泥石流防治工程設(shè)計(jì)方案研究范文

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摘要:2011年6月，通城縣北港鎮(zhèn)某地發(fā)生泥石流地質(zhì)災(zāi)害，造成農(nóng)田、房屋、道路等受損，直接財(cái)產(chǎn)損失巨大。為防治泥石流，設(shè)計(jì)采用攔、排結(jié)合的方式對(duì)泥石流溝進(jìn)行綜合治理，效果顯著。

關(guān)鍵詞:泥石流;地質(zhì)災(zāi)害;綜合治理

2011年6月9日—10日，通城縣遭遇50年一遇的特大暴雨，最大日降雨量256mm，最大小時(shí)降雨量89．9mm，導(dǎo)致河水泛濫、城鎮(zhèn)被淹、房屋倒塌，誘發(fā)多處泥石流地質(zhì)災(zāi)害，其中北港鎮(zhèn)某泥石流一次沖出固體物質(zhì)總量約10000m3，大部分固體物質(zhì)淤積于出山口，并堵塞了下游南港河，造成洪水和泥石流泛濫，財(cái)產(chǎn)損失巨大。為了防治泥石流災(zāi)害，2014年相關(guān)部門對(duì)該泥石流溝進(jìn)行了治理。

1泥石流區(qū)地質(zhì)環(huán)境條件

泥石流溝位于南港河的左岸，出山口與南港河呈49°斜交。通往通城縣城關(guān)的縣道位于南港河左岸，泥石流溝口下游及南港河的左右二岸沿河道集中居住有50余戶居民，分布有20余公頃農(nóng)田。泥石流流域區(qū)多年平均降水量為1554．9mm，降雨主要發(fā)生在5—9月。區(qū)內(nèi)最大的河流為雋水河，南港河屬雋水河二級(jí)支流，為季節(jié)性溪溝。泥石流溝在地貌上屬剝蝕丘陵地貌，最低地面高程約120．00m，最高點(diǎn)地面高程323．00m，相對(duì)高差約203．00m。山坡坡角較陡，坡角多在25°～45°之間，溝谷兩側(cè)植被稀疏，山頂和山脊植被較發(fā)育。區(qū)內(nèi)出露地層有第四系、燕山早期侵入花崗巖類地層。

2泥石流基本特征

北港某泥石流為暴雨、稀性、高頻、溝谷型泥石流，溝深、坡陡、流短。流域面積約1．10km2，流域長約1．20km，主溝長度1．02km，走向近南北，縱坡比降69．02‰～157．56‰，平均比降86．60‰，為中型泥石流溝。該泥石流溝從流域形態(tài)上可分為形成區(qū)、流通區(qū)和堆積區(qū)，各區(qū)特征見表1。北港泥石流固體物源量約13．021×104m3，一次最大可能參與泥石流的固體物源量1．432×104m3，大于2011年6月泥石流帶走的固體物質(zhì)總量。

3防治工程設(shè)計(jì)

3．1設(shè)計(jì)總體方案

泥石流溝出山口直抵南港河，出山口處溝呈“U”型，溝寬3．0～4．0m，平均深約2m，縱坡降54‰;南港河在此處的河床寬15～20m，河谷深3～4m。2011年6月9日—10日的泥石流曾淤積出山口并堵塞了南港河，可以證明南港河排泄泥石流的能力不足，且后期爆發(fā)泥石流時(shí)的一次最大可能參與的固體物源量大于2011年6月泥石流帶走的固體物質(zhì)總量，因此采用攔排結(jié)合的治理思路，經(jīng)攔擋后的泥石流在一次最大可能固體物源參與時(shí)不至于造成排出物堵塞南港河而影響行洪，導(dǎo)致泥石流出山口下游南港河河谷地質(zhì)環(huán)境、左右二岸的房屋和道路等遭受破壞。結(jié)合地形地貌和溝道條件，設(shè)計(jì)總體方案:攔擋壩(谷坊壩)+排導(dǎo)槽+防護(hù)堤(圖1)。

3．2設(shè)計(jì)指標(biāo)

北港泥石流的防治工程安全等級(jí)為三級(jí)，攔擋工程和排導(dǎo)工程均按照30年一遇(P=3%)的泥石流流量標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì)，按照50年一遇(P=2%)的泥石流流量標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行校核。

3．3設(shè)計(jì)工況及荷載組合

3．3．1攔擋工程設(shè)計(jì)工況和荷載組合按設(shè)計(jì)指標(biāo)，在30年一遇的降雨強(qiáng)度前提下，設(shè)計(jì)攔擋工程設(shè)計(jì)工況按滿庫過流、半庫過流、空庫過流三種特征考慮，有三種工況組合，分別為工況Ⅰ滿庫容過流狀態(tài)、工況Ⅱ半庫容過流狀態(tài)、工況Ⅲ空庫過流狀態(tài)，其中以工況Ⅰ、工況Ⅱ?yàn)樵O(shè)計(jì)工況，工況Ⅲ為校核工況(圖2)。各工況荷載組合為:工況Ⅰ滿庫過流狀態(tài)，荷載組合:壩體自重+土體重+溢流體重+過壩泥石流動(dòng)水壓力+泥石流土體水平壓力;工況Ⅱ半庫容過流狀態(tài)，荷載組合:壩體自重+土體重+溢流體重+過壩泥石流動(dòng)水壓力+泥石流流體沖擊力+泥石流石塊沖擊力+水平水壓力+泥石流土體水平壓力+揚(yáng)壓力;工況Ⅲ空庫過流狀態(tài)，荷載組合:壩體自重+溢流體重+過壩泥石流動(dòng)水壓力+水平水壓力+泥石流流體沖擊力+泥石流石塊沖擊力+揚(yáng)壓力。

