攔擋壩及谷坊在綠蔭塘泥石流防治中的應(yīng)用

張　偉　程曉輝

(1.十四冶建設(shè)云南勘察設(shè)計(jì)有限公司，云南昆明　650031; 2.云南省有色地質(zhì)局勘測設(shè)計(jì)院，云南昆明　650051)

攔擋壩及谷坊在綠蔭塘泥石流防治中的應(yīng)用

張偉1程曉輝2

(1.十四冶建設(shè)云南勘察設(shè)計(jì)有限公司，云南昆明650031; 2.云南省有色地質(zhì)局勘測設(shè)計(jì)院，云南昆明650051)

摘要:介紹了綠蔭塘泥石流區(qū)的地質(zhì)環(huán)境狀況，簡述了泥石流的水源條件、規(guī)模及發(fā)展趨勢(shì)，并從流速、流量、沖擊力等方面，計(jì)算了泥石流的特征值，并依據(jù)相關(guān)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，論述了攔擋壩及谷坊相結(jié)合的防治方案，取得了一定的防災(zāi)效益。

關(guān)鍵詞:泥石流，特征值，攔擋壩，谷坊

1　地質(zhì)環(huán)境概況

1.1氣象與水文

工程區(qū)屬于北亞熱帶氣候類型。年平均氣溫7.5℃～9.0℃。年平均降雨量為830 mm～890 mm，年蒸發(fā)量為1 000 mm～1 100 mm。綠蔭塘泥石流位于大白河中游東岸，溝發(fā)源于工程區(qū)南東海拔2 200 m的下小營附近，總長約2 km，屬北邊大溝的支溝，最終流入大白河;調(diào)查期間，溝內(nèi)流量約為2.6 L/s。

1.2地形地貌與地層巖性

工程區(qū)地貌類型為半山區(qū)，海拔1 600 m～2 400 m，地形起伏、多變，呈東西向相間展布狹窄的“V”形深谷密布。綠蔭塘泥石流溝匯水面積約為1.01 km2，主溝總長2 089 m，平均坡降為282‰。出露的地層大類為第四系松散土層和基巖。

2　泥石流特征分析

2.1泥石流物源及水源條件

防治工程區(qū)泥石流溝物源主要有滑坡、崩塌等重力型堆積體、坡面及細(xì)溝侵蝕以及溝床堆積物三種類型。工程區(qū)雨季多暴雨，暴雨和陣雨量約占年總降水量的1/2以上;工程區(qū)1/3的面積處于強(qiáng)烈暴雨和豐水高度帶內(nèi)，加之有利的物源區(qū)地形地貌條件，可為泥石流的形成提供豐富的水源。

2.2泥石流規(guī)模及發(fā)展趨勢(shì)

綠蔭塘泥石流溝的固體松散物質(zhì)總量104.24萬m3，年可移動(dòng)方量為6.35萬m3，滑坡、崩塌等重力型堆積體、坡面及細(xì)溝侵蝕堆積物較多，為暴發(fā)泥石流的主要物源，綠蔭塘泥石流溝屬中型規(guī)模泥石流溝。綠蔭塘泥石流易發(fā)程度屬易發(fā)。

2.3泥石流特征值計(jì)算

1)泥石流流體及固體物密度。a.泥石流堆積物顆粒組成。對(duì)防治工程區(qū)的泥石流堆積物顆粒組成采用現(xiàn)場測繪綜合調(diào)查法及室內(nèi)取樣分析法。室內(nèi)試驗(yàn)用的試樣取自泥石流堆積區(qū)，試驗(yàn)結(jié)果如表1所示。b.泥石流流體特征及重度。通過試驗(yàn)得到泥石流漿體重度1.46 t/m3～1.53 t/m3，最終取值1.51 t/m3，固體松散物重度1.95 t/m3～2.15 t/m3，最終取值2.10 t/m3。

表1　堆積區(qū)泥石流堆積物顆粒組成分析結(jié)果表

2)泥石流流速。綠蔭塘泥石流重度γc=1.51 t/m3，本泥石流屬于稀性泥石流，按30年一遇，采用西南地區(qū)(鐵二院)稀性泥石流公式計(jì)算:

