龍益輝， 梁剛毅， 唐玉峰， 孫坤君， 謝增武

(廣西壯族自治區(qū)水利電力勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司，530023，南寧)

水利水電樞紐工程具有建設(shè)周期長(zhǎng)，取土棄渣量大的特點(diǎn)，棄渣場(chǎng)已成為水利水電工程水土流失防治重點(diǎn)區(qū)域[1]。由于水利水電樞紐工程樞紐攔河布設(shè)的特殊性，棄渣場(chǎng)布置受工程所在河段地形條件的限制，會(huì)更多地考慮選擇涉水型棄渣場(chǎng)；但涉水型棄渣場(chǎng)一旦失事，棄渣將直接進(jìn)入河道，危及河流生態(tài)環(huán)境、涉河建筑物及人民生命財(cái)產(chǎn)的安全；較之常規(guī)棄渣場(chǎng)，涉水型棄渣場(chǎng)需考慮水位、水流流態(tài)變化等的影響，其安全穩(wěn)定分析和防護(hù)措施設(shè)計(jì)就顯得尤為重要。

雖然國(guó)內(nèi)學(xué)者對(duì)棄渣場(chǎng)的選址、防護(hù)措施等作了大量的研究，例如，田育新等[2]對(duì)棄渣場(chǎng)進(jìn)行分類(lèi)，提出棄渣方式應(yīng)優(yōu)先選擇填洼(塘)棄渣，平地棄渣次之，最后選擇溝道棄渣或坡面棄渣；呂釗等[3]通過(guò)分析棄渣場(chǎng)土壤侵蝕類(lèi)型、特點(diǎn)及影響因素，提出需健全棄渣場(chǎng)水土流失防治措施體系；袁普金等[4]研究棄渣失穩(wěn)后可能產(chǎn)生的滑移距離，提出棄渣場(chǎng)的安全選址防護(hù)距離。劉冠軍[5]提出利用棄渣造地或建設(shè)人造景觀(guān)，美化攔河閘兩端環(huán)境的思路；周林勇等[6]探討西南高山區(qū)中小水電開(kāi)發(fā)臨河(溝)型棄渣場(chǎng)的工程措施；操昌碧[7]分析研究水庫(kù)型棄渣場(chǎng)的工程防護(hù)措施設(shè)計(jì)等。但目前針對(duì)涉水型棄渣場(chǎng)安全穩(wěn)定的研究尚不成熟，鑒于強(qiáng)制性條文“棄渣場(chǎng)防護(hù)措施設(shè)計(jì)應(yīng)在渣體穩(wěn)定的基礎(chǔ)上進(jìn)行”的要求[8]，以及涉水型棄渣場(chǎng)的安全問(wèn)題更為事關(guān)重大，筆者選取3個(gè)已運(yùn)行的水利水電樞紐工程的涉水型棄渣場(chǎng)，基于安全穩(wěn)定的處置方案進(jìn)行研究，研究案例包括綜合利用型、臨河型及庫(kù)區(qū)型棄渣場(chǎng)。臨河型及庫(kù)區(qū)型棄渣場(chǎng)為SL575—2012《水利水電工程水土保持技術(shù)規(guī)范》[8]棄渣場(chǎng)分類(lèi)中的2種類(lèi)型，另外考慮壩區(qū)綜合利用型棄渣場(chǎng)可能存在涉水情況，納入案例研究。筆者依據(jù)現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，針對(duì)涉水型棄渣場(chǎng)案例的棄渣場(chǎng)穩(wěn)定計(jì)算工況、允許安全系數(shù)，防護(hù)工程防洪標(biāo)準(zhǔn)，及防護(hù)措施布設(shè)要求等進(jìn)行復(fù)核，并結(jié)合國(guó)內(nèi)現(xiàn)有涉水型棄渣場(chǎng)研究成果進(jìn)行歸納和總結(jié)，以期在未來(lái)實(shí)踐中規(guī)避風(fēng)險(xiǎn)，減少水土流失，并為此類(lèi)棄渣場(chǎng)的設(shè)計(jì)、施工、評(píng)估等提供經(jīng)驗(yàn)參考。

