CN106368288A - 一种浅碟型串珠状波浪式排土场截排水系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种浅碟型串珠状波浪式排土场截排水系统，包括：坡面降雨防溅击治理区、坡面降雨防溅击治理区、坡面细沟侵蚀治理及漫流汇集区、平台多段式截水汇集区、平台浅碟型串珠状集水区、中心集水池二级溢流设计区。本发明使排土场堆置、坡面平台设计施工、排土场植被重建一体化设计施工，具有成本低、适用性强、植被重建效果显著、操作简便易行等特点。与现有技术相比，本发明的有益效果是施工简洁，工作人员仅需掌握该技术的主题思想，按照关键词操作即可；在实践中证明该设计参数指标容易理和操作，不存在指标遗漏和参数偏离的情况，能保证按要求落实设计技术的完整性。

Description

一种浅碟型串珠状波浪式排土场截排水系统

技术领域

本发明属于水土流失防治技术领域，尤其涉及一种浅碟型串珠状波浪式排土场截排水系统。

背景技术

在露天煤矿区周边形成大量排土场，并随开采剥离边坡日渐高陡，排土场在占用大量土地的同时也破坏原来地表径流条件，大量的排弃物料比较松散，吸水、渗透能力强，致使雨水被排土场上的排弃物料吸收、滞留。同时，排土场的存在阻碍了其基底地下水的蒸发，影响了地下水的排泄条件，使得基底地下水得到了很好的补充和保存，增高了排土场基底土体内的水位。日积月累，新的地下水体在砂土和粘土之间形成软弱层，降低排土场与基底层的摩擦力，改变地应力平衡，恶化排土场基底的承载条件，导致裂缝的大量产生，严重时出现排土场内部地裂缝、塌陷漏斗等，边坡产生裂隙，遇到强降雨便会次生地质灾害。为此，岩土工程、土木工程、生态工程等相关学科提出相应手段来治理排土场水土流失。通常使用的措施有完善排水系统(外围围堰、排水沟)、覆盖裂缝、坡脚镇压、植树种草等工程措施、生物措施。在具体实施过程中，出现部分矿区由于排土监管不到位，排土场工程经费不足工程造价高，截排水工程设计复杂等原因，排土场排土基本上以“倾倒-碾压-挖沟-堆土”粗放排土堆置，以至大多数设计参数没有彻底落实，影响排土场平台和边坡稳定。

现有治理技术措施主要存在以下问题：设计复杂，施工难度高；技术局限性明显，地区适应性差；工程治理措施与生物措施整合性差，存在二次施工，实施成本高周期长。

发明内容

本发明的目的在于提供一种浅碟型串珠状波浪式排土场截排水系统，旨在解决现有治理排土场水土流失方法存在设计复杂，施工难度高；技术局限性明显，地区适应性差；工程治理措施与生物措施整合性差，存在二次施工，实施成本高周期长的问题。

本发明是这样实现的，一种浅碟型串珠状波浪式排土场截排水系统，所述浅碟型串珠状波浪式排土场截排水系统包括：

坡面降雨防溅击治理区，用于依照土壤特性、区域气候条件选择减缓坡面水土侵蚀的植物种植方式和组合；

坡面降雨防溅击治理区，用于降雨落在叶片表面减轻直接冲击地面，减缓溅移土粒在水平方向和竖直方向的移动；

坡面细沟侵蚀治理及漫流汇集区，用于通过反坡向波浪式挡水坝的曲度调解坡面径流的流水和集水量；

平台多段式截水汇集区，用于通过设置联通式截水沟和挡水墙，实现集截水、蓄水、抽水与挡石、行驶为一体的功能区组合；

平台浅碟型串珠状集水区，用于控制平台径流的有序汇集，实现流水不流土；

中心集水池二级溢流设计区，用于实现在大面积降水产生洪流时，使坡面洪水多次沉淀后通过排水沟管溢流到坡下，并对固定的水流通道加以重点防控和监测。

进一步，所述坡面降雨防溅击治理区中在坡上部种植根系发达的灌木类或草本类植物，下部种植冠幅宽大的草本或者木本植物。

进一步，所述平台多段式截水汇集区是指排土场坡面与平台连接处，挖置1m～1.5m深，5m长，2m宽呈梯形开口的截流沟，梯形开口的梯形角小于90°，每2个相邻截流沟两侧短边自平台面下沉50cm联通鞍部，5个截水沟为一组，共4个鞍部，各组之间留宽约15m的平整路面。

