趙明華， 劉培培， 朱信波

(長(zhǎng)江三峽勘測(cè)研究院有限公司(武漢),湖北 武漢 430074)

1 棄渣場(chǎng)比選

金沙水電站工程棄渣主要來(lái)自導(dǎo)流工程、大壩及廠房工程地基的開(kāi)挖棄渣,預(yù)計(jì)總量810萬(wàn)m3。

電站工程棄渣場(chǎng)選址應(yīng)根據(jù)容量、占地類(lèi)型與面積、地形地質(zhì)條件、環(huán)境與征地移民、棄渣運(yùn)距及道路建設(shè)、棄渣組成及堆填方案、防護(hù)工程量及棄渣場(chǎng)后期利用等情況[1-2],經(jīng)綜合分析后確定,按此規(guī)定,對(duì)金沙水電站棄渣場(chǎng)位置進(jìn)行了調(diào)查與選擇。

金沙水電站壩址及附近山高坡陡,河谷深切,受地形限制,適宜棄渣的場(chǎng)地較少,且棄渣方量大,主棄渣場(chǎng)選擇困難,壩址上下游各4 km左右各有1處規(guī)模較大的溝谷即石家溝、何家灣(表1),鋼廠溝容量小,可作為棄渣場(chǎng)的補(bǔ)充,因此就石家溝與何家灣進(jìn)行比選。

表1 各規(guī)劃棄渣場(chǎng)主要環(huán)境特征一覽表Table 1 List of main environmental characteristics of each planned waste disposal site

從棄渣容量上看,兩溝谷基本滿足要求,其中何家灣容量略為偏緊。

兩溝谷地質(zhì)條件均較好,滑坡、泥石流等不良地質(zhì)現(xiàn)象不發(fā)育,均為溝道型棄渣場(chǎng),需進(jìn)行工程防護(hù)。石家溝處于尖山子泥石流溝的一段,此溝地方政府已完成了泥石流治理工程,需復(fù)核。

從運(yùn)輸距離上看,何家灣少0.5 km,而且運(yùn)輸過(guò)程中造成物料散落和場(chǎng)塵影響較小。兩溝谷均無(wú)道路至壩址,均需修建公路。

從征地移民上看,何家灣民房多,粗略估計(jì),補(bǔ)償資金和難度比石家溝大一倍以上,石家溝占優(yōu)。

從環(huán)境保護(hù)角度看,何家灣民房較密集,且有蘇鐵東路穿過(guò)該區(qū)域,周邊環(huán)境敏感點(diǎn)較多,施工對(duì)居民擾動(dòng)較大,占用耕園地較多,石家溝占優(yōu)。

總體來(lái)看,石家溝運(yùn)距較何家灣遠(yuǎn)0.5 km,占用了尖山子泥石流溝一段,已完成治理工程需復(fù)核,相對(duì)何家灣,對(duì)周邊環(huán)境產(chǎn)生的影響較小,征地和移民搬遷難度小,容量較大,因此初定石家溝作為主要棄渣場(chǎng)。

2 石家溝棄渣場(chǎng)地質(zhì)條件

規(guī)劃的石家溝棄渣場(chǎng)位于金沙水電站壩址上游約3.8～4.4 km的左岸石家溝溝道內(nèi)(圖1),場(chǎng)區(qū)呈盆狀開(kāi)闊地形,東西向長(zhǎng)350～600 m,南北向?qū)?50～500 m,總占地面積約25 hm2。

棄渣場(chǎng)南、北兩面由山梁所圍,場(chǎng)區(qū)總體地勢(shì)由東南向西北傾斜。南側(cè)為尖山山體,山脊為西北—東南走向,山體雄厚,脊頂高程1 350～1 120 m；北側(cè)為東西走向山梁,山脊較單薄,脊頂高程1 140～1 230 m；西側(cè)地勢(shì)較低,地面高程1 100～1 125 m。渣場(chǎng)內(nèi)地表以農(nóng)田、林地為主,無(wú)重要建筑或構(gòu)筑設(shè)施分布。

圖1 石家溝棄渣場(chǎng)航片圖(引自Google)
Fig.1 Aerial photo of Shijiagou waste disposal area

