σmin）。

②基底最大压应力要满足σmax≤α［f］。

式中：σmax为最大应力，kPa；σmin为最小应力，kPa；［f］为地基承载力设计值，kPa；α为加大系数，一般为1.2～1.5，取α=1.2。

③底压应力不均匀系数要满足η≤［η］。

式中：η为计算的基底压应力分布不均匀系数；［η］为地基压应力分布不均匀系数允许值，［η］=2.5。

浆砌石挡墙设计包括抗滑稳定性验算、抗倾覆稳定性验算和地基承载力验算3部分，计算成果见表2。

表2 挡墙稳定计算成果表［5］

边坡坡脚挡墙类型为干砌石，挡墙断面为矩形，顶宽0.5m，埋深0.5m，墙高一般为0.5m，施工时根据实际情况升高或降低。

2.2 植物措施典型设计

方案设计布设植物措施范围包括初期坝、上坝道路、堆积坝和库区平台等部位［6］。

2.2.1 立地条件评价

项目区年均降水量为524.0mm，年均气温7.0℃，无霜期140d，最大冻土深度1.2m。工程区施工后形成的再塑地表持水力较低，直接布设植物难以保证成活率，需覆表土选择耐贫瘠、浅根性、生长快的植物进行绿化，已达到尽快覆盖地表，减少水土流失的目的［7］。

2.2.2 植物种选型

通过对该项目绿化区立地条件分析，确定选择的植物应具备的特性包括：具有较强的适应能力，包括对毒害、瘠薄等不良立地因子；具有固氮能力，可缓解养分不足。此外植物种的选择还必须考虑水土保持效果较好的乡土树（草）种，包括是否具有根系发达、生长迅速、栽种容易、成活率高等特性。植物措施选择植物种为紫穗槐和爬山虎［8］。植物物种主要特性见表3。

表3 选用植物特性表比选树种

初期坝底部、上坝道路路堑边坡坡脚种植爬山虎；上坝道路路基边坡、尾矿库坝坡及闭库后的库区种植紫穗槐。爬山虎单排栽植，株距0.5m，采用一穴双株；紫穗槐栽植株行距为1.0m×1.0m。

本项目植物措施落实后，由专人管护，防止人畜破坏，受旱时应及时灌水保苗，每年冬季调查成活率，并根据情况进行补植（种）。

3 结语

笔者针对项目实际，分工程措施和植物措施两部分进行了水土流失防治工程典型设计，其中工程措施是设计重点。通过分析主体工程设计，根据GB/T16453.4-2008和GB50433-2008的要求，结合实地情况，对一些需要水土保持措施的地方，相应布设各种水土保持措施，力争在现有的技术经济条件下，把项目建设造成的水土流失降到最低程度。在此基础上必须结合对主体工程的水土保持分析和实际情况，对水保方案进行补充设计，完善该项目的水土保持防治体系，使其能够发挥保持水土、控制流失的功能。

参考文献

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［2］郑良春.水利施工技术的现状及改进措施分析［J］.水利技术监督，2012（03）：31-33.

［3］袁小琴.广西采矿区水污染现状及防治对策［J］.广西水利水电，2007（02）：32-34.

［4］刑维玲.锌金矿区水土流失现状及其防治对策［J］.河北建筑工程学院学报，2009（06）：11-13.

［5］李德平.莱芜市黑山选矿厂水土保持综合防治技术探讨［J］.中国水土保持，2006（02）：28-29.

［6］李明红.新疆和田市城市应急防洪河段防洪工程建设期水土流失预测与防治［J］.水利科技与经济，2014（01）：44-45.

［7］李继杰.农田水利工程规划设计与灌溉技术的探讨［J］.水利规划与设计，2015（01）：13-15.

［8］高红艳.浪坝河水库除险加固工程水土流失预测分析及防治措施［J］.水利科技与经济，2009（03）：235-237.

中图分类号：S157

文献标识码：B

文章编号：1008-1305（2016）02-0073-03

DOI：10.3969/j.issn.1008-1305.2016.02.031

收稿日期：2015-09-14

作者简介：张丽梅（1978年—），女，高级工程师。