孫若城
(新疆水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院,新疆 烏魯木齊 830000)
近年來(lái),隨著西部大開(kāi)發(fā)對(duì)新疆的建設(shè)加快,大批水利水電工程開(kāi)工建設(shè),為新疆的經(jīng)濟(jì)發(fā)展起到促進(jìn)作用。但工程建設(shè)的同時(shí)也加劇了當(dāng)?shù)氐乃亮魇А9こ淌┕て陂g土石方挖填量較大,疆內(nèi)大中型水利水電工程產(chǎn)生的棄渣量多在50萬(wàn)~200萬(wàn)m3間,需設(shè)置數(shù)個(gè)專用的棄渣場(chǎng)堆置,單個(gè)棄渣場(chǎng)堆渣量多在數(shù)十萬(wàn)方,受限于水利水電工程項(xiàng)目區(qū)的地形條件,棄渣場(chǎng)多設(shè)置于河灘、河岸階地以及支溝的溝道岸邊,施工期間棄渣易受大風(fēng)降雨等自然因素的影響產(chǎn)生水土流失。施工結(jié)束后,工程道路沿線可視范圍內(nèi)的永久棄渣場(chǎng)若不做好植被恢復(fù)措施,對(duì)工程區(qū)周邊景觀會(huì)產(chǎn)生較大影響,在自然恢復(fù)期內(nèi)也會(huì)產(chǎn)生一定的水土流失。本文以新疆KSTY水電站工程工程為例,在充分了解工程區(qū)自然環(huán)境及主體工程設(shè)計(jì)的前提下,因地制宜的對(duì)棄渣場(chǎng)提出水土保持措施,為水利水電工程棄渣場(chǎng)的水土流失防治提供參考。
KSTY水電站工程采用堤壩式開(kāi)發(fā),由攔河壩、表孔溢洪洞、導(dǎo)流兼泄洪洞、發(fā)電引水洞、壩后式地面廠房等建筑物組成。電站屬Ⅱ等大(2)型工程,工程總占地面積551.22 hm2,其中永久占地498.87 hm2,臨時(shí)占地52.35 hm2。工程土石方開(kāi)挖總量為146.54萬(wàn)m3,總填筑489.64萬(wàn)m3,利用料56.17萬(wàn)m3,借方總量為421.91萬(wàn)m3,總棄渣量78.81萬(wàn)m3。
工程設(shè)置了4處永久棄渣場(chǎng),總堆渣量78.81萬(wàn)m3,最大堆高不超過(guò)8 m。其中1#和3#棄渣場(chǎng)位于水庫(kù)庫(kù)區(qū)內(nèi),2#和4#棄渣場(chǎng)位于庫(kù)區(qū)外階地。1#棄渣場(chǎng)位于壩址上游庫(kù)區(qū)內(nèi)的左岸Ⅱ級(jí)階地,處于河谷區(qū),坡度約為3~4%,現(xiàn)狀為天然草地;2#棄渣場(chǎng)位于樞紐下游左岸Ⅱ級(jí)階地上,地勢(shì)平坦開(kāi)闊,坡度約為4~6%,現(xiàn)狀為天然草地;3#棄渣場(chǎng)位于壩址上游庫(kù)區(qū)內(nèi)的右岸Ⅱ級(jí)階地上,地勢(shì)較為平坦,坡度在2~3%左右,現(xiàn)狀為天然草地;4#棄渣位于壩址下游右岸Ⅱ級(jí)階地,地勢(shì)平坦開(kāi)闊,坡度約為2~3%,現(xiàn)狀為天然草地。
①水力侵蝕:項(xiàng)目區(qū)多年平均降水量375.26 mm,最大日降水量為50.3 mm,根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查,各棄渣場(chǎng)均位于河道兩岸階地,地面坡度在2°~6°之間,地形較為平坦,占地類型均為草地,植被蓋度在30%~50%,無(wú)明顯的匯水沖刷痕跡,沒(méi)有沖洪溝分布,地表僅在暴雨天氣下存在一定程度的濺蝕和面蝕,水力侵蝕程度較輕??傮w來(lái)看未擾動(dòng)情況下棄渣場(chǎng)內(nèi)水力侵蝕方式主要為面蝕,侵蝕強(qiáng)度為輕度。
