孟冬梅

（水利部新疆維吾爾自治區(qū)水利水電勘測設(shè)計(jì)研究院,新疆 烏魯木齊 830000）

1 工程概況

康蘇水庫引調(diào)水工程位于新疆克孜勒蘇柯爾克孜自治州烏恰縣,作為康蘇水庫的配套引水工程,工程起點(diǎn)接康蘇水庫灌溉供水隧洞出口供水池,管道末端進(jìn)入烏恰縣水廠沉淀池。工程的設(shè)計(jì)流量為0.41 m3/s~0.40 m3/s,年引水量564.70 萬m3,鋪設(shè)輸水管線長度30.86 km,涂塑鋼管,管道直徑DN700,輸水道型式為重力流輸水,工程規(guī)模為Ⅳ 等?。?）型工程。

本工程共設(shè)置棄渣場3 處,1#棄渣場回填料坑,2#和3#棄渣場均為坡地棄渣場,主要堆置管線開挖、沉砂池和各類閥井棄渣。各棄渣場情況見表1。

表1 棄渣場詳細(xì)情況表

2 水土流失危害分析

項(xiàng)目建設(shè)過程中人為活動造成水土流失的原因主要是清除、開挖、回填、占壓、碾壓等活動破壞地表植被、表層土壤結(jié)皮以及臨時(shí)堆渣的堆放,在大風(fēng)和暴雨季節(jié)產(chǎn)生水土流失。

（1）本工程屬于線狀工程,工程建設(shè)對土地資源的影響主要體現(xiàn)為：輸水管道、沉砂池、閘閥等建設(shè)期對地表的擾動面積較大,如果不采取有效的水土保持措施,施工產(chǎn)生的臨時(shí)棄土棄渣受到暴雨沖刷,易產(chǎn)生流失。同時(shí),工程建設(shè)中占用土地,擾動地表、破壞植被,可能導(dǎo)致工程區(qū)土壤養(yǎng)分流失,結(jié)構(gòu)破壞,其保水保肥能力下降、可利用土地資源減少。

（2）項(xiàng)目區(qū)原生地表結(jié)構(gòu)穩(wěn)定,風(fēng)力侵蝕為輕度,工程建設(shè)擾動后地表穩(wěn)定層被破壞,在當(dāng)?shù)刈匀粭l件（最大風(fēng)速26.7 m/s）下將會使土壤侵蝕量大幅增加,增加大風(fēng)天氣下的揚(yáng)塵量,進(jìn)而加大下風(fēng)向地區(qū)沙塵天氣的危害。

（3）項(xiàng)目區(qū)自然環(huán)境惡劣,自然植被生長緩慢且覆蓋度低,施工期對地表的擾動以及棄渣堆置將會對原有的地表和植被產(chǎn)生破壞,破壞生態(tài)環(huán)境并加劇當(dāng)?shù)氐乃亮魇б?guī)模。

3 棄渣場選址

棄渣場選址嚴(yán)禁影響周邊公共設(shè)施、工業(yè)企業(yè)、居民點(diǎn)的安全；涉及河道的,應(yīng)符合河流治理規(guī)劃及防洪行洪規(guī)定、不得在河道、湖泊管理范圍內(nèi)設(shè)置棄渣場；不能避開過水流量較大的溝道時(shí),應(yīng)進(jìn)行防洪論證；過水流量較大的溝道不宜布設(shè)棄渣場；山丘區(qū)優(yōu)先在凹地、支毛溝選址,平原區(qū)優(yōu)先在凹地、荒地選址,風(fēng)沙區(qū)選址避開風(fēng)口和易產(chǎn)生風(fēng)蝕的地方。

1#棄渣場結(jié)合取料坑布置,不存在安全威脅,不會對當(dāng)?shù)卦乇砗椭脖辉斐擅黠@破壞,亦不會對當(dāng)?shù)鼐坝^造成不良影響。2#、3#棄渣場避開過水流量較大的溝道,選擇在支毛溝前段的坡地堆渣,沒有占用生產(chǎn)力高的土地,棄渣場的布置不會影響當(dāng)?shù)鼐用竦纳a(chǎn)生活。

4 設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)

康蘇水庫引調(diào)水工程等別和規(guī)模為Ⅳ等?。?）型工程,其輸水管線、條形沉砂池、穩(wěn)壓水池、管線穿渠建筑物、閥井等附屬建筑物為4 級建筑物,臨時(shí)工程為5 級建筑物。輸水管線（4 級建筑物）過洪建筑物（4 級建筑物）、閘閥井（4 級建筑物）等附屬建筑物洪水標(biāo)準(zhǔn)按10 年一遇設(shè)計(jì),30 年一遇校核。

