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        西南土石山區(qū)線性工程棄渣場水土保持措施設(shè)計
        ——以卡拉·楊房溝水電站交通專用公路工程為例

        2021-11-03 01:06:52健,張騰,應(yīng)
        四川水利 2021年5期
        關(guān)鍵詞:框格渣場擋墻

        劉 健,張 騰,應(yīng) 豐

        (中國電建集團(tuán)華東勘測設(shè)計研究院有限公司,杭州,311122)

        1 引言

        西南土石山區(qū)的線性工程項目,受地形地質(zhì)條件的限制,具有棄渣量大、棄渣場地匱乏、水土流失嚴(yán)重等特點(diǎn)??ɡ罘繙纤娬窘煌▽S霉?以下簡稱“卡楊公路”)工程位于雅礱江中游河段四川省涼山州木里藏族自治縣境內(nèi),地理位置偏遠(yuǎn),地廣人稀,交通不便[1]。工程建設(shè)規(guī)模大,土石方開挖量大,在建設(shè)過程中要產(chǎn)生大量廢渣[2],對棄渣處理和棄渣場防護(hù)變得尤為重要。

        2 工程概況

        卡楊公路全長92.6km,位于四川省涼山州木里縣和甘孜州九龍縣境內(nèi)。起點(diǎn)位于錦屏一級水電站左岸纜機(jī)平臺交通洞進(jìn)口附近,距錦屏一級水電站壩址約400m,終點(diǎn)位于楊房溝水電站金波石料場下游350m左右,距楊房溝水電站壩址約1.2km。全線共設(shè)隧道33座、總長約48.1km,橋梁共14座、總長1.83km。

        工程采用公路三級標(biāo)準(zhǔn),設(shè)計行車速度為30km/h,一般路段為單線雙向雙車道,特長隧道及其接線路段為雙線單向單車道。

        工程于2010年4月開工建設(shè),2014年6月全線貫通,建設(shè)總工期51個月。

        工程土石方開挖量545.05萬m3,填方量105.12萬m3,工程無借方,棄渣量439.93萬m3,棄渣折合松方604.90萬m3。

        3 自然概況

        工程地處青藏高原向四川盆地過渡的斜坡地帶,屬青藏高原東南部(即川西高原)侵蝕山原區(qū),屬橫斷山系的東部中段,地勢自西北向東南呈階梯狀遞降,地貌上多屬侵蝕山地,海拔高程1920m~2500m。工程區(qū)受地質(zhì)構(gòu)造運(yùn)動影響強(qiáng)烈,地質(zhì)條件復(fù)雜[3]。氣候?qū)俅ㄎ鞲咴瓪夂騾^(qū),多年平均降水量796.7mm,多年平均氣溫17.2℃,多年平均蒸發(fā)量1807.9mm。植被類型屬亞熱帶常綠闊葉林區(qū),工程區(qū)主要分布有紅壤、黃壤、棕壤和暗棕壤等土壤,地震基本烈度為Ⅶ度。工程區(qū)土地利用類型以林地、牧草地和未利用地為主,水土流失強(qiáng)度以輕度和中度為主。

        4 棄渣場設(shè)置情況

        工程棄渣總量439.93萬m3(松方604.90萬m3)。棄渣運(yùn)至16處棄渣場堆置,其中自身設(shè)置12處,分別為五二灣棄渣場、麻地灣1#棄渣場、麻地灣2#棄渣場、矮子溝棄渣場、羌活溝棄渣場、羊窩子溝棄渣場、青崗坪溝棄渣場、面上灣溝棄渣場、駱駝溝棄渣場、一江棄渣場、立爾棄渣場、喇嘛寺溝棄渣場。利用其他工程的棄渣場或場地的4處,分別為錦屏一級水電站的三灘溝棄渣場、利用楊房溝水電站的中鋪?zhàn)訔壴鼒龊蜕箱佔(zhàn)訙蠗壴鼒龊屠每ɡ娬臼┕龅氐难蚰虦蠗壴鼒?。棄渣場概況見表1。

