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    :本文分析了广西百色水利枢纽过船设施工程弃渣场设计,提出了相应的弃渣场设计设计方案。 关键词:百色水利枢纽过船设施弃渣场设计 1概述 a)枢纽工程基本概况 广西百色水利枢纽过船设施水利枢纽为Ⅰ等工程,过船设施工程规模为2×500吨级船队,主建筑物包括第一垂直升船机及两侧挡水坝、第二级垂直升船机、通航渡槽及其挡洪检修闸、中间渠道挡水土坝、中间渠道和边坡工程等。 b)设计依据 1)《选矿厂尾矿设施设计规范》 2)《尾矿库安全监督管理规定》 3)《土工合成材料应用技术规范》 4)《尾矿库安全技术规程》(AQ2006-2005) 5)《碾压土石坝设计规范》(SL274-2001) 6)《水工钢筋混凝土结构设计规范》(SDJ20-78) 7)《水工建筑物荷载设计规范》(DL5077-1997) 8)《水工混凝土施工规范》(SL60-94) 9)《土石坝安全监测技术规范》(2008.10) c)设计基本原则 1)认真贯彻执行国家安全生产监督管理总局令第6号《尾矿库安全监督管理规定》及“安全第一,预防为主”的方针,采取切实可行的技术措施,确保尾矿库安全运行; 2)在满足弃渣堆放需的条件下,积极稳妥地采用可靠技术,以减少工程量,降低投资,缩短工期,方便施工和生产管理; 3)贯彻执行《中华人民共和国环境保护法》,在生产工艺中消除污染,保护环境; 4)充分利用荒地和贫瘠土地,不占、少占和缓占农田,减少动力消耗,尽可能考虑造地还田的原则。 2弃渣场主设计方案 a)渣场概况 广西百色水利枢纽过船设施工程主涉及11个渣场,分别为1#渣场到11#渣场。其中2#渣场、3#渣场、4#渣场、5#渣场、6#渣场分布在中间渠道右岸附近;7#渣场和8#渣场分布在那禄挡水坝上游附近;1#渣场布置在二级升船机的上游323国道旁;10#渣场布置在银屯副坝下游右岸相距0.6km的山沟、11#渣场分布在银屯副坝下游左岸山沟,顺着副坝公路布置。各渣场的设计堆渣量详见表3。 b)渣场等级 参照《选矿厂尾矿设施设计规范》规定,各渣场使用期的设计等别应根据该期的全库容和总坝高分别确定,取其等级高者作为设计等级,当两者的等差为一等时,以高者为准;当等差大于一等时,按高者降低一等。尾矿库失事将使下游重城镇、工矿企业或铁路干线遭受严重灾害者,其设计等别可提高一等,尾矿库等别及构筑物级别详见表1、表2。 表1尾矿库等别表 表2尾矿库构筑物级别表 注:主构筑物指尾矿坝、库内排水构筑物等失事后难以修复的构筑物;次构筑物指失事后不至造成下游灾害或对尾矿库安全影响不大并易于修复的构筑物;临时构筑物指尾矿库施工期临时使用的构筑物。 本渣场设计,考虑坝高与库容量两方面条件,渣场等别见表3。 表3渣场等别表 参照《选矿厂尾矿设施设计规范》,本工程挡渣坝防洪标准见表4: 表4渣场防洪标准 洪水标准 标准 1#渣场 P=0.5% 10#、11#渣场 P=1% 其余渣场 P=2% 注:除1#、10#、11#渣场外的其余渣场,防洪标准由于失事后影响不大,防洪标准可适当降低 c)洪水计算成果 本次对1#挡渣坝、10#挡渣坝以及11#挡渣坝做典型设计。其相应标准洪水的设计流量成果见表5。 