1 研究案例簡(jiǎn)況

1.1 廣西老口航運(yùn)樞紐工程

老口航運(yùn)樞紐工程壩址位于郁江上游，上距南寧市區(qū)約28 km，是一座以航運(yùn)、防洪為主，結(jié)合發(fā)電，兼顧改善南寧市水環(huán)境等的大型綜合利用工程。該工程產(chǎn)生棄渣約470萬(wàn)m3，其中23萬(wàn)m3棄渣堆置在右岸接頭土壩上游側(cè)棄渣場(chǎng)，棄渣場(chǎng)與接頭土壩構(gòu)成右岸壩頂大平臺(tái)，為壩區(qū)景觀(guān)設(shè)計(jì)創(chuàng)造條件，屬于典型綜合利用型棄渣場(chǎng)。

1.2 廣西百色澄碧河水庫(kù)除險(xiǎn)加固工程

澄碧河水庫(kù)工程壩址位于廣西百色永樂(lè)鄉(xiāng)澄碧河下游河段，是一座以供水為主，兼有發(fā)電、防洪、旅游等綜合效益的大型水利樞紐工程。工程在除險(xiǎn)加固施工過(guò)程中產(chǎn)生永久棄渣25萬(wàn)m3。棄渣場(chǎng)布設(shè)在溢洪道下游河道與沖溝交界處，為臨河型棄渣場(chǎng)。

1.3 廣西防城港市大垌水庫(kù)工程

大垌水庫(kù)工程位于防城河支流平垌江上，是一座以供水為主，兼顧發(fā)電、灌溉等綜合利用的中型水庫(kù)工程。工程壩區(qū)永久棄渣145.5萬(wàn)m3，其中55萬(wàn)m3的壩基開(kāi)挖料選址堆放在大壩上游左側(cè)約1 km的庫(kù)區(qū)沖溝內(nèi)，棄渣場(chǎng)底、頂面分別低于水庫(kù)死水位及正常蓄水位，為典型的庫(kù)區(qū)型棄渣場(chǎng)。研究項(xiàng)目涉水型棄渣場(chǎng)特性見(jiàn)表1。

表1 研究項(xiàng)目涉水型棄渣場(chǎng)特性表Tab.1 Characteristic table of residues disposal areas of water system-related type

2 涉水型棄渣場(chǎng)處置方案

根據(jù)SL 575—2012《水利水電工程水土保持技術(shù)規(guī)范》[8]及GB 50433—2018《生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目水土保持技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》[9]，棄渣場(chǎng)獨(dú)立分區(qū)，其綜合防治體系由工程措施、植物措施及臨時(shí)措施構(gòu)成。本研究所述3類(lèi)涉水型棄渣場(chǎng)處置方案在滿(mǎn)足渣體穩(wěn)定前提下，措施各有側(cè)重。

2.1 老口壩區(qū)綜合利用型棄渣場(chǎng)

老口航運(yùn)樞紐工程右岸接頭土壩下游緊鄰沖溝，受場(chǎng)地限制，利用圍堰拆除的棄渣料在接頭土壩上游側(cè)回填成與壩頂?shù)雀叩钠脚_(tái)，形成壩區(qū)綜合利用型棄渣場(chǎng)，渣體坡面布設(shè)有通往魚(yú)道的連接道路。堆渣高度約14 m，堆渣坡比1∶2.5，坡腳設(shè)置混凝土擋渣墻，坡面植草護(hù)坡，渣頂及坡面布設(shè)排水系統(tǒng)，在渣頂與土壩壩頂形成的大平臺(tái)布設(shè)園林綠化，營(yíng)造壩區(qū)特色景觀(guān)。由于老口航運(yùn)樞紐工程承擔(dān)防洪任務(wù)，而渣場(chǎng)底高程低于防洪高水位(84.2 m)，渣體存在受庫(kù)水浸泡及水位變幅影響的情況，棄渣場(chǎng)穩(wěn)定分析是設(shè)計(jì)的關(guān)鍵點(diǎn)，渣頂?shù)闹参锎胧┎荚O(shè)是工程特色。老口棄渣場(chǎng)布置情況見(jiàn)圖1及圖2。