場(chǎng)區(qū)在大地構(gòu)造分區(qū)上隸屬揚(yáng)子準(zhǔn)地臺(tái)之康滇地軸西部,地震基本烈度為7度。場(chǎng)區(qū)內(nèi)無(wú)大的斷層通過(guò),地表大多基巖裸露。尖山子泥石流溝從棄渣場(chǎng)穿過(guò),占用泥石流流通區(qū)長(zhǎng)630 m的溝段。未發(fā)現(xiàn)其它滑坡、崩塌等不良地質(zhì)現(xiàn)象。

場(chǎng)區(qū)內(nèi)沖溝沿線溝底主要為漂石或塊石夾土,厚度5～15 m；其余地段有少量的人工堆積物。其余大部分山坡基巖裸露,大致以渣場(chǎng)中心為界,北側(cè)基巖為第三系昔格達(dá)組(N2x)疏松粉砂巖夾粘土巖,產(chǎn)狀平緩,走向5°左右、傾向東、傾角2°～7°,巖層走向與沖溝方向近垂直,傾向與沖溝流向相反,沖溝方向未鋪滿整個(gè)場(chǎng)區(qū),基本不存在順層滑動(dòng)的不利組合或穩(wěn)定問(wèn)題；南側(cè)及前緣巖體為二疊系上統(tǒng)峨眉山組玄武巖(P3em),地表表部為全強(qiáng)風(fēng)化巖石。

場(chǎng)區(qū)內(nèi)基巖淺表部裂隙發(fā)育,透水性較強(qiáng),地下水位埋深大,估計(jì)比金沙江水位(1 000 m)略高。

3 泥石流對(duì)棄渣場(chǎng)的影響分析

從初步勘察情況看,尖山子泥石流溝從規(guī)劃棄渣場(chǎng)穿過(guò),棄渣場(chǎng)占用了泥石流溝下游流通區(qū)溝段,石家溝棄渣場(chǎng)選址是否成立,關(guān)鍵在于泥石流對(duì)其影響的程度,為此對(duì)尖山子泥石流進(jìn)行了專(zhuān)門(mén)研究[3]。

尖山子泥石流溝發(fā)源于新莊尖山北坡,彎曲延伸,總體流向由東至西,在清香坪污水處理廠附近流入金沙江,匯水面積約0.92 km2,規(guī)劃棄渣場(chǎng)以上匯水面積約0.35 km2。主溝曲線長(zhǎng)度2.282 km,彎曲系數(shù)1.222,最大相對(duì)高差750 m,平均比降40.1%；主溝切割深度4～5 m。高程1 300 m即攀鋼三小區(qū)以上溝段為形成區(qū),以下至江邊為流通區(qū)。

泥石流物源主要是形成區(qū)兩岸山坡厚約8 m左右的崩坡積物。崩坡積物形成時(shí)間較早,分布面積較廣,大部分較密實(shí),其中穩(wěn)定的崩坡積體體積62萬(wàn)m3,不穩(wěn)定體和潛在不穩(wěn)定體體積分別為0.6萬(wàn)m3、10.3萬(wàn)m3。

在100年一遇的降水頻率下，泥石流一次過(guò)程總量為10.85萬(wàn)m3,規(guī)模上屬大型,位于泥石流活動(dòng)的易活動(dòng)區(qū),活動(dòng)性強(qiáng),屬于山坡與山谷型泥石流的過(guò)渡類(lèi)型,稀性泥石流。泥石流發(fā)生的可能性為易發(fā),目前正處于青壯年期,在雨季暴發(fā)泥石流的概率較大。

2011年攀枝花市將尖山子泥石流防治工程列為搶險(xiǎn)應(yīng)急類(lèi)地質(zhì)災(zāi)害治理項(xiàng)目,在完成勘察設(shè)計(jì)方案審查后,采取“攔擋+排導(dǎo)”相結(jié)合的防治策略,修建了谷坊壩、防護(hù)堤、護(hù)底等治理工程,于2012年4月竣工。據(jù)跟蹤調(diào)查,經(jīng)歷了多個(gè)水文年,泥石流溝修建的谷坊壩等各建筑物未遭受任何損毀,谷坊壩、防護(hù)堤內(nèi)偶爾有少量堆積物,地方政府每年都進(jìn)行了清理,少有物質(zhì)進(jìn)入到下游棄渣場(chǎng)占用的溝段,說(shuō)明防治工程是有效的。

