红旗岭镍矿水土保持工程典型实例解析.docx
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红旗岭镍矿水土保持工程典型实例解析
红旗岭镍矿水土保持工程典型实例
1、矿区概况
本区位于吉林省磐石市红旗岭镇，本区气候属温带大陆性季风气候，该区域土壤系开挖回填表土，棕壤,pH值5.7左右，土层厚度约0.5m～3m。
多年平均气温14.5℃，≥10℃年有效积温4320.5℃，多年平均日照时数1358小时，无霜期275天。
多年均降水量699.6mmmm。
一般6～9月为雨季。
森林植被属长白山针阔叶混交林区，现在的天然林全部是天然次生林。
在阔叶树中以柞树为优势树种，针叶树多为人工营造的落叶松、红松。
2、矿区工程措施
在建设过程中对场区实施了挡土墙拦挡、支护措施；在坡面治理中采用“上截、下排”，即是在坡定修建截水沟，拦截坡面的径流，防止对坡面的冲刷；在坡面上采用种草防护，在坡脚修筑排水沟，做到有序控制坡面径流减少水土流失；在排土场下游布置了挡渣墙、并在库区周边修建了截水沟。
这些措施对防治水土流失具有积极作用。
根据本项目特点和防治措施布局原则，水土保持防治措施体系由工业场地区、矿山开采区、排土场、废弃场地和附属系统区等5个防治区的治理措施组成，
磐石市红旗岭镇镍矿水土保持分区防治措施体系表
分区
治理措施
一级
二级
工程措施
植物措施
临时措施
工业场地
排水明沟、覆土整治、沉沙池
种树、种草
无
矿山开采区
拟采矿山
挡土墙、截水沟、覆土整治、沉沙池
种树、种草
表土剥离、临时土袋拦挡、临时排水沟、临时沉沙池
采空区
挡土墙
种树、种草
无
排土场
挡土墙、截水沟、覆土整治、沉沙池
种树、种草
临时拦挡、临时苫盖
废弃场地
覆土整治
种草
无
附属系统区
连接道路区
排水明沟
种草
无
输电线路区
无
种草
无
输水管线区
无
种草
无
2.1防治措施总体布局
根据防治措施体系框图，项目区建设水土流失防治措施分区布局如下：
（1）工业场地区
排水明沟：
主体设计只定性描述在工业场地建筑周边修筑排水沟，本方案补充定量设计。
本方案在工业场地新增排水沟257m。
沉沙池：
本方案设计在工业场地排水明沟排水出口处布置沉沙池1口。
覆土整治：
主体未作任何设计。
结合现场调查，本《方案》设计将矿山开采区剥离表土对本区裸露区域进行覆土整治,覆土面积0.05hm2。
植物防护：
主体工程未作任何设计，结合现场调查，本《方案》设计在场区裸露区域布置植物措施面积0.05hm2。
（2）矿山开采区
①拟采矿山
挡土墙:
根据现场实际情况，本方案将补充矿体开采过程中开采台阶坡脚的挡土墙，挡土墙的具体布设位置由建设单位根据开采后现场的地质情况而定，软质边坡布置挡土墙214m。
截水沟：
本方案在拟采矿山区开采完成后形成的高边坡上游布置截水沟，截水沟沟长930m。
沉沙池：
在拟采矿山区截水沟末端新增沉沙池共计1座。
覆土整治：
主要是对矿体采空后的采空区30.21hm2裸露地表进行覆土整治，土料来源于本区裸露地表剥离的表土。
植被恢复：
本方案考虑对矿体开采后的采空区进行植被恢复，种植区域为除挡土墙以为的其他区域共计41.51hm2。
表土剥离：
首采平台布置前对采场矿山进行表土剥离90780m3，用于本区后期采空区和工业场地覆土整治。
临时土袋拦挡：
本方案设计在矿山开采过程中对低洼地带及缓坡地带布置临时土袋拦挡800m，防治开采过程中的水土流失。
临时排水沟：
本方案还设计沿矿山开拓公路及集雨面较大的开采台阶坡脚布置临时排水沟450m。
临时沉沙池：
在临时排水沟末端新增临时沉沙池1座。
②采空区
挡土墙：
根据现场实际情况，本方案将对采空区坡度较大的C3、C4矿段下游布置挡土墙1277m。
