王 卓

（山西省水利水电勘测设计研究院，山西 太原 030024）

1 项目概况

山西中铝华润有限公司2×50万t合金铝项目，位于吕梁市兴县瓦塘镇山西华兴铝业有限公司南侧的低山丘陵上。距省道S 218约1.5 km，距兴县县城约25 km。项目工程区位于瓦塘镇刘家沟和大石沟之间的山脊上，采取平山填沟造地建设厂区，厂坪高程为986.0 m。

工程建设产生的大量弃土填筑于厂区周边的沟道内，阻塞行洪通道，改变渗流路径，会诱发滑坡、泥石流等地质灾害，严重威胁着项目区及下游地区的交通设施、工矿企业和居民生命、财产安全。如何采取合理有效的安全防护措施，以避免灾害事故的发生，保障项目区及下游地区人民群众生命及财产安全，是迫切需要解决的问题。

2 水文地质概况

2.1 水文

项目工程区内的刘家沟、大石沟均是岚漪河的支沟。岚漪河是黄河的一级支流，发源于岚县鹿径岭西的饮马池山，流经岚县河口乡，岢岚城、温泉乡，兴县青草沟、魏家滩、瓦塘，于裴家川口汇入黄河，河流全长120 km，流域面积2 167 km2。

刘家沟为岚漪河的一级支沟，集水面积4.88 km2，河长4.70 km，本项目区位于刘家沟下游，厂址下游断面以上流域面积3.90 km2，河长4.50 km，比降27.8‰。

2.2 水文地质

刘家沟地下水主要出露于卵石层顶部、底部或沟底卵石冲积物中，为卵石层中局部钙质胶结层和卵石层底普遍粉质黏土阻水形成，分布极不均匀，地下水出露点季节性变化较大，雨后出水点增多、水量略增，枯季断流。

2.3 洪水

刘家沟厂址下游控制断面以上主要有9条支沟，由于面积较小，采用经验公式法进行计算洪峰流量，计算结果见表1。

表1 支沟洪峰计算成果表

根据《山西省暴雨洪水实用手册》，暴雨计算结果，采用流域模型法计算厂址下游控制断面洪峰流量为80.2 m3/s。

3 厂址防洪工程设计

3.1 防洪标准

根据《防洪标准》（GB 50201-2014）、《水利水电工程等级划分及洪水标准》（SL252-2017）规范规定，该工程等别为Ⅱ等，设计洪水标准为100年一遇设计洪水（P=1%），主要建筑物为2级。

3.2 工程布置

3.2.1 弃土场布置

平山、填沟、造地、建设厂区，产生的大量弃土填于场区东侧刘家沟和周边的支沟内，基于消化土方，考虑行洪、交通等因素，刘家沟弃土场设计为“两平台一坡一坝”型式，即974 m平台、940 m平台、平台间1/5陡坡和厂址下游处挡土坝。

3.2.2 防洪工程布置

防洪工程布置为地下排水盲沟和地表排洪渠。

地下排水盲沟布置于弃土场底部，收集刘家沟沟底出漏渗水，通过在沟底铺设连续的滤料通道，将主支沟内渗水连通，最终引排入下游河道。

地表排洪渠导排刘家沟设计标准洪水，排洪渠始于974 m平台南端杨家嫣村，过974 m平台，经1号、2号陡坡到940 m平台，过940 m平台，经挡土坝下游坝坡台阶陡槽，消能后接下游河道，进入山西华兴铝业有限公司排洪渠，其间支沟渠道洪水汇入主渠。

3.3 拦挡工程

本工程位于黄土梁峁地带，山梁两侧大型冲沟，纵横切割，地质环境复杂，工程弃土量巨大。受地形条件、施工运距、经济性等因素的限制，工程弃土场布置在厂区东侧刘家沟沟道内，降雨时，沟道周围坡面存在汇水问题。根据水土保持规程、规范，要求沟道型弃渣场的下游出口处，需设置拦挡工程，否则会发生严重的水土流失。

选定在下游厂址断面处建一座均质挡土坝，坝轴线长501 m，最大坝高70 m，上游坝坡1∶2，下游坝坡1∶3，下游坝坡每隔10 m高程设置一条宽2 m马道，在坝高910 m高程设宽8 m马道，马道及坝坡边沟设纵横向排水沟，坝体紧邻厂区东西侧一定区域进行强夯反压滑坡体，其它区域坝体填筑土方压实系数不小于0.97。下游坝坡设置格构护坡，坝脚处设置干砌石护坡防止水流回水冲刷。

4 主要建筑物设计

4.1 地下排水盲沟设计

刘家沟主沟及支沟沟道底部或沟道侧面有出水点出露，分布极不均匀，季节性变化幅度大，全部在回填高程以下，渗水流量大小不一，最大的渗水量约为0.8～1 L/s，为防止渗水与填土产生接触冲刷，故设计在沟底铺设一条连续的滤料通道（即排水盲沟），将沟内的渗水有组织地引入到下游河道。