圖1 老口棄渣場(chǎng)平面布置圖Fig.1 Floor plan of Laokou residues disposal area

圖2 老口棄渣場(chǎng)剖面圖Fig.2 Cross-section of Laokou residues disposal area

2.1.1 土壩及棄渣場(chǎng)穩(wěn)定性 右岸接頭土壩建筑物級(jí)別為1級(jí)，設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)為500年一遇，校核洪水標(biāo)準(zhǔn)為5 000年一遇。土壩壩高15～20 m，壩頂寬10 m，上、下游坡坡比均為1∶2.5。接頭土壩沿壩軸線(xiàn)垂直方向伸向上游山體封閉成庫(kù)，土壩在壩軸線(xiàn)與垂線(xiàn)形成的直角轉(zhuǎn)彎處以半徑為100 m的圓弧連接，壩區(qū)綜合利用型棄渣場(chǎng)布設(shè)于轉(zhuǎn)彎段范圍，回填渣料與土壩之間通過(guò)60 cm過(guò)渡層分區(qū)?，F(xiàn)狀土壩已與棄渣場(chǎng)渾然一體。原設(shè)計(jì)僅對(duì)接頭土壩上、下游壩坡采用簡(jiǎn)化畢肖普法進(jìn)行抗滑穩(wěn)定性計(jì)算，壩體壓實(shí)度為0.98。原設(shè)計(jì)未對(duì)棄渣場(chǎng)穩(wěn)定性進(jìn)行計(jì)算，僅提出施工要求，要求渣體壓實(shí)度達(dá)0.90，分層填筑厚度≤500 mm。筆者對(duì)棄渣場(chǎng)穩(wěn)定性進(jìn)行復(fù)核。由于棄渣場(chǎng)位于土壩上游側(cè)，受樞紐運(yùn)行水位變幅影響，采用與土壩相同的穩(wěn)定計(jì)算工況和抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)。對(duì)比SL 575—2012《水利水電工程水土保持技術(shù)規(guī)范》[8]，SL 274—2020《碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范》[10]增加了完建及水位驟降2種控制穩(wěn)定的計(jì)算工況，由于工程已運(yùn)行多年，不再?gòu)?fù)核完建工況；依據(jù)樞紐運(yùn)行調(diào)度要求，棄渣場(chǎng)穩(wěn)定性計(jì)算存在水位驟降工況。棄渣場(chǎng)抗滑穩(wěn)定性計(jì)算采用簡(jiǎn)化畢肖普法。穩(wěn)定性計(jì)算采用的物理力學(xué)參數(shù)見(jiàn)表2；計(jì)算工況及穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表3。表中“允許值”，即抗滑穩(wěn)定最小安全系數(shù)采用SL 274—2020《碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范》中1級(jí)壩所對(duì)應(yīng)的數(shù)值。

表2 老口土壩及棄渣場(chǎng)穩(wěn)定性計(jì)算參數(shù)Tab.2 Calculating parameters of soil dam and residues disposal area stability in Laokou

表3 老口土壩及棄渣場(chǎng)抗滑穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)果Tab.3 Calculated stabilities against the sliding of soil dam and residues disposal area in Laokou

2.1.2 棄渣場(chǎng)植物措施設(shè)計(jì) 渣場(chǎng)上游坡面采用植草護(hù)坡。渣頂大平臺(tái)形成壩區(qū)景觀(guān)廣場(chǎng)，植物措施主要以喬、灌、草綠化為主，結(jié)合景墻、亭子、花池等景觀(guān)小品點(diǎn)綴其間。符合主要建筑物級(jí)別1級(jí)，相應(yīng)樞紐永久占地區(qū)植被恢復(fù)級(jí)別采用1級(jí)的水土保持要求。老口棄渣場(chǎng)植物措施布設(shè)及效果見(jiàn)圖3及圖4。

①Roystonea regia.②Wodyetia bifurcata.③Yulania denudata.④Osmanthus fragrans.⑤Cercis chinensis.⑥Bombax ceiba.⑦Lagerstroemia indica.⑧Handroanthus chrysanthus.⑨Cerasus sp.⑩Delonix regia.Bischofia javanica 圖3 老口棄渣場(chǎng)平臺(tái)景觀(guān)綠化圖Fig.3 Landscape greening map of Laokou residues disposal area platform

圖4 老口棄渣場(chǎng)平臺(tái)綠化效果Fig.4 Greening effect of Laokou residues disposal area platform

2.1.3 壩區(qū)綜合利用型棄渣場(chǎng)研究結(jié)果與分析

1)對(duì)比SL 575—2012《水利水電工程水土保持技術(shù)規(guī)范》、SL 274—2020《碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范》及GB 50286—2013《堤防工程設(shè)計(jì)規(guī)范》，1級(jí)棄渣場(chǎng)抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)分別與2級(jí)土石壩及2級(jí)土堤一致，以下級(jí)別依此類(lèi)推。老口綜合利用型棄渣場(chǎng)位于接頭土壩上游，受樞紐運(yùn)行水位變幅影響，采用與相鄰樞紐建筑物相同的計(jì)算工況及抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)允許值，在各種運(yùn)用工況下，穩(wěn)定計(jì)算結(jié)果均滿(mǎn)足現(xiàn)行規(guī)范要求。

