隧洞弃渣场水土保持措施设计方案

xx市xxxx工程标段隧洞弃渣场水土保持方案Xxxx标段项目经理部二〇一一年五月-1-隧洞弃渣场水土保持工程措施设计摘要：河流水电开发方案中的水库梯级电站，由于电站梯级开发和水库电站的特殊性以及工程所在河段地形条件限制，水库型电站弃渣场多布置于水库区内，根据水土保持法、开发建设项目水土保持方案技术规范等要求，结合水利水电工程特点，分析研究水库型弃渣场的工程防护措施设计。关键词：水库型弃渣场设防洪水标准拦渣堤浆砌块石护坡干砌大块石护坡1前言四川西部地区河流众多，蕴藏着丰富的水力资源。国家实施西部大开发战略为四川经济发展提供了新的机遇，为实现经济“追赶型”、“跨越式”发展的需要，四川已将水电列为全省六大支柱产业之一。四川境内水力资源最为丰富的金沙江、雅砻江、大渡河、青衣江及岷江上游等河流由高原山区流向丘陵盆地，落差大，水量丰沛，河流地形陡峻、比降大。大、中型水电工程或中、小河流水电梯级开发方案中都有水库梯级电站。由于河流水电梯级开发和水库电站的特殊性以及工程所在河段地形条件限制，水库型电站的弃渣场大多布置于水库区内河道两岸。电站施工期，弃渣场可能受设防洪水影响，运行期，渣体坡面将受库水升降影响，因此，弃渣场的水土保持工程防护措施设计是水电站工程水土保持方案的重要内容。本文即对水库型弃渣场的工程防护措施设计进行分析研究。2水库型弃渣场布置及使用特点布置于水库淹没区范围内的弃渣场称为水库型弃渣场，这类渣场常见于堤坝式或混合式水电站工程。-2-2.1布置特点由于河流水电开发是以梯级式电站开发方案为主，在河流规划中，为充分合理利用水力资源，梯级电站是一级接一级布置的，所以在其工程区域之外布置弃渣场是不现实的，只能在工程区河段内寻找弃渣场。堤坝式或混合式水电站工程所处河段的地形条件，除水库淹没区河段地形平缓外，其余工程区地形均较陡，在水库淹没区外找不到或找不足堆渣场所。鉴于水库型工程所处河段的地形条件限制，在对工程安全、河道行洪和经济效益不产生较大影响的情况下，将部分工程弃渣场布置于水库淹没区内的河道两岸地势平缓的区域，采取挡渣墙（堤）和工程护坡等水土保持工程措施对弃渣场进行保护。2.2使用特点水库型弃渣场在电站施工初期即开始堆渣，一般情况下，堆渣体堆置于河道两岸地形平缓、地势低矮的地方。工程施工期：渣场底部渣脚可能受到河道洪水的影响；电站运行期：由于渣场位于水库淹没区范围内，水库蓄水后，渣场受水库水位升降影响。3水库型弃渣场水土流失危害由于弃渣堆放在河岸，若不采取防护措施或防护措施不当，弃渣垮塌或被洪水冲毁，将造成山洪、泥石流等严重的水土流失危害，甚至堵塞河道，影响河道行洪。4水土保持工程措施设计弃渣位于水库淹没区，其防护措施自然与水库区各特征水位有密切关系，据此对水库型弃渣场进行分类防护。-3-4.1渣场分类根据《四川省开发建设项目水土保持方案编制中有关技术问题暂行规定》(川水发200416号)，将水库型弃渣场按弃渣堆积高程与水库正常蓄水位和水库冲沙泄洪的最低水位或死水位（以下称统称死水位）的相对位置关系，分为库面型、库中型、库底型3种类型弃渣场。库面型渣场：弃渣堆放在水库淹没区顶部正常蓄水位附近，堆渣体底部低于正常蓄水位，顶部高于正常蓄水位。库中型渣场：弃渣堆放在水库淹没区中部，堆渣体顶部低于正常蓄水位，底部高于或低于死水位。库底型渣场：弃渣堆放在水库淹没区底部，堆渣体顶部低于死水位。4.2渣场设防洪水标准确定根据《开发建设项目水土保持方案技术规范》（SL204—98），临水渣场防护建筑物的防洪标准应参照《堤防工程设计规范》（GB50286—98）和《防洪标准》（GB50201—94）等有关标准执行。堤防工程设计规范要求根据堤防工程防护对象的重要性确定防护建筑物等级，堤防工程防护对象的防洪标准按现行国家标准《防洪标准》确定。因此，确定水库型渣场设防洪水标准，应考虑渣场堆渣量、堆渣高度、堆渣体对主体工程及渣场上、下游河道其它建筑物的影响和水库正常蓄水位或死水位等因素，分工程施工期和运行期分别考虑。