特大型泥石流地質(zhì)災(zāi)害治理工程

梁 柱，陳 燕，陳宏偉

(1.廣西桂林市國土資源局，廣西 桂林541002;2.廣西桂林水文工程地質(zhì)勘察院，廣西 桂林541002)

0 引言

泥石流作為山區(qū)城鎮(zhèn)常見的地質(zhì)災(zāi)害，是一種含有大量固體物質(zhì)的特殊洪流(高濃度的液相、固相混合流)，其中的固體物質(zhì)特指泥、砂、石。泥石流具有突發(fā)性、危害性極大、運(yùn)動快速、歷時短暫等特點(diǎn)，且具有強(qiáng)大的侵蝕、搬運(yùn)能力等自然屬性，其是以沖撞(擊)、淤埋和堵塞等方式對其流經(jīng)路途上的各種城鎮(zhèn)設(shè)施進(jìn)行破壞，危害程度往往比單一的滑坡、崩塌和洪水的危害更為廣泛和嚴(yán)重，對人類生產(chǎn)生活場所、交通運(yùn)輸、水利水電工程、礦山等造成嚴(yán)重?fù)p失。當(dāng)前，我國山區(qū)城鎮(zhèn)泥石流問題十分突出，且災(zāi)情相當(dāng)嚴(yán)重。因此，分析山區(qū)城鎮(zhèn)泥石流災(zāi)害及其成因，對于加強(qiáng)城鎮(zhèn)泥石流的治理有著重要意義。

本文根據(jù)桂林市龍勝縣龍勝鎮(zhèn)浸溝特大型泥石流地質(zhì)災(zāi)害治理工程實(shí)例說明在泥石流的流通區(qū)采用攔柵壩對物源區(qū)的物源進(jìn)行攔截，在堆積區(qū)采用錨定板擋土墻+排水工程等進(jìn)行治理。經(jīng)過治理后，龍勝縣人民政府在堆積區(qū)建設(shè)了60年縣慶的主會場，經(jīng)過一個水文年的監(jiān)測，治理效果較好，達(dá)到設(shè)計要求。

1 工程概況

龍勝鎮(zhèn)桑江河右岸泥石流溝由浸溝、崇粉溝2條溝組成，本次治理的主要是浸溝形成泥石流溝。浸溝位于桑江河右岸，主溝流域?yàn)榈湫偷闹猩綅{谷地貌，最高海拔高程為597 m，最低海拔高程216 m，相對高差381 m。該溝左岸分水嶺北麓為崇粉溝泥石流地質(zhì)災(zāi)害的形成區(qū)，浸溝溝長1.46 m，集雨面積1.23 km2;為典型的中山溝谷地貌，溝谷深切，地勢陡峻，地形坡度大，谷坡25°～55°，上、中段溝谷呈“U”形，下段溝谷呈“V”形，溝谷彎曲狹窄，溝床起伏較大，溝內(nèi)陡坎、卡口較多，溝床比降184.03‰～509.4‰，平均比降276.38‰。這種地形條件使泥石流地質(zhì)災(zāi)害得以迅猛直瀉，溝谷兩側(cè)堆積較厚的第四系殘坡積松散堆積物，厚1～4 m，邊坡、崩塌較發(fā)育，為泥石流地質(zhì)災(zāi)害的形成提供了大量的固體物源。

該區(qū)區(qū)域影響較大的主要有16條支溝，屬于中山峽谷地貌，相對高差較大。各支溝主要分布在浸溝的兩側(cè)，地勢較高，坡度在17°～45°，大多屬于“V”形溝谷，縱向切割較深。且所流區(qū)域面積較大，人類活動較多，崩塌較發(fā)育，第四系松散堆積物為多結(jié)構(gòu)松散的碎石土組成，厚度在0.5～3 m，是浸溝泥石流地質(zhì)災(zāi)害的主要天然固體物源。浸溝全流域內(nèi)松散固體物質(zhì)總儲量約218000 m3，其中可直接參與泥石流地質(zhì)災(zāi)害運(yùn)動的松散固體物質(zhì)儲量約121000 m3。

浸溝流域地處桂東北，降雨量較豐富，年均降雨量1524.4 mm，降雨多集中在4～8月，占全年降水量的67.72%以上，最大降水量114.30 mm/h(龍勝縣氣象局資料)。浸溝泥石流為新近發(fā)生泥石流，主溝長度和流域面積較大，溝床縱坡度相對較陡，有利于降雨的大量匯聚和徑流，沖蝕溝內(nèi)大量堆積的松散固體物質(zhì)(含人工堆積物)，易導(dǎo)致泥石流發(fā)生。特別是地域性大到暴雨為泥石流暴發(fā)提供了豐富水源。該地區(qū)處于中高山地區(qū)，經(jīng)常產(chǎn)生強(qiáng)降雨，并產(chǎn)生洪流，在狹窄陡深的溝谷中產(chǎn)生強(qiáng)大的動能，這為泥石流的產(chǎn)生提供了動力。

