李瑞鴻，李躍強

(1.中水北方勘測設(shè)計研究有限責(zé)任公司，天津 300222；2.河北省水利水電勘測設(shè)計研究院集團有限公司，天津 300220)

0 引言

黃河流域某水利樞紐工程采用一級開發(fā)高壩方案，土石方開挖工程量大，棄渣量大，工程區(qū)地貌主要為高山峽谷，兩岸山坡為陡峭的弧形山地，棄渣場選址困難[1-3]；由于黃河兩岸山體陡峻，沖溝比降大，地表徑流呈短時峰高量大的特點，棄渣場防護措施布設(shè)難度大。以上問題對工程設(shè)計的安全經(jīng)濟合理性至關(guān)重要，需在項目前期對棄渣場選址及防護方案進行專題研究[4-6]。結(jié)合主體工程土石方平衡設(shè)計確定的棄渣量，本工程確定了4處適宜的棄渣場位置。本文主要針對其中的2#棄渣場開展選址、防護方案比選和設(shè)計工作，最終確定了最優(yōu)的防護方案。

1 工程概況

黃河流域某水利樞紐工程位于西北地區(qū)黃河干流上，壩址以上控制流域面積25.2萬km2，多年平均天然年徑流量317.9億m3，占黃河流域天然徑流量的65%。

工程總庫容為117.45億m3，電站裝機容量為2600MW，工程等別為Ⅰ等，工程規(guī)模為大(1)型。樞紐工程主要建筑物包括擋水建筑物、泄水排沙建筑物、發(fā)電引水建筑物、發(fā)電廠房及開關(guān)站、供水建筑物、過魚建筑物等。大壩為碾壓混凝土重力壩，最大壩高為188.00m。水庫正常蓄水位1380m，相應(yīng)庫容為114.51億m3，設(shè)計洪水位1373.82m，死水位1330m，相應(yīng)死庫容為13.62億m3。

2 項目區(qū)自然條件

工程區(qū)屬于西北黃土高原區(qū)，土壤侵蝕類型主要為水力侵蝕，兼有風(fēng)力侵蝕，侵蝕強度以輕度為主。根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查，工程區(qū)原地貌土壤侵蝕模數(shù)約為2350t/(km2·a)。根據(jù)SL 190—2007《土壤侵蝕分類分級標準》[7]，工程區(qū)容許土壤流失量為1000t/(km2·a)。

3 棄渣場選址合理性分析

本工程4#棄渣場為坡地型棄渣場，1#～3#棄渣場均為溝道型棄渣場，這4處棄渣場均位于壩址下游，經(jīng)分析棄渣場選址均滿足棄渣場的約束性規(guī)定，不存在水土保持制約性因素。考慮篇幅限制，本文選取其中堆渣量大、最大堆渣高度大、棄渣場級別較高的2#棄渣場為例對其選址合理性進行說明。

(1)該棄渣場選址不涉及生態(tài)紅線、生態(tài)公益林、自然保護區(qū)、飲用水源保護區(qū)、風(fēng)景名勝區(qū)、永久基本農(nóng)田保護區(qū)等環(huán)境敏感區(qū)域，也未設(shè)置在河湖管理范圍及水庫淹沒區(qū)內(nèi)。

(2)該棄渣場類型為溝道型，選址盡可能與施工場地布置相結(jié)合，棄渣場運輸相對便利，在滿足安全的前提下，選擇主體工程附近右岸溝道內(nèi)棄渣，最大限度地縮短了棄渣道路長度，節(jié)約了占地，符合水土保持要求。

(3)該棄渣場占地類型主要為草地，選址遵循了“少占壓耕地，少損壞水土保持面積”的原則，保護了當?shù)鼐用竦纳a(chǎn)生活條件，減少了棄渣場設(shè)置對區(qū)域水土保持的影響。

