基于水土保持理念下的水库工程渣场选址与防治措施

彭世寿

(贵州省水利水电工程咨询有限责任公司，贵州 贵阳 550002)

基于水土保持理念下的水库工程渣场选址与防治措施

彭世寿

(贵州省水利水电工程咨询有限责任公司，贵州 贵阳 550002)

通常情况下，水库工程渣场一般建设在河道两岸，在水库施工过程中，渣场可能会受到洪水的影响，因此渣场水土保持工程防护措施设计是水库水土保持方案的重点。对此，本文将结合工程实例，详细探究基于水土保持理念下的水库工程渣场选址与防治措施，从渣场面积、弃渣量以及渣场库容这几个方面对渣场进行选址分析与评价，另外，基于水土保持理念进行渣场区典型设计。结果表明，在水库工程渣场防治中，应该结合实际情况选择工程措施、植物措施等，这样才能够改善渣场环境，充分体现水土保持理念。

水土保持；渣场选址；防治

1 项目概况

大方县野螺沟水库地质构造单元属扬子准地台黔北台隆遵义断拱的毕节(北东向)反“S”形构造变形区，低中山地貌，亚热带湿润季风气候，项目区地震动反应谱特征周期为0.35 s，地震动峰值加速度为0.05 g，地震基本烈度为Ⅵ度，年平均气温11.8℃，多年平均降水量1112.65 mm，多年平均风速1.6 m/s，最大风速20 m/s，风向以NE风居多，年平均日照时数1335.5 h，无霜期254 d；主要灾害天气有春旱、倒春寒、冰雹、夏旱、夏暴雨、秋绵雨等，属长江流域乌江水系，项目建设区域土壤主要为黄壤、水稻土，土层厚度约0.4～2.0 m，土壤全剖面呈弱酸性，pH值6.0；植被属亚热带常绿阔叶林带，大方县森林覆盖率约44.30%，项目建设区原地表平均水土流失侵蚀模数1559 t/(km2·a)，项目区土壤容许流失量500 t/(km2·a)，属轻度侵蚀为主的区域，项目所在地属国家级重点治理区——乌江赤水河上中游治理区，同时是贵州省人民政府公告的水土流失重点治理区。

2 渣场选址分析与评价

2.1 渣场选址和面积分析

主体设计中的渣场区包括弃渣场及堆料场，设置在大坝右岸下游阶地，距大坝200 m，堆料场主要是堆放用于大坝过渡层填筑的洞挖料、趾板基础开挖及导流洞明挖可用于大坝堆石区填筑的石渣料；弃渣场主要堆放坝肩、坝基开挖用于围堰填筑后的多余弃料。弃渣场占地0.63 hm2，全部为临时占地，规划总容量为12.6×104m3。堆料场征地面积7000 m2，规划总容量为14 104 m3。渣场区主要为荒草地覆盖，下部有部分梯坪地，弃渣和石渣料分别堆放在弃渣场和堆料场，主体设计在渣场区下游布置挡渣墙，长52 m。石渣料用于大坝堆石区填筑，弃渣在石料场开采结束后运往石料场堆放，渣场区在使用结束后进行植被恢复，全部为临时占地，弃渣堆放方式为沿等高线堆放[1]。

根据现场踏勘情况，确定了渣场区的选址。渣场区下游没有学校、居民点等敏感制约性因素，不在水源保护区内，位于水库溢洪道范围外，从水土保持角度考虑渣场区选址基本合理。最终确定的渣场区占地面积为1.33 hm2。

2.2 弃渣量分析

结合主体设计和现场实际情况对项目建设的土石方情况进行分析，项目建设弃渣量为28.24×104m3。其中，9.80×104m3为剥离的表土，用作绿化覆土；剩余18.44×104m3为废弃石方，集中堆放在渣场区。同时，将有6.42×104m3石方作为大坝填筑用料堆放在堆料场；渣场区共需堆放弃渣和石渣料24.86×104m3。

2.3 渣场库容分析

由于弃渣场和堆料场紧靠在一起，本方案将弃渣场和堆料场作为一个整体进行库容分析。通过现场踏勘和对地形图的分析，渣场区库容约26.6×104m3，考虑对渣场区进行表土剥离0.3×104m3，废石场实际库容约26.9×104m3，可以满足本项目建设堆放弃渣和石渣料的要求。

渣场上游两侧布设了截水沟、使上游汇水对渣场的影响降到最小，下游布设了挡渣墙。渣场从水土保持角度考虑设置基本合理[2]。

3 渣场区典型设计

3.1 工程措施典型设计

3.1.1 覆土整治

对1.06 hm2绿化面积进行覆土整治，以便进行植被恢复，覆土来源于工程建设初期本区和大坝枢纽工程区剥离的表土，表土临时存放于堆料场上部，主体工程施工结束后覆土使用，全面覆

土面积1.06 hm2，厚0.3 m，种植乔木1170株，按1.0 m×1.0 m×1.0 m规格整地，总覆土量4350 m3。

3.1.2 挡渣墙

主体设计对西侧弃渣场没有布置拦挡措施，在弃渣场下方补充布置挡渣墙[3]，长101 m。同时渣场区位于河滩上方，主体设计中的挡渣墙高度不能完全满足要求，将进行重新设计，长52 m。

(1)面假定。挡渣墙采用重力式浆砌石挡墙，设计挡渣墙顶宽1.2 m，底宽2.8 m，高5.0 m。其中，基础深1.0 m，墙体内坡垂直，外坡坡比1∶0.3，详见表1。