3．3．2排導(dǎo)工程設(shè)計(jì)工況和荷載排導(dǎo)工程設(shè)計(jì)按擋土墻進(jìn)行計(jì)算和校核，其工況及荷載組合為:工況Ⅰ無泥石流過流狀態(tài)，荷載組合:結(jié)構(gòu)自重+土壓力;工況Ⅱ30年一遇泥石流過流狀態(tài)，荷載組合:結(jié)構(gòu)自重+土壓力+設(shè)計(jì)情況下泥石流荷載;工況Ⅲ50年一遇泥石流過流狀態(tài)，荷載組合:結(jié)構(gòu)自重+土壓力+設(shè)計(jì)情況下泥石流荷載。其中工況Ⅰ、工況Ⅱ?yàn)樵O(shè)計(jì)工況，工況Ⅲ為校核工況。

3．4設(shè)計(jì)參數(shù)

防治工程設(shè)計(jì)涉及的參數(shù)主要有:泥石流特征參數(shù)、泥石流截面參數(shù)等。其中頻率3%(30年一遇)泥石流峰值流量為37．25m3/s，一次泥石流過程總量為11286．64m3，一次泥石流固體物質(zhì)總量為4706．28m3;頻率2%(50年一遇)泥石流峰值流量為50．82m3/s，一次泥石流過程總量為24637．12m3，一次泥石流固體物質(zhì)總量為10273．13m3。

3．5分項(xiàng)設(shè)計(jì)

3．5．1攔擋壩1#攔擋壩布置在溝口上游的溝谷中，設(shè)計(jì)壩頂高程146．80m，壩最高處高為8．00m，長70．00m。2#攔擋壩布置在溝尾崩滑體下游較開闊溝槽中，設(shè)計(jì)壩頂高程173．00m，壩最高處高為6．90m，長23．00m。(1)設(shè)計(jì)攔擋壩庫容量(見表2)。(2)攔擋壩結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。壩體采用M10漿砌塊石結(jié)構(gòu)，壩頂寬3．00m，迎水坡率1∶0．7，背水面坡率1∶0．2。排水孔按品字形布置，排水孔有效截面尺寸0．3m×0．5m，排水坡率5%，采用M10水泥砂漿抹面，抹面厚度20mm(圖3、圖4、照片1、照片2)。

3．5．2排導(dǎo)槽排導(dǎo)槽布置在溝口段，入口位于兩溝岔口處，出口接南港河。排導(dǎo)槽寬5．00m，兩側(cè)邊墻高2．50m，設(shè)計(jì)最大排導(dǎo)流量67．62m3/s，能滿足泥石流過流要求(圖5、照片3)。

3．5．3防護(hù)堤導(dǎo)流防護(hù)堤位于攔擋壩與排導(dǎo)槽之間右側(cè)，高4．00m。考慮泥石流對(duì)防護(hù)堤的沖擊，防護(hù)堤設(shè)計(jì)采用深挖并墻后填土的方式，采用M10漿砌石，防護(hù)堤允許的壓應(yīng)力為2100kN，大于泥石流對(duì)防護(hù)堤的最大塊石沖擊力(圖6、照片4)。防治工程于2015年3月完工，在2016年6月—7月特大持續(xù)暴雨過程中發(fā)揮了顯著的作用，保護(hù)了人民群眾生命財(cái)產(chǎn)的安全。

4結(jié)語

(1)北港泥石流防治工程采用攔擋壩、排導(dǎo)槽、導(dǎo)流防護(hù)堤相結(jié)合的綜合治理措施，防治效果明顯，取得了較好的社會(huì)效益。(2)該泥石流防治工程實(shí)施積累的地質(zhì)災(zāi)害防治經(jīng)驗(yàn)可為鄂西南山區(qū)和同類地質(zhì)環(huán)境區(qū)的泥石流防治提供參考與借鑒。(3)應(yīng)加強(qiáng)對(duì)地質(zhì)環(huán)境的保護(hù)，防止水土流失和地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生。(4)為保證防治工程的有效性，地方政府應(yīng)加強(qiáng)對(duì)防治工程的維護(hù)。

參考文獻(xiàn):

［1］李永輝，劉平．通城縣石南—北港泥石流防治工程勘查報(bào)告［R］．武漢:武漢地質(zhì)工程勘察院，2013．

［2］王海志．通城縣石南—北港泥石流防治工程設(shè)計(jì)報(bào)告［R］．武漢:武漢地質(zhì)工程勘察院，2014．

作者：劉平 張麗榮 單位：湖北省地質(zhì)局