大東溝泥石流勘查與治理應(yīng)用

摘" 要：查明泥石流的地質(zhì)環(huán)境條件、分布范圍、規(guī)模、危害、影響因素和誘發(fā)因素等，評(píng)價(jià)與預(yù)測(cè)其穩(wěn)定性，查明擬建防治工程部位工程地質(zhì)條件，為下一步地質(zhì)災(zāi)害治理提供依據(jù)并減小泥石流發(fā)生頻率。運(yùn)用地質(zhì)測(cè)量地質(zhì)測(cè)繪和山地工程在擬建工程部位鉆孔開挖淺井和探槽綜合有效的勘查方法確定地質(zhì)參數(shù)。結(jié)果表明，泥石流的物源成分為安山巖，分布在形成區(qū)的主溝內(nèi)和四道溝部分支溝內(nèi)，危害對(duì)象為當(dāng)?shù)? 100人，潛在財(cái)產(chǎn)損失高達(dá)9 480.25萬(wàn)元。此外，泥石流為暴雨誘發(fā)大型低頻稀性水石型溝谷泥石流，其危害性等級(jí)為中型，潛在危險(xiǎn)性是特大型。通過(guò)對(duì)泥石流的治理，可成功保護(hù)環(huán)境，減少財(cái)產(chǎn)損失，促進(jìn)地方的社會(huì)穩(wěn)定，促進(jìn)當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)的快速發(fā)展。

關(guān)鍵詞：地質(zhì)災(zāi)害;地質(zhì)條件;威脅對(duì)象;勘查與治理;攔-擋-排相結(jié)合

中圖分類號(hào)：X43" " " " 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A" " " " " 文章編號(hào)：2095-2945（2024）09-0179-04

Abstract： This study aims to identify the geological environmental conditions， distribution range， scale， hazards， influencing and triggering factors of debris flows， evaluate and predict their stability， and determine the geological conditions of proposed prevention and control projects， in order to provide a basis for the next step of geological hazard control and reduce the frequency of debris flow occurrence. Effective exploration methods， including geological measurement， geological mapping， and mountain engineering， were used to determine the geological parameters through drilling， excavation of shallow wells， and probe trenching in the proposed project area. The results indicate that the source of debris flow is andesite， distributed in the main gully and some parts of the four gullies in the forming area， threatening 1 100 local residents， and with a potential property loss of up to 94.802 5 million yuan. Furthermore， the debris flow is a large-scale， low-frequency， rare water-rock type gully debris flow induced by heavy rain， with a hazard level of medium and a potential danger level of extremely high. Through the control of debris flows， the environment is protected， property losses are reduced， social stability is promoted， and the rapid economic development of the local area is accelerated.

Keywords： geological hazard; geological condition; threat object; exploration and control; combination of block-block-row

大東溝泥石流溝谷位于張家口市橋西區(qū)北部大境門外清水河河谷東側(cè)的溝谷內(nèi)，流域面積21.7 km2。流域范圍內(nèi)的相對(duì)高差較大，人頭山絕對(duì)高程1 612.3 m，清水河絕對(duì)高程790 m，相對(duì)高差822.3 m。項(xiàng)目區(qū)內(nèi)山勢(shì)陡峭、地形復(fù)雜、溝谷發(fā)育，溝谷走向多為北東向，支溝谷多呈V形，主溝道中下游多呈U形，溝道平均比降多在50～280‰之間，兩側(cè)山坡坡度25～60°。流域范圍內(nèi)多次發(fā)生泥石流，給當(dāng)?shù)鼐用裨斐闪素?cái)產(chǎn)損失，居民生產(chǎn)生活受到很大影響。

地質(zhì)構(gòu)造：項(xiàng)目區(qū)地處燕山臺(tái)褶帶（Ⅱ22）宣龍復(fù)向斜（Ⅲ24）中萬(wàn)全中斷凹（Ⅳ29）的東段。太古界變質(zhì)巖系為基底，中生界侏羅系火成巖及新生界第四系松散堆積物構(gòu)成蓋層，區(qū)域內(nèi)斷裂構(gòu)造發(fā)育。

地震：張家口橋西區(qū)大東溝流域范圍地震動(dòng)峰值加速度為0.10 g，地震設(shè)防烈度為Ⅶ度[1]。根據(jù)走訪調(diào)查和資料記載，項(xiàng)目區(qū)歷史上沒有發(fā)生6級(jí)以上破壞性地震的記錄。