尖山子泥石流搶險(xiǎn)應(yīng)急防治工程的實(shí)施,為石家溝溝道棄渣創(chuàng)造了可能。據(jù)此分析,只要做好泥石流溝水的導(dǎo)排,石家溝具備興建棄渣場(chǎng)的條件。

4 棄渣堆填方案及防護(hù)措施

石家溝棄渣場(chǎng)為溝道型棄渣場(chǎng)[4],規(guī)劃堆渣高程1 120～1 250 m,堆渣邊坡設(shè)計(jì)坡比1∶2(圖2),每堆高10 m設(shè)置一3 m寬?cǎi)R道,每堆高40 m布置一10 m寬?cǎi)R道；其中后部堆渣高度達(dá)60～80 m,前部堆渣高度30～40 m,最大堆高130 m(圖3),計(jì)劃堆渣810萬(wàn)m3,屬特大型棄渣場(chǎng)。

圖2 石家溝棄渣場(chǎng)堆填平面圖
Fig.2 Plan of Shijiagou waste disposal site

立足于當(dāng)?shù)匾褜?shí)施的泥石流應(yīng)急防治工程的基本情況,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[5],構(gòu)建以泥石流排導(dǎo)為重點(diǎn)、與現(xiàn)有防治工程相協(xié)調(diào)的防護(hù)體系,確保渣場(chǎng)穩(wěn)定和防護(hù)工程建筑物安全,并為當(dāng)?shù)貭I(yíng)造居民休閑空間創(chuàng)造條件。

圖3 石家溝棄渣體典型剖面圖
Fig.3 Typical section of Shijiagou waste slag body

1.人工堆積碎石夾土;2.洪積塊石夾土;3.昔格達(dá)組疏松粉砂巖夾粘土巖;4.峨眉山組玄武巖;5.全、強(qiáng)風(fēng)化帶及分界線。

石家溝棄渣場(chǎng)為特大型棄渣場(chǎng),防洪設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)為100年一遇設(shè)計(jì)洪水,泥石流排導(dǎo)工程安全級(jí)別為一級(jí),攔擋工程建筑物級(jí)別為3級(jí)。

防護(hù)體系由工程措施、植物措施和臨時(shí)措施組成。工程措施包括表土剝離、泥石流排導(dǎo)、攔擋、截排水、護(hù)坡、土地整治等工程,植物措施為渣場(chǎng)頂面及邊坡的植被恢復(fù),臨時(shí)措施為施工期間臨時(shí)擋護(hù)。

5 棄渣體穩(wěn)定性分析

5.1 棄渣體穩(wěn)定性宏觀分析

棄渣主要沿兩條東西向溝谷堆填,堆渣高程1 120～1 250 m,地表總體向西傾斜,傾角15°～20°,而棄渣場(chǎng)地表全強(qiáng)風(fēng)化巖體厚度較大,強(qiáng)度較低,特別是昔格達(dá)組為弱膠結(jié)巖石,巖層近水平,巖質(zhì)疏松,遇水易軟化,抗剪強(qiáng)度低,加上堆渣方量較大、堆填高度大,計(jì)劃堆存棄渣810萬(wàn)m3,其中后部堆渣高度達(dá)60～80 m,前部堆渣高度30～40 m,棄渣體存在穩(wěn)定問(wèn)題。

另外,棄渣基本沿兩條溝谷堆填,原本為一匯水地形,匯水面積較大,加上堆填棄渣多為壩區(qū)開(kāi)挖的碎塊石,其巖石主要為強(qiáng)、弱風(fēng)化上帶花崗巖,少量各種風(fēng)化的砂巖,質(zhì)量較堅(jiān)硬至較疏松,強(qiáng)度相對(duì)較低,形態(tài)多呈碎石狀,少量風(fēng)化砂,利于地表水下滲,且北半部昔格達(dá)組粉砂巖夾粘土巖透水性弱,地下水匯聚后不易迅速排走,對(duì)棄渣體穩(wěn)定不利。堆渣占用尖山子泥石流溝中段,截?cái)嗔藳_溝,泥石流物質(zhì)會(huì)沖入棄渣體,不僅對(duì)其形成加載,而且沖溝流水進(jìn)入棄渣體,亦對(duì)棄渣體的穩(wěn)定不利。

