靈寶市豫靈鎮(zhèn)文峪溝地質(zhì)災(zāi)害治理工程實踐

楊翼飛 劉宏奎

摘要： 靈寶市豫靈鎮(zhèn)文峪溝廢棄礦渣堆存量大，堆存體高，易發(fā)生崩塌、滑坡等地質(zhì)災(zāi)害，治理過程中遭遇特大暴雨，發(fā)生泥石流造成在建擋土墻和防護堤破壞。根據(jù)治理區(qū)地形地貌及廢渣堆位置，治理工程以攔擋工程為主，并與恢復(fù)治理工程結(jié)合，施工攔渣壩、擋渣墻、肋檻，并進行廢渣清理。治理工程取得了較好的效果，實現(xiàn)了固礦渣、固溝床、疏通排洪溝。

關(guān)鍵詞： 文峪溝;地質(zhì)災(zāi)害;治理實踐;攔渣壩;肋檻

中圖分類號：TD7 文獻標(biāo)志碼：A

文章編號：1001-1277（2020）11-0080-05 doi：10.11792/hj20201116

河南省靈寶市豫靈鎮(zhèn)文峪溝周邊礦山經(jīng)過多年開采，自然平衡狀態(tài)遭到嚴(yán)重破壞，造成巖體應(yīng)力場的改變，引起巖體變形和破壞，極易發(fā)生崩塌、滑坡等地質(zhì)災(zāi)害。此外，廢棄礦渣堆存量大、堆存體高，沿溝無序堆放，不斷擠占溝道、道路，嚴(yán)重影響河道泄洪和上下交通，在強降雨等因素的作用下，極易形成泥石流。采用 “疏通溝道+清渣固坡+修復(fù)道路+水路分離+覆土綠化”[1]進行綜合治理過程中遭遇特大暴雨，引發(fā)山洪泥石流災(zāi)害，導(dǎo)致部分工程損毀。針對該狀況，在治理范圍不變的條件下，經(jīng)實地考察分析，變更治理工程項目和位置。治理工程主要分布在主溝道內(nèi)，以攔擋工程為主，并與恢復(fù)治理工程結(jié)合。工程施工后運行數(shù)年，未發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害，實現(xiàn)了礦山地質(zhì)環(huán)境問題的有效治理。

1 工程概況

工程治理區(qū)位于文峪主溝道西路將1420坑口至南闖口及南闖支溝，治理面積4.78 km2，高程1 620～1 350 m，總長1204.1 m，溝底縱坡降225 ‰。采用 “疏通溝道+清渣固坡+修復(fù)道路+水路分離+覆土綠化”治理過程中遭遇特大暴雨，文峪主溝道由于匯水面積大，發(fā)生山洪泥石流，南闖泄洪平硐被堵塞，在南闖口形成堰塞，堰塞潰決后洪水從南闖涌入文峪溝，落差接近30 m。此外，由于文峪溝上游地形坡降較大，導(dǎo)致文峪主溝道泥石流沖刷力增大，大部分已建及在建治理工程齡期不夠，未達到設(shè)計強度，損毀嚴(yán)重，損毀方式包括基礎(chǔ)掏空、墻體沖毀或遭到掩 埋。經(jīng)調(diào)查，文峪主溝道整體以堆積為主，平均堆積厚度約2.0 m，局部最大堆積厚度約6.0 m（見圖1）。溝道狹窄處因水流流速增大，引起溝道下切，最大下切深度約4.0 m（見圖2）。

山洪泥石流發(fā)生后，文峪主溝道及支溝的泥位高度、泥石流過流寬度見表1，廢渣堆渣量等參數(shù)見表2。

由于災(zāi)后文峪溝地形發(fā)生了較大變化，因此對治理區(qū)地形變化部分進行再測繪，面積約3.3 km2，實測橫剖面45條，總長5 362.4 m。 結(jié)合原設(shè)計底圖形成新地形圖用于重新冶理設(shè)計。