主沟排水盲沟为梯形断面，边坡为1∶1，底宽2.0 m，高2.0 m。填筑方案为：在开挖断面先铺设一层反滤土工布，在土工布内侧铺设一层厚20 cm粒径为2～20 mm砂砾石，然后填筑粒径为20～60 mm的碎石，上部覆盖反滤土工布。支沟排水盲沟断面型式同主沟，底宽1.2m，高1.2 m，填筑方案与主沟相同。

为了防止盲沟通道堵塞，影响上部建筑物功能，在主支沟、盲沟交汇处设排水井，也兼作观测和排水用。

4.2 地表排洪渠设计

4.2.1 排洪渠断面设计

排洪渠以挖方渠道为主，渠道土质为黏土、粉质黏土，水深小于2 m。根据以上条件和《灌溉与排水工程设计规范》（GB 50288-99），确定排洪渠边坡系数为1∶1，选定设计纵坡为1/300，结构型式为浆砌石外包混凝土衬砌的梯形断面结构。

根据设计流量Q、纵坡i和边坡系数m，确定排洪渠的底宽b 和水深h，渠道Q0+000.00～Q1+152.54、Q1+694.95～Q3+155.12断面尺寸见表2。

表2 排洪渠（主渠）断面参数表

考虑渠道基础位于填土上，故设计要求渠道基础回填土压实度不小于0.97，同时采用渠道下方铺设0.3 m厚3∶7灰土垫层，排洪渠每10 m设一道沉降缝，以消除基础沉降对渠道的影响。

各支沟内洪水流量不同，支渠排洪渠设计方法同主渠，确定了设计底坡为1/300，底宽2.0～3 m，渠深1.5～2 m，边坡为1∶1的梯形浆砌石外包混凝土结构。

4.2.2 消能建筑物设计

陡坡。

渠道Q1+452.54～Q1+694.95，经974m平台到940 m平台，落差27.5 m，设计两级陡坡，即1号、2号陡坡。

其中1号陡坡是由陡坡、消力池和跌水组成的长89 m的钢筋混凝土矩形结构。1号陡坡消力池接跌水，总落差17.5 m，其中陡坡段跌差10 m，跌水跌差7.5 m，陡坡段设计底坡为1/5，底宽10 m，渠深3 m；消力池长19 m，底宽10 m，墙高5 m，消力坎高1.9 m；消力池下游与跌水相接，跌水采用钢筋混凝土扶壁式结构，其中墙高4.9～13.5 m，扶壁厚0.6 m，间距3 m。

2号陡坡是由陡坡和消力池组成的长99.71 m的钢筋混凝土矩形结构，总跌差10.0 m，陡坡段设计参数同1号陡坡。消力池长20 m，底宽10 m，墙高5 m，消力坎高2.25 m。

1号、2号陡坡间以坡度i为0的钢筋混凝土矩形明渠弯道段连接，弯道曲率半径为60 m，长度54 m，底宽10 m，墙高2.5 m。

台阶陡槽排洪渠。

渠道Q3+155.12～Q3+385.86为台阶陡槽排洪渠，断面为矩形，长度230 m，宽度14 m，单宽流量5.73 m3/s，落差70 m，台阶陡槽排洪渠高长比为1∶3，与940 m平台边坡坡度保持一致，流态设计为滑行流，经水力学模型试验后选定台阶高1 m，台阶长3 m的台阶陡槽消能型式。

渠道水流经台阶消能后，底部水流受到台阶作用，形成稳定的水流漩涡，实验得到台阶陡槽渠道最大流速为11 m/s，比原陡坡消力池渠道设计方案中最大流速15 m/s有所降低，消能效率可观，实现了功能与经济双重目标。

消能井。

消能井采用M 7.5浆砌石外包钢筋混凝土结构，长10 m，宽4～8 m，高为3.5～4.0 m。消能井主要起调节水流流态，使水流平顺衔接的作用。

4.2.3 下游段渠道及防护

渠道Q3+385.86～Q3+425.86为下游钢筋混凝土矩形渠道，宽度8 m，高度2.7 m。Q3+425.86以下为长18 m，宽25 m，厚1.0 m铅丝石笼海漫段，海漫后通过原河道顺接至下游山西华兴铝业有限公司防洪渠相接，原河道局部险工段设计边坡防护，防止水流冲刷。

5 结论

刘家沟沟道东侧坡度陡峭，西侧是厂区边坡，在避免高边坡开挖和严禁侵占厂区东侧征地红线以外土地的同时，排洪渠布置于原状土上是不现实的，故本工程排洪渠布置于刘家沟弃土场东侧坡脚填方上，考虑填土的不均匀沉降问题，设计要求了填土的压实度，并对渠道进行分缝，同时也选择了典型断面布设沉降监测仪器，及时提供精确数据，为工程安全运行提供决策依据。

厂址防洪工程设计，以泄洪、保安、防治为重点，确保弃土场稳定，采取“先挡后弃，以排为主，上排下导，排、拦、截、护、垦相结合”的综合防治体系。设计排洪渠对沟道洪水排泄，铺设排水盲沟对沟道渗水排导，布设挡土坝对弃土场堆土进行拦挡，修建截排水沟，对弃土场周边来水和坡面汇水进行引排，用格构护坡对挡土坝坡面防护并进行整治，最终实现工程安全和生态、经济效益双赢的目标。