水利工程土石方平衡与坝型选择初探——以新疆某水利工程为例

李淑珍

（新疆水利水电规划设计管理局，830000，乌鲁木齐）

因水利水电工程土石方动迁量及弃渣量大、弃渣场数量多，弃渣的新增水土流失量较大，所以渣场区是水土流失防治设计的重点，同时也是各界关注的重点。笔者通过多年的工作实践，认为水利水电工程建设应采用水土保持理念，重视土石方平衡及弃土弃渣的处置。

新疆干旱少雨，蒸发量大，植被覆盖率低，自然条件恶劣，是我国水土流失最严重的省份之一，生态环境十分脆弱。因此，各类开发建设项目应尽量减少地表扰动，减少水土流失。以新疆某水利工程为例，论述弃渣量的多少与工程布置、坝型选择及施工组织设计的关系。

一、存在的问题

1.对水土保持重视不够

因水土保持为项目附属专业，在水利工程建设中不受重视。新疆地域辽阔，荒漠戈壁占了很大面积，使得新疆开发建设项目在占地补偿和水土保持等方面投资相对较少，因此很多项目在实施过程中不太重视水土保持工作。

2.干旱少雨的气候环境，植物措施难以实施

新疆因干旱少雨，水土保持所实施的植物措施如不采取灌溉措施，很难自然恢复成活。由于水利工程多处于人烟稀少的地区，采取灌溉措施基本没有条件，因此可以实施植物措施的区域有限，水土保持措施基本以工程措施为主。水利工程建设需大量的动迁土石方，大面积的扰动地表，现状所采取的工程措施只有砾石压盖 （主要指料场和渣场表面），对于风蚀严重的新疆地区，很难控制水土流失。如位于和田地区的某水库工程，坝址区河床左右岸阶地均覆盖第四系风积低液限粉土，平均厚度约20 m，由于土料具有地震液化性、流土的特性及湿陷性，不能作为筑坝材料和大坝基础，筑坝时需全部挖除坝基粉土，由此产生了825万m3（松方）的粉土弃渣，渣场设计仅采用了拦挡和渣面平整措施，而渣场表面的水土流失很难控制。因此在新疆水利工程建设中应尽量减少扰动面积，做好土石方挖填平衡，减少土石方动迁量，才能减少水土流失。

二、坝型选择与水土保持

新疆在水库大坝工程设计中，目前已建及拟建的大坝大多选择土石坝（沥青混凝土心墙坝、混凝土面板坝等）。一是因为重力坝和拱坝（在此选择混凝土重力坝为代表坝型）对坝址区地形地质条件要求相对严苛，尤其受坝址区深厚覆盖层限制，有些坝址的地形地质条件不适合建重力坝；黏土心墙坝受限于黏土来源和设计要求，仅有少量工程采用此坝型。二是因为土石坝筑坝材料可就近开采，虽然土石坝相对混凝土重力坝而言坝体庞大，土石方动迁量较大，但新疆地域辽阔，荒漠面积大，有大片的土地可以作为料场和弃渣场，工程占地投资相对较少，工程总投资相对较省。重力坝投资相对较大，但其土石方动迁量相对土石坝要少，弃渣量也少，在地形地质情况能同时具备建混凝土重力坝和土石坝的条件下，混凝土重力坝土石方动迁量要相对较少，如果投资相差不大的话，从水土保持角度看更宜选择重力坝。

三、典型工程实例

以新疆某水利工程为例，说明枢纽工程布置、坝型选择与土石方挖填平衡及弃土弃渣量的关系。

1.水库工程概况

某水利工程位于天山北坡中低山区。工程区多年平均年降水量为452.9 mm，植被盖度为20%~30%，原生地貌土壤侵蚀模数 2 000 t/（km2·a）。工程分别从防洪标准、地形地质条件、工程布置及工程量、建筑材料、工程技术条件、基础条件、当地气候的影响、工程施工、环境协调性、工程投资等方面，对土石坝（沥青混凝土心墙坝、混凝土面板堆石坝）和混凝土重力坝两种坝型进行综合技术经济比较，推荐方案选择了混凝土重力坝方案。枢纽工程由混凝土重力坝、位于坝身的溢流表孔、泄洪底孔和供水管进口组成。最大坝高55.5m，坝顶长201m。溢流坝段布置在主河床中间，底孔泄洪坝段位于右岸阶地，进口建筑物是输水隧洞的取水口，引水管进口布置在大坝上，进口紧邻泄洪底孔进口布置。

