金沙水電站石家溝棄渣場設計研究

楊俊鋒 何開朝

摘要：金沙水電站石家溝棄渣場為永久特大型渣場，其安全穩定運行關系到該區域居民生命財產安全。從設計標準確定、穩定性分析、工程措施設計、施工情況分析等方面對金沙水電站石家溝渣場設計進行研究。石家溝棄渣場施工期和永久安全監測數據表明：棄渣場處于安全穩定狀態，棄渣場前期設計合理，施工質量滿足要求。

關鍵詞：渣場設計; 抗滑穩定; 邊坡穩定; 石家溝棄渣場; 金沙水電站

中圖法分類號：TV223 文獻標志碼：A DOI：10.15974/j.cnki.slsdkb.2022.03.006

文章編號：1006 - 0081（2022）03 - 0023 - 05

0 引 言

近年來，渣場失穩造成人員傷亡的事故教訓深刻。2016年廣東深圳光明新區渣土受納場“12·20”特別重大滑坡事故造成73人死亡，4人下落不明，17人受傷，33棟建筑物被損毀、掩埋，90家企業受影響，涉及員工4 630人。此次事故造成直接經濟損失為8.81億元。在水電站建設過程中，邊坡、基坑開挖產生大量棄渣，形成大型棄渣場。如果不進行妥善處置，將對工程和周邊居民生命財產安全造成極大威脅。因此，對于棄渣場設計要求越來越嚴格，進行科學合理的棄渣場設計尤為重要。

1 工程概況

金沙水電站位于金沙江干流中游末端的攀枝花河段上，壩址位于四川省攀枝花市西區，上距觀音巖水電站壩址約 28.9 km，下距攀枝花中心城區（攀枝花水文站）11.0 km，距下游規劃的銀江水電站壩址 21.3 km。金沙水電站開發任務為以發電為主，兼顧供水、改善城市水域景觀和取水條件，對觀音巖水電站進行反調節等，并促進地方經濟社會發展。

石家溝棄渣場位于金沙水電站壩址上游 3.8～4.4 km 的左岸石家溝溝道內，地處攀鋼三小區和清香坪尖子山泥石流搶險應急防治工程下游，屬石家溝泥石流流通區。規劃棄渣高程 1 133～1 250 m，占地面積約 15.51 hm2，容渣量 420 萬 m3（松散方），容納來自導流工程、大壩及廠房工程的開挖棄渣。石家溝棄渣場防護工程主要包括攔擋工程、泥石流排導工程、攀枝花社區雨水引排工程、渣底盲溝排水工程、清表及表土臨時堆場防護工程等。

2 棄渣場防護工程設計標準

2.1 棄渣場等級和防洪標準

根據DL/T 5419-2009《水電建設項目水土保持方案技術規范》，棄渣場防護工程等級及設計標準是由堆渣量、防護對象及其危害對象決定的。石家溝棄渣場的防護對象為工程棄渣，且堆渣量達420萬m3（松散方），危害對象主要包括下游砂石料加工系統、麗攀高速隧洞進口和清香坪污水處理廠、居民房屋、魚池等。確定石家溝棄渣場屬于特大型棄渣場，防洪標準為100 a一遇。

2.2 攔擋工程設計標準

根據DL/T 5419-2009《水電建設項目水土保持方案技術規范》和GB 50201-2014《防洪標準》，大型永久棄渣場的攔擋工程、泥石流排導工程和溝水引排工程的主要建筑物按永久性次要建筑物設計，建筑物級別為3級建筑物。石家溝棄渣場為特大型棄渣場，確定其攔擋工程建筑物級別為3級;泥石流災害防治主體工程（排導槽）的設計標準采用100 a一遇;攀鋼社區雨水引排工程、周邊截水溝設計標準采用100 a一遇，渣場表面排水工程設計標準采用20 a一遇;植被恢復設計標準采用永久植被恢復。

