鳳城市石城鎮車頭峪村泥石流治理防治工程分析

喬 云 航

(1.遼寧有色勘察研究院有限責任公司，遼寧 沈陽 110013； 2.深部巖土力學與地下工程國家重點實驗室東北中心,遼寧 沈陽 110013)

0 引言

泥石流屬于一種自然災害，對人類的生存環境會造成非常嚴重的破壞，泥石流的發生在山區比較嚴重[1,2]。地處遼寧省內的鳳城市屬于發生自然災害比較嚴重的地區，每年在遇到暴雨季節的時候都會發生嚴重的泥石流災害，泥石流的發生給該地區的居民造成嚴重的生命與財產安全損失。該地區屬于山丘地帶，整體地形地貌具有強烈的切割感，溝床和扇形地上巨礫遍布。流域長寬比值較大，完整系數中值偏大，故從形態上分析流域的匯流條件較好。從流域的高差可知流域的能量能滿足泥石流形成需要，是溝谷型泥石流的典型代表，通過對泥石流形成的具體原因進行深入分析和探討，這對整治整個東北地區的泥石流意義重大。

1 自然環境概況

1.1 災害發生點地理位置和自然條件

在該地區發生泥石流比較嚴重的地區是長甸鎮，該地位于遼寧省鳳城市車頭峪村白家堡子下堡東部溝谷，溝口地理坐標為東經124°20′03″，北緯40°40′16″。該地區屬于山丘地帶，整體地形地貌具有強烈的切割感，溝床和扇形地上巨礫遍布，總體地勢西低東高。溝床和扇形地上巨礫遍布。流域長寬比值較大，完整系數中值偏大，故從形態上分析流域的匯流條件較好。從流域的高差可知流域的能量能滿足泥石流形成需要。從溝床特征分析，在由松散物質分布的流通區內，物質堆積較厚，流通區溝床5.6°左右，溝道無堵塞，在水動力充足的情況下就會在內匯水沖刷作用下導致物質波動。

1.2 氣候與水文條件

本文研究項目地處長白山脈南延部分，這里的氣候條件屬于大陸季風氣候，具有比較分明的節氣，每年降水量平均達到996.6 mm，每年的降水主要集中在7月、8月份，其中最大降水量可以達到1 692.8 mm。

治理區泥石流流域為叆河支流，溝口以西約300 m即是叆河主河道。璦河為項目區附近最大的地表水體，是鴨綠江水系較大支流，也是丹東市境內最大的一條河流，流域面積5 902.0 km2，年徑流量22.5億m3，流向至北向南，雨季時常發生較大規模洪水。治理區巖土體含水量較低，主要為第四系松散巖類孔隙水及基巖裂隙水，地下水位埋深隨季節而變化。含水層水位埋深1.6 m～4.5 m；基巖裂隙水含水層水位埋深2.0 m～5.5 m，通過大氣降水補給，蒸發和地表徑流排泄。溝谷內只有在雨季才有水，流量隨季節變化較大，雨季有洪流。

2 地層巖性、地質構造

該區地層主要為第四系坡積洪積的漂石、塊石、碎石土，含少量中粗砂和少量粘土?；鶐r為印支期花崗巖和后期煌斑巖脈。

3 泥石流災害情況

2010年8月22日，受副熱帶高壓和冷渦低渠影響，8月19日開始遼寧省出現持續強降水天氣，項目區日最大降水量達到200 mm，22日凌晨，車頭峪村白家堡子下堡東部溝谷(本項目區)爆發泥石流，溝岸山坡局部出現小規?；?，泥石流堆積區物質沖毀溝口三毛線公路，造成交通阻塞達一個月之久，造成石城鎮8個村民組的群眾生活及出行不便，由于及時采取了攔擋措施，松散固體物質未沖毀民房，沒有造成人員傷亡。

4 工程治理原則及措施

4.1 治理原則

1)全面規劃，重點突出。

在對泥石流進行預防和規劃過程中需要結合泥石流的發生條件以及特點等情況進行綜合分析。在具體預防過程中需要突出重點因素，打破地域條件限制，達到因害設防的效果。在具體執行過程中需要與國家的資源開發、城鄉建設以及國土整治等政策緊密結合，真正實現通過泥石流的治理來改善當地的經濟以及生態環境。

2)堅持以防為主，防治結合，除害興利的方針。

3)結合實際，注意節約，做到經濟合理、技術可行。

根據石城鎮車頭峪村楊樹溝內居民情況，泥石流造成的經濟損失、死亡人數、工程投資以及預期經濟損失五個要素進行分析，具體分析標準參照《泥石流災害防治工程設計規范》[3]，本項目的工程等級定義為三級，如表1所示。

表1 泥石流預防工程具體設計標準

4.2 設計參數選取及計算

計算過程中假設泥石流流速為Vc，流體重度γc，計算公式為：

其中，γH為固體物質重度，具體數值為25 kN/m3；Hc為計算截面的平均泥深，數值為2 m；IC為泥石流水力坡度，具體數值為3.4%；n為泥石流溝床的糙率系統，具體數值為0.02；φ為泥石流泥沙修正系數，通過近年數據表查詢得0.875。