(4)該棄渣場地質(zhì)條件總體較好，承載力滿足上覆荷載要求。根據(jù)地勘報告，該棄渣場場區(qū)內(nèi)不良地質(zhì)作用弱發(fā)育，地質(zhì)災(zāi)害危險性低，渣場場地基本穩(wěn)定，場地整體適宜性為較適宜。

(5)該棄渣場所在沖溝地表水系較發(fā)育，洪水對棄渣場有一定影響，但在采取了安全可靠的防洪排導(dǎo)工程后，可有效解決洪水對棄渣場造成的不利影響。

其作用主要是強調(diào)了這場愛情的悲劇性，突出妻子的無結(jié)果付出的可悲情感，特意重復(fù)使用大段落，使得這種情緒更溢出聽者心房。

(6)該棄渣場下游1km范圍內(nèi)無公共設(shè)施、工業(yè)企業(yè)、居民點等重要設(shè)施，沒有布設(shè)在對重要基礎(chǔ)設(shè)施、人民群眾生命財產(chǎn)安全及行洪安全有重大影響的區(qū)域；在堆渣前采取攔擋工程、防洪排導(dǎo)工程等有效的防護措施，堆渣過程中分層進行碾壓后，可保障棄渣場安全穩(wěn)定。

綜上所述，2#棄渣場基本符合GB 50433—2018《生產(chǎn)建設(shè)項目水土保持技術(shù)標準》[8]、SL 575—2012《水利水電工程水土保持技術(shù)規(guī)范》[9]及其補充技術(shù)要點(水總環(huán)[2019]635號)中關(guān)于棄渣場選址的約束性規(guī)定，不存在水土保持制約性因素；2#棄渣場場區(qū)自然山坡穩(wěn)定性較好，有利于長期堆渣，且周邊交通條件較好，下游1km范圍無重要保護對象，棄渣場容量也滿足工程堆渣需求；同時該棄渣場也具備采取有效水土保持防護措施的條件，因此符合水土保持要求。

4 棄渣場防護措施研究

2#棄渣場防護措施布局為：在堆渣坡腳修建攔擋工程，在堆渣區(qū)域內(nèi)布置排洪設(shè)施，根據(jù)溝道分布情況在棄渣場上游布置攔洪壩和攔沙壩，在最終堆渣邊線周邊布設(shè)截水溝，在馬道及堆渣頂面上分別布設(shè)馬道排水溝和堆渣頂面排水溝，棄渣結(jié)束后在最終堆渣斜邊坡采取斜坡防護工程，施工期間設(shè)置臨時排洪設(shè)施度汛。

4.1 攔擋工程比選和設(shè)計

4.1.1攔擋工程比選

結(jié)合地形條件，分別選取混凝土重力壩、均質(zhì)土壩、透水堆石壩、格賓石籠攔渣壩4種壩體型式進行分析。

從地形地質(zhì)條件、筑壩材料、排水條件、施工條件、安全性、投資綜合分析，均質(zhì)土壩方案和透水堆石壩方案較優(yōu)，但考慮到均質(zhì)土壩壩身不透水，施工期間堆渣區(qū)域需另外設(shè)置排洪設(shè)施，投資增加較多，且一旦堆渣區(qū)域滲水排放不及時，將會對土壩壩體穩(wěn)定造成威脅，因此確定攔擋工程型式采用透水堆石壩型式。

4.1.2攔擋工程設(shè)計

在堆渣坡腳修建攔渣壩，壩體結(jié)構(gòu)型式采用透水堆石壩，壩高為35.0m，壩底高程1250.0m，壩頂高程1285.0m，壩頂寬6.0m，上游坡比1∶2，下游坡比1∶2，壩長174m，上游坡設(shè)置1層500g/m2的土工布作為反濾層，土工布2側(cè)分別用20cm厚和30cm厚碎石作為保護層，最外層設(shè)置40cm厚的干砌石護坡。攔渣壩建設(shè)前應(yīng)清除壩肩及壩基表面風(fēng)化土層及植物層，設(shè)計要求攔渣壩壩基坐落在碎石土層上，并在壩基設(shè)置2層500g/m2的土工布作為反濾層。攔渣壩典型斷面圖如圖1所示。