植被恢复：
建设单位已在C2、C5、C6等采空区和LJ15、16等乱掘乱采点布置绿化措施面积18.00hm2。
根据现场实际情况，本方案将对后期C1、C3、C4等采空区进行植被恢复，此部分措施均在生产运行期内完成。
（3）排土场
挡渣坝：
主体设计在排土场下游修建挡渣坝130m，基本满足拦挡要求。
截水沟：
本方案设计在排土场上游修筑截水沟，截洪沟总长960m。
沉沙池：
本方案设计在截水沟末端修建沉沙池一口。
植被恢复：
本方案补充对后期4.70hm2渣面覆土后进行植被恢复。
临时土袋拦挡：
为减少排土场临时堆土在堆放期间的水土流失，本方案新增土袋拦挡措施，共需临时土袋185m3。
临时苫盖：
露天开采区全部表土将全部集中堆放于排土场内，临时堆土表面采用防雨布苫盖，苫盖面积12600m2。
（4）废弃场地区
覆土整治：
主要是对废弃场地裸露区域及施工迹地0.07hm2裸露地表进行覆土整治，覆土量210m3，土料来源于矿山开采区收集的表土。
植被恢复：
本方案考虑对废弃场地全面进行植被恢复，种植区域0.12hm2。
（5）附属系统区
①连接道路区
排水：
主体工程对连接道路一侧设计布置排水沟2500m。
植被恢复：
本方案设计对路基两侧裸露边坡进行植被恢复面积1.08hm2。
②输电线路区
因输电线路为利用原有线路，且目前恢复较好，本方案不再对其进行措施设计。
③输水管线区
本方案设计在输水管线区撒播混播草0.02hm2；草种由黑麦草及三叶草按1：
1比例混播。
2.2分区水土保持防治措施设计
2.2.1工业场地设计
（1）工程措施设计
覆土整治：
结合现场调查，本《方案》设计将矿山开采区剥离表土对本区裸露区域进行覆土整治,覆土面积0.05hm2，覆土厚度30cm，覆土量为150m3，土料来矿山开采区剥离表土。
排水沟设计：
主体设计只定性描述在工业场地建筑周边修筑排水沟，本方案补充定量设计。
本方案在工业场地新增排水沟257m。
采用M7.5水泥砂浆砌片石修筑。
a防洪标准：
根据《开发建设项目水土保持技术规范》的规定，防洪标准为:
设计洪水标准10年，校核洪水标准20年，相应确定截水沟的防洪标准也按10年一遇设计，20年一遇校核。
经查《吉林省暴雨洪水计算实用手册》，取用《吉林省年最大1小时点雨量均值等值线图》、《吉林省年最大1小时点雨量Cv值等值线图》，得项目区的一小时平均点雨量为41mm，Cv=0.37，Cs=3.5Cv，取P=5%，查《皮尔逊III型频率曲线的模比系数Kp值表》得Kp=5%=1.73，Kp=10%=1.51，由此计算得10年一遇最大一小时降水量为61.91mm、20年一遇最大一小时降水量为70.93mm。
b洪峰流量
采用公式：
Qs=0.278KIF
Qs—洪峰流量；
K—径流系数，取0.80；
I—10、20年一遇最大一小时降水量；
F—山坡集水面积，根据地形图计算。
根据主体设计的地形图量算，工业场地上游集雨面积为0.018km2。
Q设计=0.278×0.80×61.91×0.018=0.25m3/s。
Q校核=0.278×0.80×70.93×0.018=0.28m3/s。
经计算得，截水沟校核洪峰流量见表。
截水沟校核洪峰流量表
截排水沟名称
集雨面积（km2）
校核洪峰流量（m3/s）
防洪标准
风井场地截水沟
0.018
0.28
20年一遇
水力学计算：
①计算假定
截水沟断面形式：
等腰梯形，沟道纵坡:
i=2%
②断面试算
按式Q=CA
进行计算
式中:
A-过水断面面积
C-谢才系数C=
R1/6
R-水力半径=
n-糙率，取n=0.016
X-湿周
i=渠道纵坡，i=2%
断面选定
根据上述计算步骤及方法，选定截排水沟断面如表。