②風(fēng)力侵蝕:項(xiàng)目區(qū)多年平均風(fēng)速1.7 m/s,最大風(fēng)速20.0 m/s,年均大風(fēng)日數(shù)(≧7 m/s)10.2 d,具備風(fēng)蝕發(fā)生的風(fēng)力條件。但在現(xiàn)狀棄渣場(chǎng)占地范圍植被蓋度在30%~50%,基本無(wú)明顯的裸露地表,發(fā)生風(fēng)蝕的能力較弱,基本不具備發(fā)生風(fēng)力侵蝕的下墊面條件。綜合看來(lái),未擾動(dòng)情況下棄渣場(chǎng)風(fēng)力侵蝕強(qiáng)度為微度。
棄渣場(chǎng)在施工期間將被開(kāi)挖出的土石方占?jí)?,堆置的土石方較為松散,棄渣中的細(xì)顆粒易受大風(fēng)和暴雨侵蝕產(chǎn)生流失,總體的土壤侵蝕強(qiáng)度為中度,局部區(qū)域甚至可達(dá)到強(qiáng)度。施工完畢后,原本天然草地被裸露的渣體占?jí)?,失去了蓄水保土的能力,原有的水土保持設(shè)施被破壞,在自然恢復(fù)期內(nèi)將產(chǎn)生面蝕為主的水力侵蝕。棄渣的堆放再塑了原地貌,形成較陡的邊坡,改變了原地表坡面的產(chǎn)匯流條件,若不妥善解決排水問(wèn)題,不僅會(huì)造成棄渣本身的流失,而且可能使渣堆附近區(qū)域的水土流失由原來(lái)的面蝕逐漸演變?yōu)闇衔g,加劇當(dāng)?shù)鼐植繀^(qū)域的水土流失[1],甚至可能淤塞河道或溝道,影響行洪,對(duì)下游水利工程及設(shè)施、人員產(chǎn)生危害。
根據(jù)以上分析,為防止棄渣滑塌流失,需布設(shè)經(jīng)濟(jì)、合理有效的攔渣措施,應(yīng)結(jié)合當(dāng)?shù)氐慕涤昵闆r,從棄渣的機(jī)械組成、渣場(chǎng)位置、上游來(lái)水等情況實(shí)施合理的攔擋措施,確保堆渣體穩(wěn)定,使堆渣體在設(shè)計(jì)洪水位以下部分滿足抗沖要求,坡腳不被洪水淘刷,在設(shè)計(jì)洪水位以上部分不發(fā)生水土流失。通過(guò)措施比較,結(jié)合堆渣體的位置、高度等實(shí)際情況,擇優(yōu)選取技術(shù)上可行、有效、投資省、方便施工的防護(hù)方案[2]。還應(yīng)做好植被恢復(fù)措施,應(yīng)當(dāng)以工程措施和生物措施相結(jié)合,盡可能的減少工程措施,盡可能的放緩邊坡,降低攔擋設(shè)施的高度,增加植物措施的比重。
根據(jù)對(duì)棄渣場(chǎng)水土流失因素的分析以及水土流失防治的重點(diǎn),結(jié)合工程建設(shè)特點(diǎn)、所處區(qū)域的環(huán)境情況,提出工程棄渣場(chǎng)水土保持措施。
①攔擋措施:位于淹沒(méi)區(qū)外的2#、4#永久棄渣場(chǎng)布置于庫(kù)區(qū)以外的河道兩岸階地,地面坡度在2°~6°,棄渣場(chǎng)類型為平地型渣場(chǎng),在堆渣前應(yīng)在臨河側(cè)的坡角處布設(shè)攔擋措施,由于堆渣區(qū)域地形平坦,施工期間和水庫(kù)蓄水后均不受洪水影響,攔擋措施可采用漿砌石擋渣墻。棄渣場(chǎng)最大堆高不超過(guò)8 m,從節(jié)省投資方面考慮,擋渣墻高度控制在2 m以下,可直接按照技術(shù)規(guī)范確定斷面尺寸。