挡渣墙基础应开挖至弱风化层基岩(表面粗糙的硬质岩)，基础水平，表土堆平至墙顶后按1∶1.8收坡堆放。(即坡面与水平面夹角β=29°)。

挡渣墙设排水孔10 cm×10 cm，间排距3 m，梅花型布置，排水孔靠堆土侧设碎石反滤层。

挡渣墙水平方向每隔15 m设置一道伸缩沉降缝，缝宽2 cm，采用沥青木板卡塞。

(2)计算假定。浆砌石挡渣墙墙堆土的内摩擦角取φ=30°，墙背很粗糙，排水良好，土方对挡渣墙墙背的摩擦角δ=19.2°，土方的容重γ土=18 kN/m3；墙体与基础的摩擦系数f=0.5；墙背坡面与铅垂面夹角ε=0；浆砌石容重γ浆=23 kN/m3，由于排水良好，不计水压力及扬压力的影响。

表1 挡渣墙断面尺寸表

(3)土压力计算。土方压力按库伦土压力公式进行计算：

Pa=1/2γH2Ka

(1)

(2)

式中：Pa为主动土压力；γ为土方的容重；H为挡渣墙的挡土高度；Ka为主动土压力系数。

将前述基本资料代入公式进行计算得Ka=0.626;Pa=140.85。

主动土压力的水平方向和竖直方向的分力分别为水平：Pax=Pacosδ=140.85×cos 19.2°=132.99 kN/m；垂直：Pay=Pasinδ=140.85×sin 19.2°=46.31 kN/m。

(4)抗滑稳定验算。

(3)

式中：Ks为墙体抗滑稳定安全系数；f为墙体与基础的摩擦系数，取0.65；∑W为垂直于滑动面的荷载总和，即竖直方向力的总和；∑P为平行于滑动面的荷载总和，即水平方向力的总和。

经计算得：墙体抗滑稳定安全系数Ks=1.995，大于抗滑稳定安全系数允许值1.3，满足规范要求。

(5)抗倾覆稳定验算

(4)

式中：Kt为抗倾覆稳定安全系数；W为墙体自重；Pay为作用于墙体主动土压力的竖向分力；Pax为作用于墙体主动土压力的水平分力；a为W对墙底外边缘轴的力臂；b为Pay对墙底外边缘轴的力臂，即墙底宽度；h为Pax对墙底外边缘轴的力臂，即墙1/3高度。

经计算得：墙体抗滑倾覆稳定安全系数Kt=3.19，大于抗滑倾覆稳定安全系数允许值1.5，满足规范要求。

3.1.3 网格护坡

主体设计在渣场区堆渣坡面上布置了干砌石护坡，考虑将其布置为网格护坡，总面积为2100 m2。护坡设计采用棱形浆砌石网格+覆土种草护坡，网格框架采用M7.5浆砌块石，断面0.5 m×0.5 m；单格形状为1.8 m×1.8 m的正方形，在护坡底部修建高1 m，厚0.5 m的坡脚，采用M7.5浆砌块石，框架建成后在网格内覆土0.3 m，然后种草[4]。

3.1.4 沉沙池

在渣场区下游修筑沉沙池1座，沉沙池来水量主要是渣场上游雨水经截水沟后流入沉沙池，根据《水土保持综合治理技术规范-小型蓄排引水工程》(GB/T 16453.4—2008》规范要求，拟定沉沙池宽1.0 m、长2.0 m、深1.5 m，沉沙池容量3.0 m3，采用M7.5浆砌块石砌筑。

3.2 植物措施典型设计

渣场使用结束后，将堆放的弃渣转运到石料场堆放后，对堆渣形成的平面进行覆土回填，种植侧伯1170株，混播狗牙根籽、百喜草草籽，共绿化1.06 hm2。

3.3 临时措施典型设计

表土剥离：表土剥离根据各分区后期覆土需要和各分区的可剥离表土情况，尽量选用表土质地较好的区域(梯坪地)进行表土剥离，减少转运距离。根据本区表土情况和后期覆土需要，本区共剥离表土2960 m3，表土堆放在堆料场上部。

临时种草：由于表土堆放时间较长，为防止临时表土堆放的水土流失，在堆放的表土上临时混播狗牙根、黑麦草，面积为0.11 hm2。

4 结 论

水库工程在给国家、社会、居民带来一定的生活方便的同时难免会产生数量可观的弃渣。因此，在水库工程施工中，应该将渣场水土保持的工作作为治理重点，同时做好后期的恢复设计、护坡、排水、拦挡以及表土保护等方面的措施，提高水库工程经济效益、社会效益和生态效益。

[1] 李翔宇.水利水电工程弃渣场水土保持工程的相关措施探讨[J].四川水泥，2014(11)：129.

[2] 孙碧飞.水利水电工程弃渣场水土保持工程措施研究[J].三角洲，2014(6)：153-154.

[3] 郝惠莉.水利施工中弃渣场水土保持措施分析[J].工程技术，2015(55)：99.

[4] 梅雪梅，高甲荣，马岚，等.现浇网格护坡技术建设初期植物的生态适应性[J].中国水土保持科学，2015，13(5)：79-85.

彭世寿(1968-)，男，苗族，贵州天柱人，高级工程师，主要从事水利水电工程水土保持、环境保护、生态移民等工作。E-mail:410687200@qq.com。

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2096-0506(2017)05-0092-03