高宗昌，張亦冰

(新疆兵團(tuán)勘測設(shè)計(jì)院(集團(tuán))有限責(zé)任公司，新疆 石河子 832000)

棄渣場是指工程建設(shè)中對不能利用的土石方、拆除混凝土或其混合物所選擇的處置或堆放場地的總稱。按照棄渣場地形條件、棄渣場與河溝相對位置、洪水處理方式等，可將水利水電工程棄渣場分為溝道型、臨河型、坡地型、平地型、庫區(qū)型五種。庫區(qū)型棄渣場的棄渣堆積在庫區(qū)內(nèi)河道兩岸的臺地、階地和河灘地上。因?yàn)闂壴鼒鑫恢貌煌?，在工程施工期、運(yùn)行期可能受到的洪水影響會不同。施工期，渣場底部坡腳及邊坡可能受到河道天然洪水或?qū)Я骱樗挠绊懀贿\(yùn)行期，由于渣場位于水庫淹沒區(qū)范圍內(nèi)，因此水庫蓄水后，渣場受水庫水位升降影響。當(dāng)棄渣場位于水庫最低運(yùn)行水位以下時，水庫蓄水后淹沒渣頂，棄渣場不再受洪水影響；當(dāng)棄渣場高于水庫最低運(yùn)行水位時，運(yùn)行期渣體坡腳和坡面將受水庫水位升降影響。

1 設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)

庫區(qū)型棄渣場從開始堆渣到堆渣結(jié)束，可能遭遇的洪水類型和設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)由棄渣場級別、樞紐工程建筑物級別和施工導(dǎo)流建筑物級別分別確定。

(1)渣體坡面和渣頂會受到暴雨洪水影響。棄渣場遭遇的暴雨洪水需要采取截(排)水措施，暴雨洪水的洪水標(biāo)準(zhǔn)一般采用3～5 a一遇5～10 min短歷時設(shè)計(jì)暴雨。

(2)渣場底部坡腳和邊坡可能受到河道天然洪水的影響。施工期，渣場底部坡腳和邊坡可能受到的河道天然設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)由棄渣場等級確定，根據(jù)《水利水電工程水土保持技術(shù)規(guī)范》(SL 575—2012)有關(guān)規(guī)定，棄渣場級別分為1～5級，對應(yīng)擋渣墻的建筑物級別為2～5級，結(jié)合擋渣墻或擋渣堤失事可能對周邊及下游造成的危害程度，天然河道設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)采用10～100 a一遇不等。棄渣場臨時性防護(hù)工程的防洪標(biāo)準(zhǔn)取3～5 a一遇，渣場級別為3級以上時，防護(hù)標(biāo)準(zhǔn)可提高到10 a一遇。

(3)渣場底部坡腳和邊坡可能受到施工期導(dǎo)流洪水的影響。渣場底部坡腳和邊坡可能受到的導(dǎo)流洪水標(biāo)準(zhǔn)由導(dǎo)流建筑物級別確定。根據(jù)《水利水電工程等級劃分及洪水標(biāo)準(zhǔn)》(SL 252—2017)和《水利水電工程施工組織設(shè)計(jì)規(guī)范》(SL 303—2017)相關(guān)規(guī)定，導(dǎo)流臨時建筑物級別3～5級，導(dǎo)流洪水標(biāo)準(zhǔn)為3～50 a一遇不等。

(4)渣場底部坡腳和邊坡可能受到水庫蓄水位或設(shè)計(jì)(校核)洪水的影響。棄渣場可能受到的水庫蓄水水位和設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)則是由樞紐工程建筑物本身級別確定，與棄渣場規(guī)模無關(guān)，僅與棄渣場在水庫庫區(qū)的位置有關(guān)。

2 兩個庫區(qū)型棄渣場的洪水影響分析

2.1 渣場概況

石門水庫的1#棄渣場位于庫區(qū)內(nèi)河道右岸的坡地上，距壩址1 630～2 260 m，占地面積7.23 hm2，最大堆高18 m，設(shè)計(jì)堆渣量49.94萬m3，場地地形坡度約15o、地面高程1 088.7～1 096.0 m，對應(yīng)河段河底高程1 088～1 096 m，堆渣頂設(shè)計(jì)高程1 106 m。由于棄渣場失事后對主體工程和環(huán)境造成的危害程度并不嚴(yán)重，所以將棄渣場級別確定為5級，永久截(排)水工程的排水設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)采用3 a一遇10 min短歷時設(shè)計(jì)暴雨。

