黃 斌 馬 力 劉 暉

（長(zhǎng)江勘測(cè)規(guī)劃設(shè)計(jì)研究有限責(zé)任公司 湖北武漢 430010）

泥石流沖溝型棄渣場(chǎng)防護(hù)方案研究—以金沙水電站石家溝棄渣場(chǎng)為例

黃 斌 馬 力 劉 暉

（長(zhǎng)江勘測(cè)規(guī)劃設(shè)計(jì)研究有限責(zé)任公司 湖北武漢 430010）

在泥石流沖溝內(nèi)布置棄渣場(chǎng)，堆渣將不可避免的占?jí)耗嗍鞯男泻橥ǖ?，若不采取措施，可能?huì)對(duì)棄渣場(chǎng)上游泥石流沖溝的安全運(yùn)行造成影響，進(jìn)而危及周邊人員、居民房屋和設(shè)施的安全；同時(shí)，沖溝內(nèi)堆填的棄渣，若不加以妥善防護(hù)，堆渣可能崩塌、滑落，從而形成新的泥石流物源，可能會(huì)對(duì)棄渣場(chǎng)下游的泥石流沖溝的安全運(yùn)行造成影響，并對(duì)周邊居民和設(shè)施的安全造成威脅。本文以金沙水電站石家溝棄渣場(chǎng)為例，對(duì)泥石流沖溝型棄渣場(chǎng)防護(hù)方案進(jìn)行研究。

水電工程 泥石流 沖溝型棄渣場(chǎng) 石家溝棄渣場(chǎng) 金沙水電站

前言

水利水電工程施工過(guò)程中，為減少棄渣運(yùn)距以節(jié)省工程投資，同時(shí)考慮避免棄渣對(duì)周邊居民房屋、人員設(shè)施等可能帶來(lái)的巨大壓力，經(jīng)綜合比選，施工過(guò)程中只能將棄渣場(chǎng)布置于泥石流沖溝內(nèi)。泥石流沖溝本身具有極大的危害性，在泥石流沖溝內(nèi)棄渣，往往形成不穩(wěn)定體和潛在不穩(wěn)定體，甚至成為泥石流的重要補(bǔ)充來(lái)源，若不加以防治或防治不當(dāng)，將極可能產(chǎn)生更大的危害。

泥石流沖溝型棄渣場(chǎng)的潛在危害較大，防治經(jīng)驗(yàn)較為欠缺。如何安全順暢的排導(dǎo)沖溝內(nèi)泥石流，又能有效防護(hù)棄渣，是泥石流沖溝型棄渣場(chǎng)防護(hù)中必須面對(duì)和急需解決的問(wèn)題。本文以金沙水電站石家溝棄渣場(chǎng)為例，通過(guò)泥石流排導(dǎo)和棄渣場(chǎng)攔擋、防護(hù)相結(jié)合，工程與植物措施相協(xié)調(diào)，形成完整的棄渣場(chǎng)防護(hù)方案。

1 概述

1.1 項(xiàng)目概況

金沙水電站位于金沙江干流中游末端的攀枝花河段上，地處四川省攀枝花市西區(qū)，上距觀音巖水電站壩址28.9km，下距攀枝花水文站和銀江水電站分別約11km和21km,開(kāi)發(fā)任務(wù)為以發(fā)電為主，兼有供水、改善城市水域景觀和取水條件、對(duì)觀音巖水電站反調(diào)節(jié)作用等，并促進(jìn)地方經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展。金沙水電站正常蓄水位1022m，裝機(jī)容量560MW，，多年平均發(fā)電量為25.07億kW·h。工程建設(shè)總工期72個(gè)月。

金沙水電站樞紐工程開(kāi)挖總量936.93萬(wàn)m3（自然方，下同），填筑總量441.94萬(wàn)m3，利用自身開(kāi)挖量303.98萬(wàn)m3，經(jīng)土石方平衡后永久棄渣為625.12萬(wàn)m3，全部棄于石家溝棄渣場(chǎng)。

1.2 流域概況23

石家溝流域隸屬于四川省攀枝花市西區(qū)，流域內(nèi)分布有攀鋼三小區(qū)、新莊三社、清香坪污水處理廠等，均位于沖溝北側(cè)；其中攀鋼三小區(qū)緊鄰沖溝中段，交通便利。

石家溝流域面積0.9246km2，主溝直線長(zhǎng)度1.868km，主溝曲線長(zhǎng)度2.282km，主溝床彎曲系數(shù)1.222，流域最大相對(duì)高差750m，主溝平均比降40.1%。整個(gè)流域溝谷總長(zhǎng)度5.566km，流域切割密度為6.02km/km2。石家溝從上游到下游發(fā)育10條支溝，其中左側(cè)8條，右側(cè)2條。

