懸挑式格柵壩在泥石流治理中的應用分析

彭興

（中化地質礦山總局湖南地質勘查院地環分院 湖南長沙 410000）

懸挑式格柵壩在泥石流治理中的應用分析

彭興

（中化地質礦山總局湖南地質勘查院地環分院 湖南長沙 410000）

懸挑式網格格柵壩是從傳統的網格格柵壩的基礎上逐漸演化而來的，不僅具有網格格柵壩的優點，而且在實際應用中，不會阻礙河流溝谷的正常流通，能夠使得河流溝谷內常態水流更通暢。對此，本文首先介紹了泥石流的形成及流域分布情況，然后根據實例詳細探究了懸挑式格柵壩在泥石流治理中的應用。

懸挑式格柵壩；泥石流治理；應用

1 引言

泥石流災害較常發生在地質不良的河谷或者陡峭山區中，一般是由水源激發所產生的。一旦發生泥石流災害，在較短的時間內就會對路基造成嚴重破壞，并且由于其攜帶大量石塊和泥沙，還會堵塞河流。因此，加強泥石流災害治理研究至關重要。

2 泥石流的形成及流域分布

2.1 泥石流的形成

冰雪融水、暴雨侵襲等情況都有可能引發泥石流。泥石流的爆發具有突然性、運動速度快、過程短暫等特點。地區的地形、水文特點、天氣情況以及人類的活動都是影響泥石流形成關鍵因素。具體有以下三方面：①地質影響，也就是區域內土質松散或有松散的固體物質。②地形方面，地形相對陡峭導致不穩定。③外來因素影響也就是其上游受到暴雨侵襲或水庫決堤。

2.2 流域的分布

泥石流的分布大致分為三個區：①形成區一般位于上游地帶，地形多為溝壑縱橫、山坡陡峭、或盆地，是泥石流的形成地帶。②通區，一般位于中游地帶該地區溝道狹窄、溝谷地形、溝床順直，泥石流流過此處直瀉山外。③沉積區，位于下游地帶一般為山谷口處開外接近平原地帶，容易形成較大規模的洪積扇。

3 工程實例分析

3.1 工程概況

該河流已經發生多次泥石流（水石流），對沿河人民的生命財產影響較嚴重，造成較大損失，針對該河流歷年來發生的泥石流特征，該溝應以防洪為主，兼防泥石流，在溝床狹窄處地質條件較好、兩岸易于錨固的牛軛灣段設置一座格柵濾水攔石壩，該處河谷切割較深，約15m，呈“V”字型谷，開口窄小，坡岸極陡，大于65°，有利于格柵濾水攔石壩的布設與安裝，能有效地發揮濾水攔石的作用，并且在該處布設用料少，成本低。

對于泥石流治理，可以使用格柵壩進行防護，格柵壩具有通透性良好的優點，當水和泥沙流過隔柵時，隔柵能夠有效攔截碎石、漂礫，從而起到很好的攔截和疏導作用，有利于減少對下游河岸的沖刷和河床的淤高，有效控制泥石流對下游的河岸及建（構）筑物的沖擊與淹覆能力。該處工程地質條件簡單，建造與安裝便利，工程投資少，上游停淤場大，交通與地形地貌條件易于清淤，格柵壩運行效能高。

3.2 懸挑式網格格柵壩設計方案

該格柵壩按泥石流災害防治工程安全等級為四級、工程設計標準為二級（即50年一遇）的標準設計。格柵壩采用懸挑式濾水攔石格柵，懸挑式濾水攔石格柵通水能力強，通過泥石流沖力使挑柵閉合阻截砂石搬運的原理，平時懸挑格柵對河流無阻截，不易堵塞河道。該格柵壩設計有效庫容約3.2×104m3，據調查，上游沿岸廢石零散堆放總量約6×104m3，廢石累進流失率40%，約2.4×104m3，滿足要求。柵格壩壩高8m，壩底寬6m，壩底長9.5m，壩頂長9m，壩頂寬1.5m，固定格柵高5.77m，挑柵2.23m，固定格柵與挑柵采用鋼活栓栓錨連接，河床清除松散層后在基巖面上鋪筑0.2m厚的C30混凝土。柵格網鋼筋采用準12的Ⅲ級冷軋圓鋼，主筋采用Ⅲ級48×8中空鋼管，鋼梁采用槽鋼20#b型，挑柵挑起時與河床距30cm，挑角30°，挑臂長2.23m，格柵規格20cm×5cm。懸挑式濾水攔石格柵壩兩翼坡岸采用C30現澆鋼筋混凝土結構以固定格柵，鋼筋采用準5的Ⅲ級冷軋圓鋼，按0.40m×0.40m×0.15m的網格安裝后澆筑C30混凝土，并在兩翼各設置上下5排預應力錨桿加強懸挑式濾水攔石格柵壩的穩固，預應力錨桿分別在壩兩翼高0.6m、2.4m、4.2m、6.0m、7.6m處水平面布設，水平間距1.5m，上下排呈梅花型布置，桿長均為4m，采用準20×6的HRB400中空鋼管加工，完成鉆孔安裝預應力錨桿后以1.0MPa的壓力全粘結灌注漿，水泥采用425#普通硅酸鹽水泥，彈性拉索采用高彈性、機械強度高的膠繩或高強度的彈簧鋼線，推薦使用彈性形變拉力為4.5kN的高強彈力橡（硅）膠繩（如蹦極用高強彈力橡膠繩）。坡腳與河床埋設擋柵鋼釘，控制懸挑格柵往下游歪扭（圖1～2）。

