临河型弃渣场水土保持防治措施探讨

孙若城

1 项目及项目区概况

某水库工程位于新疆维吾尔自治区乌恰县境内，工程主要由挡水建筑物、泄水建筑物、放水洞和管理区组成。工程等别为Ⅳ等，工程规模为小（1）型。水库为不完全年调节，水库总库容983万m3，控制灌区灌溉面积3.01万亩。工程设置有2个砂砾料场、1个石料场，2个永久弃渣场，2个利用料堆放场，12条施工道路。工程总投资为45598万元。

工程所在区域地貌类型为中高山区，气候类型属中温带干旱荒漠气候。多年平均气温7.2℃，平均年降水量173.4 mm，平均年蒸发量（Φ20值）为2655.5 mm，多年平均风速2.4 m/s，最大风速24.0 m/s，最大冻土深度大于150 cm。工程占地大部分为河滩地，地表多为河卵砾石，土壤不发育，仅河道两岸及山体坡脚有土层覆盖，土壤类型为棕钙土，土壤质地较松散。项目区植被类型为山地草原化荒漠植被，除工程管理区和施工生产生活区植被盖度在20%～40%外，大部分区域植被盖度小于5%，项目建设所在区域属于新疆维吾尔自治区水土流失重点治理区，项目区属于轻度风蚀、轻度水蚀区，侵蚀形态以细沟侵蚀和面蚀为主，原地貌土壤侵蚀模数为1500 t/（km2·a），土壤容许流失量为1500 t/（km2·a）。

2 工程弃渣场合理性分析评价

根据施工组织设计，工程建设过程中的临时堆料约为15.4万m3，最终产生弃渣124.19万m3（自然方）。主体工程设置了2个永久弃渣场，用于堆放永久弃渣。1#永久弃渣场位于坝址上游约1 km的河道左岸河滩地，为临河型弃渣场。2#永久弃渣场位于坝址下游左岸河滩地，呈条带状布置，与C2料场结合布设，为回填料坑弃渣场（符合水土保持要求，后期措施以土地整治为主，不在本文讨论范围内）。

1#永久弃渣场位于坝址上游约1 km的河道左岸河滩地，为临河型弃渣场，顺河道靠左岸山体呈条带状布置，堆渣宽度约60 m～80 m，占地面积为24.54 hm2。该弃渣场主要堆存来自于导流洞、大坝、围堰和道路工程的弃渣，弃渣以土方为主，堆渣量约118.68万m3（自然方），平均堆高约6 m（换算为松方）。

受限于项目区地处中高山区的地形条件，主体工程施工组织设计将1#永久弃渣场布设在了坝址上游1 km的河道左岸和山体间的河滩地上，1#渣场地面高程在2615 m以上，高于大坝正常蓄水位2612 m，不在库区淹没范围内，也高于大坝度汛水位2596.5 m，施工期间不受坝前蓄水的浸没影响。弃渣沿左岸山体一侧堆放，避开了主河道，弃渣场所处河滩地的平均宽度为200 m～300 m，地形较为平坦，弃渣场占用河道宽度的比例小于30%，弃渣场所处的河流为季节性河流，仅在汛期有水，多年平均流量0.2 m3/s，从河道径流量和河道宽度分析，堆渣不会挤占河道径流和行洪通道，但为了防止河水对弃渣冲刷产生水土流失，需在堆渣前沿河流方向在弃渣场征地边界修建拦挡措施，避免渣体受洪水冲蚀产生危害，不会对下游河道行洪产生影响[1]。

根据弃渣场主要工程防护措施体系，挡渣墙主要用于不受洪水影响的坡地型和平地型弃渣场的渣脚防护，拦渣坝和拦渣堤主要用于受洪水影响的沟道型、临河型和库区型弃渣场的渣脚防护。本工程1#弃渣场沿河道水流方向呈条带状布置，渣脚拦挡宜采取顺河道走向布置的拦渣堤措施。综合考虑弃渣场施工期和运行期均可能受洪水影响，水土保持措施应以渣脚防护（拦渣堤）、设计洪水位以下的迎水坡面防护（混凝土护坡）为主，并结合布置排水措施[2]。

3 弃渣场水土保持措施设计

工程区水土流失防治坚持分区防治的原则，根据工程经过的自然地带、所属水土流失防治分区确定指导性防治措施。在各防治分区以侵蚀地貌划分治理单元，提出各治理单元的主导性防治措施体系；在各治理单元，根据主要侵蚀部位系统论证推荐布置经济、合理、安全的防治措施。