②坡面防護(hù)及植被恢復(fù)措施:施工期間和水庫(kù)蓄水后均不受洪水影響,為使棄渣場(chǎng)與周邊景觀相協(xié)調(diào),恢復(fù)原有的土地利用類型,棄渣場(chǎng)外邊坡應(yīng)不陡于1∶1.5,并對(duì)棄渣坡面和頂部覆土并采取植被恢復(fù)措施,同時(shí)可對(duì)降水起到攔蓄作用。在臨近渣頂?shù)耐饩壊荚O(shè)排水溝,與坡面排水溝相接,短時(shí)暴雨不能及時(shí)下滲情況下產(chǎn)生的匯流可通過(guò)排水溝排入棄渣場(chǎng)下游,避免對(duì)邊坡產(chǎn)生沖蝕。
①攔擋措施:1#、3#永久棄渣場(chǎng)位于水庫(kù)淹沒(méi)區(qū)內(nèi),經(jīng)復(fù)核水庫(kù)蓄水后渣頂位于水庫(kù)死水位以下,不會(huì)占用水庫(kù)有效庫(kù)容不受水庫(kù)水體涌浪侵蝕。為避免運(yùn)行期棄渣滑塌對(duì)水庫(kù)庫(kù)容和沉淀泥沙產(chǎn)生影響,應(yīng)在堆渣前布設(shè)攔擋措施,對(duì)施工期的堆渣也能起到攔擋作用,并防止水庫(kù)蓄水棄渣滑塌增加泥沙含量,施工期間棄渣不受洪水影響,攔擋措施可采用漿砌石擋渣墻,施工期間應(yīng)做好棄渣場(chǎng)的排水設(shè)施,在渣頂和坡面布設(shè)臨時(shí)排水溝,避免暴雨徑流沖刷坡面。施工期間為降低擋渣墻內(nèi)側(cè)水位,應(yīng)在墻后設(shè)置排水孔。
②坡面防護(hù)及植被恢復(fù)措施:為避免運(yùn)行期棄渣滑塌對(duì)水庫(kù)庫(kù)容和沉淀泥沙產(chǎn)生影響,棄渣應(yīng)按照1∶1.75的緩坡堆放,水庫(kù)蓄水后棄渣場(chǎng)將被淹沒(méi),因此不需要采取植被恢復(fù)措施。
(1)位于階地的2#、4#棄渣場(chǎng),見(jiàn)圖1。
①工程措施
a.漿砌石趾墻:對(duì)于水庫(kù)淹沒(méi)區(qū)外的2#、4#棄渣場(chǎng)的堆渣坡角處底部先采用漿砌石趾墻攔擋,再進(jìn)行棄渣的堆放。漿砌石趾墻底寬1 m,高1.2 m,頂寬0.84 m,埋深0.8 m,材料選用C15漿砌塊石。堆渣應(yīng)嚴(yán)格在趾墻攔擋的范圍內(nèi)按照1∶1.5的穩(wěn)定邊坡堆放,避免滑入周邊地區(qū)產(chǎn)生水土流失。為防止地基不均勻沉陷和溫度變化引起墻體裂縫,趾墻每隔10 m設(shè)置一道寬2 cm的伸縮沉陷縫,在墻體上每隔2 m設(shè)直徑5 cm排水管。
b.排水溝:為防止降雨及匯流對(duì)渣堆的沖刷,保證堆渣的穩(wěn)定性,堆渣結(jié)束后在渣頂周邊布設(shè)排水溝,將渣頂旁的山體匯水和渣頂匯水集中由堆渣坡面導(dǎo)出。排水溝底寬0.3 m,深度0.3 m,邊坡1∶1。排水溝采用預(yù)制板襯砌,襯砌厚度5 cm。
c.覆土:為使棄渣場(chǎng)與周邊景觀相協(xié)調(diào),堆渣結(jié)束后應(yīng)對(duì)淹沒(méi)區(qū)外的2#、4#棄渣場(chǎng)進(jìn)行綠化,為保證植物措施的效果,需要對(duì)綠化區(qū)域的堆渣坡面及渣頂進(jìn)行覆土,覆土厚度約30 cm。覆土可拉運(yùn)庫(kù)區(qū)清庫(kù)時(shí)清理出的腐殖土。