        工程于2014年6月全線貫通,完工較早,由于地形地質(zhì)條件較為惡劣,施工時很難按照設(shè)計的棄渣場防護(hù)措施及時實(shí)施,2017年11月-2018年5月對已堆完的棄渣場進(jìn)行整治綠化。整治綠化的范圍為卡楊公路自身設(shè)置的11處棄渣場,分別為五二灣棄渣場、麻地灣1#棄渣場、麻地灣2#棄渣場、矮子溝棄渣場、羌活溝棄渣場、羊窩子溝棄渣場、青崗坪溝棄渣場、駱駝溝棄渣場、一江棄渣場、立爾棄渣場、喇嘛寺溝棄渣場(由于面上灣溝棄渣場當(dāng)時已淹沒在水下,不納入整治范圍)。

        5 棄渣場防護(hù)標(biāo)準(zhǔn)和原則

        棄渣場防護(hù)以《開發(fā)建設(shè)項目水土保持技術(shù)規(guī)范》GB 50433-2008、《防洪標(biāo)準(zhǔn)》(GB 50201-2014)和《水土保持工程設(shè)計規(guī)范》(GB 51018-2014)等為主要設(shè)計依據(jù)。

        渣場整治考慮的11處棄渣場中,有6處為溝道型棄渣場,其余為坡地型棄渣場。結(jié)合各棄渣場堆渣量、堆渣最大高度以及渣場失事對主體工程或環(huán)境造成的危害程度等因素綜合確定棄渣場級別、防護(hù)建筑物級別、防洪標(biāo)準(zhǔn)等。各棄渣場等級、防護(hù)建筑物級別和防洪標(biāo)準(zhǔn)詳見表2。

        表2 棄渣場等級、防護(hù)建筑物級別和防洪標(biāo)準(zhǔn)

        6 棄渣場整治措施設(shè)計

        6.1 工程措施

        (1)攔擋措施

        在棄渣場坡腳處、沿溝道側(cè)設(shè)置C20混凝土擋渣墻,部分渣場坡腳處已設(shè)置漿砌石擋墻,但規(guī)格較低,為了防止削坡過程中,對其造成破壞或壓埋,在已建漿砌石擋墻前方增設(shè)一道C20混凝土擋墻,級別較低、邊坡較緩的棄渣場可采用漿砌石擋墻,擋墻形式和高度根據(jù)各棄渣場堆渣量、堆渣高度和地形條件等因素綜合確定。

        新建擋渣墻采用重力式結(jié)構(gòu),梯形斷面,頂寬1.0m,背坡1∶0.1,面坡1∶0.5,擋渣墻基礎(chǔ)埋深不小于1m,擋渣墻基礎(chǔ)需確保坐落在基巖上或者處理后基礎(chǔ)承載力不小于150kPa。

        (2)防洪排導(dǎo)工程

        棄渣場匯水分渣場溝道來水、上坡面徑流、堆渣邊坡徑流以及渣體滲水等四部分。根據(jù)各棄渣場匯水面積和上游溝道來水情況,棄渣場排水措施設(shè)計分以下幾種類型:

        羊窩子溝棄渣場、駱駝溝棄渣場等2處棄渣場已設(shè)置排水隧洞或涵管。喇嘛寺溝棄渣場匯水面積較小,且渣場上方即為卡楊公路,來水被卡楊公路自身排水溝截走,因此,設(shè)計對上述3處棄渣場不采用截水溝攔截和排泄渣場匯水。

        麻地灣2#棄渣場、羌活溝棄渣場、矮子溝棄渣場、一江棄渣場、立爾棄渣場周邊設(shè)置截水溝,采用M7.5漿砌石砌筑,襯砌厚度30cm,梯形斷面,尺寸0.6m×0.6m(底寬×深),坡比1∶0.5。