水文地質(zhì)條件：工作區(qū)為侵蝕構(gòu)造低中山區(qū)，在區(qū)域水文地質(zhì)單元上屬柴溝堡-宣化盆地盆緣山地水文地質(zhì)大區(qū)，為地下水補(bǔ)給區(qū)。山高坡陡，沖溝發(fā)育，植被覆蓋率較低，大氣降水多以地表徑流的形式排出區(qū)外。地下水類型主要是基巖裂隙水和松散巖類孔隙水。

基巖裂隙水主要賦存于巖石的風(fēng)化裂隙和構(gòu)造裂隙中，大氣降水的入滲補(bǔ)給是其唯一補(bǔ)給來(lái)源，地下水由高向低處運(yùn)移，在地勢(shì)較低的溝谷地段補(bǔ)給孔隙水，或直接出露地表成為泉水。

區(qū)內(nèi)的坡洪積土體大部分為透水不含水層，松散巖類孔隙水自東向西徑流，最終進(jìn)入清水河溝谷的沖洪積物孔隙含水層中。區(qū)內(nèi)松散巖類孔隙水水位埋深變化較大，正常年份支溝中地下水水位一般為1～3.5 m，主溝中地下水水位一般為2～10 m，單井出水量一般小于30 m3/h。區(qū)內(nèi)地下水水化學(xué)類型一般以HCO3-Ca·Mg和HCO3-Ca·Na型水為主，水質(zhì)良好，普遍不具有侵蝕性。

地層巖性：出露地層主要為太古界桑干群變質(zhì)巖系（Ars），侏羅系上統(tǒng)張家口組（J3z），第四系上更新統(tǒng)-全新統(tǒng)（Q3-4）。

1" 勘查目的和任務(wù)

1.1" 勘查目的

查明泥石流的地質(zhì)環(huán)境條件、分布范圍、規(guī)模、危害、影響因素和誘發(fā)因素等，評(píng)價(jià)與預(yù)測(cè)其穩(wěn)定性，查明擬建防治工程部位工程地質(zhì)條件，為地質(zhì)災(zāi)害下一步治理提供依據(jù)并減少泥石流發(fā)生頻率。

1.2" 勘查任務(wù)

第一，掌握泥石流的物源、危害對(duì)象、形成機(jī)理、控制因素和發(fā)育規(guī)律。第二，針對(duì)治理工程部位采用測(cè)量、測(cè)繪、鉆孔、淺井和探槽等綜合有效的勘查方法，為施工圖設(shè)計(jì)提供準(zhǔn)確的參數(shù)和依據(jù)。第三，針對(duì)泥石流的活動(dòng)特征優(yōu)化治理工程方案，并據(jù)此編制施工圖設(shè)計(jì)。

2" 勘查手段

2.1" 野外測(cè)繪及測(cè)量

擬建工程部位采用1∶200的地形圖測(cè)量、測(cè)繪、剖面測(cè)量[2]，擬建工程周邊采用1∶500的地形圖測(cè)量和測(cè)繪;測(cè)繪及測(cè)量?jī)?nèi)容主要為擬建工程部位及周邊的水文和工程地質(zhì)條件，防治工程高程、坐標(biāo)、溝道尺寸等。

2.2" 鉆探工程

掌握擬建壩體部位的工程地質(zhì)條件，確定工程地質(zhì)參數(shù)。鉆孔均布置在擬建攔擋壩部位，采用XY-100B型工程回旋鉆進(jìn)行施工。鉆孔采取一徑到底施工方式，開孔口徑和終孔口徑均為108 mm，巖芯采取率70%左右。

2.3" 山地工程

山地工程主要采用淺井和探槽，主要布置在谷坊壩等工程部位，掌握擬建壩體部位的工程地質(zhì)條件，確定工程地質(zhì)參數(shù)。探槽深2～3 m/個(gè)，體積150" m3;淺井深2～6 m/個(gè)，共計(jì)120延米。

2.4" 巖土樣

巖樣及土樣主要布設(shè)在治理工程地段。巖樣的檢測(cè)項(xiàng)目有抗壓強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度及抗剪強(qiáng)度，土樣的檢測(cè)項(xiàng)目主要有顆粒級(jí)配、壓縮、抗剪和容重等，以掌握區(qū)內(nèi)巖土體的工程力學(xué)性質(zhì)，為治理工程的設(shè)計(jì)提供依據(jù)。取樣工作在野外調(diào)查過(guò)程中與山地工程的施工同步進(jìn)行，取樣方法符合JGJ/T 87—2012《建筑工程地質(zhì)勘探與取樣技術(shù)規(guī)程》[3]。