圖1 懸挑式格柵壩剖面圖

圖2 懸挑式格柵壩兩翼錨桿布設剖面圖

懸挑格柵在每次攔截砂石之后，應及時河道清淤，并且應把懸挑格柵挑度和彈性拉索恢復原有狀態，防止河道淤塞，以便下一次泥石流攔截的良好運行。

3.3 懸挑式網格格柵壩應用效果分析

根據懸挑式網格格柵壩的運行效果來看，該河流水期水流通暢，其正常流通未受挑柵影響。汛期已攔截規模以上泥石流（水石流）三次，其中最高流量達30m3/s，最大泥水流速5m/s，經多次抗泥石流（水石流）龍頭沖擊，其結構未受破壞，與溝床、坡岸錨固穩定性仍較好，無整體或局部變形、位移現象，挑柵與彈性拉索能夠恢復至初始狀態。

在挑柵閉合后，上游泥石流（水石流）體臨近網格格柵時，其流速趨緩，泥（水）位增高，泥石流（水石流）動能轉換為泥石流（水石流）勢能和坡岸、格柵壩的接觸應力能，其勢能一部分隨跌水作用釋放，一部分因泥位蓄勢，轉換的接觸應力能往兩側坡岸、山體傳遞而釋放，這樣就極大的消減了泥石流（水石流）的動能和沖擊格柵壩的沖力，因此下游河岸沖蝕現象與以往相比明顯較輕或無，并且無水流漫岸現象，河流行洪能力明顯提高。

停淤后，礦山先采取人工掏挖清淤，因溝床水流作用，人工清淤難度較大，后采取機械+人工輔助的清淤方法，清淤效果極好，采用適宜的清淤方法需考慮場地條件和溝河水流情況等。解決泥渣的運輸與堆存也是棘手的問題，部分泥渣流塑性高，在運輸方法上受載體條件限制，需采用攜帶密閉箱式的運輸工具；泥渣堆存場地選址需進行可行性分析與多方案比較，選址時應考慮堆存庫容、運距、交通便利條件、預防水土流失、土地利用狀況等。

在清淤結束后，挑柵能夠及時良好的恢復到初始狀態，其挑度和挑距與設計安裝時基本吻合，若出現挑距和挑度偏小，應及時對其進行修正，修正時應根據彈性拉索的恢復狀態進行調整。停淤后，應及時清淤恢復彈性拉索至初始狀態，否則，彈性拉索在長時間高應力狀態作用下，可能使彈性拉索的屈服極限發生不可逆的變化，回彈不完全，從而影響格柵壩的運行和效用。

在格柵壩建造之后的運行管理和維護尤為重要，若管理不當或維護不及時，可能在下一次泥石流（水石流）之時攔截效果不佳，甚至造成破壞格柵壩。運行管理和維護工作主要是日常監測檢查、維修保養、及時清淤、鋼鐵構件防腐、避免外因破壞等。格柵壩建造投資成本較低，因其結構簡單、用料少，施工安裝難度較小；后期運行管理和維護成本較高，具體體現在安排人員管理的管護費用和清淤工程費用。

該工程為預防常發性水石流可起到很好的攔渣排水及消能效果，避免沖刷下游河岸、淤塞下游河床；提高河流的行洪能力，避免淹沒下游低洼處生產生活設施。該工程結構簡單、施工難度小，成本低，但在運行期間，清淤工作較難：①清淤方法要得當；②泥渣堆存處理要科學；后期運行管理和維護費用可能較高、清淤工作量較大。

該工程為攔截河流山洪泥石流起到良好的效果，為下游工農業生產和勞動人民的生命財產起到保障作用，促進當地社會與經濟的可持續發展，可為類似工程提供借鑒。

4 結語

綜上所述，懸挑式格柵壩在實際應用中，不會阻截河流，不易堵塞河道，但是在選用彈性拉索時，彈性形變參數很難掌握。懸挑式格柵壩一般適用于含有巨石以及大漂礫的水石流中，可以布設在泥石流與洪水之間的溝道上。未來在對泥石流治理以及懸挑式格柵壩的應用方面，還應該加強研究，這樣才能達到很好的治理效果。

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P642.23

A

1004-7344（2016）15-0188-02

2016-4-16

彭興（1986-），男，助理工程師，主要從事地質工程，地質災害評估、勘查、設計等各類相關地質工作。