        五二灣棄渣場、麻地灣1#棄渣場、麻地灣2#棄渣場、羌活溝棄渣場、青崗坪棄渣場、立爾棄渣場等棄渣場上游溝道洪峰流量較大,溝道來水通過卡楊公路設(shè)置的過路涵洞,在渣場一側(cè)或坡面設(shè)置排洪溝順接涵洞排泄,末端與下游溝道相接。排洪溝采用矩形斷面,重力式邊墻,C20鋼筋混凝土結(jié)構(gòu),排洪溝尺寸根據(jù)設(shè)計洪峰流量計算確定,尺寸2.0m×2.0m~2.5m×2.5m(寬×深)。排洪溝比降根據(jù)地形條件確定,但不應(yīng)小于1.5%。

        麻地灣1#棄渣場、麻地灣2#棄渣場、矮子溝棄渣場、羌活溝棄渣場、羊窩子溝棄渣場、一江棄渣場、立爾棄渣場削坡開始后,于馬道內(nèi)側(cè)設(shè)置馬道排水溝,矩形斷面,底寬和深統(tǒng)一采用0.4m,M7.5漿砌石砌筑,襯砌厚度30cm,其余棄渣場未設(shè)置馬道,不涉及馬道排水溝。

        (3)堆渣體護(hù)坡及平臺整治工程

        ①削坡措施

        削坡前根據(jù)場地地形、地質(zhì)條件與周邊環(huán)境修筑攔擋設(shè)施。對邊坡較陡的棄渣場進(jìn)行削坡,坡比控制在1∶1.5~1∶2.0,堆渣體每隔20m設(shè)置一條馬道,馬道寬2m。

        ②堆渣平臺整治工程

        棄渣場削坡完畢后,對渣頂平臺進(jìn)行場地平整、覆土,栽植喬木、撒播灌草籽綠化。

        ③框格護(hù)坡工程

        矮子溝棄渣場、羌活溝棄渣場、羊窩子溝棄渣場、青崗坪棄渣場、一江棄渣場等5個棄渣場削坡完畢后,對邊坡進(jìn)行混凝土框格梁植草護(hù)坡??蚋癯叽绮捎?m×3m,混凝土框格梁寬40cm,厚50cm,框格布置好后,先鋪設(shè)5cm砂礫石反濾層,再覆15cm厚的耕植土。

        喇嘛寺溝棄渣場堆渣較薄、邊坡較陡,不具備框格梁護(hù)坡的條件,對其采取掛網(wǎng)噴播植草護(hù)坡的措施。

        6.2 植物措施

        工程削坡結(jié)束后,對渣頂平臺進(jìn)行場地平整、覆土并實(shí)施植物措施。在實(shí)施混凝土框格的棄渣場坡面框格內(nèi)進(jìn)行覆土、撒播灌草籽綠化,在不具備實(shí)施框格條件的棄渣場坡面采取撒播灌草籽綠化,喇嘛寺溝棄渣場實(shí)施掛網(wǎng)噴播植草護(hù)坡。

        (1)立地條件分析及綠化方案

        棄渣場分布在高程1900m~2600m之間,屬雅礱江干熱河谷區(qū)。本工程棄渣以石方為主,棄渣場削坡升級后,綠化立地條件較差,需對綠化區(qū)進(jìn)行平整、覆土等立地改造。

        (2)樹(草)種選擇

        結(jié)合渣場綠化區(qū)立體條件、當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境和主要適宜性樹種等,灌木選擇車桑子,草本選擇紫花苜蓿和葦狀羊茅,喬木選擇云南松和滇青岡。形成喬、灌、草立體綠化的復(fù)層林結(jié)構(gòu)。

        7 渣場堆置形式穩(wěn)定性分析

        棄渣場自2010年啟用,至2014年完全形成。2017年11月開始,對11處棄渣場(面上灣溝棄渣場位于水下淹沒區(qū),不在整治之列)開展了專項整治設(shè)計。設(shè)計時棄渣已堆放完畢,未再棄渣。在現(xiàn)有堆渣基礎(chǔ)上,設(shè)計了擋渣墻、防洪排水、削坡分級、景觀綠化等防護(hù)措施,對棄渣場的正常運(yùn)行和非常運(yùn)行工況條件下的安全系數(shù)進(jìn)行了測算,堆渣體和擋墻均是穩(wěn)定的,滿足規(guī)范要求。2017年11月-2018年5月對棄渣場進(jìn)行了整治綠化,實(shí)際施工過程中,堆渣方案和防護(hù)措施基本按照設(shè)計要求實(shí)施。

