蒲石河抽水蓄能電站的渣場(chǎng)布置與防護(hù)

劉大群

（遼寧西北發(fā)電有限責(zé)任公司，遼寧桓仁117200）

蒲石河抽水蓄能電站的渣場(chǎng)布置與防護(hù)

劉大群

（遼寧西北發(fā)電有限責(zé)任公司，遼寧桓仁117200）

以蒲石河抽水蓄能電站的渣場(chǎng)為研究對(duì)象，依據(jù)國(guó)內(nèi)相關(guān)法律法規(guī)和規(guī)程規(guī)范的要求，對(duì)渣場(chǎng)的布置進(jìn)行了研究。提出了以攔擋工程、排導(dǎo)工程以及邊坡防護(hù)工程組成的防護(hù)措施體系。

蒲石河電站；棄渣場(chǎng)；工程防護(hù)

1 項(xiàng)目概況

1.1 流域概況

蒲石河為中朝界河鴨綠江的一級(jí)支流，源于遼寧省丹東市寬甸滿族自治縣的四方頂子，在太平灣水電站壩址以下5km處匯入鴨綠江［1］。河道全長(zhǎng)121.8km，流域面積約1212km2。流域內(nèi)南低北高，最大高差1200m。由于蒲石河流域?qū)儆跐駶?rùn)地區(qū)，且地形對(duì)暖濕氣流有明顯的抬升作用，所以該流域容易形成暴雨和大暴雨，是整個(gè)遼東地區(qū)的主要暴雨中心。

1.2 工程概況

遼寧蒲石河抽水蓄能電站位于寬甸滿族自治縣長(zhǎng)甸鎮(zhèn)境內(nèi)的蒲石河下游干流上。水電站距離遼寧省丹東市約60km，距離長(zhǎng)甸火車站約10km［2］。蒲石河抽水蓄能電站是我國(guó)東北地區(qū)正在建設(shè)的大型水利工程項(xiàng)目，工程完工后將設(shè)置4臺(tái)機(jī)組，裝機(jī)總?cè)萘?20萬(wàn)kw，工程總投資約45億元。該水利工程主要包括上下游水庫(kù)、上水庫(kù)鋼筋混凝土堆石壩、下水庫(kù)泄洪排沙閘壩、地下廠房以及上下游水庫(kù)進(jìn)出水口。其中上游水庫(kù)位于上游庫(kù)區(qū)位于長(zhǎng)甸鎮(zhèn)東洋河村境內(nèi)，下游庫(kù)區(qū)位于長(zhǎng)甸鎮(zhèn)小孤山子村境內(nèi)。上水庫(kù)攔河壩為混凝土面板堆石壩，壩頂全長(zhǎng)714.0m，壩頂寬10.0m，壩頂高程395.5m，最大壩高78.5m，壩上、下游坡比均為1∶1.4，大壩最大底寬237.3m。蒲石河抽水蓄能電站的主要任務(wù)是擔(dān)負(fù)東北電網(wǎng)的調(diào)峰、填谷任務(wù)，緩解東北電網(wǎng)的峰谷矛盾，對(duì)保證東北電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行具有重要作用。

2 堆渣體的穩(wěn)定性分析

2.1 渣場(chǎng)的地質(zhì)條件

2.1.1 上游水庫(kù)庫(kù)盆渣場(chǎng)

上游水庫(kù)庫(kù)盆渣場(chǎng)主要利用庫(kù)盆內(nèi)的死庫(kù)容堆渣。蒲石河工程的上游水庫(kù)庫(kù)盆地形平坦，落差不大，渣場(chǎng)在水庫(kù)蓄水后將被完全淹沒(méi)在死水位以下。渣場(chǎng)地表主要為砂質(zhì)粘土，厚度一般在0.5～1.8m，覆蓋層下為砂巖，風(fēng)化深度一般為2m左右。

2.1.2 下游水庫(kù)庫(kù)盆渣場(chǎng)