3" 勘查結(jié)論

3.1" 泥石流形成條件和基本特征

3.1.1" 威脅對(duì)象

2003年發(fā)生的泥石流共造成約130 m堤壩被沖毀或失去作用，186畝（1畝約等于667 m2） 耕地、果園和38戶居民住房遭受不同程度損壞，大量物質(zhì)沖入清水河河谷中，直接經(jīng)濟(jì)損失達(dá)227.7萬(wàn)元。

泥石流危害對(duì)象主要是處于泥石流流域威脅范圍內(nèi)的居民約354戶、1 100人，住宅、企業(yè)、學(xué)校醫(yī)院和其他市政工程設(shè)施，以及農(nóng)田、果園，已有的防護(hù)堤（壩）、導(dǎo)流渠、清水河等防洪設(shè)施。經(jīng)初步估算，如果再次發(fā)生泥石流，潛在財(cái)產(chǎn)損失為9 480.25萬(wàn)元。

3.1.2" 泥石流危害性和潛在危害性

根據(jù)T/CAGHP 006—2018《泥石流災(zāi)害防治工程勘查規(guī)范（試行）》[4]，結(jié)合2003年泥石流的受災(zāi)對(duì)象、直接經(jīng)濟(jì)損失，綜合確定大東溝泥石流危害性等級(jí)為中型（表1）。根據(jù)潛在威脅人口、潛在威脅財(cái)產(chǎn)，預(yù)測(cè)大東溝泥石流潛在危險(xiǎn)性是特大型（表2）。

3.1.3" 泥石流的類型

大東溝泥石流由1條主溝和13條支溝組成，支溝四道溝在暴雨或是長(zhǎng)時(shí)間降雨情況下多次發(fā)生泥石流。物源來(lái)源為坡面侵蝕、溝道搬運(yùn)的固體物質(zhì)、人工堆積物質(zhì)和小規(guī)模的滑塌體等受地形地貌制約。物源主要分布在溝道內(nèi)，較大的塊石和較細(xì)砂粒固體物質(zhì)混合在一起，塊石含量73.4%～82.7%，泥石流流體平均重度1.54 t/m3。泥石流的堆積物條帶狀堆積，以安山巖為主，表面較干凈，無(wú)泥漿殘留;漿體重度平均值為1.54 t/m3左右。

2003年，泥石流一次堆積6萬(wàn)余m3，洪峰流量108.7 m3/s。各種分類都是從不同的側(cè)面反映了泥石流的某一特定特征。該泥石流為暴雨誘發(fā)大型低頻稀性水石型溝谷泥石流[5]。

3.1.4" 可啟動(dòng)物源量分析

泥石流形成物源類型主要有崩滑堆積體、坡面侵蝕物質(zhì)、人工堆積體和溝道堆積物。①根據(jù)崩滑堆積體的規(guī)模、坡面角度、分布位置，評(píng)價(jià)其穩(wěn)定性，并考慮堆積體天然休止角、水流侵蝕等因素，估算可啟動(dòng)的物源量。②坡面侵蝕物源主要為強(qiáng)風(fēng)化基巖、殘破積和洪坡積物碎石土，以及黃土狀粉土等。這些物質(zhì)結(jié)構(gòu)松散、顆粒細(xì)小，容易在雨水的沖刷下，進(jìn)入主溝或支溝溝道，參與泥石流活動(dòng)。③人工堆積體物源主要為人工開挖硐室和公路隧道廢渣，另外還有少量建筑垃圾。④溝道堆積物物源主要是指歷史上發(fā)生泥石流或是長(zhǎng)期雨水沖刷淤積主溝和支溝溝道內(nèi)的固體物質(zhì)。從整體上看堆積物主要分布在主溝中下游、各支溝及上一級(jí)支溝溝口、支溝交匯處或是溝道由窄變寬和溝道彎曲處。

3.1.5" 泥石流形成機(jī)制與影響因素分析

持續(xù)降雨或暴雨匯集成突發(fā)性來(lái)水，沖刷坡面和溝道內(nèi)物源，形成泥石流。

根據(jù)該泥石流的特點(diǎn)，其主要影響因素為：①降雨是泥石流的主要誘發(fā)因素，雨水沖刷和地表徑流可以侵蝕坡面將松散物源帶入溝內(nèi)，也可以啟動(dòng)溝內(nèi)堆積物，為大量突發(fā)性來(lái)水提供了可能性。②流域范圍內(nèi)溝谷發(fā)育、支溝狹長(zhǎng)、溝底坡降大、匯水面積大、坡面坡度大且覆蓋層松散破碎，為泥石流形成提供了集水集物的有利條件。③溝谷物源豐富，主要有坡面松散層、溝道堆積物、人工堆積物，為泥石流形成提供了豐富的固體物質(zhì)。