②植物措施
為使棄渣場(chǎng)與周邊景觀相協(xié)調(diào),堆渣結(jié)束后應(yīng)對(duì)淹沒(méi)區(qū)外的2#、4#棄渣場(chǎng)進(jìn)行綠化,在渣頂和坡面覆土的同時(shí)人工撒播當(dāng)?shù)剡m生的免灌草種早熟禾、狗牙根的混合草籽,按80 kg/hm2進(jìn)行撒播。
(2)水庫(kù)淹沒(méi)區(qū)內(nèi)的1#、3#棄渣場(chǎng),見(jiàn)圖2。
①工程措施
a.漿砌石擋渣墻:1#棄渣場(chǎng)和3#棄渣場(chǎng)位于壩址上游階地,水庫(kù)蓄水后將被淹沒(méi),渣頂位于水庫(kù)死水位以下。為防止運(yùn)行期棄渣滑塌對(duì)水庫(kù)庫(kù)容和沉淀泥沙產(chǎn)生影響,同時(shí)對(duì)施工期的堆渣起到攔擋作用,在棄渣堆置前在各棄渣場(chǎng)地勢(shì)較低的邊界一側(cè)建漿砌石擋渣墻,再進(jìn)行棄渣的堆置,棄渣應(yīng)按照1∶1.75的緩坡堆放。
根據(jù)《開(kāi)發(fā)建設(shè)項(xiàng)目水土保持技術(shù)規(guī)范》中對(duì)攔渣工程的設(shè)計(jì)要求和穩(wěn)定性進(jìn)行分析計(jì)算,確定本工程擋渣墻采用直立式擋渣墻,墻面高2 m,墻頂寬0.5 m,墻背邊坡1∶0.5,基礎(chǔ)深0.6 m,墻踵寬度0.5 m。為防止地基不均勻沉陷和溫度變化引起墻體裂縫,趾墻每隔10 m設(shè)置一道寬2 cm的伸縮沉陷縫,在墻體上每隔2 m設(shè)直徑5 cm排水管。
②臨時(shí)措施
a.臨時(shí)排水溝:對(duì)于淹沒(méi)區(qū)以內(nèi)的1#、3#棄渣場(chǎng),為防止降雨及匯流對(duì)渣堆的沖刷,保證堆渣的穩(wěn)定性,施工期間在棄渣放穩(wěn)定、短時(shí)間內(nèi)不再擾動(dòng)的情況下,在渣頂周邊布設(shè)臨時(shí)排水溝,將渣頂匯水集中由堆渣坡面導(dǎo)出。排水溝底寬0.3 m,深度0.3 m,邊坡1∶1,采用人工開(kāi)挖,鋪復(fù)合土工膜防滲,水庫(kù)蓄水前清庫(kù)時(shí)應(yīng)將土工膜拆除。
圖2 1#、3#棄渣場(chǎng)水土保持措施剖面圖
本文通過(guò)對(duì)新疆KSTY水電站工程棄渣場(chǎng)水土流失現(xiàn)狀及影響的分析,確定了棄渣場(chǎng)水土流失治理的重點(diǎn)內(nèi)容,提出了棄渣場(chǎng)水土流失防治思路,即遵循棄渣“先攔后棄”的原則,在堆渣前根據(jù)堆渣高度及周邊環(huán)境情況,適當(dāng)降低擋渣工程高度,在滿足攔擋要求的前提下降低造價(jià)。棄渣坡面防護(hù)措施可與植被恢復(fù)措施相結(jié)合,放緩棄渣邊坡,以達(dá)到恢復(fù)自然景觀的效果,同時(shí)做好坡面排水和渣體內(nèi)排水措施。在實(shí)際實(shí)施過(guò)程中,棄渣場(chǎng)水土保持措施基本按照此思路進(jìn)行了深入設(shè)計(jì),目前工程水土保持驗(yàn)收工作已完成,根據(jù)水土保持措施實(shí)施情況來(lái)看,采取水土保持措施后的棄渣場(chǎng)攔擋措施效果良好,植被恢復(fù)情況較好,與周邊環(huán)境較協(xié)調(diào),起到水土流失治理與生態(tài)環(huán)境建設(shè)共同實(shí)現(xiàn)的效果。