下游水庫(kù)庫(kù)盆渣場(chǎng)主要位于庫(kù)盆內(nèi)的小沖溝內(nèi)，渣場(chǎng)在水庫(kù)蓄水后將被完全淹沒(méi)在死水位以下。渣場(chǎng)地表主要為砂質(zhì)粘土夾中粒徑卵礫石，厚度一般在1.5～3.5m，覆蓋層下為砂巖和花崗巖，風(fēng)化深度一般為2～4m左右。

2.1.3 泉眼溝渣場(chǎng)

泉眼溝渣場(chǎng)地表主要為砂質(zhì)粘土，厚度一般在2.5～4.0m，覆蓋層下為中?；◢弾r，全風(fēng)化深度一般為8～14m。前期勘測(cè)中沒(méi)有發(fā)現(xiàn)渣場(chǎng)周圍存在不良地質(zhì)體，自然邊坡比較穩(wěn)定。

2.1.4 六道坎渣場(chǎng)

六道坎渣場(chǎng)地表主要為砂質(zhì)粘土，厚度一般在2.5～4.0m，覆蓋層下為中?；◢弾r，全風(fēng)化深度一般為8～14m。前期勘測(cè)中沒(méi)有發(fā)現(xiàn)渣場(chǎng)周圍存在不良地質(zhì)體，自然邊坡比較穩(wěn)定。

2.2 渣場(chǎng)的防洪標(biāo)準(zhǔn)與防護(hù)建筑物等級(jí)

依據(jù)渣場(chǎng)的布置與堆渣量等具體情況，結(jié)合相關(guān)工程經(jīng)驗(yàn)，確定如表1所示的渣場(chǎng)的防洪標(biāo)準(zhǔn)與防護(hù)建筑物等級(jí)［3］。

表1 渣場(chǎng)防洪標(biāo)準(zhǔn)與防護(hù)建筑物等級(jí)

2.3 堆渣體穩(wěn)定性分析

各個(gè)渣場(chǎng)堆渣結(jié)束后，在不進(jìn)行任何防護(hù)措施的條件下，堆渣體在受到震動(dòng)和沖刷等外界因素作用時(shí)，可能會(huì)造成渣體的滑動(dòng)，甚至崩塌。因此，渣體的穩(wěn)定性將直接影響防護(hù)措施的防護(hù)效果。根據(jù)渣場(chǎng)的位置特征，上、下游水庫(kù)庫(kù)盆渣場(chǎng)位于水庫(kù)的死水位以下，而泉眼溝渣場(chǎng)和六道坎渣場(chǎng)位于消落區(qū)，因此對(duì)四個(gè)渣場(chǎng)按照兩種不同類型進(jìn)行穩(wěn)定性分析。

2.3.1 非消落區(qū)堆渣體穩(wěn)定性分析

對(duì)非消落區(qū)的堆渣體采用瑞典條分法的總應(yīng)力法進(jìn)行穩(wěn)定性分析，滑動(dòng)面按圓弧計(jì)算，計(jì)算結(jié)果如表2所示。

2.3.2 消落區(qū)堆渣體穩(wěn)定性分析

消落區(qū)的堆渣體穩(wěn)定性分析必須要考慮水庫(kù)消落的影響。在進(jìn)行穩(wěn)定性計(jì)算時(shí)，參照《碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范》，采用瑞典條分法的總應(yīng)力法進(jìn)行穩(wěn)定性計(jì)算，計(jì)算結(jié)果如表3所示［4］。

3 工程防護(hù)措施設(shè)計(jì)

3.1 攔擋工程設(shè)計(jì)

3.1.1 擋渣墻的設(shè)計(jì)

由上節(jié)的計(jì)算結(jié)果可知，各渣場(chǎng)的堆渣體處于自身穩(wěn)定狀態(tài)。因此，攔擋工程的主要目的是保護(hù)堆渣體的坡腳，以避免渣石外溢造成坡腳失穩(wěn)。按照攔擋工程建設(shè)“先攔后棄”的基本原則，要在堆渣前預(yù)先在渣場(chǎng)下游坡腳的位置建設(shè)擋渣墻［5］。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況和經(jīng)濟(jì)性要求，非消落區(qū)渣場(chǎng)的擋渣墻采用漿砌石結(jié)構(gòu)，消落區(qū)擋渣墻采用C25混凝土結(jié)構(gòu)。具體的設(shè)計(jì)參數(shù)如表4所示。