进一步，所述平台浅碟型串珠状集水区是从平台两侧向中心挖置集水池，集水池直径范围为挡水墙至平台砂石路边缘各8m，挖置浅碟型成集水坑，中心集水坑须做底衬防渗膜，形成平台储水区。

进一步，所述中心集水池二级溢流设计区是指平台最低集水池，池内做安全防渗处理，自池底深2/3处环形堆置乙级溢流池，集水池中心高出坑底1/3池深处设置溢流泄洪竖管，竖管管口可遮滤网，竖管联通埋深在0.5-1m处连接排水管横管，横管向下倾斜1°，在边坡表面出露并连接坡面排水管。

进一步，所述排土场边坡坡度10°-15°，乔-灌-草为组合进行植被重建；坡度在20°-30°，以草本植物为主；坡度在30°-45°之间不种植乔木，以深根系固结土壤效果良好的草本和灌木为主。

进一步，所述边坡坡面自上而下人工培土依次形成反坡式波浪形挡水坝。

本发明提供的浅碟型串珠状波浪式排土场截排水系统，使排土场堆置、坡面平台设计施工、排土场植被重建一体化设计施工，具有成本低(表1)、适用性强(在适用地域同传统治理模式一致)、植被重建效果显著(表2)、操作简便易行等特点。与现有技术相比，本发明的有益效果是施工简洁，工作人员仅需掌握该技术的主题思想，按照关键词操作即可。在实践中证明该设计参数指标容易理和操作，基本不存在指标遗漏和参数偏离的情况，能保证按要求落实设计技术的完整性。

表1本发明与传统治理模式工程造价对照表

注：表中，本发明指“浅碟型串珠状波浪式排土场截排水系统”传统模式指“传统“消坡-固化-覆土-种植-灌溉模式”(下表同)。表中工程量按照：外排土场1000米长，20米高边坡，共4个台阶，20米宽平盘设计，核算治理工程造价。

表2本发明与传统治理模式植被重建效果对照表

	多样性(H)	丰富度(R)	均匀度(E)
				本发明	1.52	9.22	0.67
传统治理区	1.21	5.33	0.55

附图说明

图1是本发明实施例提供的浅碟型串珠状波浪式排土场截排水系统结构示意图；

图中：1、安全车挡；2、砂石路；3、集水池；4、沉砂池；5、排水管；6、挡水墙；7、截水沟；8、坡面植被；9、排水管横管；10、排水管坡面斜管。

图2是本发明实施例提供的图1的俯视图。

图3是本发明实施例提供的图1的纵剖图。

图4是本发明实施例提供的图1的主视图。

图5是本发明实施例提供的图1的局部放大图。

图6是本发明实施例提供的平台截水沟的纵剖图。

图7是本发明实施例提供的图6的横剖图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

下面结合附图1-7对本发明的应用原理作详细的描述。

如图1所示，本发明实施例提供的浅碟型串珠状波浪式排土场截排水系统由安全车挡1、砂石路2、集水池3、沉砂池4、排水管5、挡水墙6、截水沟7、坡面植被8、排水管横管9、排水管坡面斜管10组成。

排土场中心设有沉砂池4和排水管5，上游边缘挖置截水沟7和挡水墙6，下游平台边缘堆置安全车挡1和砂石路2；排土场设置自两侧短边向中间倾斜且连续分布若干的集水池3，集水池3呈现浅碟型，由串珠状鞍部连接，沉砂池4中心埋设纵管，集水池4全部铺设防渗膜土工布，并且与纵管无缝焊接，排土场上选种坡面植被8，排水管坡面斜管10安装在排土场的破面，排水管横管9的一端与排水管5连接，另一端与排水管坡面斜管10连接。

