德泽水库枢纽水井渣场设计和管理思考

郑冲泉

(云南水投牛栏江滇池补水工程有限公司，云南 昆明 650051)

1 概述

牛栏江—滇池补水工程是滇中调水近、中期重点工程，是滇池水环境综合治理中的近期外流域调水工程，对增加滇池流域水资源量，提高水资源承载能力，改善水环境容量，协调昆明市及曲靖市的经济社会发展具有重要意义。

整个工程由德泽水库水源工程、干河泵站提水工程和输水线路工程组成，工程自2013年12月底投运以来，已取得了良好的生态效益、社会效益和经济效益。

德泽水库枢纽区属高山峡谷区，工程建设弃渣场的选择较为困难，设计单位遵从安全、影响、水土流失、经济等原则，多方踏勘选点，最终在德泽水库坝址下游约3.2km的牛栏江右岸水井村民小组一冲沟内选择了该工程的弃渣场，该渣场属沟道型，距德泽乡1.2km，是德泽水库枢纽工程区设计的3个弃渣场之一，原设计的沙鼓弃渣场因存在征地、交通等诸多困难，被迫放弃，最终该渣场承担除料场外的工程区所有弃渣，堆渣高程1685～1787m，堆渣坡比1∶2。工程竣工时弃渣总量达到156万m3，成为整个牛栏江—滇池补水工程最大的一个弃渣场，如图1所示。

图1 竣工后的水井渣场

工程开工以后，水井渣场拦挡及排水工程措施均按设计进行了施工，对该渣场及周边设施起到了重要的防护作用。

2 水井渣场投运以来遭遇的几次地质灾害

2.1 2014年渣场灾害

2014年7月3日下午，工程区降雨量达53.5mm，致使渣场南东部排水沟因小型泥石流淤塞或损毁，渣场范围外汇入的洪水因排泄受阻，漫过排水沟直接冲入渣场上部复垦的耕地和进场道路，造成中上部复垦的耕地及渣体冲刷破坏严重。

为消除隐患，保证渣场顶部复垦的耕地、周边居民和设施的安全，结合渣场现状，2014年11月—2015年5月，工程建设指挥部组织对损毁部分进行了修复。

2.2 2015年渣场下部进场公路灾害

2015年8月，水井渣场下部公路路面出现纵向裂缝，当年11月沾会高速公路跨江大桥项目进场施工，施工期间，重型设备及车辆反复碾压，至2016年3月路面裂缝加宽加深，最大缝宽约15cm，最大可测缝深约1m，如图2所示。大桥施工单位对出险路基未进行有效加固处理，仅用小石和砂对裂缝进行了充填。

图2 渣场下部进场公路裂缝

2.3 2017年渣场左侧山体滑坡灾害

2017年7月7日凌晨，工程区降雨量达77.5mm，渣体北东侧山体塌方，引发泥石流，北部局部渣体排水沟被冲毁，泥石流沿排水沟流淌至渣体下部进场公路上，公路周边排水沟及涵洞堵塞。灾后，乡政府组织对泥石流进行了简单清理。

2017年9月5日下午至6日凌晨，工程区再次迎来2017年最强降雨，12h降雨量达121.5mm，渣体北侧排水沟再次被泥石流侵袭冲刷，渣体下游过公路涵洞再次被淤塞，渣场周边排水沟多被泥石流淤堵，排水不畅，洪水沿公路路面和马道排泄，部分洪水沿公路裂缝下渗，使公路路基饱和软化，9月6日8∶30—9∶00渣场左岸山体滑坡，路基向江面水平滑移距离约90m，左岸山体滑坡过程中波及下游侧渣体，致使渣场上游侧渣体被牵引下滑，蠕滑过程中渣体马道上下渗的洪水扩大了滑坡的规模，加速了滑坡进程，整个滑坡范围长约70m，滑坡后缘最大高差约20m，对外交通中断，如图3所示。