截排水沟水力计算表
截水沟名称
设计洪峰流量（m3/s）
截排水沟过水断面
水力要素
过流能力（m3/s）
A
X
R
C
风井场地截排水沟
0.24
B=0.35m，h=0.35m
0.12
1.01
0.12
43.69
0.26
断面平均流速：
V=
=2.11m/s，考虑10cm安全超高，经计算：
过流能力大于洪峰流量，满足过流要求。
截排水沟水力计算表（10cm安全超高）
截排水沟名称
校核洪峰流量（m3/s）
截排水沟过水断面
水力要素
过流能力（m3/s）
A
X
R
C
风井场地截排水沟
0.28
B=0.35m，h=0.45m
0.14
1.20
0.11
43.42
0.35
通过计算及优化确定工业场地区截水沟断面B=0.35m，h=0.45m，采用M7.5浆砌石砌筑；过水面采用M10水泥沙浆抹面，厚度0.01m，沟床厚度为0.30m，沟底厚度为0.30m。
沉沙池：
本方案设计在工业场地排水明沟排水出口处布置沉沙池1口。
根据《GB16453.4-2008水土保持综合治理技术规范小型蓄排引水工程》规范要求，拟定沉沙池尺寸为长2.0m，宽1.0m，深1.5m，容积3.0m3。
采用M7.5浆砌石砌筑，M10水泥沙浆抹面；墙体厚0.30m，墙体抹面厚度为0.01m。
（2）植物措施设计
场区植物防护：
考虑对场区裸露区域布置植物措施面积0.05hm2，主要针对场区空闲地及地面建筑物周边，对场区裸露地表撒播草种的基础上，因地制宜地零星分散种植乔木。
①布设原则
根据本项目建设与运行的具体要求，项目区植物措施的布局应在服从主体工程顺利建设、安全运行、保持水土、改善环境的基础上，力求全面规划、因地制宜、因害设防、突出重点，确定合理的植物措施布局形式，将点、线、面结合进行综合植物措施设计。
通过合理植物配置及切实可行的植物措施，建成适合立地条件、较为完整的植物防护体系，尽可能减小矿山建设对周围生态环境造成的影响，以获得矿山开发建设与生态环境保护双赢之目的。
②立地条件分析
本区气候属亚热带季风湿润气候，该区域土壤系开挖回填表土，黄壤,pH值5.8左右，土层厚度约0.5m～3m。
多年平均气温14.1℃，≥10℃年有效积温4320.5℃，多年平均日照时数1354小时，无霜期275天。
多年均降水量1192.5mm。
一般4～9月为雨季。
③树种选择依据
主要是对场区裸露地表进行绿化，由于该区地面硬化较多，场内的闲置地、裸露地及地面设施之间的空地相对较少，因此植物防护措施设计在满足水土保持要求的前提下，重点考虑环境美化，结构设计为草—灌—乔结合型。
管理、兼有净化空气和美化环境的功能。
经过分析，对面积较大裸露地表以种黑麦草及三叶草为主（混播，混播比例为1：
1），并分散零星配置柳杉及白杨，中间种植小叶女贞。
④整地
整地规格根据栽种树木的大小进行具体设计，大树移栽整地规格主要为0.6m×0.6m×0.6m，苗木规格较大的采用0.4m×0.4m×0.4m整地，小叶女贞等苗木规格较小的采用0.3m×0.3m×0.3m。
整地时表土和底土分开堆放，种植穴挖好后先回填表土，后回填底土，填土需高出原地表5-10cm。
⑤栽植方法
按照先植树后种草的顺序进行。
乔木：
苗木选择米径Φ3-4（cm），雨季种植，整地规格0.6×0.6×0.6m，栽植时应注意调整好主要观赏面，土球入穴前踏实穴底松土，土球放稳，树干直立。
落叶乔木栽植深度与原栽植线持平；常绿树栽植时，应略高于地面5cm，随后拆除并取出不易腐烂包装物，如土球松散，腰绳以下部分可不拆除，以上部分则应解开取出，并对根部加施保水剂。
填土应分层夯实，采用树杆支撑加固，防止树身摇动。
灌木：
需带土球，栽植时不宜过深。
如在定植时，在穴底施肥，促进生长。
草：