本工程建设区属典型的大陆性干旱气候，主要特征为降水稀少，蒸发量大，工程占地范围大部分区域土壤贫瘠，原生植被盖度低，水土保持措施应以工程措施和临时措施为主，重点做好弃渣场的防洪及排水措施，以及施工结束后的迹地恢复工作。弃渣场水土流失防治措施如下。

3.1 设计标准

根据《水利水电工程水土保持技术规范》（SL575-2012）中水土保持工程级别划分与设计标准的规定，1#弃渣场为3级弃渣场，为临河型弃渣场，根据弃渣堆放“先拦后弃”的原则，需要在近河道一侧布设拦渣堤，拦渣堤级别为3级，边坡防护工程级别为4级。弃渣场规模大于50万m3，设计洪水标准为30年一遇，校核洪水标准为50年一遇。

拦渣堤稳定性系数取值为：抗滑稳定安全系数1.25、边坡抗滑稳定安全系数1.20、抗倾覆安全系数1.45。

工程区最大冻土深度大于150 cm，拦渣堤基底埋深不小于1.25 m。

3.2 稳定性计算

（1）渣体边坡稳定计算。由渗水材料（砂、碎石、片石、块石等）填筑的渣体，边坡高度小于10 m，边坡坍塌时破裂的形状近似于平面，可按直线滑动面法检算边坡和稳定性：

滑动稳定系数：

其中：W为作用在滑动面上的土体重（t）；α为滑动面的倾角(度)；c 为填料的粘聚力(t/m2)；φ 为填料的内摩擦角(度)；l为滑动面的长度(m)。

由于渣体为渗水材料组成，为无粘性土，粘聚力C=0，则上式简化为：

此时α即为边坡的坡角。

渣体材料内摩擦角按经验取φ=40°，边坡坡比为1∶3时，坡角α=35°，边坡滑动稳定计算选用坡角α=35°，边坡滑动系数：

（2）拦渣堤稳定计算。计算按库仑理论计算土压力；墙背填料为均质散粒体，仅有内摩擦力，无粘聚力；按重力式挡墙验算挡土墙滑动稳定性及倾覆稳定性和地基承载力；计算参数：渣体容重 19 kN/m3，浆砌石容重 23 kN/m3，内摩擦角 φ=40°，挡墙基础与地基土的摩擦系数取f=0.5。

抗滑稳定系数kc(采用倾斜基底)计算：

式中：∑N为作用于基底上的重量的代数和（包括墙的自重，土压力的垂直分力∑Ey，浸水挡墙时还包括水的浮力∑Ew）；∑EX为土压力的水平分力；α0为基底倾斜角；f为基础底面与地基。土之间的摩擦系数；

抗倾覆稳定系数k0计算：

式中：∑MY为稳定力系对墙趾的稳定力矩；∑M0为倾覆力系对墙趾的倾覆力矩。

地基承载力R计算：

式中：N为基底合力垂直基底面的分力；∑M为挡土墙的水平力和竖直力对基底重心的弯矩；A为基础底面的面积；W为基础底面的截面抵抗矩；

拦渣堤计算成果：弃渣场拦渣堤抗滑动稳定安全系数大于1.3，抗倾覆稳定安全系数大于1.5，地基平均承载力验算小于100kPa，以上结果满足拦渣堤稳定要求。

如图1所示，弃渣场拦渣堤总长2000 m，需开挖土石方10620 m3，回填土石方 42640 m3，需C25混凝土 2680 m3。排水沟2000 m，需C25混凝土660 m3。排水管φ50PVC长度4000 m。

图1 拦渣堤侧剖面图

4 结语

水利水电工程项目区往往处于山区，受限于施工场地布置，一些工程弃渣场布置在临河阶地或河滩地上。若不采取拦挡措施，弃渣受河水冲蚀会产生水土流失，影响河道水质，遇到洪水弃渣滑入河道，会对下游水库运行和灌区生产产生影响，因此必须设置拦渣措施。本文针对此类临河型弃渣场的拦挡措施的设计进行研究，为类似工程弃渣场的水土流失防治提供参考。

[1]中国水土保持学会水土保持规划设计专业委员会.生产建设项目水土保持设计指南[M].北京:中国水利水电出版社,2011:8.

[2]操昌碧.水库型弃渣场水土保持工程措施的设计 [J].水电站设计,2009.9.