由此可見(jiàn),棄渣體存在穩(wěn)定問(wèn)題,需采取工程措施,以滿足其穩(wěn)定要求。

5.2 棄渣體穩(wěn)定性計(jì)算

石家溝棄渣體穩(wěn)定性計(jì)算時(shí)假定：由于渣料中除含少量的覆蓋層開(kāi)挖料外,其余絕大部分是石渣料,渣料粘聚力較低,因此穩(wěn)定計(jì)算時(shí),可按無(wú)粘性料考慮,渣料粘聚力C值取0；堆渣體渣料單一均勻。

棄渣場(chǎng)邊坡按B類(lèi)Ⅰ級(jí)邊坡考慮選取抗滑穩(wěn)定最小安全系數(shù)。采用瑞典圓弧法進(jìn)行計(jì)算,計(jì)算參數(shù)在地勘報(bào)告中選取。實(shí)際計(jì)算時(shí),渣料粘聚力C值取5 kPa,內(nèi)摩擦角φ取值除了依據(jù)地勘報(bào)告建議值,還對(duì)比了攀枝花地區(qū)一些相似棄渣場(chǎng)或排土場(chǎng)的經(jīng)驗(yàn),水上取38°,水下取35°。

根據(jù)棄渣場(chǎng)渣體物質(zhì)組成、堆渣高度、堆放坡度,同時(shí)參考棄渣場(chǎng)地質(zhì)參數(shù),計(jì)算出棄渣體相應(yīng)的最小安全系數(shù)(采用GEO-SLOPE公司開(kāi)發(fā)的GeoStudio軟件中的SLOPE/W模塊計(jì)算),計(jì)算結(jié)果詳見(jiàn)表2。

表2 棄渣體穩(wěn)定計(jì)算結(jié)果一覽表Table 2 List of calculation results of waste slag stability

根據(jù)上表可知,棄渣體穩(wěn)定安全系數(shù)均達(dá)到規(guī)范要求,在擬定堆放坡度下能滿足穩(wěn)定要求。

5.3 棄渣場(chǎng)失穩(wěn)致災(zāi)預(yù)測(cè)

棄渣場(chǎng)失穩(wěn)致災(zāi)預(yù)測(cè)從尖山子泥石流沖擊棄渣場(chǎng)致災(zāi)、棄渣體滑動(dòng)或暴發(fā)泥石流致災(zāi)兩方面進(jìn)行預(yù)測(cè)分析。

據(jù)調(diào)查,尖山子溝曾經(jīng)暴發(fā)泥石流規(guī)模不大,另經(jīng)計(jì)算,尖山子泥石流整體沖擊力44.56 kPa,對(duì)于整個(gè)棄渣體來(lái)說(shuō),不會(huì)產(chǎn)生太大影響,而且即使有泥石流發(fā)生沖下,由于棄渣場(chǎng)后緣泥石流溝有一個(gè)近直角轉(zhuǎn)彎,其不在上游泥石流溝正前方(圖2),也不會(huì)產(chǎn)生大的致災(zāi)影響。

棄渣場(chǎng)原始地形是圈椅形、三脊夾兩溝,中后部較寬闊、前緣束窄,加上堆填外形方案設(shè)計(jì)為中部凸出、南北稍凹(圖2),北邊匯水面積小,所以即使發(fā)生了失穩(wěn)或泥石流,前方仍為原沖溝,無(wú)致災(zāi)危害對(duì)象,對(duì)環(huán)境基本無(wú)影響。

綜上所述,棄渣場(chǎng)失穩(wěn)致災(zāi)的可能性不大,即使有發(fā)生,對(duì)環(huán)境也基本無(wú)影響。

5.4 棄渣體穩(wěn)定性總體評(píng)價(jià)