图3 2017年灾后的水井渣场

为彻底消除隐患，保证渣体、渣场和过往群众及下游乡镇的安全，2018年5月—2019年1月，项目业主单位组织对渣场灾害进行了系统治理。

以上3次灾害治理费用超过1200万元，损失巨大。

3 渣场灾害原因分析

3.1 汛期短时强降雨

2014年7月3日12h的降雨量53.5mm，2017年7月7日12h降雨量77.5mm，2017年9月5—6日12h降雨量121.5mm，均达到大雨—大暴雨等级。根据水利水电工程弃渣场分类，水井渣场为沟道型，径流面积约2km2，渣场源头分东侧和东南侧2条支沟，两冲沟源头均有季节性岩溶水补给，属地形分水岭外补给的水源。因出水点位置较高，汛期呈瀑布状下泄，是整个渣场的主要水源，同时因水力坡降较大，对沟口冲刷破坏较大，是渣场灾害的主要外因。

3.2 渣场外围排水系统设计不合理

根据技施设计阶段的设计，水井渣场主要布设了以下水土保持工程措施：在渣场底部设置碾压式拦渣坝1座，在渣场内各主、支沟底部设置排水盲沟，在渣体周边设置通畅的截、排水沟，在拦渣坝下方设置沉沙池1座，并与渣场底部排水盲沟和周边排水沟相连通，形成排水体系。

经竣工后运行检验，渣体内的排水系统基本可靠，但渣场周边排水系统不畅，每次灾害均由渣场周边排水系统不畅造成。

3.2.1渣场周边排水沟布置和衬砌形式不合理

渣场周边的排水沟布置紧靠渣体，沟底建基面不均匀沉降明显，采用浆砌石排水沟易沉降错断，泄流防渗脆弱，加之洪水的冲刷，较易被破坏，外来洪水不能排泄在渣体之外而直接冲入复垦的耕地上，毁坏耕地和渣体，危及渣体下游的公路和乡镇安全。

紧靠山体位于基岩建基面上的排水沟，因山体多为砂泥岩，节理裂隙发育，质地相对疏松，易风化剥蚀，汛期易形成小型泥石流，因沟顶未设置盖板，泥石流常常淤满排水沟，切断了洪水的排泄通道，致使洪水漫入渣体。

北侧靠公路段222m排水沟，地形高差达62m，坡降i=0.279，排水沟底板未设置消能措施，建基面未设置抗滑措施，一坡到底，每次洪水过后浆砌石排水沟均会被冲垮如图4所示。

图4 陡坡段排水沟损毁情况

3.2.2对渣场源头洪水的危害认识不足

渣场径流区面积不大，本区产生的径流小，但汛期地形分水岭外补给的岩溶水是造成渣场灾害的主要原因，未能在洪水进入渣体排水沟之前进行有效地预防，两冲沟产生的泥石流首先淤积和冲毁渣体顶部的排水沟，导致渣体泥石流的产生，加剧渣场中下部的灾害程度，如图5所示。

图5 东侧冲沟泥石流

3.2.3未考虑汛期渣场周边道路排水沟泄洪的影响

渣场所处冲沟为渣场周边地表和地下水的排泄区，进出渣场、枢纽工程区及周边村庄的道路从渣场下部和中部穿过，路边排水沟靠山体侧为砂泥岩，节理裂隙发育，质地相对疏松，易风化剥蚀，施工期间道路拓宽时，边坡未进行支护处理，汛期易形成小型泥石流，同时因沟顶未设置盖板，泥石流常常淤满排水沟，改变了洪水的排泄通道，增加了对路面的侵蚀破坏，是加剧渣场左岸山体滑坡的主要原因如图6所示。

图6 进场道路排水沟被泥石流淤塞

3.2.4未考虑沟口拦渣坝下游进场公路涵洞的泄洪能力

未考虑渣场径流区的径流量和渣场的安全等级，沿用原乡间公路的2根管径1m的预制管排泄，泄洪断面不足且易被杂物堵塞，清理不方便，导致渣场汇集的洪水无法正常排泄，漫溢至公路，沿公路裂缝下渗，软化路基，导致渣场上游侧山体滑坡，并波及渣体，扩大了灾害的程度和范围，如图7所示。