圖1 攔渣壩典型斷面圖

4.2 防洪排導(dǎo)工程比選和設(shè)計

4.2.1防洪排導(dǎo)工程比選

2#棄渣場位于壩址下游右岸某沖溝內(nèi)，匯流面積較大，施工期間受洪水影響較大，沖溝100年一遇最大洪峰流量為115.4m3/s。防洪排導(dǎo)方式一般多采用截洪溝、溢洪道、排洪涵洞、暗管或排洪隧洞等型式，考慮到該棄渣場洪峰流量大，不適宜采用截洪溝排洪，亦不具備布設(shè)溢洪道的條件，為疏導(dǎo)和攔截棄渣場上游匯水，擬采用地下排洪方式，即布置排洪涵(隧)洞進行排洪涵，排洪涵(隧)洞入口修建1座攔洪壩；為減少攔洪壩前淤積泥沙，減少進入排洪系統(tǒng)的泥沙量，在上游依次布置2座攔沙壩。地下排洪方式在棄渣期間可滿足臨時導(dǎo)流的需要。

考慮到排洪隧洞方案長度較長，且地質(zhì)條件較排洪涵洞方案復(fù)雜，施工難度較大，而排洪涵洞方案采用明挖，施工工期易于保證，且排洪涵洞方案投資也較低，因此確定防洪排導(dǎo)工程型式采用排洪涵洞方案。

4.2.2防洪排導(dǎo)工程設(shè)計

(1)排洪涵洞

為減少排洪涵洞距離、優(yōu)化水流條件，排洪涵洞隨溝底布設(shè)，并穿過高程1336m的埡口通向下游再繼續(xù)沿溝底布設(shè)。排洪涵洞采用單孔箱涵泄洪，單孔凈斷面尺寸為3.7m×3.7m(寬×高)。

(2)攔洪壩

為疏導(dǎo)和攔截棄渣場上游匯水，根據(jù)地形條件和匯水規(guī)律在棄渣場上游修建1道攔洪壩。攔洪壩為重力壩，壩頂高程1331m，壩基高程1320.5m，壩高10.5m，壩頂寬度2m，上游壩坡坡比1∶0.1，下游壩坡坡比1∶0.6，壩頂長度41m，沿壩軸線每隔10m設(shè)置一道橫縫，縫寬2cm，縫內(nèi)設(shè)置止水。攔洪壩典型斷面圖如圖2所示。

圖2 攔洪壩典型斷面圖

(3)攔沙壩

為減少攔洪壩前淤積泥沙，從而減少進入排洪系統(tǒng)的泥沙量，根據(jù)地形條件在攔洪壩上游分別修建2道攔沙壩，均為混凝土重力壩。其中，1#攔沙壩壩頂高程1336m，壩基高程1330.5m，壩高5.5m，壩頂寬度1.5m，上游壩坡坡比1∶0.7，下游壩坡坡比1∶0.1，壩頂長度83.6m，2#攔沙壩壩頂高程1333m，壩基高程1327.5m，壩高5.5m，壩頂寬度1.5m，上游壩坡坡比1∶0.7，下游壩坡坡比1∶0.1，壩頂長度63.5m，排水管、分縫、溢流口設(shè)置要求同1#攔沙壩。1#欄沙壩。1#和2#攔沙壩斷面圖分別如圖3—4所示。