石家溝流域位于區(qū)域構(gòu)造穩(wěn)定性評(píng)價(jià)分區(qū)的穩(wěn)定性較差區(qū)。區(qū)域場(chǎng)地的地震基本烈度為Ⅶ度，壩址50年超越概率為10%的基巖水平峰值加速度值為120cm/s2（0.122g）。

石家溝流域附近的攀枝花氣象站多年平均氣溫20.8℃，多年平均降雨量853.4mm，多年平均蒸發(fā)量為2596mm，歷年實(shí)測(cè)年最大風(fēng)速為17.7m/s（2001年7月20日）。

2 泥石流性質(zhì)、活動(dòng)特征及治理現(xiàn)狀

2.1 泥石流活動(dòng)歷史

據(jù)調(diào)查，清香坪攀鋼三小區(qū)后山泥石流在每年雨季皆有不同程度的發(fā)生，一年一次或多次，特別是近些年來(lái)發(fā)生頻率和規(guī)模都有加劇趨勢(shì)，2007年發(fā)生了兩次較大規(guī)模的泥石流。其中，2007年7月10日凌晨發(fā)生的泥石流，沖毀平房一間，沖走車輛一輛，未發(fā)生人員傷亡情況，當(dāng)?shù)毓?0多戶居民、200多人的安全受到嚴(yán)重威脅，直接經(jīng)濟(jì)損失約450萬(wàn)元。

2.2 泥石流性質(zhì)

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查及研究分析，石家溝泥石流物質(zhì)組成中粉砂、粘粒含量較少，多為＞2mm各級(jí)粒度，很不均勻；流體屬性多為牛頓體，無(wú)粘性；泥石流重度為1.752t/m3。經(jīng)綜合分析，該泥石流為水石型稀性泥石流。泥石流中固體物質(zhì)比重2.4t/m3，水力半徑3.5m，水力坡度40.1%，1%頻率下泥石流洪峰流量為121.34m3/s，采用《泥石流災(zāi)害防治工程勘查規(guī)范》（DZ/T0220-2006）西南地區(qū)（鐵二院）公式計(jì)算，泥石流平均流速為11.13m/s。

2.3 泥石流的活動(dòng)特征

（1） 泥石流物源

泥石流物源主要包括形成區(qū)內(nèi)溝源處的崩坡積體（主溝溝壁附近較陡坡面）和早期泥石流在流通區(qū)寬緩地段形成的泥石流堆積體，物源中不穩(wěn)定體和潛在不穩(wěn)定體總體積約11.21萬(wàn)m3；人工開(kāi)辟菜園、果園，易造成水土流失，流失的水土為潛在泥石流的物源；流通區(qū)布置的棄渣場(chǎng)棄渣若不加以防護(hù)，也將成為泥石流的主要物源。

（2） 泥石流危害

主要包括兩個(gè)方面：一是危及砂石料加工系統(tǒng)、麗攀高速隧洞進(jìn)口和清香坪污水處理廠、居民房屋、魚(yú)池等的安全；二是對(duì)石家溝棄渣場(chǎng)的危害。

經(jīng)計(jì)算，1%頻率下泥石流溝一次泥石流總量10.85萬(wàn)m3。

（3） 泥石流活動(dòng)頻率為中等

經(jīng)綜合分析，石家溝泥石流處于青壯年期，泥石流所在區(qū)域?yàn)橐谆顒?dòng)區(qū)，泥石流活動(dòng)強(qiáng)度為強(qiáng)，屬中等。

（4） 泥石流的激發(fā)因素

石家溝流域降雨集中在每年的6～9月，占全年雨量的65%以上，且易出現(xiàn)大、暴雨等強(qiáng)降雨；由于流域內(nèi)高差大，降雨量分布不均，降雨量隨海拔的增高而增大；上游降雨后，坡面及溝道匯流迅速，為中下游泥石流的形成提供了強(qiáng)勁的水動(dòng)力條件。

2.4 棄渣場(chǎng)以上石家溝泥石流治理工程現(xiàn)狀

2012年6月，攀枝花市西區(qū)國(guó)土局對(duì)攀鋼三小區(qū)石家溝棄渣場(chǎng)以上溝段采取了應(yīng)急工程進(jìn)行治理，工程措施主要包括1#、2#谷坊壩、護(hù)堤、護(hù)底等。據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查結(jié)果，治理工程結(jié)束后一年來(lái)，石家溝泥石流未大規(guī)模爆發(fā)，沖出量較小。兩級(jí)谷坊壩壩前基本為空庫(kù)，未見(jiàn)明顯淤積，泄水口未見(jiàn)堵塞現(xiàn)象，2#谷坊壩壩后護(hù)堤、護(hù)底段基本無(wú)泥石流沖出物。

3 渣場(chǎng)防護(hù)措施布局

3.1 設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)