石家溝棄渣場(chǎng)除發(fā)育有尖山子泥石流溝外,未發(fā)現(xiàn)滑坡、崩塌等不良地質(zhì)現(xiàn)象。其穩(wěn)定性一方面在于自身穩(wěn)定,另一方面在于泥石流帶來(lái)的穩(wěn)定問(wèn)題。基于上述堆填方案、防護(hù)體系基礎(chǔ),棄渣體整體穩(wěn)定,攔渣壩的抗滑穩(wěn)定、抗傾覆穩(wěn)定也能滿足要求。經(jīng)預(yù)測(cè)分析,渣場(chǎng)失穩(wěn)致災(zāi)的可能性不大,即使發(fā)生,對(duì)環(huán)境基本無(wú)影響。只要做好泥石流排導(dǎo)工程、棄渣體的攔擋及截排水工程,石家溝基本適宜作為棄渣場(chǎng)。

6 棄渣場(chǎng)選址合理性分析

石家溝位于金沙水電站壩址上游左岸約3.8～4.4 km,若作為棄渣場(chǎng),運(yùn)距小,容量滿足要求；溝道地形,適合棄渣和修建攔擋設(shè)施；土地類(lèi)型主要為農(nóng)用地,無(wú)重要建(構(gòu))筑物設(shè)施分布；除尖山子泥石流溝穿過(guò)外,無(wú)其他不良地質(zhì)現(xiàn)象,場(chǎng)地整體穩(wěn)定；不占用金沙江河道行洪斷面,不涉及自然保護(hù)區(qū)、水源保護(hù)區(qū)等現(xiàn)行法律法規(guī)保護(hù)的環(huán)境敏感目標(biāo),不影響上游泥石流防治工程的功能；水土保持防治的難度小,對(duì)環(huán)境影響也在可控范圍內(nèi)。

泥石流是棄渣場(chǎng)成立的唯一限制性因素。在上游泥石流防治工程已經(jīng)實(shí)施、流域泥石流規(guī)模不大且地質(zhì)災(zāi)害并不突出的現(xiàn)實(shí)情況下,只要采取包括排導(dǎo)槽、攔渣壩、截排水等綜合防治措施,避免泥石流直接沖擊渣體,確保渣場(chǎng)渣體穩(wěn)定和不危及公共安全,基本可以消除泥石流影響。

另外地方政府全程參與了棄渣場(chǎng)選址與設(shè)計(jì)工作,認(rèn)為石家溝作為棄渣場(chǎng)不影響地方規(guī)劃,而且還可利用棄渣場(chǎng)形成平臺(tái)建成一供居民休閑娛樂(lè)的廣場(chǎng),社會(huì)效益是顯而易見(jiàn)的。

總體來(lái)看,規(guī)劃的棄渣場(chǎng)基本符合棄渣場(chǎng)選址原則,在切實(shí)做好泥石流排導(dǎo)等綜合防治措施、確保渣體穩(wěn)定和不危及公共安全的前提下,既可較經(jīng)濟(jì)地解決工程棄渣問(wèn)題,還能產(chǎn)生為周邊居民營(yíng)造休閑娛樂(lè)空間的社會(huì)效益,體現(xiàn)了城市周邊設(shè)置棄渣場(chǎng)的特點(diǎn),該渣場(chǎng)選址是合理的。

7 結(jié)語(yǔ)

(1) 金沙水電站規(guī)劃的石家溝棄渣場(chǎng)是合理的,體現(xiàn)了城市及其周邊設(shè)置棄渣場(chǎng)因地制宜的理念,既解決工程棄渣,還計(jì)劃打造成一廣場(chǎng),是電站建設(shè)與地方規(guī)劃結(jié)合的雙贏方案。

(2) 石家溝于2014年開(kāi)始棄渣,至2018年基本棄渣結(jié)束,未發(fā)生渣場(chǎng)邊坡失穩(wěn)、泥石流等現(xiàn)象,從安全監(jiān)測(cè)看,棄渣場(chǎng)處于穩(wěn)定狀態(tài)。

(3) 棄渣場(chǎng)位置的選擇是工程建設(shè)中一項(xiàng)重要的內(nèi)容,更是前期工作的關(guān)鍵。必須慎重選擇棄渣場(chǎng)的位置，并做好堆填防護(hù)設(shè)計(jì)。