刘 瑾 陈 立

（贵州水利水电职业技术学院，贵州 贵阳 550000）

0 引言

为了深入贯彻落实“二十大”提出的绿色发展，促进人与自然和谐共生的理念，对于矿山开采所引起的矿山地质环境问题，要及时采取有效的措施予以解决。坚持以矿区人民生命财产安全为中心，保护生态环境为关键任务，减少采矿过程中形成的污染，恢复采矿区原有的生态机制，使矿山开采行为经济与社会效益最大化，为“复绿区”日后的农业生产创造良好的基础条件。为了造福受矿山地质环境影响多年的当地村民，还应积极探索矿山环境治理措施[1]。

其中，截排水沟作为矿山地质环境治理的重要措施，建成后能够有效防止水土流失，对矿山边坡的稳定性至关重要。在布置截排水沟之前应该计算沟渠截面尺寸，尺寸过大将会影响工程造价，过小会导致排水效果不佳。本文结合铝土矿山项目，对其截排水沟工程的设计进行分析。

1 项目概况

清镇某铝土矿位于贵州省贵阳市清镇市，南面接马桑湾，北至野猪麻窝，东抵新厂、鸡冠山一线，西到牛奶冲、罗汉山一带，南北长约2.3km、东西宽约1.5km，黔贵高速从矿区南部1km 处通过。区内主要为岩溶地貌，有峰丛、槽谷、丘陵、洼地等。由中低山，丘陵及山间沟谷组成，山脉走向受构造及岩性控制，主要为南北向，其次为北北东向。整体地势西高东低，山脉走向近南北，最高峰位于矿段南部，海拨1397m；最低处位于矿段西部的落水洞，海拨1268m；最大高差129m[2]。

矿区大地构造位于扬子陆块-黔北隆起区（扬子地块）-遵义台地区-织金穹盆构造变形区东部。区域构造比较简单，以南北向褶皱为主，伴以北东向及南北向断裂。坛罐窑矿段则处于龙头山复背斜向北倾末端。同时，矿区气候属亚热带湿润气候，年平均气温约14.1℃，极端最低气温-8℃；七月均温22℃，极端最高气温34.5℃。降水多集中于5～9月，占年降水量的87%，年均降雨量1135mm（1990-2019 年），日最大降雨量发生在2014年，达到了287.8mm，多年平均蒸发量869.1mm。

该工程截排水沟的截面尺寸应当根据施工环境、工程造价等因素进行设计，同时要为后期的建设提供强有力的数据支撑；设计时，不仅要对施工过程中的保障措施有安排，还要对建设后排水效果的检查与清理有所考虑。

2 截排水沟的应用特点

2.1 截水沟的应用特点

截水沟又称天沟，通常是为拦截降雨时边坡流向路基的水，因而一般在路堑坡顶以外布置截水沟，但具体位置应该根据实际情况而定，以不影响边坡稳定性为基础[3]。截水沟的截面尺寸应满足实际工程所需，不宜过大，也不宜过小。因此在截水沟施工前，应对截水沟截面进行设计，确保实用性。

2.2 排水沟的应用特点

排水沟通常布置在边坡底部或者截水沟两侧，用来拦截坡面上截水沟未能拦截的径流，同时将路面的积水汇集到沟内，通过排水系统及时将其排出[4]（如图1所示）。因此，边坡排水沟的作用就是把多余的水引到路基以外的地方，防止对路基形成侵害。

图1 排水沟横截面图

3 截排水沟的工程设计

3.1 截排水沟设计的原则

（1）排水沟应根据实际环境，布置在各区域截水沟两端或最低处，这样易于排水，同时沟渠能最大限度截水；截水沟尽可能沿海拔相同的位置连接布置[5-6]；

（2）下渗的雨水可通过排水沟排出废石场，对于废石场外围的坡面径流可以利用截水沟拦截；

（3）截排水沟的截面设计不仅要做到经济合理，还要做到实用性强，既能够保证水流正常排出，又能确保截排水沟结构不会被破坏；

（4）截排水沟设计应当以直线为主，尽可能减少与其它建筑物或构筑物相遇，若遇到田地应尽量避开。

3.2 截排水沟设计的说明

清镇某铝土矿山所处的位置降雨集中于5～9 月，在此期间存在高强度且频发的暴雨，雨水进入土层后会导致内摩擦和内聚力下降。故在排土场后缘、边坡坡顶及坡脚设计截排水沟，将地表水汇集到蓄水池为矿区农业提供灌溉保证。其中降雨强度设计标准为20年一遇。

3.3 截排水沟的参数计算

3.3.1 流量计算

根据降雨强度及截水沟汇水面积，利用中国科学院公路研究所提出的经验计算公式，求得截水沟流量：

式中：Qb——设计流量，m3/s；

R——渗流系数，R=0.8；

Hn——设计降雨强度，81.4mm/h；

F——汇水面积，0.05km2。

将以上各参数取值带入公式可得Qb=0.905m3/s。

3.3.2 水力计算

为了确保沟道内排水顺畅，且不会影响边坡排水，应在矿山边坡、堆渣体附近设置截排水沟，避免长时间水流冲刷导致水土流失。排水沟断面设计的水力计算按下式进行。

式中：Q——排水沟流量，m3/s；

V——水流平均流速，m/s；

A——排水沟有效断面面积，m2；

R——水力半径，m，R=A/X；

X——湿周，m，X=b+2h(1+m2)0.5；

b——排水沟底宽，m；

h——选定流量的正常水深，m；

m——沟壁边坡系数；

n——粗糙系数，m，取0.025；

i——沟底坡度。

本次清镇某铝土矿山的截排水沟设计形状采用矩形截面，截排水沟采用M10砂浆抹面，M7.5砂浆砌片石明沟，在建成以后其最大允许流速为4m/s。为控制水流速度，陡坡地段的排水沟，在超过最大允许流速的渠道可采用跌水消能。

根据矿区内已经修筑的截、排水沟断面尺寸为0.4m×0.4m，带入求得Q=1.100m3/s，大于Qb=0.905m3/s，能满足排水要求。

3.4 截排水沟的结构设计

截水沟断面设计为宽0.40m，高0.40m，壁厚0.30m，截排水沟结构形式采用M7.5 浆砌片石明沟，M10 水泥砂浆抹面（厚2cm），碎石垫层，水沟断面为矩形断面，沟道纵坡坡度为5%。沟断面每隔10.0m 或地形明显变化处设沉降缝，缝宽30～50mm，用沥青充填封闭。截流沟过水能力1.100m3/s，大于各单元的频率洪峰流量，能满足各个治理区设计的需要，具体断面尺寸见图2所示。

图2 截水沟横截面图

4 结束语

综上所述，在设计截排水沟时应遵循保护生态环境，构建人与自然和谐共生的理念，根据规范并考虑工程周围地形地貌和挖填方边坡等进行设计。在保证工程造价合理、施工技术可靠、操作性强的同时，也要确保截排水沟后期的正常运行，有效防止水土流失。本文以某铝土矿山为例，对截排水沟进行设计研究，介绍了截水沟和排水沟的应用，重点分析了截排水沟的工程设计，可为后期类似矿山环境治理提供设计参考，有助于当地矿山地质环境修复与治理工作的高效实施。