2)SL 274—2020《碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范》和GB 50286—2013《堤防工程設(shè)計(jì)規(guī)范》中不同級(jí)別的土石壩及土堤分別對(duì)應(yīng)不同的壓實(shí)度值。目前相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)尚無(wú)渣體壓實(shí)控制方面的規(guī)定[1]，老口棄渣場(chǎng)壓實(shí)度為0.9，略低于GB 50286—2013《堤防工程設(shè)計(jì)規(guī)范》中的3級(jí)土堤壓實(shí)度值0.91[11]。

3)水利水電樞紐工程棄渣場(chǎng)往往由于地形、施工條件等原因選址困難。鄰近城鎮(zhèn)的水利水電樞紐工程，雖不受限于地形、施工條件，但也存在周邊土地開(kāi)發(fā)程度高，棄渣場(chǎng)征地困難且征地費(fèi)用高的問(wèn)題，棄渣場(chǎng)選址本著以人為本、集約節(jié)約、綠色發(fā)展原則，可考慮在壩區(qū)內(nèi)設(shè)置綜合利用型棄渣場(chǎng)。為減少水位變幅對(duì)于渣場(chǎng)安全的影響，棄渣場(chǎng)盡可能布設(shè)在壩址下游側(cè)。在棄渣場(chǎng)穩(wěn)定的前提下，利用其為壩區(qū)造景提供條件。

2.2 澄碧河水庫(kù)臨河型棄渣場(chǎng)

澄碧河水庫(kù)臨河型棄渣場(chǎng)呈“L”型布置，“L”型短邊側(cè)臨溢洪道下游河道，長(zhǎng)邊位于低洼沖溝內(nèi)。上游匯水面積較大，匯水經(jīng)324國(guó)道路基下已埋設(shè)的暗涵排至棄渣場(chǎng)所處低洼沖溝內(nèi)。棄渣場(chǎng)臨河側(cè)最大堆渣高度22.3 m，分2級(jí)臺(tái)階堆置，堆渣坡比1∶1.8，渣頂高程比路面高程低約0.5～0.7 m，為同時(shí)滿(mǎn)足行洪與渣料堆存的要求，結(jié)合場(chǎng)地條件，采用擋渣堤進(jìn)行攔渣及防洪。坡面采用草皮護(hù)坡，渣頂亦采用草皮防護(hù)并待后期利用。沖溝處渣體底部布設(shè)鋼筋混凝土排水涵管與324國(guó)道暗涵相接，將上游來(lái)水引至渣場(chǎng)“L”型拐點(diǎn)處，排至河道。本棄渣場(chǎng)穩(wěn)定分析、臨河側(cè)攔擋及渣體下部排洪工程設(shè)計(jì)是關(guān)鍵點(diǎn)。

2.2.1 棄渣場(chǎng)穩(wěn)定性 工程棄渣以石渣為主，根據(jù)地質(zhì)資料，渣料密度為1.96 g/cm3，黏聚力2.6 kPa，內(nèi)摩擦角29°。棄渣場(chǎng)抗滑穩(wěn)定性計(jì)算采用簡(jiǎn)化畢肖普法?？紤]棄渣場(chǎng)最大堆渣高度所對(duì)應(yīng)的斷面最危險(xiǎn)，以此作為典型斷面進(jìn)行復(fù)核計(jì)算。本棄渣場(chǎng)級(jí)別為4級(jí)，抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)允許值采用SL 575—2012《水利水電工程水土保持技術(shù)規(guī)范》棄渣場(chǎng)相應(yīng)級(jí)別所對(duì)應(yīng)的數(shù)值。計(jì)算工況除考慮正常運(yùn)用工況外，由于工程所處區(qū)域?qū)?yīng)地震基本烈度值為Ⅶ度且為多雨地區(qū)，考慮遭遇地震的非常運(yùn)用工況及連續(xù)降雨的非常運(yùn)用工況。棄渣場(chǎng)穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表4。

表4 澄碧河棄渣場(chǎng)抗滑穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)果Tab.4 Calculated stabilities against the sliding of residues disposal area in Chengbi river

