泥石流防治技術(shù)方案的設(shè)計(jì)與分析

侯 海 鵬

(煤炭工業(yè)太原設(shè)計(jì)研究院，山西 太原 030000)

泥石流防治技術(shù)方案的設(shè)計(jì)與分析

侯 海 鵬

(煤炭工業(yè)太原設(shè)計(jì)研究院，山西 太原 030000)

對淶水縣后溝泥石流存在的潛在危險(xiǎn)性進(jìn)行了分析，根據(jù)泥石流地質(zhì)災(zāi)害特點(diǎn)，提出了兩種防治方案，并經(jīng)過對比分析，得出攔擋壩為最佳防治方案，通過對防治效果進(jìn)行監(jiān)測，指出該治理方案結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，經(jīng)濟(jì)可行。

泥石流，攔擋壩，動水壓力，監(jiān)測點(diǎn)

1 概述

后溝泥石流溝為一老泥石流溝，屬于稀性—水石—暴雨—溝谷型泥石流，易發(fā)程度為易發(fā)，潛在危險(xiǎn)性等級為中型，流域內(nèi)具有泥石流發(fā)育的良好條件。從地形上看，該泥石流溝域范圍內(nèi)相對高差大，溝道平均縱坡降較大，有利于泥石流物質(zhì)的匯集；從物源上看，溝道內(nèi)松散固體物源豐富，可提供泥石流的物源總量15.495×104m3，可參與泥石流活動的動儲量為4.240 5×104m3。從水源上看，該溝降雨量充沛，水源條件豐富。因此，該溝具備發(fā)生泥石流的基本條件。通過野外調(diào)查、試驗(yàn)和計(jì)算，后溝泥石流流體容重為1.58 t/m3，該泥石流為稀性泥石流。泥石流流速為4.12 m/s～5.71 m/s，泥石流峰值流量為42.85 m3/s～150.74 m3/s，泥石流一次過流總量為18 269.69 m3，固體物質(zhì)一次沖出量為6 233.19 m3，泥石流發(fā)生規(guī)模為大型。

溝域內(nèi)人類工程活動強(qiáng)度較強(qiáng)烈，局部修建了通往百里峽的盤山小道，谷坡植被遭到不同程度破壞，坡上均為殘坡積碎石土，厚約2 m～5 m，其穩(wěn)定性遭到一定破壞，加劇了水土流失，最終加速了泥石流地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)展。

2 地質(zhì)災(zāi)害體防治工程方案比選

2.1 設(shè)計(jì)工況

工況1(空庫過流)：自重+靜水壓力+水石流水平壓力+泥石流體沖壓力+大石塊沖擊力+揚(yáng)壓力+水平地震慣性力+水平地震動水壓力(泥石流攔擋壩修建好后突發(fā)泥石流)。

工況2(滿庫過流):自重+堆積物土壓力+揚(yáng)壓力+水平地震慣性力+水平地震動水壓力(攔擋壩修建好后，多次小型泥石將庫區(qū)完全淤積后突發(fā)泥石流)。

工況3(不滿庫過流):自重+靜水壓力+水石流水平壓力+泥石流體沖壓力+大石塊沖擊力+揚(yáng)壓力+水平地震慣性力+水平地震動水壓力+堆積物土壓力(攔擋壩修建好后，多次小型泥石將庫區(qū)部分淤積后，突發(fā)泥石流)。

三種工況都考慮了地震慣性力和地震動水壓力兩種特殊荷載，其中，工況2最安全，工況1最危險(xiǎn)，工況3介于兩者之間。防治工程取工況1作為設(shè)計(jì)荷載。

2.2 設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)與設(shè)計(jì)參數(shù)

后溝泥石流治理工程的設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)為：將P=5%的暴雨強(qiáng)度下的最大泥石流洪峰流量作為設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，將P=2%的暴雨強(qiáng)度下的最大泥石流洪峰流量作為校核標(biāo)準(zhǔn)。治理工程確保20年一遇洪水及泥石流條件下保護(hù)對象的安全和防護(hù)工程的自身安全。

基本荷載組合下漿砌石壩基抗滑移穩(wěn)定安全系數(shù)為1.20，抗傾覆穩(wěn)定安全系數(shù)為1.5；特殊荷載組合下漿砌石壩基抗滑移穩(wěn)定安全系數(shù)為1.07，抗傾覆穩(wěn)定安全系數(shù)為1.14。

2.3 防治技術(shù)方案的設(shè)計(jì)

方案一：攔擋壩。多級低壩攔擋，在各剖面處各布置1座攔擋壩，均有一定庫容，能起到攔擋物源的作用。

方案二：攔擋壩+溝道清理。在上游剖面處擬建1座攔擋壩(同方案一)，對中下游溝道內(nèi)的松散堆積物進(jìn)行清理。

2.4 不同方案的分項(xiàng)工程設(shè)計(jì)

方案一：攔擋壩。

1號攔擋壩橫斷面呈梯形布置，壩頂長28.2 m，壩底長13.8 m，壩高6.5 m，壩凈高3.0 m，壩頂厚度2 m，壩底厚度7 m，溢流口高1.5 m，安全超高0.5 m，基礎(chǔ)埋深2.0 m。在攔擋壩中部設(shè)置寬度為2 cm的沉陷縫，壩體主體采用漿砌塊石結(jié)構(gòu)，壩身設(shè)排水孔，排水孔尺寸300 mm×400 mm。設(shè)計(jì)庫容為1 450 m3。