施工期渣场设防洪水标准：一般情况下，渣场堆渣量大（≥50万m3）、堆渣高度大（≥40m）、对主体工程或对渣场上、下游河道其它建筑物的影响较大的渣场，防护建筑物工程等级确定为4级，渣场设防洪水标准重现期为20年~30年；反之，渣场堆渣量较小、堆渣高度不大、对主体工程或对渣场上、下游河道其它建筑物的影响较小的渣场，防护建筑物工程等级确定为5级，渣场设防洪水标准重现期为10年~20年。运行期渣场设防洪水位：考虑水库运行期正常蓄水位和死水位对渣场的影响。实际工程设计中，渣场堆渣量相差较大，小至1~2万m3，大到成百上千万m3。根据上述规范确定渣场设防洪水标准不好操作，且对容量大的渣场设防洪-4-水标准偏低。为规范和提高四川省开发建设项目水土保持方案编制与技术审查质量及水平，根据水土保持法律法规和水利部《开发建设项目水土保持方案技术规范》（SL204—98）等规程规范，四川省水利厅针对近年来，全省开发建设项目水土保持编制与技术审查实践工作中发现的一系列问题，组织部分高等院校、科研设计院（所）等单位长期参与开发建设项目水土保持方案编制与技术审查的专家和各级管理人员进行多次座谈、讨论，形成了《四川省开发建设项目水土保持方案编制中有关技术问题暂行规定》。根据《四川省开发建设项目水土保持方案编制中有关技术问题暂行规定》(川水发200416号)，水库型弃渣场的等级和防洪标准详见表1。水库型弃渣场的等级和防洪标准表表1渣场等级渣场规模（万m3）防洪标准设计洪水[重现期（年）]校核洪水1＞5030～50库面型渣场：取水库设计洪水位与正常蓄水位两者的高值库中型渣场：水库正常蓄水位库底型渣场：不设校核洪水210～5020～303＜1020本人认为：应将1等渣场的渣场规模改为≥50万m3；库中型渣场校核洪水位应为渣顶高程加安全超高（80~100cm）。根据《四川省开发建设项目水土保持方案编制中有关技术问题暂行规定》(川水发200416号)确定渣场设防洪水标准，操作性强、防洪标准适当提高、防洪水位具体、大型渣场防护更有保障。因此，根据渣场堆渣量按照表1规定确定设计、校核洪水标准及防护水位。4.3堆渣体边坡设计工程弃渣主要为土石开挖的覆盖层和块碎石，且块碎石渣占的比例较大，因此，渣体凝聚力小。为确保堆渣体稳定，渣体边坡设计非常重要。在设计时可采用中国水利水电科学研究院陈祖煜编制的土石坝边坡稳定分析程序《STAB》进行分析计算，也可采用理正岩土计算5.0网络版——边坡稳定分析计算程序进行计算。（1）土石坝边坡稳定分析程序渣体按无粘性土考虑。-5-计算工况为正常情况和非常情况。正常情况为渣场坡脚无水或发生设计洪水，非常情况为渣场坡脚无水+地震。（2）理正岩土计算5.0网络版1）计算计算工况：正常情况和非常情况。①正常情况：正常运用水位骤降期②非常情况：正常运用遇地震2）计算参数选取根据渣场区基础地质条件和堆渣体渣料组成情况，分析确定基础和渣体凝聚力、摩擦角。3)计算方法和成果根据所选参数，初拟堆渣体边坡，计算堆渣体在正常情况（水位骤降期）和非常情况（正常运用遇地震）下的最小抗滑稳定安全系数，最小抗滑稳定安全系数计算成果满足正常情况下大于允许值1.10，非常情况下大于允许值1.05时的渣体边坡即为堆渣稳定边坡。（3）堆渣稳定边坡根据计算和实际工程经验，堆渣体渣料组成中，石方所占比例为60%~85%的堆渣体，其堆渣稳定边坡为1：1.75~1：2.0。4.4工程措施设计水库型渣场由于堆渣体所处位置特殊，施工期渣脚易受设防洪水影响，需考虑渣脚拦（挡）等工程防护措施，运行期，水库蓄水后，渣体全部或部分侵泡在水里，应设置渣体坡面、顶面工程防护措施。所以，水库型渣场工程防护措施设计应按工程施工期和运行期分别考虑。4.4.1库面型渣场根据渣场分类原则，库面型渣场堆渣体底部高程低于正常蓄水位，顶部高程高于正常蓄水位，因此，库面型渣场工程防护措施设计应根据施工期渣脚不受洪水影响和受洪水影响两种情况考虑。