3.2" 地質(zhì)參數(shù)確定

工程地質(zhì)勘查揭露地層巖性，利用實(shí)驗(yàn)室?guī)r土樣的物理力學(xué)參數(shù)和《工程地質(zhì)手冊(cè)》[6]確定擬建工程部位的地基承載力，為施工圖設(shè)計(jì)和防治工程施工提供依據(jù)。

3.3" 泥石流監(jiān)測(cè)

3.3.1" 監(jiān)測(cè)原則

①目的明確，重點(diǎn)突出。監(jiān)測(cè)重點(diǎn)放在泥石流流域及主要治理工程區(qū)段。并適當(dāng)考慮對(duì)周邊產(chǎn)生的不良影響。②監(jiān)測(cè)工作主要是儀器測(cè)量與人工巡視相結(jié)合，以地表位移監(jiān)測(cè)為主。③在形成區(qū)、流通區(qū)、堆積區(qū)布設(shè)監(jiān)測(cè)網(wǎng)點(diǎn)，監(jiān)測(cè)治理工程位移變形、降雨量、物源。

3.3.2" 監(jiān)測(cè)點(diǎn)布設(shè)

在施工期和運(yùn)行期的泥石流流域范圍內(nèi)布設(shè)3個(gè)監(jiān)測(cè)控制點(diǎn)，28個(gè)治理工程效果監(jiān)測(cè)點(diǎn)，2個(gè)水位監(jiān)測(cè)點(diǎn)。

4" 地質(zhì)災(zāi)害泥石流治理

大東溝交通方便，水源從清水河內(nèi)取水。施工用電配備發(fā)電機(jī)。臨時(shí)租用民房用作庫(kù)房、征用旱田作為臨時(shí)用地。建筑材料水泥可在材料市場(chǎng)購(gòu)買并且要有出廠合格證及材質(zhì)化驗(yàn)單。塊石采用本地取材或附近砂石料場(chǎng)購(gòu)進(jìn)。各類建筑材料質(zhì)量達(dá)到合格要求。

4.1" 防治目標(biāo)

根據(jù)泥石流的類型、活動(dòng)規(guī)律等進(jìn)行的防治工程專項(xiàng)設(shè)計(jì)，能夠滿足設(shè)計(jì)暴雨頻率下泥石流的行洪要求，確保居民的生命和財(cái)產(chǎn)安全，以及清水河和張承高速公路的安全。

4.2" 防治原則

治理工程采用攔-擋-排相結(jié)合綜合整治的原則，確保在設(shè)計(jì)頻率和次數(shù)內(nèi)不形成泥石流災(zāi)害。治理工程應(yīng)有利于災(zāi)害體自身穩(wěn)定，盡量避免擾動(dòng)巖土體，導(dǎo)致其內(nèi)部應(yīng)力變化。選用安全可靠、經(jīng)濟(jì)合理、施工簡(jiǎn)便的成熟技術(shù)，便于維護(hù)和管理。盡可能美化生態(tài)環(huán)境，與自然景觀相協(xié)調(diào)，與城市建設(shè)規(guī)劃相協(xié)調(diào)。

4.3" 防治方案

4.3.1" 攔擋壩工程

項(xiàng)目區(qū)修建5座攔擋壩，形成區(qū)主溝內(nèi)設(shè)置2座攔擋壩，攔擋上游沖下來(lái)剩余的固體物質(zhì)，減弱泥石流洪水沖出溝口的沖擊能量，匯淤后對(duì)兩岸坡壓腳。流通區(qū)主溝內(nèi)修建2座攔擋壩，把物源攔截在主溝內(nèi)。支溝四道溝修建1座攔擋壩，把物源攔截在支溝內(nèi)，通過(guò)攔擋壩下游的泥石流比重接近洪水比重，固體物質(zhì)小于2 cm。

