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　

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。

２．１　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。

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16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》（GB 50286—98）和《防洪标准》（GB 50201—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m）、堆渣高度大（≥40 m）、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m，大到成百上千万m。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

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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16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》（GB 50286—98）和《防洪标准》（GB 50201—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m）、堆渣高度大（≥40 m）、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m，大到成百上千万m。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

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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

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

浆砌块石

拦渣堤

混凝土

拦渣堤 顶宽 b 50~80 80~100 50~80 80~100 外边坡 m1 0 0 0 0 内边坡 m2 0.5 0.5 0.35 0.35 高 H 200 300 200 300 堤踵宽 b1 60~80 80~100 60~80 80~100 堤趾宽 b2 60~80 80~100 60~80 80~100 基座厚 h 80~100 100~120 80~100 100~120

2）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80~100 cm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、

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24 h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

超高（80~100 cm）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80~100 cm。

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施工期不受设防洪水影响和受设防洪水影响两种情况，所以，库中型渣场的防护可分为渣场底部高于死水位和低于死水位两种情况下的施工期渣脚不受设防洪水影响和受设防洪水影响来分析。

（1）渣场底部高于死水位

当渣脚高程高于死水位时，堆渣体全部位于水库调节库容内，水库运行期，渣体受水库水位升降影响较大，需对堆渣体的渣脚和坡面、顶面进行全方位的防护。

1）渣脚防护：库中型渣场底部高于死水位时，施工期渣脚防护分不受设防洪水影响和受设防洪水影响两种情况考虑。因此，渣脚防护同库面型渣场一样，仍采取浆砌块石或混凝土拦渣堤，渣脚拦渣堤的设置及高度参照施工期渣脚不受洪水影响和受设防洪水影响的库面型渣场渣脚拦渣堤设计。

①施工期渣脚不受设防洪水影响

渣脚高于死水位和设防洪水位，不受洪水影响，拦渣堤的设置同施工期渣脚不受洪水影响的库面型渣场渣脚拦渣堤设计，采用M7.5（M10）浆砌块石拦渣堤或C10（C15）拦渣堤，型式为重力式，堤高满足拦挡渣要求即可，一般取2m。拦渣堤断面尺寸详见表2。

②施工期渣脚受设防洪水影响

渣脚高于死水位，低于设防洪水位，受设防洪水影响，拦渣堤的设置同施工期渣脚受洪水影响的库面型渣场渣脚拦渣堤设计。根据设防洪水位与渣脚高程之间的差值确定渣脚防护措施。当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，当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）和干砌大块石护坡措施联合防护洪水。

2）渣体坡面防护：由于浆砌块石护坡适应沉降变形能力较干砌块石差，投资较干砌块石大，所以，工程实际中，对库中型渣场的工程护坡采用干砌大块石护坡，护坡厚度≥50cm，护坡顶高程为水库正常蓄水位加80~100 cm的安全超高。堆渣体稳定边坡为1：2.0。

3）渣体顶面防护：为防止水库水位消落时，渣顶面的渣粒进入水中，产生水土流失，仍采用干砌大块石护面，护面厚度≥50cm。

渣场底部高于死水位的库中型渣场水土保持工程措施详见图3、图4

所示。

图3：库中型渣场中底部高于死水位

施工期不受洪水影响的渣场工程措施示意图

图4：库中型渣场中底部高于死水位

施工期受洪水影响的渣场工程措施示意图

（2）渣场底部低于死水位

当渣脚高程低于死水位时，部分堆渣体位于水库死库容内，水库运行期，这部分渣体不受水库水位升降影响，位于调节库容内的部分渣体受水库水位升降影响，为防止弃渣流失，仍需对堆渣体的渣脚和坡面、顶面进行全方位的防护。

1）渣脚防护：库中型渣场底部低于死水位时，施工期渣脚同样有不受设防洪水影响和受设防洪水影响两种情况，渣脚防护仍采取浆砌块石或混凝土拦渣堤，拦渣堤高度分下面两种情况确定。

①施工期渣脚不受设防洪水影响

渣场底部低于死水位，高于设防洪水位，渣脚拦挡措施满足拦挡渣要求即可，拦渣堤采用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。

②施工期渣脚受设防洪水影响

渣场底部低于死水位和设防洪水位，渣脚拦挡措施受设防洪水位控制，根据设防洪水位与渣脚高程之间的差值确定渣脚防护措施。当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，当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3m）和干砌大块石护坡措施联合防护洪水。

2）渣体坡面防护和顶面防护：堆渣体稳定边坡为1：2.0。坡面防护和顶面防护同底部高于死水位的库中型渣场的坡面和顶面防护措施设计。

渣场底部低于死水位的库中型渣场水土保持工程措施详见图5、图6所示。

图5：库中型渣场中底部低于死水位

施工期不受洪水影响的渣场工程措施示意图

图6：库中型渣场中底部低于死水位

施工期受洪水影响的渣场工程措施示意图

4.4.3库底型渣场

库底型弃渣场弃渣堆放在水库淹没区底部，堆渣体顶部低于死水位。由于弃渣体全部位于死库容中，水库运行期，不受水库蓄水影响，水土保持措施只需考虑挡渣和施工期是否受设防洪水影响的防护措施。因此，库底型弃渣场水保措施需根据施工期渣脚是否受设防洪水影响确定。

（1）施工期渣脚不受设防洪水影响

库底型渣场渣脚高程高于施工期渣场设防洪水位，渣脚不受洪水影响时，根据水土保持有关规范，水土流失防治措施为渣脚挡渣措施。渣脚挡渣采用M7.5（M10）浆砌块石挡渣墙，型式为重力式，墙高一般为1.5m~2.0m，断面尺寸确

定参照表2。

为排除渣体内积水，挡渣墙内设一至二排排水管，布孔方式采用梅花型，从底部35cm高度开始布设，排水管沿垂直方向间距为0.50m，水平间距2.0m，采用Φ50mm或Φ100mmPVC管预埋进砌体内。

堆渣稳定边坡为1：1.75~1：2.0。

渣场不受洪水影响的库底型渣场水土保持工程措施详见图7

所示。

图7：渣场不受洪水影响的库底型渣场工程措施示意图

（2）施工期渣脚受设防洪水影响

库底型渣场渣脚高程低于施工期渣场设防洪水位，渣顶高程低于死水位。渣脚受洪水影响，水土流失防治措施为渣脚挡渣、防洪和排水措施。

挡渣、防洪措施：渣脚挡渣、防洪措施受设防洪水位控制，根据设防洪水 位与渣脚高程之间的差值确定渣脚防护措施。同施工期渣脚受设防洪水影响的库面渣场或库中型渣场渣脚防护措施一样，当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，当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）和干砌大块石护坡措施联合防护洪水。

排水措施：为排除渣体内积水，挡渣墙内设一至二排排水管，布孔方式采用梅花型，从底部35cm高度开始布设，排水管沿垂直方向间距为0.50m，水平间距2.0m，采用Φ50mm或Φ100mmPVC管预埋进砌体内。

堆渣稳定边坡为1：2.0。

渣场受洪水影响的库底型渣场水土保持工程措施详见图8所示。

8：渣场受洪水影响的库底型渣场工程措施示意图

图