3.1.2 按照擋土墻的設(shè)計(jì)規(guī)范，按照上節(jié)中的設(shè)計(jì)參數(shù)對(duì)擋渣墻進(jìn)行抗滑穩(wěn)定性、抗傾覆穩(wěn)定性和地基承載力計(jì)算，計(jì)算結(jié)果如表5所示。

表2 非消落區(qū)堆渣體穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)果

表3 消落區(qū)堆渣體穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)果

表4 擋渣墻設(shè)計(jì)參數(shù)

表5 擋渣墻穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)果

3.2 防洪排導(dǎo)工程設(shè)計(jì)

根據(jù)各渣場(chǎng)的位置和水文情況，上、下游庫(kù)盆渣場(chǎng)采用臨時(shí)排水措施，其它兩個(gè)位于消落區(qū)的渣場(chǎng)則需要采取永久性排水措施。排水工程設(shè)計(jì)分為堆渣體表面排水和底部排水兩種方式。其中，表面排水主要是在渣場(chǎng)周邊和邊坡上設(shè)置截水溝；底部排水則主要采取在堆渣體底部設(shè)置排水盲溝，防止?jié)B水匯聚，影響堆渣體的穩(wěn)定性［6］。

3.2.1 坡面洪峰流量計(jì)算

各渣場(chǎng)按照50年一遇的暴雨計(jì)算，按當(dāng)?shù)貧庀筚Y料，1h最大降雨量為128mm，坡面洪峰流量的計(jì)算公式如下：

QB=0.278KIF（1）式中，QB—最大洪峰流量，m3/s；K—徑流系數(shù)；F—坡面集雨面積，km2；I—1h降雨量，mm。

各渣場(chǎng)周邊和邊坡的洪峰流量計(jì)算結(jié)果如表6所示。

表6 渣場(chǎng)洪峰流量計(jì)算結(jié)果

3.2.2 防護(hù)排導(dǎo)計(jì)算

（1）泉眼溝渣場(chǎng)

該渣場(chǎng)的上游集雨面積為8.31hm2，50年一遇的洪峰流量為1.72m3/s。因此，在渣場(chǎng)的周邊設(shè)置1.20m×0.90m的矩形斷面截水溝，長(zhǎng)度為621m。截水溝采用漿砌石砌筑，厚度為0.35m，表面用水泥砂漿抹面，厚度為2cm。在馬道部位設(shè)置0.50m×0.50m的矩形斷面排水溝，排水溝采用漿砌石砌筑，厚度為0.35m，表面用水泥砂漿抹面，厚度為2 cm。在溝道底部設(shè)置長(zhǎng)度為559m的排水盲溝。排水盲溝的為U型斷面，下部鋪厚度為2.0m的塊石，上部鋪0.4m的砂礫石（如圖1）。

圖1 排水盲溝截面示意圖

（2）六道坎渣場(chǎng)

該渣場(chǎng)的上游集雨面積為42.24hm2，50年一遇的洪峰流量為7.23m3/s。由于該處渣場(chǎng)沖溝內(nèi)常年有水，因此，底部排水采用2.2m×2.2m的混凝土蓋板涵排導(dǎo)溝道設(shè)計(jì)，拱涵長(zhǎng)度為365.0m［7］。坡面的其他部位設(shè)置2.2m×2.2m的截水溝，截水溝采用漿砌石砌筑，厚度為0.72m。在馬道部位設(shè)置0.50m×0.50m的矩形斷面排水溝，排水溝采用漿砌石砌筑，厚度為0.35m，表面用水泥砂漿抹面，厚度為2cm。

3.3 邊坡防護(hù)工程設(shè)計(jì)

3.3.1 淹沒(méi)區(qū)渣場(chǎng)邊坡設(shè)計(jì)

上、下游庫(kù)盆渣場(chǎng)位于水庫(kù)的死水位以下，水庫(kù)蓄水后將會(huì)被全部淹沒(méi)。但是，出于防止后續(xù)水利工程建設(shè)期間堆渣體表面發(fā)生水土流失，需要對(duì)堆渣體表面進(jìn)行干砌石防護(hù)措施。干砌石的總厚度為0.6m，其中上部為0.4m的雙層砌石，底部為0.2m的砂礫石墊層。