水土保持工程按5級建筑物設(shè)計(jì),設(shè)計(jì)防洪標(biāo)準(zhǔn)為10 年一遇。

5 棄渣場攔渣工程

5.1 攔渣方案選擇

棄渣場設(shè)計(jì)應(yīng)按照安全可靠、經(jīng)濟(jì)合理的原則,棄渣攔渣工程包括擋渣墻、攔渣堤、攔渣壩等,通過現(xiàn)場查勘,按就地取材、安全可靠、經(jīng)濟(jì)合理的原則選擇攔擋工程型式。

擋渣墻是為了防止堆積體變形失穩(wěn),發(fā)生滑塌、崩塌而修建的構(gòu)造物,一般用于坡地型棄渣場的攔擋措施。

攔渣堤是指修建于溝道或河岸的,用以攔擋棄土、棄石、棄渣等廢棄物的建筑物。有攔渣與防洪兩種功能。

攔渣壩是在溝道中修建的攔蓄棄土、棄石、棄渣等廢棄物的的工程,因其地形要求位于渣源附近,口小肚大,溝道平緩,工程量小,庫容大。

本工程1#棄渣場位于料場料坑,2#和3#棄渣場均為坡地棄渣場,3處棄渣場均不涉及河道及大的沖溝,棄渣場的設(shè)計(jì)重點(diǎn)是棄渣的攔擋及排水措施。所以選擇擋渣墻為康蘇水庫引調(diào)水工程的擋渣措施并在擋渣墻外側(cè)設(shè)置排水溝。

5.2 擋渣墻選型

擋渣墻按結(jié)構(gòu)型式的不同,可分為重力式、懸臂式和扶臂式三種。重力式擋渣墻是依靠墻身自重來維持穩(wěn)定的,墻體用漿砌塊石砌筑,該墻型適用于墻高小于5 m、地基土質(zhì)較好的情況。懸臂式擋渣墻采用鋼筋混凝土建造,由立壁和底板組成,具有三個(gè)懸臂即立壁、趾板和踵板,該墻型墻身斷面小,結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性不依靠本身的重量,而主要依靠踵板上的填土重量來保證,自重輕、省材料,適用于墻高大于5 m、地基土質(zhì)較差的情況。扶臂式擋渣墻的扶臂,以保持擋渣墻的整體性,加強(qiáng)擋渣能力,墻體采用鋼筋混凝土材料,適用于防護(hù)要求高、墻高大于10 m的情況?？堤K水庫引調(diào)水工程的3 處棄渣場均為5 級棄渣場（棄渣量＜50 萬m2,棄渣最大堆高＜20 m）,并且棄渣場最大堆高均小于5 m,因此重力式擋渣墻結(jié)構(gòu)型式最符合本工程棄渣攔擋需求。

5.3 擋渣墻設(shè)計(jì)

5.3.1棄渣場地質(zhì)條件

2#棄渣場地面高程2235 m~2239 m,為坡地型棄渣場。棄渣量為19500 m3,規(guī)劃占地面積6433 m2,平均堆渣高度2 m,棄渣場級別5級。渣場內(nèi)出露的地層主要為侏羅系（J2）和第四系全新統(tǒng)洪積物（Q4pl）。據(jù)現(xiàn)場調(diào)查及勘探資料,場址地下水位埋深大于5 m。渣場位于洪積臺地,地形相對平坦,后緣基巖山體,基巖裸露,岸坡穩(wěn)定。

3#棄渣場地面高程2225 m~2229 m,為坡地型棄渣場。棄渣量為25400 m3,規(guī)劃占地面積8357 m2,平均堆渣高度2.5 m,棄渣場級別5 級。渣場內(nèi)出露的地層主要為侏羅系（J2）和第四系全新統(tǒng)洪積物（Q4pl）。據(jù)現(xiàn)場調(diào)查及勘探資料,場址地下水位埋深大于5 m。場址區(qū)未發(fā)現(xiàn)有區(qū)域性活動斷裂通過。

5.3.2擋渣墻斷面設(shè)計(jì)

2處棄渣場擋渣墻均為漿砌石擋墻,地面以上墻高0.8 m,地下埋深1.25 m,墻頂寬0.5 m,面坡垂直,背坡1∶0.3,墻底寬0.74 m。為排除渣體中降水形成的滲透水流,減小墻身水壓力,增加墻體穩(wěn)定性,在墻體上布置一排排水孔,水平間距1 m,孔內(nèi)預(yù)埋φ50 PVC管,排水孔比降5%,出口距地面0.2 m。漿砌石擋墻砌筑后期在擋墻頂部采用M10 砂漿壓頂,厚度2 cm。

圖1 擋渣墻斷面圖

5.3.3棄渣場穩(wěn)定性分析

（1）計(jì)算方法

按照《水土保持設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 51018-2014）,棄渣場邊坡穩(wěn)定性分析可采用不計(jì)條塊間作用力的瑞典圓弧滑動法計(jì)算,計(jì)算公式如下：