攔擋壩采用漿砌石結(jié)構(gòu)，壩頂采用M10水泥砂漿抹面厚度5 cm。墻身用M10水泥砂漿勾縫。壩肩兩側(cè)嵌入基巖的深度不小于1.0 m，壩頂設(shè)置溢流口，溢流口滿足T/CAGHP 021—2018《泥石流防治工程設(shè)計(jì)規(guī)范（試行）》[7]要求。壩體設(shè)置排水孔，排水孔單孔孔徑D≥（2～4.5）Dm，孔間壁厚Db≥（1～1.5）Dm（Dm為過(guò)流中最大石塊粒徑），排水孔設(shè)置在距溝槽地表0.5 m以上的壩體部位，用于攔截碎石和沉淀較細(xì)顆粒物質(zhì)，并排泄一般年份的洪水。在壩體下游設(shè)置C15片石砼護(hù)坦工程與壩體相接，防止沖刷，護(hù)坦工程按水平布設(shè)，并與下游溝床高程一致。控制行洪流路，保證行洪河段安全。50年一遇的泥石流攔擋壩的攔截次數(shù)為1～2次，20年一遇的泥石流攔擋壩的攔截次數(shù)為3～4次。

4.3.2" 谷坊壩工程

項(xiàng)目區(qū)修建10座谷坊壩，其中大老漢溝、頭道溝、四道溝、脆石窯溝和小南溝5條支溝內(nèi)分別各修建1座谷坊壩，二道溝修建2座谷坊壩，三道溝修建3座谷坊壩，具有穩(wěn)固溝床、進(jìn)行消能和調(diào)節(jié)流量的作用。

谷坊壩均采用漿砌石結(jié)構(gòu)壩體，其壩肩嵌入到松散土層的深度不小于2.0 m。壩頂采用M10水泥砂漿抹面厚度3 cm，主要起護(hù)床固坡、攔截泥沙作用。壩身設(shè)有排水孔，排水口尺寸參照攔擋壩規(guī)格，減小壩體滲透壓力和浮力，增加壩體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。

4.3.3" 重力式擋墻工程

在四道溝修建1#、2#重力式擋墻，擋墻采用漿砌石結(jié)構(gòu)。防治發(fā)生泥石流時(shí)大量人工開挖隧道棄渣沖入主溝，把棄渣攔截在四道溝內(nèi)。坡比1∶0.5，擋墻頂部M10水泥砂漿抹面厚度2 cm，墻身用水泥沙漿勾縫。每隔20 m設(shè)寬度為20 mm的濾清木板沉陷縫。墻身鋪設(shè)土工布。墻身設(shè)2排排水孔，排水孔采用PVC-U?50 mm，水平孔距3 m，垂直孔距0.7 m，梅花型。

4.3.4" 防護(hù)堤、排導(dǎo)槽工程

主溝內(nèi)流通區(qū)修繕損毀防護(hù)堤，以防止泥石流直接沖向農(nóng)田。修繕?lè)雷o(hù)堤長(zhǎng)度23 m，高度2 m，頂寬1.0 m，基礎(chǔ)埋深1.0 m，墻身采用M10漿砌Mu30塊石砌筑，在堆積區(qū)修建排導(dǎo)槽長(zhǎng)383 m、寬15 m。排導(dǎo)槽基礎(chǔ)埋深1.0 m，排導(dǎo)槽高度3.2 m。根據(jù)排導(dǎo)槽穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)果確定墻體剖面尺寸，頂寬0.6 m，面坡坡率1∶0，背坡坡率1∶0.4;排導(dǎo)槽采用M10漿砌Mu30塊石砌筑，排導(dǎo)槽外側(cè)鋪設(shè)土工布。墻身用水泥沙漿勾縫。每隔20 m設(shè)寬度為20 mm濾清木板沉陷縫。與水利部門修建的導(dǎo)流渠連接，通過(guò)攔擋壩的洪水由排導(dǎo)槽、導(dǎo)流渠排入清水河。

5" 社會(huì)效益分析

治理工程實(shí)施后，保護(hù)了人民生命財(cái)產(chǎn)和公共設(shè)施安全，保證在發(fā)生泥石流時(shí)不形成災(zāi)害，減少水土流失，其社會(huì)效益顯著。治理后攔擋壩效果圖如圖1所示，谷坊壩效果圖如圖2所示。

6" 結(jié)束語(yǔ)

對(duì)大東溝泥石流災(zāi)害進(jìn)行工程治理是必要的、技術(shù)可行的，其治理工程措施，對(duì)當(dāng)?shù)丨h(huán)境起到了示范效應(yīng)。在防治工程完成后，環(huán)境得到保護(hù)，財(cái)產(chǎn)損失減少，促進(jìn)了地方社會(huì)穩(wěn)定，加快了當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)快速發(fā)展。

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作者簡(jiǎn)介：楊江利（1976-），男，高級(jí)工程師，注冊(cè)建造師。研究方向?yàn)樗墓こ痰刭|(zhì)、地質(zhì)災(zāi)害。