2.2.2 攔渣堤穩(wěn)定性 “L”型渣場(chǎng)短邊側(cè)臨溢洪道下游河道，需設(shè)置攔擋工程。攔擋工程級(jí)別為5級(jí)，設(shè)計(jì)防洪標(biāo)準(zhǔn)20年一遇。攔渣堤采用混凝土重力式結(jié)構(gòu)，堤高8.8 m，堤頂高于設(shè)計(jì)水位2.2 m，頂寬0.5 m，背坡坡度1∶0.44，基底寬5.8 m。

根據(jù)地質(zhì)資料，基底摩擦系數(shù)0.4，基礎(chǔ)允許承載力250 kPa。表5為攔渣堤穩(wěn)定計(jì)算結(jié)果。

表5 澄碧河攔渣堤穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)果Tab.5 Calculated stabilities of slag-retaining levee in Chengbi river

2.2.3 排洪工程 排洪工程通過(guò)布設(shè)在渣體底部的排水涵管將上游來(lái)水引至下游河道。排洪工程級(jí)別為4級(jí)，設(shè)計(jì)及校核防洪標(biāo)準(zhǔn)分別采用20年一遇及30年一遇。棄渣場(chǎng)區(qū)集雨面積0.22 km2，20年及30年一遇洪峰流量分別為3.09和3.33 m3/s。鋼筋混凝土排水涵管管徑2.4 m，在無(wú)壓流情況下滿(mǎn)足過(guò)流要求。

2.2.4 臨河型棄渣場(chǎng)研究結(jié)果與分析

1)澄碧河水庫(kù)臨河型棄渣場(chǎng)采用了高于防洪水位的攔渣堤型式，避免水位變幅對(duì)渣體的直接影響。其棄渣場(chǎng)穩(wěn)定計(jì)算、臨河側(cè)攔渣堤穩(wěn)定計(jì)算結(jié)果滿(mǎn)足現(xiàn)行規(guī)范要求，渣體底部排洪工程過(guò)流能力滿(mǎn)足要求。

2)陳偉等[12]主編的《水工設(shè)計(jì)手冊(cè)》第3卷、王治國(guó)等[13]主編的《水土保持設(shè)計(jì)手冊(cè)》生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目卷，以及周林勇等[6]相關(guān)論文中提及的臨河型棄渣場(chǎng)中的防護(hù)措施均采用了高于防洪水位的攔渣堤，與GB 50286—2013《堤防工程設(shè)計(jì)規(guī)范》中的防洪墻結(jié)構(gòu)型式相同，在地基條件允許且滿(mǎn)足基礎(chǔ)抗沖刷的前提下此種結(jié)構(gòu)型式較為安全。

3)臨河型棄渣場(chǎng)由于防護(hù)措施需同時(shí)滿(mǎn)足擋渣與防洪要求，當(dāng)采用護(hù)腳擋墻+渣體斜坡防護(hù)的結(jié)構(gòu)型式，即擋墻墻頂高程低于設(shè)計(jì)防洪水位時(shí)，建議棄渣場(chǎng)抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)提高一級(jí)別選取，即與GB 50286—2013《堤防工程設(shè)計(jì)規(guī)范》保持一致。此外，由于渣料組成及壓實(shí)度的不確定性，建議根據(jù)渣料組成、壓實(shí)要求、施工工藝以及現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)等確定渣料物理力學(xué)參數(shù)，經(jīng)棄渣場(chǎng)穩(wěn)定計(jì)算，提出適宜的堆渣坡比。

2.3 大垌庫(kù)區(qū)型棄渣場(chǎng)

大垌水庫(kù)兩側(cè)為中低山峽谷地形，所在平垌江為山區(qū)性河流，是廣西暴雨中心之一。大垌庫(kù)區(qū)型棄渣場(chǎng)底部高程低于死水位2 m，頂部高程低于水庫(kù)正常蓄水位5 m。最大堆渣高度33 m，堆渣坡比1∶3，分3級(jí)臺(tái)階堆置，坡腳設(shè)漿砌石攔渣墻，外圍布置漿砌石截排水溝，坡面及頂部采用干砌塊石進(jìn)行防護(hù)。