通過計算得到Vc=4.47 m/s。

對于泥石流的流量計算主要是基于雨洪計算法完成：

QC=KQ·QB·D。

其中，QB為清水洪峰流量，假設每30年發生一次泥石流，那么形成匯水面積為1.75 km2，通過計算可以得到洪峰流量為32.07 m3/s；KQ為泥石流流量修正系數1+φ，具體數值取1.875；D為堵塞系數，如果河道沒有堵塞則取1.0。

通過上面公式計算得到泥石流流量QC=34.69 m3/s。

對河道的橫斷面積可以采用下面公式計算：

其中，BX為排導渠的寬度，m，取5.5 m；BL為流通區溝道寬度，m，取10 m；HL為流通區溝道泥石流厚度,m，1.0 m；HX為排導渠設計泥石流厚度，m；nX為排導渠的粗糙系數，取0.017；nL為泥石流溝床的粗糙系數，取0.020；IX為排導渠縱坡降；IL為流通區溝道縱坡降，該數值與IX相同。

通過計算，HX為1.30 m；排導渠安全超高ΔH取0.7 m，則排導渠深度H=HX+ΔH=2 m。

4.3 治理措施

4.3.1格賓網籠谷坊壩

根據場地實際情況在溝谷上游設置谷坊壩以消能，阻滯泥砂輸移。谷坊壩1長度為40 m，埋深1.5 m，地面以上壩高2.5 m；谷坊壩2長度為18 m，埋深1.5 m，地面以上壩高2 m；谷坊壩3長度為13 m，埋深1 m，地面以上壩高1 m；基礎持力層均選用碎石土層。三座谷坊壩均為透水壩，采用防腐格賓網籠內填毛石制成，格賓網網距80×100，伸長率10%～20%，強度大于450 MPa，外包塑料。毛石采用MU30，籠內布設直徑200 mm水泥泄水管，水平間距1.5 m，豎向間距0.5 m，呈梅花狀布設，傾角5%，以確保水能順利透過。

4.3.2匯水堤及排導渠修建

在該地區所形成的泥石流流通區主要是因為長期的雨水沖刷導致，大量的漂石在河道中造成堵塞。這就給沿岸的居民生活造成較大困擾。因此需要采用挖掘機來對河道中堵塞的漂石進行清理，清理長度約為584.0 m，清理厚度約0.6 m～2.5 m，清理出的漂石、碎石堆積除用于排導渠及擋土墻側壁背后填土外，這些物質還可以被用作對道路的修正，多余的碎石要運到下游，穩固河岸，或堆積在附近三毛線公路的坡腳，用于穩定公路邊坡角。

泥石流排導渠采用毛石砌筑，地基采用天然碎石土地基，若開挖時遇到地基土較軟應采用夯實或換填方法予以處理。毛石強度等級MU30，水泥砂漿強度等級M10，砌筑采用擠漿法，排導渠長度545 m，尺寸為上口6.5 m，下口5.5 m，渠深2.0 m，基礎埋入深度1.5 m，部分區段渠壁與護坡擋土墻結合在一起，渠壁設置2排～3排泄水孔，水平間距2 m呈梅花形布設，進水口為0.1 m×0.1 m矩形截面，孔后設碎石反濾包。泄水孔內壁兩側及底面用M10水泥砂漿抹面，抹面厚度10 mm。

4.3.3農用橋修建

由于排洪道的修筑，導致村民無法從溝底通過到達溝南側村民蠶場及山場，為方便村民通行(行人)，在排洪道靠近水井處修筑4.0 m寬的小橋一座。由于橋的墩臺在溝道內砌筑，因此在砌筑時應采取必要的截排水措施。建議分兩階段施工，采用水泵排水。新建橋涵橋面采用鋼筋混凝土預制板，橋的兩端搭設在排導渠側壁上，作為橋墩使用的排導渠段渠側壁采用毛石混凝土澆筑，毛石混凝土強度等級為C25，毛石摻入量為25%。橋墩基礎坐落在碎石土層，埋深同其余地段排導渠側壁，為1.5 m，地基承載力不小于200 kPa；橋下排導渠底采用毛石混凝土澆筑，不同于其余排導渠底的干砌毛石砌筑形式，毛石混凝土強度等級為C25，毛石摻入量為25%。橋板采用《沈陽市農村道路建設工程小橋涵定型設計8米跨鋼筋混凝土面板》，板厚280 mm，橋板配筋見圖集中SD-6-7(1)。橋板與臺帽之間以及板間縫隙使用M10水泥砂漿灌實。橋兩側設置鋼筋混凝土護欄，護欄高0.5 m，橫截面為0.2 m×0.2 m，間距0.5 m，混凝土強度等級C25。

5 結語

該工程的研究與當地居民的生命與財產安全關系緊密，所以工程的實施得到當地居民的大力支持。在該地區通過開展地質災害治理使災害的發生得到了有效控制，同時還有效改善了當地居民的生存環境以及生活質量，同時對維護社會穩定具有重要意義，其社會效益、環境效益遠遠大于經濟效益。