石家溝棄渣場(chǎng)的堆渣容量810萬(wàn)m3，為特大型棄渣場(chǎng)，且其危害對(duì)象主要包括下游砂石料加工系統(tǒng)、麗攀高速隧洞進(jìn)口和清香坪污水處理廠、居民房屋、魚(yú)池等，相應(yīng)的防洪標(biāo)準(zhǔn)取上限為100年一遇；泥石流排導(dǎo)工程既排除棄渣場(chǎng)上游石家溝泥石流，又兼作石家溝棄渣場(chǎng)左側(cè)周邊排水通道，相應(yīng)的防洪標(biāo)準(zhǔn)為100年一遇，其建筑物級(jí)別為3級(jí)；攔擋工程為棄渣場(chǎng)主要建筑物，其建筑物級(jí)別為3級(jí)；攀鋼社區(qū)雨水引排工程既排除攀鋼三小區(qū)G3、G4出水口雨水，又兼作棄渣場(chǎng)周邊截排水溝，相應(yīng)的防洪標(biāo)準(zhǔn)為100年一遇，其建筑物級(jí)別為5級(jí)；截排水工程主要排除渣體表面匯水，防洪標(biāo)準(zhǔn)為20年一遇，周邊截水溝防洪標(biāo)準(zhǔn)為100年一遇；邊坡防護(hù)工程級(jí)別為Ⅱ級(jí)。

3.2 渣場(chǎng)防護(hù)措施布局

石家溝棄渣場(chǎng)防護(hù)體系由工程措施、植物措施和臨時(shí)措施組成。主要由以下八部分組成：

（1）泥石流排導(dǎo)工程：對(duì)石家溝下游泥石流流通區(qū)采取疏導(dǎo)為主、保證流路通暢為防治要點(diǎn)，進(jìn)行有效排導(dǎo)靠近社區(qū)段和渣場(chǎng)區(qū)的山洪和泥石流，既避免山洪泥石流沖擊渣體誘發(fā)渣體失穩(wěn)，又避免堆渣導(dǎo)致上游社區(qū)段演變成泥石流沉積區(qū)。

（2） 攔擋工程：對(duì)渣場(chǎng)坡腳布置攔渣壩，避免堆渣過(guò)程中渣體向下滑落，包括埋石混凝土壩和碾壓堆石壩。

（3） 攀鋼社區(qū)雨水引排工程：有效引排攀鋼三小區(qū)雨水，既避免棄渣造成社區(qū)漬害，又防止社區(qū)雨水浸滿誘發(fā)渣體失穩(wěn)。

（4）渣底溝道處理工程：表土剝離后，采取拋石等對(duì)堆渣區(qū)天然溝道進(jìn)行處理。

（5） 堆渣邊坡防護(hù)及截排水工程：包括渣體分級(jí)和平整、網(wǎng)格護(hù)坡、渣頂、馬道、坡面排水及周邊截水等。

（6） 清表及表土臨時(shí)堆場(chǎng)防護(hù)工程：包括表土剝離、鋼筋石籠攔擋、排水措施、臨時(shí)撒播草籽、土地平整、覆土及植被恢復(fù)等。

（7） 施工臨時(shí)輔助工程：包括棄渣場(chǎng)內(nèi)道路、堆渣期間臨時(shí)截排水等。

（8） 植被恢復(fù)與建設(shè)工程：包括堆渣坡面網(wǎng)格內(nèi)灌草結(jié)合護(hù)坡、堆渣頂面喬灌草結(jié)合恢復(fù)植被等。

4 結(jié)語(yǔ)

本文以金沙水電站石家溝棄渣場(chǎng)為例，在分析泥石流性質(zhì)、活動(dòng)特征的基礎(chǔ)上，結(jié)合棄渣場(chǎng)周邊地形、地質(zhì)條件和棄渣場(chǎng)堆存形貌，采取有針對(duì)性的防護(hù)方案，按照“先攔后棄、以排為主，工程、植物、臨時(shí)措施相結(jié)合”的原則，有效地將泥石流排導(dǎo)和棄渣場(chǎng)坡面防護(hù)、周邊截排水相結(jié)合，形成完備的泥石流沖溝型棄渣場(chǎng)防護(hù)體系，可以為其他泥石流沖溝型棄渣場(chǎng)的防護(hù)方案及措施設(shè)計(jì)提供借鑒。

1. 任金明 王永明 夏威夷 汪大為．西部水利水電工程攔溝型棄渣場(chǎng)泥石流的危害及防護(hù)．水利規(guī)劃與設(shè)計(jì) 2013（6）：34～38．

2. 朱穎彥 崔鵬 鐘倫敦等．西攀高速公路泥石流防治與對(duì)策．防災(zāi)減災(zāi)工程學(xué)報(bào) 2005 25（4）：419～425．

3. 王澤榮 劉彬．蘇家溝泥石流形成原因及防治措施．四川水利 2012（1）：54～55．

10.3969/j.issn.1672-2469.2014.11.024

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23作者簡(jiǎn)介：黃 斌（1981年—），男，工程師。