本发明实施例的浅碟型串珠状波浪式排土场截排水系统分为：

坡面降雨防溅击治理区，区域必须依照土壤特性、区域气候条件选择能够有效减缓坡面水土侵蚀的植物种植方式和组合；坡面降雨防溅击治理区，是指整个排土场坡面，由于坡面的上部、下部的水土侵蚀不同，所以在坡上部主要是种植根系发达的灌木类或草本类植物，而下部种植冠幅宽大的草本或者木本植物，从而使得降雨落在叶片表面减轻直接冲击地面，有效减缓溅移土粒在水平方向和竖直方向的移动。

坡面细沟侵蚀治理及漫流汇集区，该区域应区别湿润区和干旱区进行设计，通过反坡向波浪式挡水坝的曲度调解坡面径流的流水和集水量，湿则排干则畜；坡面细沟侵蚀治理及漫流汇集区，是指由于降雨在坡面产流形成漫流后，向坡下汇集侵蚀，被沿与等高线斜交挖置的波浪式反坡挡水坝阻挡，在挡水坝内种植根孽型植物，坡上水流在浅沟内留置供植被生长所需水分。

平台多段式截水汇集区，该区域通过设置联通式截水沟和挡水墙，实现集截水、蓄水、抽水与挡石、行驶为一体的功能区组合；平台多段式截水汇集区，是指排土场坡面与平台连接处，挖置1m～1.5m深，5m长，2m宽呈梯形开口(梯形角必须小于90°，根据土质设计在60°～75°之间为宜)的截流沟，每2个相邻截流沟两侧短边自平台面下沉50cm联通鞍部，5个截水沟为一组，共4个鞍部，各组之间留宽约15m的平整路面，方便坡面施工与人工监测出行，截水沟水平高度基本一致。

平台浅碟型串珠状集水区，该区域可控制平台径流的有序汇集，实现流水不流土的目的；平台浅碟型串珠状集水区，是指从平台两侧向中心挖置集水池，集水池直径范围为挡水墙至平台砂石路边缘各8m，挖置浅碟型成集水坑，中心集水坑须做底衬防渗膜，形成平台储水区，供灌溉和施工用水。

中心集水池二级溢流设计区，该区域主要实现在大面积降水产生洪流时，使坡面洪水多次沉淀后通过排水沟管溢流到坡下，并对固定的水流通道加以重点防控和监测。中心集水池二级溢流设计区是指平台最低集水池，池内做安全防渗处理，自池底深2/3处环形堆置乙级溢流池，集水池中心高出坑底约1/3池深处设置溢流泄洪竖管(直径1m-1.5m)，竖管管口可遮滤网，竖管联通埋深在(0.5-1m)处连接排水管横管，横管向下倾斜1°，在边坡表面出露并连接坡面排水管，把洪流输送到下一个平台的截水沟内。

在本发明实施例的浅碟型串珠状波浪式排土场截排水系统中：

排土场平台：平台设计连续浅碟式集水区，并从两侧向中心降低，中心设有沉砂池和排水管，上游边缘挖置截水沟和挡水墙，下游平台边缘堆置安全车挡和砂石路面。

排土场坡度：根据实验与实践检验，如果排土条件允许外排土场边坡坡度建议在10°-15°，可以乔-灌-草为组合进行植被重建；坡度在20°-30°之间，以草本植物为主，适当种植低矮乔木实现景观重塑；坡度在30°-45°之间不可以种植乔木，应以深根系固结土壤效果良好的草本和灌木为主；如果坡度超过45°，则无法实现重建植被的良性演替，最终会会出现严重的水土流失灾害，导致植被重建失败。

边坡坡面：边坡坡面纵向设置反坡向波浪式挡水坝，在干旱半干旱地区起到集水作用，在湿润地区起到加快汇流作用；距平台竖向排水管底部1m-2m处(多暴雨地区横管易陡)设置排水管出口，并沿坡面敷设至坡底截水沟。