2 工程治理設(shè)計

2.1 治理方案確定

根據(jù)收集的《雙鑫礦業(yè)有限公司文峪金礦礦山地質(zhì)環(huán)境保護與恢復(fù)治理方案》《河南文峪金礦東闖礦區(qū)礦山地質(zhì)環(huán)境保護與恢復(fù)治理方案》，各礦山企業(yè)對各自礦區(qū)范圍內(nèi)的廢渣堆主要采取攔擋工程及覆土綠化治理措施，治理工程大多分布在支溝內(nèi)。結(jié)合礦山地質(zhì)環(huán)境保護與恢復(fù)治理方案及資金限制，設(shè)計治理工程主要分布在主溝道內(nèi)，以攔擋工程為主，并與恢復(fù)治理工程結(jié)合[3]。

2.2 設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)

依據(jù)GB 0201—2014 《防洪標(biāo)準(zhǔn)》，工程按照20年一遇暴雨標(biāo)準(zhǔn)（6 h降雨量均值為87.75 mm） 進行設(shè)計，50年一遇暴雨標(biāo)準(zhǔn)（6 h降雨量均值為105.75 mm） 進行校核;工程抗滑安全系數(shù)：基本荷載組合取 1.20，特殊荷載組合取1.07;工程抗傾覆安全系數(shù)：基本荷載組合取1.50，特殊荷載組合取1.14。

2.3 參數(shù)及工況確定

漿砌石自重22 kN/m3（花崗巖、片麻巖）;墻后回填土重度取19 kN/m3。

墻基底與地基的摩擦系數(shù)：碎石土取0.5，表面粗糙的硬質(zhì)基巖取0.65～0.70。

土壓力：按庫侖主動土壓力公式計算。

水壓力：由于碎石土地基透水性好，墻后填土一般不存水?？紤]工程安全，墻后填土水位依據(jù)排水孔位置計算。

地震作用：抗震設(shè)防烈度為7度（0.15g），按地震作用組合設(shè)計，除采取抗震構(gòu)造措施外，計算考慮地震作用。

2.3.1 擋渣墻及攔渣壩

1）荷載?；竞奢d：墻體自重、墻頂有效荷載、填料及表面超載引起的主動土壓力、水壓力、基底摩擦力（被動土壓力不考慮）;特殊荷載：地震作用力。

2）工況。工況1（基本荷載組合）：自重+主動土壓力+水壓力+摩擦力;工況2（基本荷載+特殊荷載組合）： 自重+主動土壓力+水壓力+摩擦力+地震作用力。

2.3.2 防護堤

1）荷載。基本荷載：防護堤自重、主動土壓力、水壓力、基底摩擦力（被動土壓力不考慮）;特殊荷載：地震作用力。

2）工況。工況1（基本荷載組合）：自重+主動土壓力+水壓力+摩擦力;工況2（基本荷載+特殊荷載組合）： 自重+主動土壓力+水壓力+摩擦力+地震作用力。

2.4 巖土工程

依據(jù)勘查成果及工程損壞調(diào)查情況，結(jié)合本地區(qū)建筑經(jīng)驗，確定場區(qū)各地層地基承載力特征值及基底摩擦系數(shù)，結(jié)果見表3。

3 工程治理實踐

3.1 攔渣壩

為保證治理工程的穩(wěn)固性及安全性，在文峪主溝道施工8座攔渣壩，防止溝道底部廢渣啟動。 攔渣壩長、壩高、基礎(chǔ)埋深按工況驗算確定，頂寬1.8～3.5 m， 內(nèi)、外坡比分別為1.0 ∶ 0.2、1.0 ∶ 0.3， 基礎(chǔ)及壩體均采用C15毛石混凝土結(jié)構(gòu);墻體中部溢流口以下預(yù)留圓形泄水洞，內(nèi)置3排40 mm預(yù)制混凝土管， 水平間距4 m，垂直間距3 m;墻體中部的上部留深1.5 m、寬12.0 m的倒梯形溢流口。為保證攔渣壩的堅固性，提高抗沖擊力，在攔渣壩中部加2層鋼筋網(wǎng)，鋼筋橫、豎間距均為0.3 m。每隔10～20 m或地形變化較大地段預(yù)留伸縮縫。攔渣壩工程情況見表4、表5。

3.2 擋渣墻

施工4座擋渣墻，南闖1號擋渣墻墻體未受損壞，保持不變，其余3座位于文峪溝上游，工程受損嚴(yán)重且地形變化較大處。擋渣墻長、墻高、基礎(chǔ)埋深按工況驗算確定，背坡垂直，面坡坡比1.0 ∶ 0.3，墻體均采用C15毛石混凝土結(jié)構(gòu)，墻體地表以上0.5 m按照2 m間距留直徑10 cm的泄水孔。每隔20 m或地形變化較大地段預(yù)留伸縮縫。擋渣墻工程情況見表6、表7。