耕翻土地并耙细，撒播后覆细土2cm，雨季播种。
⑥栽植季节
根据栽植地区气候、土壤条件和栽植树种生物学特性确定栽植季节和时间，大部地区多在春、秋两季进行植树，根据实际条件也可在冬季进行栽种，避免伏旱季节栽植。
若采取在雨季栽植，其关键是掌握天气和土壤水分状况，当降过透雨有充足底墒时，选择阴天栽植容易成活。
⑤抚育管护技术
绿化管护的主要内容为：
补植、土、肥、水管理、防治病、虫、杂草、修剪及保护管理等。
种植设计：
对裸露地表部分撒播狗牙草及三叶草的基础上，因地制宜地零星分散种植柳杉。
草种：
30kg/hm2。
种植面积0.05hm2，共需草种1.50kg。
灌木：
小叶女贞250株/100m。
种植面积0.05hm2，种植小叶女贞375株、黄花槐375株。
乔木：
约200株/hm2。
种植面积0.05hm2，由于该区硬化地表较多，可绿化地带相对分散，仅分散零星种植柳杉5株、白杨5株。
2.2．2矿山开采区典型设计
2.2．2.1拟采矿山设计
（1）工程措施典型设计
根据现场实际情况，本方案将补充矿体开采过程中开采台阶坡脚的挡土墙，挡土墙的具体布设位置由建设单位根据开采后现场的地质情况而定，软质边坡布置挡土墙214m。
挡土墙设计及设计要求：
①挡土墙采用M7.5浆砌块石砌筑,基础开挖深度达到弱风化层；
②在挡土墙下部设置排水孔，排水孔设在地面高程以上0.3m处。
排水孔水平间距为1.2m，排距为1m，挡土墙的排水孔临渣面设碎石反滤层滤水；
③挡土墙水平方向每隔10～15m设置一道伸缩缝，缝宽为2cm；采用沥青木板卡塞。
断面假定：
挡土墙采用重力式浆砌石挡墙，顶宽1.5m，底宽2.75m，出土高5.0m，基础宽3.25m，基础深1.5m，坝体内坡垂直，外坡坡比1：
0.25。
稳定性分析：
挡土墙出土高仅2m，渣体相对稳定，根据《建筑地基基础设计规范》，不进行计算。
截水沟：
本方案在拟采矿山区开采完成后形成的高边坡上游布置截水沟，截水沟沟长930m，断面采用主体设计断面（断面设计为倒梯形，上宽0.5m,下宽0.3m，深0.3m），采用M7.5浆砌石砌筑，M10水泥沙浆抹面。
主要布置于矿区东部的开采最终镜界线附近。
雨水先注入下游沉沙池，最终排入东北侧自然冲沟。
沉沙池：
在开采区的截水沟末端新增沉沙池共计1座，每座容积3.0m3，池体底部断面为矩形断面，池底长2.0m，池底宽1.0m，池深1.5m，采用M7.5浆砌石砌筑，M10水泥沙浆抹面；墙体厚0.30m，墙体抹面厚度为0.01m。
覆土整治：
主要是对矿体采空后的采空区30.21hm2裸露地表进行覆土整治，覆土厚度30cm，覆土量90630m3，土料来源于该区剥离的表土，其余区域11.30hm2为C1采空后用于弃土方的排放，因此可区域直接绿化，无需覆土整治。
（2）植物措施典型设计
本方案考虑对矿体开采后的采空区进行植被恢复，种植区域为除挡土墙以内的其他区域共计41.51hm2。
本区立地条件同工业场地。
①种植设计：
植物防护措施设计在满足水土保持要求的前提下，重点考虑环境美化，结构设计为草—灌—藤本植物—乔结合型。
管理、兼有净化空气和美化环境的功能。
经过分析，对开采裸露地表在撒播黑麦草及三叶草（混播，混播比例为1：
1）的基础上，按3×3×3m品字形配置柳杉，对开采台阶削坡后分散种植爬山虎；对较为平缓区域种植灌木小叶女贞。
②用苗（种）数量设计
草种：
30kg/hm2。
种植面积41.51hm2，共需草种1245.30kg。
藤本植物：
约400株/hm2。
种植面积10.00hm2，种植爬山虎4000株。
灌木：
小叶女贞250株/100m。
黄花槐250株/100m。
种植面积10.51hm2，种植小叶女贞19700株、黄花槐19700株。