表5渣场设计洪水流量成果表 项目 集水面积(km2) 各级频率(%)设计流量(m3/s) p=20% p=3.33% p=2% p=1% p=0.5% 1#渣场 1.89 19.4 27.7 29.8 32.7 35.50 10#渣场 0.42 4.39 6.24 6.72 7.35 7.96 11#渣场 0.87 7.69 11 11.8 13 14.10 d)挡渣坝工程 1)挡渣坝结构设计 根据挡渣坝的施工特点及运行特点、结合坝址工程地质、当地筑坝材料的条件,再考虑环保方面的求,求挡渣坝具有较强的稳定性及较好的透水能力,设计采用永久工程弃渣石方碾压堆筑坝体,各个坝体的构造详见表6,各挡渣坝序号与渣场序号对应。 表6挡渣坝构造特性表 构造特性 坝底高程 坝顶高程 坝高 上游坡度 下游坡度 1#挡渣坝 135 200 65 1:1.75 1:2.00 10#挡渣坝 190 235 45 1:1.75 1:2.00 11#挡渣坝 190 235 45 1:1.75 1:2.00 (1)库底清基 建坝前,应首先对坝基岸坡处清基,清除沟床表层杂草树木,清基深度0.5m。 (2)坝体型式 碾压挡渣坝构造采用分梯级坝体形式,各个子坝坝体填筑料及子坝后部分范围石渣料均利用永久工程开挖料,且均求碾压。各个子坝坝体填筑料求弱风化岩或微风化岩,子坝后部分范围堆石渣料只求为石渣料即可。 ①1#挡渣坝分4级子坝,4级子坝的构造如下: 1#子坝底高程135m,顶高程155m,坝高20m,上游坡比1:1.75,下游1:2,坝顶宽度15m,在145m高程处设置马道,宽2m。坝下游坝脚设排水棱体,排水棱体顶宽2m,上游坡比1:1.75,下游1:2。 2#子坝底高程155m,顶高程175m,坝高20m,上游坡比1:1.75,下游1:2,坝顶宽度15m,在165m高程处设置马道,宽2m。一、二级子坝间留出8m宽的马道(行车道)。 3#子坝底高程175m,顶高程190m,坝高15m,上游坡比1:1.75,下游1:2,坝顶宽度15m,在183m高程处设置马道,宽2m。二、三级子坝间留出8m宽的马道(行车道)。 4#子坝底高程190m,顶高程200m,坝高10m,上游坡比1:1.75,下游1:2,坝顶宽度8m。三、四级子坝间留出8m宽的马道(行车道)。 ②10#挡渣坝共分3个子坝,3个子坝的构造如下: 1#子坝底高程190m,顶高程210m,坝高20m,上游坡比1:1.75,下游1:2,坝顶宽度15m,在200m高程处设置马道,宽2m。坝下游坝脚设排水棱体,排水棱体顶宽2m,上游坡比1:1.75,下游1:2。 2#子坝底高程210m,顶高程225m,坝高15m,上游坡比1:1.75,下游1:2,坝顶宽度15m,在218m高程处设置马道,宽2m。一、二级子坝间留出8m宽的马道(行车道)。 3#子坝底高程225m,顶高程235m,坝高10m,上游坡比1:1.75,下游1:2,坝顶宽度15m,在188m高程处设置马道,宽2m。二、三级子坝间留出8m宽的马道(行车道)。 ③11#挡渣坝共分3个子坝,其构造和10#挡渣坝基本相同。 (3)上、下游坡及排水棱体构造 挡渣坝下游表层在堆石体上作200厚碎石垫层后再做400厚块石护坡。考虑到坝体本身的排水反滤作用,坝体上游坡求做排水反滤,构造做法从底层往上分别依次为:碾压堆石体~200厚碎石垫层~土工布(350g/m2)~200厚碎石垫层。土工布求单位面积质量M﹥﹦350g/m2、抗拉强度﹥﹦12KN/m、纵横强度比为2/3~3/2。 底层子坝下游求做排水棱体,排水棱体构造做法为:碾压堆石体~200厚碎石垫层~土工布(350g/m2)~200厚碎石垫层。 2)观测系统 为了及时掌握渣场各部分建筑物的运行情况,必须设置观测设施,并加强观测。