        11處棄渣場自2018年5月投入運(yùn)行以來,渣體未發(fā)生滑塌等變形情況,目前總體穩(wěn)定。

        8 措施設(shè)計創(chuàng)新點(diǎn)

        (1)結(jié)合當(dāng)?shù)刈匀粭l件,對邊坡植物措施設(shè)計進(jìn)行了優(yōu)化,降低了投資

        對棄渣場邊坡進(jìn)行削坡,具備條件的削到坡比緩于1∶1.8,而后實(shí)施覆土、撒播灌草籽綠化的措施,避免對較陡的邊坡實(shí)施框格梁等工程護(hù)坡措施,相應(yīng)降低投資。工程位于干熱河谷氣候區(qū),在綠化植物物種選擇上,除了購買當(dāng)?shù)剡m生植物,同時采集周邊植物種子,作為綠化的灌草籽,能更好的適應(yīng)當(dāng)?shù)刈匀粭l件,也減少了草籽的購買量。

        (2)因地制宜地考慮植物措施的養(yǎng)護(hù)管理

        根據(jù)特殊的氣候條件,考慮了植物的灌溉養(yǎng)護(hù)措施。撒播灌草初期,在大風(fēng)、干旱時期采用薄膜進(jìn)行覆蓋,起到保水保溫的作用;綠化初期考慮在棄渣場周邊設(shè)置圍欄,防止當(dāng)?shù)剜l(xiāng)民飼養(yǎng)的馬、羊等對植被幼苗造成破壞。

        (3)水土保持措施全面立體

        西南地區(qū)公路項目棄渣場整治案例較少,緊密結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際情況,充分考慮工程特點(diǎn),做好實(shí)際地形測量工作、補(bǔ)充渣場地質(zhì)勘查工作,再對棄渣場整治綠化進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計,開創(chuàng)性地采取了補(bǔ)建攔擋措施、削坡、修建截排水溝、覆土綠化養(yǎng)護(hù)等措施體系。水土保持措施布設(shè)全面立體,滿足水土保持的要求。

        (4)對工程措施設(shè)計進(jìn)行優(yōu)化,注重資源最大化利用

        在開展整治設(shè)計過程中,充分結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際情況,在不降低防護(hù)標(biāo)準(zhǔn)的前提下,對部分設(shè)計進(jìn)行了優(yōu)化。由于棄渣場大多為石渣,部分棄渣場的擋墻利用可用的石料設(shè)計成漿砌石擋墻,以減少混凝土用量。對部分已實(shí)施但破損的擋墻、截排水溝進(jìn)行加固修繕,不進(jìn)行拆除、不另行修建,降低了投資,注重資源的最大化利用。

        9 結(jié)語

        工程棄渣場設(shè)計時應(yīng)考慮現(xiàn)場實(shí)際情況,尤其是西南土石山區(qū)的線性工程項目,更需要結(jié)合實(shí)際的地形地貌、施工時序、施工條件等進(jìn)行棄渣場布置和措施設(shè)計。工程施工過程中,應(yīng)嚴(yán)格按照棄渣處理和棄渣場防護(hù)措施設(shè)計進(jìn)行施工,若有出現(xiàn)未按設(shè)計進(jìn)行堆渣的,需及時做好棄渣場變更備案和棄渣場補(bǔ)充設(shè)計等手續(xù),并及時按設(shè)計進(jìn)行棄渣處理,盡量避免后期產(chǎn)生棄渣場整治的額外費(fèi)用。工程施工結(jié)束后,應(yīng)按照設(shè)計要求對棄渣場進(jìn)行跡地恢復(fù),若現(xiàn)場仍然存在未按設(shè)計要求堆放的棄渣,需對棄渣進(jìn)行整治。

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