圖3 1#攔沙壩斷面圖

圖4 2#攔沙壩斷面圖

(4)坡面排水工程

為防止降雨及坡面匯水沖刷渣面，同時排出最終渣面匯水，沿棄渣場周邊修建截水溝，沿每級馬道設(shè)置一道馬道排水溝，沿渣頂面每50m設(shè)置一道坡面排水溝，馬道排水溝和坡面排水溝兩端接入截水溝，其組成的排水系統(tǒng)將匯水平順引入攔渣壩下游天然溝道內(nèi)，排水系統(tǒng)均采用混凝土結(jié)構(gòu)。經(jīng)計算，截水溝采用矩形斷面，側(cè)壁和底厚均為0.3m，斷面尺寸為2.2m(寬)×2.2m(高)，共布設(shè)截水溝長度3900m；馬道排水溝采用矩形斷面，斷面尺寸為0.5m(寬)×0.5m(高)，側(cè)壁和底厚均為0.2m；堆渣頂面排水溝采用矩形斷面，斷面尺寸為0.5m(寬)×0.5m(高)，側(cè)壁和底厚均為0.2m，共布設(shè)馬道排水溝1740m，堆渣頂面排水溝480m。

4.3 斜坡防護工程設(shè)計

堆渣結(jié)束后，在堆渣外邊坡采取C30混凝土框格梁植草護坡，護坡面積為5.47hm2。框格梁采用人字形截水型結(jié)構(gòu)，由流水槽和人字形骨架組成，流水槽截面尺寸為0.8m×0.4m(寬×深)，中間設(shè)0.3m×0.1m(寬×深)的排水溝；人字形骨架截面尺寸為0.5m×0.4m(寬×深)，骨架外緣設(shè)10cm高排水凸坎，將坡面集水匯入流水槽，流水槽排入馬道排水溝內(nèi)，坡頂布置0.7m寬混凝土封頂，并與渣頂排水溝相結(jié)合；在棄渣場堆渣頂面植喬灌草恢復(fù)植被，綠化面積19.22hm2，喬木選擇樟子松、刺槐行間混交，株行距3m×3m，灌木選擇沙棘，株行距2m×2m，草種選擇紅豆草、披堿草，混播比例1∶1，撒播量為100kg/hm2。

4.4 臨時防護工程設(shè)計

考慮到2#棄渣場規(guī)模較大，施工期較長，需加強施工期間的臨時防護措施。每年汛前結(jié)合棄渣排放能力，在堆渣區(qū)域的兩側(cè)各預(yù)先修建臨時排洪渠，排洪渠采用鉛絲石籠護砌，凈斷面尺寸均為1.2m(寬)×1.0m(高)，外側(cè)鋪設(shè)一層復(fù)合土工膜進行防滲，有利于保證棄渣場防洪安全。

5 棄渣場穩(wěn)定性分析

2#棄渣場穩(wěn)定性分析包括棄渣場整體穩(wěn)定性分析和堆渣邊坡穩(wěn)定性分析。采用摩根斯頓-普賴斯法進行計算，經(jīng)計算，棄渣場的整體抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)和堆渣體邊坡抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)在各種工況(正常運用工況、地震工況、連續(xù)降雨工況)下均滿足規(guī)范要求，不存在棄渣場整體滑動和堆渣體邊坡滑動破壞的風(fēng)險。

6 結(jié)語

本文介紹了黃河流域某水利樞紐工程棄渣場的選址過程，對其選址合理合規(guī)性進行充分論證，并以其中的2#棄渣場為例，提出了溝道型棄渣場規(guī)劃設(shè)計要點，可以為今后類似工程棄渣場的規(guī)劃設(shè)計和實施提供參考。對于匯流面積大、洪峰流量大的棄渣場，推薦采用透水性攔擋工程，以加快棄渣場場區(qū)內(nèi)排水；合理可行的防洪排導(dǎo)方案是確保棄渣場安全穩(wěn)定的關(guān)鍵因素之一，應(yīng)綜合地形地貌、水文、地質(zhì)及施工等多方面的因素確定適宜的防洪排導(dǎo)設(shè)計方案；斜坡防護工程推薦采用工程與植物相結(jié)合的綜合護坡型式，以更好地防治水土流失，體現(xiàn)生態(tài)治理的理念；對于規(guī)模大、施工期長的棄渣場，需加強施工臨時排洪設(shè)施，以提升棄渣場在施工期間的安全穩(wěn)定性。