排水管可敷设HDPE钢带增强螺旋波纹管，纵管与横管连接处使用钢结构，或混凝土包封结构，防治波纹管承插式借口断裂和横管承压损坏，条件允许可设置备用管道。

平台标高以降雨汇集径流依次降低标高，径流顺序为：截水沟、边缘集水池、中心集水池、沉砂溢流池、溢流排水管。

根据地区气候条件，平台植被重建物种可以乔灌草相结合，既注重植被重建也可关注景观重塑的效果，但是蒸发量降水量的地区慎重植树，应以低矮灌木和草本为重建物种。边坡须选择冠幅宽大、枝叶密集、根系发达固土效果良好的乡土草灌品种。

整个平台和边坡设置人工和自动监测点，监测排土场变形、移位、塌陷等险情，并有严格的预警制度和险情防控方案。

排土场浅碟型串珠状波浪式截排水工程首先是敷设排水管道，然后覆土填埋，与横管相接的竖管出露于平台面，一般情况下纵管位于该侧平台几何中心处；依次向上堆排岩土，敷设管道，形成不同高度的平台和边坡。

根据排土场标高敷设HDPE钢带增强螺旋波纹管横管，坡度最15‰-20‰；根据平台面积建议横管铺设至平台几何中心，管道土弧基础或砂石基础设计中心角不宜小于12°，采用承插式连接；根据“管土共同工作理论”，如采用刚性管座基础将破坏围土的连续性，从而引起管壁应力的突变，并可能超出管材的极限抗拉强度导致破坏，为了弥补塑料排水管的强度或刚度不足，管道需做混凝土包封结构，本专利中混凝土包封的塑料排水管道，应采用全管段连续包封，目的是为了消除管壁应力集中的问题；管道口径应根据《煤矿安全规程2011版》、《雨水管汇水面积F速算表》、《室外排水设计规范》选择管径大小和平行管数量，例如：以降雨强度40mm/24h，60min内可汇水面积为14ha，用DN1000mm管道排水(加模拟方程)。

边坡坡面自上而下人工培土依次形成反坡式波浪形挡水坝(坝高约30cm，向坡上倾斜深度约20cm，挡水坝间距在80cm-100cm，(挡水坝弯曲程度与当地平均年降水量成正相关，挡水坝间距与当地平均年降水量成相关)，在坝体和倾斜沟内撒播根系发达的灌草植物种籽(如北方地区小叶锦鸡儿、高加索三叶草等)，此环节可与边坡植被重建同时进行，此设计可使干旱地区坡面蓄水规模加大(干旱地区降水少易蓄积)，增强植被存活率，湿润地区坡面蓄水规模减弱(湿润地区降水多，波浪式挡水坝增加了坡面层流汇集速度，流向下游，单位时间和单位面积上土壤浸润强度降低)，降低坡面侵蚀程度。

边坡坡面主要选取具有低矮、宽幅、固土特性的3大类植物种植：植株低矮的植物在坡面抗倒伏性能远远高于植株较高的植物，利于成活形成群落；冠幅宽大密集的草本植物(如内蒙古地区的大籽蒿、沙打旺)和根系发的草灌木(如内蒙古地区的高加索三叶草、小叶锦鸡儿等)，冠幅宽大可以有效减缓雨滴对坡面的溅击作用，减弱坡面泥土颗粒随雨滴向坡面下游形成更严重的水土侵蚀；根系发达的灌草植物可以有效吸储存收水分，根孽发达固土效果优良，此类植物可有效减少坡面径流的流速和流量。

在与边坡坡脚交线下游3m处，设置断面为梯形的截水沟，顶宽2.0m，内外坡比均为1：1.5，深约1m～1.5m，5m长；相邻截流沟两侧短边自平台面下沉50cm，形成联通的过水鞍部，5个截水沟为一组，共4个鞍部，各组之间留宽约15m的平整路面，方便坡面施工与人工监测出行，截水沟水平高度基本一致。

在截水沟下游边缘堆置高1.5m，宽约2m的挡水墙与截水沟组配套，长约25m。该挡水墙除同时具有挡水集水，防治边坡坡体内的滚石滚落至平台引起的人身伤害和财产损失外，也可以阻挡由暴雨等引发滑坡时的随动部分。