式中：b為條塊寬度,m；W為條塊重力,kN；W1為在邊坡外水位以上的條塊重力,kN；W2為在邊坡外水位以下的條塊重力,kN；Q、V為水平和垂直地震慣性力（向上為負(fù),向下為正）,kN；u為作用于土條底面的孔隙壓力,kPa；a為條塊的重力線與通過此條塊底面中點(diǎn)的半徑之間的夾角,（°）；c＇、φ為土條底面的有效應(yīng)力抗剪強(qiáng)度指標(biāo)；Mc為水平地震慣性力對圓心的力矩,kN·m；R為圓弧半徑,m；k為抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)。

（2）計(jì)算工況

根據(jù)《水土保持工程設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 51018-2014）規(guī)定棄渣場穩(wěn)定計(jì)算應(yīng)分為正常運(yùn)用工況和非常運(yùn)用工況。

①正常運(yùn)用工況：指棄渣場在正常和持久的條件下運(yùn)用,棄渣場處在最終棄渣狀態(tài)時(shí),渣體無滲流或穩(wěn)定滲流的工況。

②非常運(yùn)用工況Ⅰ：指棄渣場在正常工況下遭遇Ⅶ度以上（含Ⅶ度）地震。

③非常運(yùn)用工況Ⅱ：指棄渣場處于暴雨或連續(xù)降雨?duì)顟B(tài)下的工況。

正常運(yùn)用工況和非常運(yùn)用工況計(jì)算斷面均選取堆渣體最大堆高處斷面作為穩(wěn)定性計(jì)算斷面。

根據(jù)《水土保持工程設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 51018-2014）,采用瑞典圓弧法計(jì)算時(shí),棄渣場抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)見表2。

表2 棄渣場抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)表

本工程2 處棄渣場均為5 級,正常工況棄渣場抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)取值為1.15,非常工況取值均為1.05。

（3）計(jì)算參數(shù)

表3 棄渣場基礎(chǔ)和渣料物理力學(xué)參數(shù)表

（4）計(jì)算結(jié)果

表4 棄渣場穩(wěn)定計(jì)算結(jié)果匯總表

圖3 2#棄渣場非常運(yùn)用工況I

圖4 2#棄渣場非常運(yùn)用工況II

圖5 3#棄渣場正常運(yùn)用工況

圖6 3#棄渣場非常運(yùn)用工況I

圖7 3#棄渣場非常運(yùn)用工況II

5.4 截排水工程

5.4.1計(jì)流量

為防止降雨對渣場邊坡和擋墻造成沖蝕,在渣場擋渣墻外圍設(shè)置漿砌石襯砌排水溝,將匯集的雨水通過排水通道排入天然溝道或坑洼處。

排水溝設(shè)計(jì)排水流量根據(jù)《水土保持工程設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 51018-2014）確定,采用小流域面積設(shè)計(jì)流量,設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)采用5年一遇10 min降雨歷時(shí),公式如下：

式中：Qm為設(shè)計(jì)洪峰流量,m3/s；q為設(shè)計(jì)重現(xiàn)期和降雨歷時(shí)內(nèi)的平均降雨強(qiáng)度,mm/min；φ為徑流系數(shù)；為匯水面積,km2；q5,10為5年重現(xiàn)期和10分鐘降雨歷時(shí)的標(biāo)準(zhǔn)降雨強(qiáng)度,mm/min；Cp為重現(xiàn)期轉(zhuǎn)換系數(shù)；Ct為降雨歷時(shí)轉(zhuǎn)換系數(shù)。

5.4.2排水溝縱橫斷面設(shè)計(jì)

（1）計(jì)算方法

排水溝斷面尺寸通過以下公式確定：式中：Q為排水溝流量,m3/s；A為過水面積,m2；R為水力半徑,m；i為水力坡降；n為糙率系數(shù)。

（2）計(jì)算參數(shù)

表5 棄渣場排水溝水文計(jì)算參數(shù)表

表6 棄渣場排水溝水文計(jì)算結(jié)果表

（4）計(jì)算結(jié)果

圖8 排水溝斷面圖

6 結(jié)語

棄渣場堆置應(yīng)根據(jù)渣場地形地質(zhì)條件、棄渣巖土組成及物理力學(xué)參數(shù)等確定堆置要素,應(yīng)滿足渣場穩(wěn)定,在棄渣場設(shè)計(jì)過程中應(yīng)堅(jiān)持安全可靠、經(jīng)濟(jì)合理原則。本文從康蘇水庫引調(diào)水工程棄渣場選址、攔擋工程選擇入手給出棄渣場的擋渣墻和截排水工程設(shè)計(jì)。