將軍廟水庫的1#棄渣場位于庫區(qū)內(nèi)河道右岸的臺地上，距壩址900～2 000 m，占地面積13.96 hm2，最大堆高20 m，設(shè)計(jì)堆渣量241萬m3，臺地兩岸地形坡度約17°，場地地面高程1 375.0～1 406.9 m，對應(yīng)河段河底高程1 349～1 367 m，堆渣頂設(shè)計(jì)高程1 390 m。由于棄渣場失事后對主體工程和環(huán)境造成的危害程度并不嚴(yán)重，所以將棄渣場級別確定為3級，永久截(排)水工程的排水設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)采用3 a一遇10 min短歷時設(shè)計(jì)暴雨。

2.2 洪水影響分析

2.2.1 暴雨洪水分析

棄渣場坡面和渣頂可能遭遇的暴雨洪水一般沒有實(shí)測洪水資料，多根據(jù)各地區(qū)的暴雨洪水圖集和水文手冊上提供的方法計(jì)算確定。暴雨形成的設(shè)計(jì)洪峰流量一般采用公式法計(jì)算，影響因子包括與地表類型、植被條件、土壤類型、地形坡度相關(guān)的徑流系數(shù)、設(shè)計(jì)暴雨強(qiáng)度和集水面積等。石門水庫1#渣場和將軍廟水庫1#渣場集水區(qū)均為陡峻山地，徑流系數(shù)取0.75；設(shè)計(jì)暴雨強(qiáng)度采用3 a一遇10 min內(nèi)平均降雨強(qiáng)度，由實(shí)測最大1 h降雨強(qiáng)度換算而得，石門水庫1#渣場為1.22 mm/min, 將軍廟水庫1#渣場為1.0 mm/min；集水面積由設(shè)計(jì)排水單元大小決定。

經(jīng)計(jì)算，石門水庫1#渣場坡面和頂部單個排水單元可能遭遇的暴雨洪水設(shè)計(jì)流量為1.50 m3/s；將軍廟水庫1#渣場坡面和頂部單個排水單元可能遭遇的暴雨洪水設(shè)計(jì)流量為0.15 m3/s，將軍廟水庫1#渣場上游右岸沖溝集水面積2.36 km2，暴雨洪水設(shè)計(jì)流量為3.54 m3/s。

2.2.2 河道天然洪水影響分析

由于棄渣場對應(yīng)河段河道并不規(guī)整，水流流態(tài)為非線性恒定流，其水力計(jì)算參考河道恒定流水面曲線逐段試算。

石門水庫1#棄渣場的棄渣來源于導(dǎo)流泄洪洞進(jìn)口施工、洞身開挖和大壩基礎(chǔ)開挖。導(dǎo)流泄洪洞施工期18個月，經(jīng)歷整個汛期，期間原河床過流，渣場底部坡腳和邊坡可能受到河道汛期天然洪水影響。石門水庫1#棄渣場級別為5級，擋渣墻為臨時擋水設(shè)施，設(shè)計(jì)洪水采用汛期5 a一遇洪水，洪峰流量47 m3/s。經(jīng)計(jì)算，相應(yīng)河段對應(yīng)的洪水水位為1 089.58～1 096.89 m；由于棄渣侵占河道，導(dǎo)致河道斷面束窄，水面抬高，對應(yīng)的洪水水位為1 091.02～1 098.32 m，均高于棄渣場坡腳高程。因此，1#棄渣場在導(dǎo)流泄洪洞施工期受到河道天然洪水的影響，需要進(jìn)行臨時防護(hù)。

將軍廟水庫1#渣場的棄渣來源于導(dǎo)流洞、發(fā)電洞、泄洪洞、圍堰、大壩及右岸道路施工，導(dǎo)流洞施工期即開始堆渣。導(dǎo)流泄洪洞施工期16個月，第一年5月初至第二年8月，原河床過流，同石門水庫1#渣場一樣，需要分析汛期洪水對棄渣場的影響。1#棄渣場級別為3級，擋渣墻亦為臨時擋水，設(shè)計(jì)洪水采用汛期10 a一遇洪水，洪峰流量182 m3/s。經(jīng)計(jì)算，渣場對應(yīng)河段洪水水位為1 349.87～1 368.03 m，低于棄渣場地面高程1 375.0～1 406.90 m，渣場坡腳不會受到洪水影響。