平台面设置自两侧短边向中间倾斜且连续分布若干的集水池，集水池呈现浅碟型，由串珠状鞍部连接，最后平台径流汇集到平台几何中心的溢流沉砂池，沉砂池中心埋设纵管，中心集水池全部铺设防渗膜土工布，并且与纵管无缝焊接，中心集水池泥水一次澄清，水面上升，超过溢流沉砂池高度后流入沉砂池，沉砂池水面继续升高超过纵管后，二次澄清后溢流到排水管道。

平台面边缘铺设施工道路，道宽12m，路基高50cm，表面呈拱形且以碾压成型的沙石路面为主，且在降雨后2天内非特殊情况下严禁驶入重型车辆，防治路面破损，并做定期监测和维护。

根据当地气候条件和排土场土质，在平台面上选种适宜灌木和禾本科牧草乡土种，此类植物主要特征是能使坡面迅速复绿，次生演替迅速成为优势群落，实现自养性快速演替。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种浅碟型串珠状波浪式排土场截排水系统，其特征在于，所述浅碟型串珠状波浪式排土场截排水系统包括：

坡面降雨防溅击治理区，用于依照土壤特性、区域气候条件选择减缓坡面水土侵蚀的植物种植方式和组合；

坡面降雨防溅击治理区，用于降雨落在叶片表面减轻直接冲击地面，减缓溅移土粒在水平方向和竖直方向的移动；

坡面细沟侵蚀治理及漫流汇集区，用于通过反坡向波浪式挡水坝的曲度调解坡面径流的流水和集水量；

平台多段式截水汇集区，用于通过设置联通式截水沟和挡水墙，实现集截水、蓄水、抽水与挡石、行驶为一体的功能区组合；

平台浅碟型串珠状集水区，用于控制平台径流的有序汇集，实现流水不流土；

中心集水池二级溢流设计区，用于实现在大面积降水产生洪流时，使坡面洪水多次沉淀后通过排水沟管溢流到坡下，并对固定的水流通道加以重点防控和监测。

2.如权利要求1所述的浅碟型串珠状波浪式排土场截排水系统，其特征在于，所述坡面降雨防溅击治理区中在坡上部用于种植根系发达的灌木类或草本类植物，下部用于种植冠幅宽大的草本或者木本植物。

3.如权利要求1所述的浅碟型串珠状波浪式排土场截排水系统，其特征在于，所述平台多段式截水汇集区是指排土场坡面与平台连接处，挖置1m～1.5m深，5m长，2m宽呈梯形开口的截流沟，梯形开口的梯形角小于90°，每2个相邻截流沟两侧短边自平台面下沉50cm联通鞍部，5个截水沟为一组，共4个鞍部，各组之间留宽15m的平整路面。

4.如权利要求1所述的浅碟型串珠状波浪式排土场截排水系统，其特征在于，所述平台浅碟型串珠状集水区是从平台两侧向中心挖置集水池，集水池直径范围为挡水墙至平台砂石路边缘各8m，挖置浅碟型成集水坑，中心集水坑须做底衬防渗膜，形成平台储水区。

5.如权利要求1所述的浅碟型串珠状波浪式排土场截排水系统，其特征在于，所述中心集水池二级溢流设计区是指平台最低集水池，池内做安全防渗处理，自池底深2/3处环形堆置乙级溢流池，集水池中心高出坑底1/3池深处设置溢流泄洪竖管，竖管管口可遮滤网，竖管联通埋深在0.5-1m处连接排水管横管，横管向下倾斜1°，在边坡表面出露并连接坡面排水管。

6.如权利要求1所述的浅碟型串珠状波浪式排土场截排水系统，其特征在于，所述排土场边坡坡度10°-15°，乔-灌-草为组合进行植被重建；坡度在20°-30°，以草本植物为主；坡度在30°-45°之间不种植乔木，以深根系固结土壤效果良好的草本和灌木为主。

7.如权利要求6所述的浅碟型串珠状波浪式排土场截排水系统，其特征在于，所述边坡坡面自上而下人工培土依次形成反坡式波浪形挡水坝。