乔木：
约1110株/hm2。
种植面积21.00hm2，种植柳杉11655株、白杨11655株。
（3）临时措施典型设计
表土剥离：
为满足工业场地和矿山开采区后期绿化覆土需求，本方案设计对矿体开采前松散裸露地表剥离表土90780m3，用于本区后期采空区覆土整治。
剥离的表土临时堆放在排土场区上游空闲处。
临时土袋拦挡：
本方案设计在矿山开采过程中对低洼地带及缓坡地带布置临时土袋拦挡800m，防治开采过程中的水土流失。
土料来源于本区剥离表土。
临时土袋拦挡断面50cm×50cm，土袋拦挡错缝堆砌，共计400m3。
临时土袋拦挡防护措施设计图
临时排水沟：
本方案还设计沿矿山开拓公路及集雨面较大的开采台阶坡脚布置临时排水沟450m。
a防洪标准
工业场地区排水明沟设计防洪标准一致。
详见其工业场地防治区排水明沟设计内容。
b洪峰流量
采用公式：
同工业场地排水明沟设计洪峰流量公式一致。
工业场地防治区排水明沟设计内容。
根据主体设计的地形图量算，开采台阶上游集雨面积为0.024km2。
Q设计=0.278×0.80×61.91×0.024=0.33m3/s。
Q校核=0.278×0.80×70.93×0.024=0.38m3/s。
经计算得，截水沟校核洪峰流量见。
截水沟校核洪峰流量表
截水沟名称
集雨面积（km2）
校核洪峰流量（m3/s）
防洪标准
拟采矿山区排水沟
0.024
0.38
20年一遇
水力学计算：
①计算假定
截水沟断面形式：
等腰梯形，沟道纵坡:
i=3%，糙率n=0.025。
②断面试算：
同工业场地排水明沟断面试算，详见排水明沟设计内容。
断面选定：
根据上述计算步骤及方法，选定临时排水沟断面如表。
截水沟水力计算表
截水沟
设计洪峰流量（m3/s）
截水沟过水断面
水力要素
过流能力（m3/s）
名称
A
X
R
C
拟采矿山区临时排水沟
0.33
B底=0.40m，B顶=0.60m，h=0.50m
0.20
1.40
0.14
28.92
0.38
断面平均流速：
V=
=1.89m/s，考虑10cm安全超高，经计算：
过流能力大于洪峰流量，满足过流要求。
截水沟水力计算表（10cm安全超高）
截排水沟
校核洪峰流量（m3/s）
截水沟过水断面
水力要素
过流能力（m3/s）
名称
A
X
R
C
拟采矿山区临时排水沟
0.38
B底=0.40m，B顶=0.60m，h=0.60m
0.24
1.60
0.15
29.16
0.47
通过计算及优化确定拟采矿山区临时排水沟断面B底=0.40m，B顶=0.60m，h=0.60m，采用M7.5浆砌石砌筑；过水面采用M10水泥沙浆抹面，厚度0.01m，沟床厚度为0.30m，沟底厚度为0.30m。
临时沉沙池：
在临时排水沟末端新增临时沉沙池1座，用于沉淀施工过程中沟道中的泥沙，上游来水经沉沙池沉淀后再进入雨水排水系统，每座容积3.0m3，池体底部断面为矩形断面，池底长2.0m，池底宽1.0m，池深1.5m，池体采用人工开挖土池。
2.2.3采空区典型设计
（1）工程措施
挡土墙：
根据现场实际情况，本方案将对采空区坡度较大的C3、C4矿段下游布置挡土墙1277m。
由于地层岩性等基本参数相似，挡土墙断面与拟采矿山挡土墙一致。
（2）植物措施
本方案考虑对矿体开采后的采空区进行植被恢复，对坡长较长的采空区进行台阶种植，种植区域共计24.32hm2，因建设单位已对部分采空区布置了绿化措施面积18.00hm2，本方案主要对生产运行期内的C3、C4区域设计绿化措施面积为6.32hm2。
植物措施树草种及种植设计同拟采矿山区。
用苗（种）数量设计
运行期：
草种：
30kg/hm2。
种植面积6.32hm2，共需草种189.60kg。
灌木：