3 棄渣場穩定性分析

為了保證石家溝棄渣場的穩定和安全，模擬了不同工況下棄渣場和堆渣邊坡的抗滑穩定性、擋墻穩定性。

3.1 棄渣場整體抗滑穩定性分析

石家溝棄渣場堆存來自導流工程、大壩及廠房工程的開挖棄渣，渣料成份為土石混合物，土石比約為1∶1.87。根據同類工程經驗，初擬棄渣場的堆渣邊坡坡比為1∶2，對應坡角為33°，小于堆渣體的自然休止角（35°～38°），一般不會發生渣體剪切破壞而導致的整體失穩，最有可能的破壞形式是堆渣體沿渣場底部沖溝接觸面發生整體滑動。取沿渣底沖溝非圓弧斷面為計算斷面，滑動面指定為渣體與溝底接觸面，采用摩根斯頓-普賴斯法（滑動面呈非圓弧形）進行棄渣場整體穩定性分析。石家溝棄渣場堆存的渣料為土石混合料，其中石方占比約65%?，F場勘察成果表明：壩址基巖為三疊系上統大蕎地組泥質粉砂巖、頁巖、粉砂巖、細砂巖、巖屑砂巖夾煤層或煤線;丙南組中厚層至厚層狀粉砂巖夾細砂巖、粗礫巖等較硬或堅硬巖，夾少量泥質粉砂巖、泥鈣質粗砂巖及華力西期正長巖。第四系堆積物主要有人工堆積物、崩坡積物、沖積物等。在室內試驗結果基礎上，結合金沙江流域同類型水電工程棄渣場勘察成果，提出了棄渣場的巖（土）體物理力學參數，具體見表1，2。

基于上述參數，運用GeoStudio公司的邊坡穩定軟件計算出棄渣場整體抗滑穩定安全系數，計算結果見表3。由計算結果可知，棄渣場整體抗滑穩定安全系數均達到規范要求，堆渣體整體能滿足穩定要求。

3.2 堆渣邊坡抗滑穩定性分析

采用瑞典圓弧法進行堆渣體邊坡穩定性分析計算。根據各棄渣場渣體物質組成、堆渣高度、堆放坡度等，運用GeoStudio公司的邊坡穩定軟件計算棄渣場堆渣邊坡的相應最小安全系數，計算參數見表1和表2，計算結果見表4。根據計算結果可知，棄渣場堆渣邊坡抗滑穩定安全系數均達到規范要求，堆渣體在擬定堆放坡度下能滿足穩定要求。

3.3 攔渣壩穩定性分析

石家溝棄渣場攔渣壩布置在臨金沙江西側棄渣坡腳處，由埋石混凝土壩和碾壓堆石壩兩部分組成。其中，碾壓堆石壩由棄渣碾壓填筑而成，相關計算包含在棄渣場的穩定性分析中;埋石混凝土壩采用埋石混凝土澆筑，最大壩高8 m，斷面結構與重力式擋渣墻相當，按照擋渣墻進行計算，相關參數見表5。

在正常運用（棄渣完畢后的正常工況）和非常運用Ⅰ（長期降雨情況下2 m高水位）兩種工況下，攔渣壩抗滑、抗傾穩定計算成果詳見表6。根據計算成果，石家溝棄渣場擋渣壩設計抗滑、抗傾和基礎承載力等在正常運用及非常運用Ⅰ兩種工況下，均能滿足規范要求。

3.4 擋墻穩定性分析

石家溝棄渣場擋墻主要位于排導槽進口過渡段以及沿線與渣體相交部位，以排導槽進口擋墻為例，計算擋墻穩定性。假定擋墻頂寬1.2 m，最大墻高8.0 m（其中，基礎埋深1.0 m），上游側垂直，填土側坡比1∶0.7。采用C25混凝土澆筑，碎石墊層基礎厚15 cm。在正常運用和非常運用Ⅱ（內側泥石流淤積深度5.0 m）兩種工況下，擋墻抗滑、抗傾穩定計算成果詳見表7。根據計算成果，石家溝棄渣場設計的擋墻抗滑、抗傾和基礎承載力等在正常運用及非常運用Ⅱ兩種工況下，均能滿足規范要求。

4 工程措施設計

4.1 表土剝離

為了保護工程區寶貴的表土資源，為金沙水電站后期復墾、植被恢復和景觀綠化創造條件，施工前擬對石家溝棄渣場進行表土剝離。表土剝離區域地類包括耕地、園地、林地和草地的占壓區域，剝離面積共計22.89 hm2，剝離厚度20～35 cm，表土剝離量6.18萬m3。表土剝離料集中運至工程規劃的表土堆存場。

4.2 攔渣壩設計

（1） 埋石混凝土攔渣壩壩軸線長約336 m，壩頂高程1 126.0～1 130.0 m，頂寬2 m，垂直于壩軸線方向壩寬約6～9 m，最大壩高約8 m，臨渣側坡比1∶0.5，臨空側坡比1∶0.2，主要由埋石混凝土澆筑而成。