观测设施主包括:变形观测、浸润线、渗流观测。 e)排水系统 1)排水构筑物 渣场排水主包括两套系统,分别为:坝体表面排水系统和截洪沟排水系统。主排水设施主为:坝面排水沟和截洪沟。渣场汇水面积内的降雨主是通过截洪沟排水系统将雨水排除到挡渣坝下游。 (1)坝体表面排水系统 该排水系统主由设置在坝体表面的纵、横向排水沟组成。横向排水沟共两条,分别布置在坝体左、右两岸大坝表层与两岸山坡交接处,垂直于坝轴线方向顺着坝坡线方向走势;纵向排水沟布置在各子坝坡脚后,顺着坝轴线方向设置,主排除坝面积水及反滤渗水。坝面排水以及反滤渗水通过纵、横向排水沟贯通后最终汇集起来排到挡渣坝下游。 排水沟做法采用C15素砼矩型结构,横向排水沟尺寸为宽1m、高1m,纵向排水沟分两种断面形式,最底层靠近排水棱体的排水沟尺寸为宽1m、高1m,其余的尺寸为宽0.4m、高0.4m。 (2)截洪沟排水系统 截洪沟排水系统由渣场顶面的排水沟和修建在渣场四周的截洪沟共同组成。渣场所在集水面积范围内的降雨通过自然径流以及设置在渣场顶面的排水沟汇集到截洪沟,然后再经过大坝两岸的急流槽排除到挡渣坝下游。 ①渣场顶面的排水沟 为了把截洪沟以内渣场顶面的降雨汇集到渣场四周的截洪沟,拟在渣场顶面间隔50~100m纵横向修建排水沟。排水沟采用C15素砼结构,断面尺寸为宽0.4m、高0.4m。 ②渣场四周的截洪沟 渣场所在集水面积范围内的绝大部分降雨都汇集到设置在渣场四周的截洪沟,根据每个渣场上、下游截洪沟求的排洪能力大小,每个渣场的截洪沟分一、二级两种断面形式,一、二级截洪沟的衔接处基本设置在上、下游中间,具体构造详见表表2-7。 ③挡渣坝两岸的急流槽 截洪沟的洪水通过设置在大坝两岸的急流槽排泄到大坝下游。1#渣场分左、右岸两条急流槽,槽宽6m,深2m;10#渣场亦分左、右岸两条急流槽,槽宽3m,深1.5m;11#渣场考虑到挡渣坝右岸是副坝公路,难以布置急流槽,只在大坝左岸设置一条急流槽,槽宽6m,深2m。急流槽采用分段底流消能的形式对水流进行消能。 2)截洪沟泄洪能力计算 截洪沟为U型C15砼结构,采用均匀流公式计算泄流能力。坡降以0.01计算,糙率n取0.012。 均匀流公式:Q=AΧCΧ(RΧi)0.5 式中:Q——流量,m3/s; A——过流断面积,m2; X——湿周,m; R——水力半径,m。 C——谢才系数。 计算结果详见表7,通过计算结果看出,各截洪沟排洪流量均大于各自渣场汇水面积下相应洪水标准的洪峰流量,排洪能力均满足求。 表7截洪沟排洪能力计算表 序号 截洪沟级别 底宽(b:m) 高(h:m) 流速(V:m/s) 单条沟流量(Q:m3/s) 截洪沟排洪能力(Q:m3/s) 洪峰流量(m3/s) 1#渣场截洪沟 一级截洪沟 1.5 1.4 4.99 8.97 36.09 35.5(P=0.5%) 二级截洪沟 2.5 1.4 6.02 18.05 10#渣场截洪沟 一级截洪沟 0.8 1 3.46 2.22 7.86 7.35(P=1%) 二级截洪沟 1.2 1 4.09 3.93 11#渣场截洪沟 一级截洪沟 0.9 1.2 3.83 3.45 14.24 13.0(P=1%) 二级截洪沟 1.5 1.2 4.75 7.12 注:文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。

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