小叶女贞250株/100m。
种植小叶女贞2500株、黄花槐2500株。
藤本植物：
约400株/hm2。
种植面积1.32hm2，种植爬山虎528株。
乔木：
约1110株/hm2。
种植面积3.00hm2，种植柳杉1665株、白杨1665株。
2.2.4排土场区典型设计
1、工程措施典型设计
（1）覆土整治：
本《方案》设计将对排土场服务年限满后进行绿化覆土,覆土面积4.20hm2，覆土厚度30cm，覆土量为12600m3，土料来本区的剥离表土，此措施在生产运行期完成。
（2）截水沟：
本方案在排土场上游修筑截水沟，主体设计断面为梯形，上宽1.5m,下宽0.25m，深0.60m，截洪沟总长960m。
采用M7.5水泥砂浆砌片石修筑。
（3）沉沙池设计
本方案设计在截洪沟末端修建沉沙池一座。
矩形断面，池底长12.0m，池底宽6.0m，池深2.5m，沉沙池容积180.0m3，池体采用M7.5浆砌块石砌筑，池底及池壁采用M10水泥砂浆抹面,池体及池底厚度30cm。
2、植物措施
渣面绿化：
本方案补充对本区生产运行期4.20hm2进行绿化。
种植设计：
当开采结束后，对库区布置植物措施，具体为全面散播黑麦草及三叶草草籽。
其他主要技术指标同工业场地。
草种：
30kg/hm2。
种植面积4.20hm2，共需草种126.0kg。
3、临时措施典型设计
（1）临时拦挡：
排土场布设的临时土袋拦挡主要是临时堆土在堆放期间的水土流失，设计长度370m，断面50cm×50cm，土袋拦挡错缝堆砌，共需临时土袋185m3，土方来源于拟采矿山区剥离的表土。
临时土袋拦挡断面见附图。
（3）临时苫盖：
临时堆土表面采用防雨布苫盖，苫盖面积6300m2。
（2）表土剥离：
对于排土场区内的荒草地、灌木林地的土地，在工程施工前剥离其有肥力的表土层，临时集中堆放在场地上游空闲处，并采用临时拦挡措施，以备本区后期绿化用土（生产运行期内）。
本区共剥离表土12600m3，剥离厚度约0.30m,需剥离面积4.20hm2。
2.2.5废弃场地典型设计
（1）工程措施典型设计
覆土整治：
主要是对废弃场地裸露区域及施工迹地0.07hm2裸露地表进行覆土整治，覆土量210m3，土料来源于矿山开采区收集的表土。
主要针对表土薄弱及建筑拆除区域，其他区域不覆土，直接绿化。
（2）植物措施典型设计
本方案考虑对废弃场地全面进行植被恢复，种植区域0.12hm2。
具体设计为在全面散播黑麦草及三叶草草籽的基础上分散种植乔木，本区种植设计同工业场地。
用苗（种）数量设计
草种：
30kg/hm2。
种植面积0.12hm2，共需草种36.0kg。
乔木：
约400株/hm2，种植面积0.07hm2，种植柳杉28株。
2.2.6附属系统防治区设计
（1）连接道路区设计
施工期：
本《方案》对路基两侧裸露边坡进行植被恢复面积0.15hm2。
具体为对连接道路0.15hm2的裸露边坡进行植草绿化，草种选择黑麦草及三叶草，其他主要技术指标同工业场地。
运行期：
主要是考虑在矿山服务年限结束后对路面的植被恢复。
用苗（种）数量设计
草种：
30kg/hm2。
种植面积0.53hm2，共需草种15.90kg。
乔木：
约400株/hm2，种植面积0.40hm2，种植柳杉160株。
（2）输电线路
因输电线路为利用原有线路，且目前恢复较好，本方案不再对其进行措施设计。
（3）输水管线
本方案设计在输水管线区撒播混播草0.02hm2；草种由黑麦草及三叶草按1：
1比例混播。
本区立地条件与工业场地区植物措施立地条件相近，具体设计见工业场地防治区植物措施设计。
水土10-1
张亮
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