大垌庫(kù)區(qū)型棄渣場(chǎng)堆渣頂面高程低于正常蓄水位并與溢洪道堰頂高程齊平，棄渣場(chǎng)在運(yùn)行期浸沒(méi)于水下，且不受庫(kù)水位驟降的影響，因此，運(yùn)行期不存在安全問(wèn)題。施工期棄渣場(chǎng)及攔擋措施的穩(wěn)定安全是設(shè)計(jì)重點(diǎn)。

大垌水庫(kù)攔河壩施工采用隧洞導(dǎo)流、河床一次斷流，土石圍堰擋水的導(dǎo)流方式。施工期棄渣場(chǎng)穩(wěn)定分析需考慮河道天然洪水影響及施工期導(dǎo)流洪水的影響。河道天然洪水標(biāo)準(zhǔn)取30年一遇；施工期導(dǎo)流洪水標(biāo)準(zhǔn)按度汛設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)采用50年一遇。本研究穩(wěn)定復(fù)核計(jì)算采用50年一遇洪水標(biāo)準(zhǔn)，其相應(yīng)水位低于渣頂面13 m。

2.3.1 棄渣場(chǎng)穩(wěn)定性 棄渣料為土石混合料，堆渣過(guò)程中未嚴(yán)格碾壓，采用分層堆放，運(yùn)送機(jī)械碾壓推平的方式。根據(jù)地質(zhì)資料，渣料密度為1.95 g/cm3，黏聚力6 kPa，內(nèi)摩擦角22°。棄渣場(chǎng)抗滑穩(wěn)定性計(jì)算采用簡(jiǎn)化畢肖普法?？紤]棄渣場(chǎng)最大堆渣高度所對(duì)應(yīng)的斷面最危險(xiǎn)，以此作為典型斷面進(jìn)行復(fù)核計(jì)算。本棄渣場(chǎng)級(jí)別為4級(jí)，抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)允許值采用SL 575—2012《水利水電工程水土保持技術(shù)規(guī)范》棄渣場(chǎng)相應(yīng)級(jí)別所對(duì)應(yīng)的數(shù)值。按前述分析，本棄渣場(chǎng)在運(yùn)行期長(zhǎng)期浸沒(méi)于水下，也不存在水位驟降情況，計(jì)算工況僅考慮施工期間。除施工期正常運(yùn)用工況外，由于工程處于暴雨中心，考慮連續(xù)降雨的非常運(yùn)用工況。棄渣場(chǎng)抗滑性穩(wěn)定計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表6。

表6 大垌?xiàng)壴鼒?chǎng)抗滑穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)果Tab.6 Calculated results of stabilities against the sliding of residues disposal area in Datong

2.3.2 擋渣墻穩(wěn)定性 擋渣墻采用M7.5漿砌石重力式結(jié)構(gòu)，墻高1.5 m，頂寬0.5 m，墻背坡度1∶0.4，基礎(chǔ)高0.5 m，基礎(chǔ)寬1.5 m。根據(jù)地質(zhì)資料，基底摩擦系數(shù)0.4，基礎(chǔ)允許承載力210 kPa。擋渣墻級(jí)別為5級(jí)，抗滑和抗傾穩(wěn)定安全系數(shù)允許值采用SL 575—2012《水利水電工程水土保持技術(shù)規(guī)范》擋渣墻相應(yīng)級(jí)別所對(duì)應(yīng)的數(shù)值。計(jì)算工況考慮施工期擋水工況。計(jì)算結(jié)果：抗滑穩(wěn)定計(jì)算值為1.34，大于允許值1.2；抗傾穩(wěn)定計(jì)算值為10.38，大于允許值1.4；最大及最小基底應(yīng)力值分別為35.77 kPa及28.45 kPa，均小于基礎(chǔ)允許承載力值210 kPa。

2.3.3 排洪工程 本渣場(chǎng)排洪工程主要考慮施工期的影響。排洪工程措施為在棄渣場(chǎng)外圍設(shè)置截排水溝，排水標(biāo)準(zhǔn)采用10年一遇1 h暴雨，渣場(chǎng)匯水面積0.11 km2，相應(yīng)洪峰流量2.92 m3/s。截排水溝采用M7.5漿砌石梯形結(jié)構(gòu)，溝底寬0.6 m，溝深0.8 m，邊坡1∶0.5。斷面尺寸滿(mǎn)足過(guò)流要求。