3.3.2 消落區(qū)渣場(chǎng)的坡面防護(hù)措施

對(duì)位于水庫(kù)消落區(qū)的泉眼溝渣場(chǎng)和六道坎渣場(chǎng)，在正常水位以上1.5m處設(shè)置寬2.0m的馬道。馬道以下的坡面部位采用干砌石護(hù)坡，以上部位采用網(wǎng)格梁植草護(hù)坡［8］。由于馬道以下部位會(huì)受到水庫(kù)消落區(qū)的影響，因此需要適當(dāng)提高防護(hù)標(biāo)準(zhǔn)。所以，將干砌石的厚度設(shè)計(jì)為0.9m，其中上部為厚度0.7m的雙層砌石，且表層石的厚度不低于0.3m，下部為0.2m的砂礫石墊層。網(wǎng)格梁植草護(hù)坡中的網(wǎng)格梁的尺寸為2.0m×2.0m的菱形形狀，斷面尺寸為0.3m×0.3m，采用C20號(hào)混凝土澆筑（如圖2）。

圖2 網(wǎng)格梁護(hù)坡示意圖

4 結(jié)語(yǔ)

（1）水利工程建設(shè)中的渣場(chǎng)工程防護(hù)措施主要由攔擋工程、排導(dǎo)工程以及邊坡防護(hù)工程組成。

（2）防護(hù)工程應(yīng)該建立在自身穩(wěn)定的堆渣體上，因此在進(jìn)行工程設(shè)計(jì)前首先要對(duì)堆渣體進(jìn)行穩(wěn)定性分析。

（3）要根據(jù)渣場(chǎng)的位置和堆渣特性選擇攔擋方式，并對(duì)攔擋工程的穩(wěn)定性進(jìn)行必要的分析計(jì)算。

（4）堆渣體的防洪排導(dǎo)工程要從周邊、底部和坡面三方面進(jìn)行全方位綜合考慮和分析計(jì)算，以設(shè)計(jì)出最合理的防洪排導(dǎo)工程。

（5）對(duì)水體中的堆渣體坡面要采取既能透水又不影響穩(wěn)定性的防護(hù)方式，干砌石無(wú)疑是最佳選擇；對(duì)穩(wěn)定的、不受水庫(kù)水體影響的邊坡可以采用網(wǎng)格梁進(jìn)行防護(hù)。

［1］張澤明.遼寧蒲石河抽水蓄能電站工程建設(shè)管理綜述［J］.水力發(fā)電，2012（05）：1-3+27.

［2］鄭光偉，張澤明，王廣福，崔金鐵.蒲石河抽水蓄能電站工程設(shè)計(jì)［J］.水力發(fā)電，2012（05）：16-20.

［3］操昌碧.水庫(kù)型棄渣場(chǎng)水土保持工程措施的設(shè)計(jì)［J］.水電站設(shè)計(jì)，2009（03）：46-51.

［4］DL/T 5395-2007.碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.

［5］李天宇.鳳岡縣河頭水庫(kù)棄渣場(chǎng)水土保持設(shè)計(jì)［J］.河南水利與南水北調(diào)，2015（01）：30-31.

［6］孟繁斌，馬力，黃斌.溝道型棄渣場(chǎng)排水方案研究——以白馬航電樞紐螃蟹溪棄渣場(chǎng)為例［J］.人民長(zhǎng)江，2015（S1）：150-152.

［7］黃斌，馬力，劉暉.泥石流沖溝型棄渣場(chǎng)防護(hù)方案研究—以金沙水電站石家溝棄渣場(chǎng)為例［J］.水利規(guī)劃與設(shè)計(jì)，2014（11）：73-75.

［8］張樹華，王偉，金德澤，張旭.“生態(tài)格網(wǎng)”格賓擋墻在棄渣場(chǎng)防護(hù)中的應(yīng)用［J］.東北水利水電，2014（10）：18-19.

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1008-1305（2017）01-0048-04

DO I:10.3969/j.issn.1008-1305.2017.01.016

2016-04-20

劉大群（1981年—），男，工程師。