2號攔擋壩橫斷面呈梯形布置，壩頂長24.7 m，壩底長11.2 m，壩高6.5 m，壩凈高3.0 m，壩頂厚度2 m，壩底厚度7 m，溢流口高1.5 m，安全超高0.5 m，基礎(chǔ)埋深2.0 m。在攔擋壩中部設(shè)置寬度為2 cm的沉陷縫，壩體主體采用漿砌塊石結(jié)構(gòu)，壩身設(shè)排水孔，排水孔尺寸300 mm×400 mm。設(shè)計(jì)庫容為850 m3。

3號攔擋壩橫斷面呈梯形布置，壩頂長15.6 m，壩底長6.1 m，壩高5.5 m，壩凈高2.0 m，壩頂厚度1.5 m，壩底厚度5 m，溢流口高1.5 m，安全超高0.5 m，基礎(chǔ)埋深2.0 m。在攔擋壩中部設(shè)置寬度為2 cm的沉陷縫，壩體主體采用漿砌塊石結(jié)構(gòu)，壩身設(shè)排水孔，排水孔尺寸300 mm×400 mm。設(shè)計(jì)庫容為580 m3。

方案二：攔擋壩+溝道清理。

攔擋壩橫斷面呈梯形布置，壩頂長28.2 m，壩底長13.8 m，壩高6.5 m，壩凈高3.0 m，壩頂厚度2 m，壩底厚度7 m，溢流口高1.5 m，安全超高0.5 m，基礎(chǔ)埋深2.0 m。在攔擋壩中部設(shè)置寬度為2 cm的沉陷縫，壩體主體采用漿砌塊石結(jié)構(gòu)，壩身設(shè)排水孔，排水孔尺寸300 mm×400 mm。設(shè)計(jì)庫容為1 450 m3。

對1號溝中下游溝道內(nèi)松散物源進(jìn)行清理，清理方量約10 500 m3。

2.5 防治工程方案的比選與推薦方案

從治理目的、效果、技術(shù)角度上看，兩個方案都是可行的。為了選出最佳方案，將兩個防治方案進(jìn)行了比較。

比較結(jié)果表明：方案一與方案二不同之處在壩體數(shù)量有差異，方案二在中下游進(jìn)行松散堆積物清理，壩溝道松散堆積物清理工作量大、交通條件差。從技術(shù)經(jīng)濟(jì)角度考慮，方案一防治效果更好、風(fēng)險(xiǎn)性小、投資少。經(jīng)綜合比較，后溝泥石流治理措施方案選擇方案一。

治理方案對比見表1。

表1 泥石流防治工程方案對比表

3 監(jiān)測工作方案

3.1 監(jiān)測工作布置

治理工程施工期間在攔擋壩上游50 m處設(shè)置臨時性的溝水流量監(jiān)測點(diǎn)1個，為施工安全服務(wù)；在治理工程完工后為監(jiān)測攔擋壩的變形情況，在壩軸線上布置3個監(jiān)測點(diǎn)。主要以攔擋壩、暴雨期溝水流量、泥石流流量(浮標(biāo)法測流速、測泥位)作為監(jiān)測對象，重點(diǎn)監(jiān)測范圍在攔擋壩上游50 m和施工壩區(qū)附近。

3.2 監(jiān)測等級及監(jiān)測周期

應(yīng)按《規(guī)程》變形測量等級的三等進(jìn)行觀測，即按位移觀測時觀測點(diǎn)坐標(biāo)誤差不大于10 mm精度要求進(jìn)行觀測。在雨季一般每15 d觀測一次，旱季每30 d觀測一次，在暴雨時應(yīng)縮短觀測周期，及時增加觀測次數(shù)。施工期間溝水流量在暴雨期間連續(xù)監(jiān)測；施工結(jié)束后對攔擋壩、泥石流流量進(jìn)行長期監(jiān)觀測，監(jiān)測時間3年，以檢驗(yàn)防治效果。

3.3 監(jiān)測方法的選擇

采用極坐標(biāo)法測定，由于場區(qū)高差較大，變形量的觀測采用幾何水準(zhǔn)測量方法工作量太大，故變形量觀測采用電磁波測距三角高程測量的方法確定。

一般滑坡治理經(jīng)過多半年至一年后，滑坡推力值小于滑坡推力設(shè)計(jì)值，逐漸趨于穩(wěn)定，且結(jié)構(gòu)自身完好，變形在工程容許的范圍之內(nèi)，或樁頂位移變化在工程容許的范圍之內(nèi)，或坡體深部位移在治理后變形速率隨時間逐漸變小趨于0，則可認(rèn)為滑坡治理初步己經(jīng)達(dá)到穩(wěn)定。

采取工程措施兩年后，災(zāi)害對居民生命財(cái)產(chǎn)的威脅大大降低，解除了當(dāng)?shù)鼐用竦暮箢欀畱n，同時將有效地保護(hù)和改善生態(tài)環(huán)境，大大地改善和提高當(dāng)?shù)鼐用竦纳瞽h(huán)境，其經(jīng)濟(jì)及社會效益非常顯著。經(jīng)過與前期類似的項(xiàng)目進(jìn)行觀察與比較，本次泥石流治理方案結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，經(jīng)濟(jì)可行，對今后類似的地質(zhì)災(zāi)害工程具有一定的借鑒意義。

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Design and analysis of debris flow preventing technology scheme

Hou Haipeng

(CoalIndustryTaiyuanDesignAcademy,Taiyuan030000,China)

The paper analyzes potential hazards of Hougou debris flow in Laishui County,puts forward two kinds of preventive schemes according to debris flow geology disaster features,and finally obtains optimal blocking dam preventing scheme through comparative analysis. Through monitoring preventive effects,it points out that:the treatment scheme structure is stable,economic and feasible.

debris flow,blocking dam,hydrodynamic pressure,monitoring point

2015-10-11

侯海鵬(1982- )，男，工程師

1009-6825(2015)36-0057-02

P642.33 < class="emphasis_bold">文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

A