图7 渣场下游穿路排水涵洞

3.3 渣场所处地质环境差

渣场基岩主要为寒武系下统沧浪铺组(∈1c)页岩夹粉砂岩、泥质粉砂岩，岩层产状8°∠20°，总体倾向渣场冲沟右侧偏上游，薄层状，强风化为主，裂隙发育，岩体破碎；无大的地质构造发育痕迹。根据GB18306—2015《中国地震烈度区划图》，渣场区域地震基本烈度为Ⅷ度。沟道坡降大，物理地质作用强烈，不良地质现象以两岸崩塌和浅表性滑坡为主。

渣场西侧受牛栏江切割的影响，与渣体底部形成高约25m的临空面，渣场基岩属软质岩类，承载力基本能满足上部荷载的要求，但抗滑稳定性差。渣场最终弃渣量156万m3，最大堆渣高度62m，渣场地形最大高差102m。根据NB/T35111—2018《水电工程渣场设计规范》，该渣场规模属大型2级，失事对环境的危害程度为较严重。根据渣场所处的地形地貌及地质条件分析，渣场所处地质环境较差，总体处于稳定性差—不稳定状态。

3.4 缺乏管护主体

渣场表层土地复垦验收后，交由属地政府管理，但其仅对复垦土地进行使用，未能对渣场周边排水系统进行维护和保养，小的缺陷得不到及时修复和维护，最终使灾害扩大。

4 沟道型渣场设计和管理思路

4.1 渣场周边排水系统的设计

对于沟道型渣场，除渣体内部排水系统按规程规范设计外，应根据地形地质条件合理设置渣场周边排水系统，截(排)水沟设计流速应满足淤积流速和冲刷流速的要求。为避免地基不均匀沉降造成排水沟损害，少用或不用浆砌石衬砌，建议采用钢筋混凝土衬砌，并做好防渗处理，临近山体且地质条件较差的部位，边坡无法(未)处理时建议设置成箱涵或加盖板，沟头应设置钢筋石笼和沉砂池，确保汛期排水通畅。汇至渣场冲沟的外围排水系统也应按此设计，确保外围洪水不对渣场产生影响和破坏。

地形坡降较大的地段设置跌水式钢筋混凝土排水沟(涵)，底板增加抗滑锚杆，顶部视地质条件增设盖板。

拦渣坝下游的排水系统应能迅速畅快排泄渣体及周边汇集而来的洪水，确保渣体及渣场稳定。

4.2 对渣场稳定性评价

根据NB/T35111—2018对渣场级别进行划分，并结合地形地貌及地质条件等综合评价场地的稳定性，做到因地制宜、安全可靠、经济合理，并满足环境保护与水土保持要求。对地质条件适应性差的渣场，提前采取相应的工程措施。

4.3 采用综合治理措施

渣场拦挡、边坡防护、防洪排导等采用工程措施保障其稳定性，渣体边坡及渣场外围采用植物与工程相结合的综合措施来控制地表径流，减小水土流失，保证边坡的稳定性，充分发挥生态治理的效果，构建和谐的生态环境。

4.4 明确责任主体

鉴于渣场复垦验收后属地政府无专业人员和经费对其进行维护保养，为确保渣场综合效益的发挥，减少渣场对周边环境的影响，建议渣场竣工验收后由项目业主单位做好日常监测与管理，属地政府做好使用管理工作。

5 结语

(1)汲取近年来频发的渣场灾害事故教训，建议水利水电工程渣场的设计和管理工作应与主体工程同等对待，加大投入，确保水利水电工程综合效益的发挥。

(2)沟道型渣场因三面环山，具备泥石流产生的所有要件，是水利水电工程建设中水土流失的重要区域，如何防治泥石流对对渣场的影响，是弃渣场工程水土流失防治工作的重点。同时沟道型弃渣场较其他类型的渣场水土保持措施设计更为复杂，渣场治理应当坚持“综合治理、系统治理和源头治理”的方针，将弃渣场变成生态工程和民心工程。

(3)水毁是弃渣场破坏的重要形式之一，因此，合适的排水方案是确保沟道型渣场稳定的关键，外围截(排)水沟设计应根据地形地貌、地质、水文和施工等条件综合分析，采用不同的设计方案。

(4)渣场的安全使用设计是基础，良好的施工质量是保障，后期的运行管理是关键。