2.坝址区工程地质及天然建筑材料

坝址处河谷呈“V”形，坝址区岩性为石炭系下统齐尔古斯套群的凝灰岩、凝灰质泥岩和凝灰角砾岩，中硬岩，岩体较完整。河床覆盖层为冲积漂卵石，覆盖层最厚处3.5 m。

工程区附近有约180万m3便于开采的砂砾料。混凝土骨料料源丰富，也可作为土石坝的填筑料。地形地质情况具备修建混凝土重力坝或土石坝的条件。

3.枢纽布置、坝型选择与土石方动迁量比较

选择沥青混凝土心墙坝和混凝土重力坝进行土石方平衡比较。沥青混凝土心墙坝方案枢纽布置由大坝、表孔溢洪道、导流兼泄洪排沙洞、供水管道等建筑物组成，右岸从左至右依次布置有供水管道、表孔溢洪道、导流兼泄洪排沙洞。混凝土重力坝方案表孔、底孔及供水管进口都布置于坝身，相比于沥青混凝土心墙坝减少了导流兼泄洪排沙洞和表孔溢洪道的土石方开挖量。两种坝型主体工程土石方挖填工程量、占地及投资见表1。

从表1可以看出，仅从枢纽工程区各建筑物的开挖量来看，沥青混凝土心墙坝产生了46.17万m3的弃渣，比混凝土重力坝多了26万m3。以堆渣高度5m计，弃渣多占土地5.2hm2。另一方面沥青混凝土心墙坝需63.2万m3的筑坝砂砾石材料，料场占地面积34hm2，混凝土重力坝需要砂砾石骨料量为10.72万 m3，料场占地面积 16.6hm2。

表1 两种坝型主体工程土石方挖填工程量及占地比较

通过比较可以看出，沥青混凝土心墙坝方案清基开挖量、筑坝材料开采量、弃渣量、渣场和料场的占地面积均比混凝土重力坝方案大，由此而造成的水土流失量也相对较大，对自然生态环境影响也较大。从水土保持角度看，混凝土重力坝方案为较优方案，与主体工程设计推荐方案相同。

工程区多年平均降水量相对较大（452.9 mm），为了减少弃渣产生水土流失，其水土保持方案设计弃渣场采取了植物恢复措施，使渣场与周围景观协调。植被恢复的方式为撒播草籽，选择当地适生的木地肤和狗牙根混合草种。

由此看出，就扰动面积和土石方动迁量来看，同样库容的水库，只要地质条件允许，从水土保持的角度来看，选择混凝土重力坝更优一些。由于节省了表孔和底孔的开挖与修建，减少了弃渣量及弃渣处置措施，其总投资也与土石坝相差不大。

四、建 议

随着各类开发建设项目的开展，地表扰动、植被破坏、人为侵蚀日趋严重，对原本十分脆弱的生态环境造成了巨大的影响。在今后水利水电工程设计和施工中应注意以下问题：

①优化工程设计方案，选择土石方动迁量少、弃渣量少的工程布置方案和坝型，从源头上减少弃土弃渣量，减少扰动及占压土地面积，防止水土流失。

②做好土石方挖填平衡，对开挖料的质量、数量、时间及空间等方面进行统筹规划，尽可能多地利用开挖料，减少借方量和弃渣量，以减少水土流失、占地和降低工程造价。

③水利水电工程的水土保持问题最重要的就是弃渣量的多少及弃渣处置。植物措施是防治水土流失最好的方法之一，既可减少水土流失，又可有效恢复工程区的生态环境，减少工程产生的水土流失和对景观的破坏。但在新疆这样干旱少雨地区，植物措施对新疆大部分地区不太现实，所以应尽量减少借方量和弃渣量，弃渣尽量利用料场开采坑进行覆坑处置，以减少扰动面积防止水土流失。必要时应研究适合新疆干旱地区的渣场表面硬化措施。 ■