這些計(jì)算參數(shù)中，泥石流平均水深主要根據(jù)現(xiàn)場測量確定。泥砂修正系數(shù)按Φ= (γc－γw) /(γH－γc)計(jì)算得出，溝床糙率按野外調(diào)查得到的清水河床形態(tài)特征查《云南省水文手冊(cè)》中的天然河道糙率表確定，n取0.034。通過利用上述公式計(jì)算出泥石流流速約為5.35 m/s。

3)泥石流流量計(jì)算。a.形態(tài)調(diào)查法Qc= Fc·Vc; b.雨洪修正法Qc= Qw·( 1 +φ)·Dc(東川泥石流流量公式) ; c.配方法: Qc= Qw·( 1 +φ)。推薦采用雨洪修正法計(jì)算結(jié)果作為設(shè)計(jì)值。泥石流流量計(jì)算結(jié)果見表2。

表2　不同頻率泥石流洪峰流量

4)一次泥石流過程總量、固體物總量。

一次泥石流過程總量按下列計(jì)算公式進(jìn)行計(jì)算:

據(jù)訪問調(diào)查，1993年泥石流歷時(shí)60 min，即T =3 600 s，計(jì)算結(jié)果見表3。

表3　一次泥石流總量計(jì)算結(jié)果表　m3

一次泥石流沖出的固體物總量按下列計(jì)算公式進(jìn)行計(jì)算:

據(jù)此計(jì)算一次泥石流固體沖出物總量見表4。

表4　一次泥石流固體沖出物總量計(jì)算結(jié)果表　m3

經(jīng)計(jì)算泥石流整體沖擊力約58.66 kPa，因泥石流流體顆粒直徑較小，故不考慮大石塊沖擊力計(jì)算。

6)泥石流彎道超高計(jì)算。泥石流彎道超高按下列公式進(jìn)行計(jì)算:

5)泥石流整體沖擊力計(jì)算。泥石流整體沖擊壓力采用以下公式計(jì)算:

選擇在布設(shè)攔擋彎道附近進(jìn)行計(jì)算，包括攔擋壩和谷坊壩，綜合考慮計(jì)算所得泥石流彎道超高Δh =0.47 m。

3　防治工程設(shè)計(jì)

3.1設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)、參數(shù)

1)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。綠蔭塘泥石流防治工程安全等級(jí)為三級(jí)，泥石流防治工程按30年一遇降雨強(qiáng)度進(jìn)行設(shè)計(jì)，50年一遇的泥石流流量進(jìn)行校核。2)設(shè)計(jì)工況的確定。設(shè)計(jì)計(jì)算工況劃分為設(shè)計(jì)工況與校核工況。設(shè)計(jì)工況抗滑安全系數(shù)K =1.15，抗傾覆穩(wěn)定安全系數(shù)K =1.40;校核工況抗滑安全系數(shù)K =1.06，抗傾覆穩(wěn)定安全系數(shù)K =1.12。3)設(shè)計(jì)參數(shù)。綠蔭塘泥石流防治工程所用到的一些巖土體物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)表見表5。

表5　巖土體物理力學(xué)參數(shù)取值表

攔擋壩、谷坊等設(shè)計(jì)參數(shù)計(jì)算:壩后泥石流堆積物重度: 20.0 kN/m3;圬工砌體重度: 24.0 kN/m3。

3.2攔擋壩、谷坊壩分項(xiàng)設(shè)計(jì)

1)攔擋壩、谷坊壩壩體尺寸確定。攔擋壩、谷坊壩主要布設(shè)于泥石流形成區(qū)。在形成區(qū)溝道內(nèi)修建1座攔擋壩及4座谷坊壩，目標(biāo)是加強(qiáng)攔擋上游泥石流固體松散物，抬高主溝侵蝕基準(zhǔn)面，增寬、增大過水?dāng)嗝妫麥p泥石流、洪水水動(dòng)力條件，同時(shí)穩(wěn)固現(xiàn)有溝床堆積物，以減弱泥石流對(duì)下游的影響及危害。各壩結(jié)構(gòu)斷面統(tǒng)計(jì)見表6。