2.2.3 施工導(dǎo)流洪水影響分析

施工期截流后圍堰擋水，堰前的擋水高度采用圍堰擋水、導(dǎo)流洞泄洪進(jìn)行調(diào)洪演算確定。調(diào)洪演算依據(jù)水量平衡方程采用試算法進(jìn)行計(jì)算。堰前回水計(jì)算按照忽略局部水頭損失的伯努利方程自壩址逐個斷面向上游推算(逐段試算法)。

石門水庫導(dǎo)流洞施工完成后，利用9—11月枯水期進(jìn)行上游圍堰施工，11月截流后，上游圍堰擋水，導(dǎo)流泄洪洞泄流，進(jìn)行壩基處理、壩體填筑、瀝青混凝土心墻施工。施工導(dǎo)流選用20 a一遇洪水標(biāo)準(zhǔn)，相應(yīng)洪峰流量為119 m3/s，經(jīng)分析計(jì)算上游圍堰擋水高程1 092.90 m，回水至棄渣場末端水位高程1 098.42 m，高于棄渣場坡腳高程，因此需要對棄渣場渣體坡腳和邊坡進(jìn)行臨時防護(hù)。

將軍廟水庫也是在導(dǎo)流洞施工完成后，利用枯水季上游施工圍堰進(jìn)行截流，截流以前完成大壩岸坡土石方開挖，截流以后進(jìn)行大壩基礎(chǔ)土石方開挖、基礎(chǔ)防滲墻施工、趾板混凝土澆筑、大壩砂礫石填筑等。圍堰全年擋水，泄洪洞泄流，施工導(dǎo)流洪水標(biāo)準(zhǔn)采用10 a一遇洪水標(biāo)準(zhǔn)，相應(yīng)的汛期洪峰流量為182 m3/s，經(jīng)分析計(jì)算上游圍堰擋水高程1 349.8 m，回水至棄渣場末端水位高程1 098.42 m，遠(yuǎn)低于棄渣場高程1 375.00～1 406.90 m，渣場坡腳不會受到洪水影響。

2.2.4 水庫設(shè)計(jì)洪水影響分析

棄渣場渣體位于水庫最低運(yùn)行水位與校核洪水位之間時，工程投入運(yùn)行后渣體會受到水庫蓄水位升降變化的影響；棄渣場渣體位于水庫死水位以下時，在水庫運(yùn)行期不受水庫蓄水位升降影響。石門水庫1#棄渣場渣體頂部設(shè)計(jì)高程1 106 m，死水位1 110 m；將軍廟水庫1#棄渣場渣體頂部設(shè)計(jì)高程1 390 m，死水位1 427 m，最低運(yùn)行水位1 395 m。兩渣場的渣頂高程均低于水庫最低運(yùn)行水位，水庫蓄水后將全部淹沒于水庫之中，因此不再考慮水庫運(yùn)行期水位變化對棄渣場穩(wěn)定的影響，僅考慮水庫初次蓄水對渣體邊坡的沖刷。

3 水土保持措施

3.1 排洪措施

與其他類型渣場的排洪措施類似，庫區(qū)型棄渣場的排洪工程一般包括渣體上緣的截(排)水溝、渣體截斷天然沖洪溝的排洪涵洞和排除渣體內(nèi)部水的排水孔三部分內(nèi)容。如果渣場在水庫投入運(yùn)行后完全淹沒在最低運(yùn)行水位以下，那么排洪措施為臨時工程，否則排洪措施為永久工程。

3.1.1 截(排)水溝

為防止棄渣場上游坡面匯水引發(fā)渣體表面水土流失，在渣頂面內(nèi)側(cè)設(shè)置截(排)水溝，截(排)水溝的斷面尺寸一般按明渠均勻流公式計(jì)算。

石門水庫1#渣場設(shè)3個排水單元，每個排水單元截(排)水溝設(shè)計(jì)流量1.50 m3/s，排水溝采用梯形斷面，底寬0.6 m，溝深0.9 m，邊坡1∶1.5，用17 cm厚雷諾護(hù)墊護(hù)砌。