3.3 肋 檻

為約束溝道主流，防止主流沖刷兩側(cè)擋渣墻基礎(chǔ)，保護擋渣墻工程安全，在溝道兩側(cè)擋渣墻工程易受沖刷地段，施工肋檻工程。

3.3.1 水流沖刷深度

溝道內(nèi)水流沖刷計算采用 GB 50286—2013 《堤防工程設(shè)計規(guī)范》推薦的計算公式，為：

hB=hP+ vcp v允n-1 （1）

式中：hB為水流沖刷深度（m），從水面起算;hP為沖刷處的水深（m），以近似設(shè)計水位最大深度代替;vcp為平均流速（m/s），根據(jù)山洪泥石流實測，取值8.6 m/s; v允為河床面上允許不沖流速（m/s）;n為與防護岸坡在平面上的形狀有關(guān)，一般取1/4。

v允依據(jù)GB 50288—2018 《灌溉與排水工程設(shè)計規(guī)范》中渠道允許不沖流速計算，河床組成物質(zhì)為100～200 mm的塊石，深度約2.0 m，水力半徑R=1 m時，v允=3.4～4.9 m/s，本次取4.5，按下式進行修正：

v′允=v允R 1 3 （2）

式中：v′允為經(jīng)修正河床面上允許不沖流速（m/s）。

實際工程R取值1.57 m，則v′允=5.23 m/s，hB=2.18 m。

根據(jù)調(diào)查結(jié)果，治理區(qū)河道以堆積為主， 考慮到治理區(qū)復(fù)雜的地質(zhì)環(huán)境現(xiàn)狀及治理工程的安全性，結(jié)合擋渣墻及防護堤工程的埋深，水流沖刷深度取2.0 m。

3.3.2 肋檻埋深及間距

肋檻工程設(shè)計依據(jù)DZ/T 0239—2004 《泥石流災(zāi)害防治工程設(shè)計規(guī)范》，肋檻間距計算公式為：

s= h-Δh I0-I′ （3）

式中：s為防沖肋板間距（m）;h為防沖肋板埋深（m），一般取1.5～4.0 m，本次取2.0 m;Δh為防沖肋板安全超高，一般取0.5 m;I0為排導(dǎo)槽設(shè)計縱坡降（‰），取123 ‰;I′為肋板下沖刷后的排導(dǎo)槽縱坡降（‰），一般?。?.5～0.25）I0，本次取0.5I0。

通過計算，s=24.39 m，本次取20 m。

施工肋檻18道，肋檻斷面為等腰梯形，高度均為2.0 m，頂寬1.0 m，底寬1.8 m;肋檻內(nèi)部沿縱向加4根直徑12 mm的鋼筋，每隔15 cm加一道直徑8 mm 的箍筋。肋檻工程必須和與之相接的擋渣墻或防護堤工程同時施工，以保證肋檻工程和擋渣墻或防護堤工程的整體性。肋檻工程情況見表8。

3.4 廢渣清理

為了保證溝道通暢，在治理區(qū)內(nèi)設(shè)置4個清渣區(qū)。1號清渣區(qū)位于文峪溝1524坑口上部， 清渣范圍從標(biāo)高1 530 m至1 558 m，清渣區(qū)面積約3 756 m2， 清渣量為37 580 m3;2號 清渣區(qū)位于西路將溝口下游文峪主溝道內(nèi)，清渣范圍從標(biāo)高1 417 m至1 428 m， 清渣區(qū)面積約1 658 m2，清渣量為13 270 m3;3號清渣區(qū)位于支溝西路將溝內(nèi)，清渣范圍從標(biāo)高1 508 m至1 526 m， 清渣區(qū)面積約1 567 m2，清渣量為11 760 m3;4號清渣區(qū)位于支溝西路將溝內(nèi)， 清渣范圍從標(biāo)高1 442 m 至1 464 m，清渣區(qū)面積約1 702 m2，清渣量為12 790 m3。根據(jù)溝道設(shè)計地面線，將廢渣清運到溝道低凹處，并進行平整。清渣工程情況見表9。