（2） 碾壓堆石攔渣壩沿埋石混凝土壩壩后填筑，壩軸線長約345 m，壩頂高程1 140.0 m，頂寬5 m，垂直于壩軸線方向壩寬約5～40 m，最大壩高約14 m，臨渣側坡比1∶1，臨空側坡比1∶1.5，主要由棄石碾壓填筑形成。

4.3 泥石流排導槽設計

泥石流排導槽布置在石家溝棄渣場南側山坡，總長約 774 m，斷面為梯形，斷面尺寸4 m×3 m（底寬×深），邊坡 1∶0.5，采用 C25 混凝土澆筑。排導槽進口處采取 63.4 m 的漸變段與攀枝花市國土局已建泥石流護岸工程出口相銜接。排導槽縱坡分為 4 段，排導槽第二段、第三段、第四段布設防沖肋板，肋板采用 C25 鋼筋混凝土澆筑，斷面尺寸為 3 m×2 m（深度×寬度）。排導槽出口與渣場下游的原石家溝沖溝相接。

4.4 周邊截排水工程設計

攀鋼社區雨水引排工程位于石家溝棄渣場右側，沿攀鋼社區的清香坪生活區外側坡面布置，主要由排水箱涵、排水明渠組成，共分4段，總長約1 013 m。截排渣場外水的周邊截水溝總長約850 m，為矩形斷面，采用M7.5漿砌石砌筑。渣場表面截排水工程包括渣頂排水溝、坡面排水溝和馬道排水溝，總長7 338 m;表土剝離后，對石家溝棄渣場堆渣區域的渣底天然溝道進行處理，總長度約2 674 m。

4.5 邊坡防護工程設計

邊坡防護工程主要包括棄渣場堆渣邊坡、棄渣場與排導槽相交的邊坡兩個區域。棄渣場堆渣邊坡和棄渣場與排導槽相交的邊坡坡比約為1∶2，擬對該邊坡采用框格植草護坡防護，主要形式有拱形漿砌石網格護坡和菱形網格護坡。

4.6 植物措施設計

考慮到主體工程設計將對渣場頂面進行復墾，為避免頂面裸露時間較長，對棄渣場頂面撒播草籽臨時綠化。對石家溝棄渣場堆渣邊坡和排導槽開挖邊坡采取永久植被恢復措施，植物措施配置采用灌、草結合的模式。

5 石家溝渣場施工情況

石家溝棄渣場于2016年3月開始清表施工，完成渣場表土剝離約8.1萬m3，2017年7月完成了排導槽、排水明渠、社區引排水工程、渣場邊坡支護等施工。截至2020年10月已完成金沙水電站全部棄渣維護，堆渣最大高程1 240.0 m，棄渣場堆渣約355萬m3。施工過程中安全監測數據表明，渣場整體處于穩定，變形在可控范圍內。2020年6月開始進行渣場防護工程——渣場整形施工，于2021年7月完成了高程1 150.0～1 240.0 m坡面修整、網格護坡砌筑、周邊截排水施工。石家溝棄渣場土地平整面積約13.7 hm2，其中，高程1 240.0 m頂面場地面積約5.8萬m2。2021年7月11日開始進行渣場綠化施工，截止2021年8月5日已完成綠化苗木種植及撒草籽施工，種植三角梅約45 000棵，現狀見圖1。

6 展 望

攀枝花市地處攀西裂谷中南段，屬山原峽谷地貌，山高谷深、盆地交錯分布，地勢由西北向東南傾斜，地貌類型復雜多樣，可分為平壩、臺地、高丘陵、低中山、中山和山原6類，以低中山和中山為主，占全市面積的88.38%，是典型的山地城市[1]。攀枝花市區平地資源匱乏，石家溝棄渣場施工完成后，頂面形成5.8萬m2平整場地，為城市基礎設施建設規劃提供極大便利。石家溝棄渣場未來將納入金沙畫廊康養旅游綜合體項目統一規劃，計劃建設成為城市體育公園，供攀枝花市民使用。

7 結 語

金沙水電站石家溝棄渣場施工期安全監測和永久安全監測數據表明，棄渣場處于安全穩定狀態，證明棄渣場前期設計合理，施工質量滿足要求。后期規劃將與當地基礎設施建設緊密結合，為人民群眾提供運動健身及休閑的場地，提升幸福感。石家溝棄渣場的建設和穩定運行，可為同類大型棄渣場設計及后期規劃提供參考。

參考文獻：

[1] 莊紅，孫金坤. 山地城市沿街商業建筑入口的空間設計探討——以攀枝花山地建筑為探討核心[J]. 四川建筑，2015，35（3）：68-69，71.

（編輯：李 慧）

3977501908207