（1）施工期渣脚不受洪水影响-6-库面型渣场渣脚高程高于渣场设防洪水位，施工期渣脚不受洪水影响，但水库运行期，渣场大部分位于水中，渣体受水库水位升降影响。根据水土保持有关规定，应在渣脚设置拦挡渣措施，渣体坡面需设置护坡措施，其水土保持工程防护措施为：拦渣堤和护坡措施。工程措施设计中，拦渣堤型式、断面尺寸和筑堤材料等，均需根据水土保持规范对拦渣堤抗滑、抗倾及基础应力等稳定性进行计算后确定。工程实际运用中，渣脚拦渣堤型式多采用重力式，筑堤材料多采用浆砌块石或混凝土。需要注意的是，此类渣场的拦渣堤高度不受洪水位控制，可根据水土保持有关规定确定。工程护坡采用浆砌块石，护坡顶高程由水库正常蓄水位加安全超高确定。1）渣脚防护根据大渡河长河坝水电站、杂谷脑河狮子坪水电站等水库型渣场的水土保持工程措施设计，渣脚防护采用M7.5（M10）浆砌块石拦渣堤或C10（C15）拦渣堤，型式为重力式，堤高一般为2m。拦渣堤断面尺寸详见表2。重力式拦渣堤断面尺寸表表2尺寸单位：cm拦渣堤顶宽外边坡内边坡高堤踵宽堤趾宽基座厚bm1m2Hb1b2h浆砌块石拦渣堤50~8000.520060~8060~8080~10080~10000.530080~10080~100100~120混凝土拦渣堤50~8000.3520060~8060~8080~10080~10000.3530080~10080~100100~1202）坡面防护根据渣体边坡稳定计算成果和工程经验，堆渣体稳定边坡为1：1.75，工程护坡采用浆砌块石护坡，护坡厚度≥50cm，为防止浆砌块石护坡发生破坏，浆砌块石护坡下设置砂砾石垫层，垫层厚20cm，护坡顶高程为水库正常蓄水位加80~100cm的安全超高。3）排水措施为排除渣体内积水，拦渣堤及浆砌块石护坡内设置排水孔，布孔方式为梅花型，排水孔直径取50~100mm。拦渣堤排水孔从底部35cm~50cm高度开始布设，沿垂直方向间距为0.50m~1.0m，水平间距2.0m。浆砌块石护坡排水孔孔、-7-排距均2.0m。由于渣顶面高于水库正常蓄水位，渣场顶部坡面水冲刷渣体表面会造成水土流失，为防止渣体表面水土流失，渣场顶面以上无排水措施，则在渣顶面内侧需设置截、排水沟。根据《水土保持综合治理技术规范》截、排水沟防御暴雨标准采用10年一遇24h最大降雨量。施工期不受洪水影响的库面型渣场水土保持工程措施详见图1所示。图1：施工期不受洪水影响的库面型渣场工程措施示意图（2）施工期渣脚受洪水影响库面型渣场渣脚高程低于渣场设防洪水位，施工期渣脚受洪水影响，水库运行期，渣场受水库水位升降影响。根据水土保持有关规定，同样需在渣脚设置拦挡渣措施，渣体坡面设置护坡措施，其水土保持工程防护措施仍为：拦渣堤和工程护坡措施。与施工期不受洪水影响的渣场不同的是，此类渣场施工期工程防护高程受设防洪水位控制，渣脚防护措施需根据设防洪水位与渣脚高程之间的关系确定。1）渣脚防护一般情况下，设防洪水位高于渣脚3m以下，可采用拦渣堤防护施工期洪水，若设防洪水位高于渣脚3m以上，为降低拦渣堤高度，减少堤基处理和堤防工程投资，则采用拦渣堤（堤高2~3m）和护坡措施联合防护洪水。拦渣堤断面尺寸同样需根据拦渣堤稳定性计算确定，详见表2，拦渣堤型式、筑堤材料同前。2）坡面防护工程护坡仍采用浆砌块石护坡，渣体稳定边坡、砂砾石垫层设置和护坡厚度同施工期不受洪水影响的渣场。施工期护坡高程应由施工期校核洪水位加安全-8-超高（80~100cm）确定；运行期护坡高程仍为水库正常蓄水位加安全超高，安全超高均取80~100cm。3）排水措施浆砌块石护坡、拦渣堤的排水孔设置和渣顶面内侧排水沟设置及排水标准同前。施工期受洪水影响的库面型渣场水土保持工程措施详见图2所示。图2：施工期受洪水影响的库面型渣场工程措施示意图4.4.2库中型渣场库中型渣场弃渣堆放在水库淹没区中部，堆渣体顶部低于正常蓄水位，底部高于或低于死水位。无论渣场底部高于死水位还是低于死水位，库中型渣场渣脚都分