2.3.4 庫(kù)區(qū)型棄渣場(chǎng)研究結(jié)果與分析

1)水利水電樞紐工程棄渣場(chǎng)選址困難時(shí)，可在不影響水庫(kù)運(yùn)行的前提下考慮在庫(kù)區(qū)棄渣。庫(kù)區(qū)型棄渣場(chǎng)的安全穩(wěn)定與水庫(kù)施工期導(dǎo)流及運(yùn)行期調(diào)度運(yùn)行方式密切相關(guān)。渣場(chǎng)受暴雨洪水、河道天然洪水及施工期導(dǎo)流洪水的影響[14]。經(jīng)分析復(fù)核，大垌庫(kù)區(qū)棄渣場(chǎng)及擋渣墻穩(wěn)定計(jì)算結(jié)果滿(mǎn)足現(xiàn)行規(guī)范要求，排洪工程過(guò)流能力滿(mǎn)足要求。

2)棄渣堆于水庫(kù)淹沒(méi)區(qū)，其防護(hù)措施自然與水庫(kù)區(qū)各特征水位有密切關(guān)系[7]。當(dāng)渣頂面高于正常蓄水位時(shí)，穩(wěn)定計(jì)算還需考慮運(yùn)行期的水位驟降工況。庫(kù)區(qū)型棄渣場(chǎng)水位變幅區(qū)及以下坡面可采用干砌石或鉛絲石籠網(wǎng)(雷諾護(hù)墊)護(hù)坡[14]；水位變幅區(qū)及以上坡面、渣頂面可采用耐淹植物措施，適應(yīng)水位變幅影響的同時(shí)提升庫(kù)區(qū)景觀(guān)效果。

3 結(jié)論

水利水電樞紐工程涉水型棄渣場(chǎng)與樞紐工程設(shè)計(jì)條件關(guān)聯(lián)度高。受樞紐所處區(qū)域位置、水庫(kù)運(yùn)行方式等影響，其處置方案除應(yīng)符合水土保持標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范外，尚應(yīng)符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)及水利行業(yè)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范要求。依據(jù)現(xiàn)行相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范要求，綜合分析確定棄渣場(chǎng)穩(wěn)定計(jì)算工況、允許安全系數(shù)及防護(hù)工程防洪標(biāo)準(zhǔn)等，可從設(shè)計(jì)源頭規(guī)避棄渣場(chǎng)安全風(fēng)險(xiǎn)。

4 建議

1)水利水電樞紐工程通過(guò)在壩區(qū)內(nèi)設(shè)置棄渣場(chǎng)綜合利用棄渣，既解決棄渣場(chǎng)選址困難問(wèn)題，又可利用棄渣場(chǎng)為壩區(qū)造景提供條件。為減少水位變幅對(duì)棄渣場(chǎng)安全的影響，建議棄渣場(chǎng)盡可能布設(shè)在壩址下游側(cè)；確需布設(shè)在壩址上游側(cè)時(shí)，建議棄渣場(chǎng)穩(wěn)定計(jì)算工況及抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)允許值取值按SL 274—2020《碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范》要求進(jìn)行，壓實(shí)標(biāo)準(zhǔn)參照GB 50286—2013《堤防工程設(shè)計(jì)規(guī)范》選取。

2)臨河型棄渣場(chǎng)防護(hù)措施建議采用GB 50286—2013《堤防工程設(shè)計(jì)規(guī)范》中的防洪墻結(jié)構(gòu)型式；確需采用護(hù)腳擋墻+渣體斜坡防護(hù)結(jié)構(gòu)型式時(shí)，建議棄渣場(chǎng)抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)允許值取值與GB 50286—2013《堤防工程設(shè)計(jì)規(guī)范》保持一致，并提出壓實(shí)要求。

3)建議在庫(kù)區(qū)型棄渣場(chǎng)的水位變幅區(qū)及以上坡面、渣頂面采用耐淹植物措施，在適應(yīng)水位變幅影響的同時(shí)提升庫(kù)區(qū)景觀(guān)效果。

4)水土保持相關(guān)規(guī)范未明確棄渣場(chǎng)的壓實(shí)要求，由于壓實(shí)要求是堆渣坡度控制的主控因素，建議有條件的項(xiàng)目，在實(shí)施時(shí)通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)研究堆渣體壓實(shí)度、施工工藝與物理力學(xué)參數(shù)間的關(guān)系，確定既安全又經(jīng)濟(jì)的堆渣坡比及防護(hù)措施，為棄渣場(chǎng)設(shè)計(jì)、實(shí)施積累經(jīng)驗(yàn)。