表6　泥石流攔擋壩、谷坊壩斷面統(tǒng)計(jì)表

2)壩體斷面設(shè)計(jì)。

a.背水坡設(shè)計(jì)。為了使泥石流固體物質(zhì)過壩落下而不損壞背水面，把背水坡度作落下石塊的軌跡，計(jì)算公式如下:

經(jīng)計(jì)算確定背水坡n = 0.10，因此將攔擋壩背水坡設(shè)計(jì)成1∶0.1。

b.壩頂寬的確定。根據(jù)《泥石流防治工程技術(shù)》(王繼康)(中鐵版)與DZ/T 0239—2004泥石流災(zāi)害防治工程設(shè)計(jì)規(guī)范綜合分析，攔擋壩壩頂寬度為3.0 m，谷坊壩壩頂寬為1.5 m。

3)攔擋壩和谷坊壩的設(shè)計(jì)。

a.攔擋壩的設(shè)計(jì)。攔擋壩迎水面坡比按1∶0.6、背水面坡比按1∶0.1設(shè)計(jì)，其他主要設(shè)計(jì)參數(shù)見表7。

表7　攔擋壩設(shè)計(jì)參數(shù)表

b.谷坊壩的設(shè)計(jì)。本方案谷坊壩壩體采用M10水泥砂漿砌塊石砌筑。谷坊調(diào)節(jié)容量常在原溝床縱坡( I)最大回淤坡線( 0.75I)～穩(wěn)定回淤坡線( 0.5I)的范圍內(nèi)活動(dòng)。通過谷坊的回淤，可使該段溝槽變緩加寬，擴(kuò)寬泥面使泥石流泥深降低，減緩流速，使大顆粒固體物質(zhì)在該段停積，通過回淤庫容沖淤變化產(chǎn)生的調(diào)節(jié)容量，停淤大顆粒固體物質(zhì)，減少下泄固體物質(zhì)，減小泥石流峰值流量。谷坊壩設(shè)計(jì)參數(shù)見表8。

表8　谷坊壩設(shè)計(jì)參數(shù)表

4　結(jié)語

1)防治工程區(qū)的氣象水文、地形地貌等條件決定了綠蔭塘泥石流具備暴發(fā)的條件，其物源固體物質(zhì)以表層滑坡和崩塌堆積體補(bǔ)給為主，泥石流具有危害性較大、防治難度大、周期長、涉及面廣等特點(diǎn)，暴雨是泥石流的激發(fā)因素。

2)結(jié)合綠蔭塘泥石流的實(shí)際情況，為防止泥石流對(duì)附近居民、耕地等造成危害，選用的防治方案為攔擋壩及谷坊壩工程。通過泥石流防治工程，最大限度地消除設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)的泥石流對(duì)綠蔭塘村的威脅和危害，具有很好的防災(zāi)效益。

參考文獻(xiàn):

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［6］王繼康.泥石流防治工程技術(shù)［M］.北京:中國鐵道出版社，1996.

Application of blocking dam and check dam in debris flow prevention of Lvyintang

Zhang Wei1Cheng Xiaohui2
( 1.Yunnan Survey＆Design Co.，Ltd，The 14th Metallurgy Construction，Kunming 650031，China; 2.Yunnan Nonferrous Geology Bureau Survey＆Design Institute，Kunming 650051，China)

Abstract:The paper introduces geological environment conditions of debris flow region in Lvyintang，describes water source conditions，scale and development trend of debris flow，and calculates debris flow eigenvalues from aspects of velocity，discharge and impact force.According to relevant design criteria，it discusses preventive scheme by combining blocking dam with check dam，and finally achieves certain disaster preventing efficiency.

Key words:debris flow，eigenvalues，blocking dam，check dam

作者簡介:張偉(1984-)，男，碩士，工程師;程曉輝(1984-)，女，碩士，工程師

收稿日期:2015-11-23

文章編號(hào):1009-6825( 2016) 04-0085-02

中圖分類號(hào):P642.23

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A