將軍廟水庫1#渣場上游坡面匯水面積較大，為減小排水溝斷面尺寸，將渣頂面分成若干排水單元，每個排水單元設(shè)計(jì)流量0.15 m3/s，排水溝采用矩形漿砌石斷面，底寬0.5 m、深0.5 m。

3.1.2 排洪涵洞

將軍廟水庫1#渣場上游岸坡現(xiàn)有一天然沖溝，暴雨洪水設(shè)計(jì)流量3.54 m3/s。渣料堆放前在渣體下部沖溝溝底埋設(shè)排洪涵洞，穿過擋渣墻后排入河道。排洪涵洞采用矩形鋼筋混凝土蓋板涵洞，底寬1.0 m、高0.8 m。

3.1.3 排水孔

為排除渣體內(nèi)的積水，在攔渣墻設(shè)置排水孔，布孔方式為梅花形，排水孔直徑取100 mm。排水孔設(shè)在地面高程以上0.3 m處，垂直方向間距為1.0 m，水平間排距為10 m。

3.2 攔擋措施

根據(jù)水土保持“先攔后棄”的原則，無論棄渣場坡腳高程是否受施工期洪水影響，都應(yīng)在坡腳設(shè)置攔擋措施，為擋渣墻或擋渣堤，一般采用重力墻型式，材料多采用漿砌塊石或混凝土。

石門水庫1#渣場導(dǎo)流洞施工期，設(shè)計(jì)洪水位為1 091.02～1 098.32 m，圍堰截流后堰前雍水，回水水位1 092.90～1 098.42 m，高出坡腳高程2.42～4.90 m。經(jīng)比較分析，水土流失防護(hù)措施為擋渣墻和護(hù)坡相結(jié)合，擋渣墻采用漿砌石砌筑重力式擋土墻結(jié)構(gòu)，墻頂寬0.5 m，墻高隨高程變化為1.0～1.5 m，內(nèi)邊坡坡比1∶0.3，外邊坡垂直。

將軍廟水庫1#渣場導(dǎo)流洞施工期，設(shè)計(jì)洪水位為1 349.87～1 368.03 m，圍堰截流后堰前水位1 349.8 m，均低于坡腳高程。渣場坡腳設(shè)擋渣墻，漿砌石砌筑重力式結(jié)構(gòu)，墻頂寬0.5 m，墻高1.0 m，內(nèi)邊坡坡比為1∶0.3，外邊坡垂直。

3.3 邊坡防護(hù)措施

庫區(qū)型棄渣場的邊坡防護(hù)形式與其是否受洪水影響有關(guān)。受洪水影響的邊坡防護(hù)一般采取干砌石護(hù)坡或鉛絲石籠網(wǎng)(雷諾護(hù)墊)護(hù)坡，不受洪水影響的邊坡原則上可以不進(jìn)行邊坡防護(hù)。由于棄渣物料組成和施工組織的不確定性，目前相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)又沒有渣體壓實(shí)度控制方面的規(guī)定，因此堆渣完畢后渣體相對松散且不均勻[1]，為避免水庫初次蓄水造成水土流失，邊坡防護(hù)可以采用編織袋裝土或要求邊坡表層堆放大粒徑渣料。

石門水庫1#渣場護(hù)坡分兩種形式。厚23 cm雷諾護(hù)墊護(hù)坡，范圍為擋渣墻頂至施工期設(shè)計(jì)洪水位加安全超高，取1.0 m，即1 093.90～1 099.42 m；雷諾護(hù)墊護(hù)坡以上至棄渣場頂面均采用編織袋裝土防護(hù)。

將軍廟水庫1#渣場不受施工期洪水影響，護(hù)坡全部采用編織袋裝土防護(hù)。

4 結(jié) 語

水利水電工程具有建設(shè)周期長、棄渣場選擇困難、取土棄渣量大的特點(diǎn)[2]。受工程所在地地形條件的限制，山區(qū)水庫工程棄渣場選擇困難，部分棄渣場布置于庫區(qū)內(nèi)，一方面可能影響河道行洪安全，另一方面受洪水沖刷可能加劇水土流失。針對不同建設(shè)周期可能遭遇的洪水，布設(shè)不同形式、規(guī)模的棄渣場水土保持措施，以達(dá)到減少水土流失的目的。