此外，對高邊坡的礦渣堆和巖體進行削坡減荷，之后再覆土，植樹及種草，減少邊坡的沖刷并兼顧綠色環(huán)境。

3.5 治理效果

攔渣壩工程起到了很好的攔渣、固渣作用，有效防止了主溝道泥石流的發(fā)生，至今未發(fā)生大的沖刷。擋渣墻、防護堤等墻體結(jié)構(gòu)采用混凝土或鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，提高了墻體結(jié)構(gòu)的剛性和抗沖刷能力。對高邊坡的礦渣堆和巖體進行削坡減荷，再覆土，植樹及種草，減少邊坡的沖刷并兼顧綠色環(huán)境。治理工程已運行數(shù)年，期間也遇到超強降雨等極端天氣，但沒有發(fā)生工程沖毀、基礎(chǔ)掏空等損毀，真正起到了防災(zāi)減災(zāi)的作用。治理后效果見圖3。

4 結(jié) 論

1）河南省靈寶市豫靈鎮(zhèn)文峪溝臨山邊坡堆放的廢棄礦渣易引發(fā)崩塌、滑坡等地質(zhì)災(zāi)害，治理工程以攔擋工程為主，并與恢復(fù)治理工程結(jié)合。

2）攔渣壩工程有效防止了溝道底部廢渣的啟動，保證了工程的穩(wěn)固性及安全性。施工時攔渣壩壩肩或基礎(chǔ)須嵌入到周圍堅固的巖體中，提高了壩體的抗剪和抗沖刷能力;擋渣墻、防護堤等墻體為混凝土或鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，提高了墻體結(jié)構(gòu)的剛性和抗沖刷能力。

3）肋檻的設(shè)置防止或減緩了主流對擋渣墻的沖擊，對于匯流面積小、坡降低的溝道能起到很好的防治泥石流的效果。

4）對高邊坡的礦渣堆和巖體進行削坡減荷，之后覆土，植樹及種草，減少泥石流發(fā)生物源的同時兼顧綠色環(huán)境。

5）河南省靈寶市豫靈鎮(zhèn)文峪溝地質(zhì)災(zāi)害治理工程以固礦渣、固溝床、疏通排洪溝為主，其成功治理經(jīng)驗為大型露天尾礦地質(zhì)災(zāi)害治理提供了借鑒。

[參 考 文 獻]

[1]河南省地質(zhì)環(huán)境規(guī)劃設(shè)計院有限公司.靈寶市資源枯竭型城市礦山地質(zhì)環(huán)境治理重點工程項目（2011年度）施工圖設(shè)計[R].鄭州：河南省地質(zhì)環(huán)境規(guī)劃設(shè)計院有限公司，2012.

[2]河南省地質(zhì)環(huán)境規(guī)劃設(shè)計院有限公司.靈寶市資源枯竭型城市礦山地質(zhì)環(huán)境治理重點工程項目（2011年度）施工圖設(shè)計變更[R]. 鄭州：河南省地質(zhì)環(huán)境規(guī)劃設(shè)計院有限公司，2013.

[3] 三門峽市國土資源局.靈寶市資源枯竭型城市礦山地質(zhì)環(huán)境治理重點工程項目（2011年度）施工“7·9”洪災(zāi)調(diào)查專家意見及建議[R].三門峽：三門峽市國土資源局，2013.

Engineering practice of geological disaster treatment in Wenyugou，Yuling Town，Lingbao City

Yang Yifei1，Liu Hongkui2

（1. No.2 Institute of Geological Environment Survey of Henan ;

2.The Fourth Geological Exploration Institute of Henan Geology and Mineral Bureau ）

Abstract： The waste ore residue stockpile in Wenyugou，Yuling Town，Lingbao City is in large amount，the stockpile body is high and susceptible to geological disasters such as collapse and landslide.During the treatment，a heavy storm struck，damaging the constructing retaining wall and protection dam due to the debris flow followed.According to the terrain of the treatment area and the position of waste ore residue，the treatment project is dominated by obstruction project，followed by restoration project where obstruction dams，retaining walls and transverse sills are constructed，and the residue is cleared.The treatment project achieved good effect and realized ore residue consolidation，gully bed consolidation，and flood drainage trench dredging.

Keywords： Wenyugou;geological disaster;treatment practice;obstruction dam;transverse sills