由于山區(qū)可供建設(shè)用的土地資源緊缺，泥石流堆積扇也成為城鎮(zhèn)建設(shè)規(guī)劃區(qū)，浸溝溝口已建有大量民房建筑物。近年來，大量建筑物向泥石流扇附近擴(kuò)展，逐步壓占溝道，擠占了原有扇體上的部分溝槽地，降低或堵塞了泥石流溝的排泄通道。城市建設(shè)產(chǎn)生的大量棄土無序排放，在浸溝中下段溝中形成一人工堆積厚30 m、寬120 m、長130 m的碎石土體，人為造成在浸溝中增加泥石流固體物源。這些堆積土體均已發(fā)生了變形、滑塌破壞和水土流失，是人為造成的浸溝泥石流地質(zhì)災(zāi)害固體物源。

浸溝為老泥石流溝，曾于1994年9月18日發(fā)生過泥石流，這次泥石流造成崇粉溝與桑江河交匯處的橋梁(龍勝北舊橋)堵塞，原河底抬升約3.00 m，致使龍勝鎮(zhèn)街道漫水，危及日新村、龍勝鎮(zhèn)居民的安全;浸溝攜帶出大量泥沙和碎塊石，在溝口處堆積成泥石流扇(扇頂高出原地面約3.00 m)，淹埋了近30畝農(nóng)田，沖毀數(shù)十間房屋，造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)和財產(chǎn)損失，萬幸的是沒有造成人員傷亡。泥石流的直接經(jīng)濟(jì)損失已超過1億元?，F(xiàn)泥石流溝仍直接威脅龍勝鎮(zhèn)人口約3000人。

2 治理工程設(shè)計方案

2.1 設(shè)計思路

滑坡堆積物、人工堆積土為浸溝泥石流的主要物源，治理以穩(wěn)固滑坡、固定人工堆土為主，同時采取攔柵壩攔截天然物源治理手段，穩(wěn)定溝道天然物源，有效減少泥石流物源的參與量。綜上所述，本次治理方案的設(shè)計主要以穩(wěn)固堆積區(qū)及攔柵壩攔截和排導(dǎo)工程為主。

2.2 治理工程方案設(shè)計

在充分掌握治理區(qū)地質(zhì)災(zāi)害影響因素、穩(wěn)定性狀況以及其危害特征的基礎(chǔ)上，結(jié)合泥石流基本特征，提出浸溝泥石流治理方案。

(1)物源區(qū):主要指主溝與支溝兩岸山體斜坡，以保護(hù)天然植被為主，主要是不再破壞現(xiàn)有斜坡和植被(本設(shè)計不具體設(shè)計)。

(2)流通區(qū):主溝與支溝底段，設(shè)計攔柵壩，主要采用RXI－200型SNS柔性攔截網(wǎng)的治理方案對物源區(qū)的物源進(jìn)行攔截。

(3)堆積區(qū)(含溝內(nèi)人工堆積體):修建導(dǎo)流槽(鋼筋混凝土箱涵渠)+坡面排水溝+導(dǎo)流堤+格構(gòu)式錨定板擋土墻。

治理工程設(shè)計平面圖如圖1所示。

圖1 工程治理平面圖

3 分項(xiàng)工程設(shè)計

3.1 攔柵壩工程設(shè)計

3.1.1 壩址選擇的原則

壩址一般選在泥石流的流通區(qū)，根據(jù)前述的浸溝工程條件，浸溝的攔柵壩主要采用RXI－200型SNS柔性攔截網(wǎng)，其選擇壩址需考慮如下條件。

(1)地質(zhì)條件。壩址兩岸山坡穩(wěn)定，無滑坡、崩塌、沖溝等不良地質(zhì)現(xiàn)象和地下水出露，溝床有基巖出露或基巖埋深較淺，壩基為基巖或密實(shí)的沉積物。

(2)地形條件。壩址處溝谷狹窄，而上游開闊，溝床縱坡較緩，溝谷對稱。

3.1.2 壩體的布置

(1)攔柵壩的布置應(yīng)與防治工程總體布置相協(xié)調(diào)，與上游的攔柵壩、下游的攔柵壩或排導(dǎo)槽能合理地銜接。

(2)安全可靠。攔柵壩應(yīng)布置在崩塌與滑坡等突發(fā)性災(zāi)害沖擊范圍之外，能保證壩自身的安全。

(3)效益高。攔柵壩的布置應(yīng)能滿足本身的設(shè)計要求，有較好的綜合效益，既能攔沙，又能防止泥石流進(jìn)一步下切溝道，改善溝床比降，利用攔截的泥沙反壓崩坡積物等。

綜上所述，浸溝攔柵壩主要布置4處。

3.1.3 設(shè)計要求

攔柵壩主要采用柔性防護(hù)網(wǎng)，其主要作用:一是攔蓄泥石流固體組顆粒，固定溝床、防止溝底下切、減緩縱坡，降低流速，穩(wěn)定溝槽兩岸，防止溝岸坍塌，減少泥沙匯入;二是控制行洪流路，確保行洪河段安全。

3.1.3.1 攔柵壩工程回淤范圍及庫容計算在柔性防護(hù)網(wǎng)淤滿后，回淤坡度根據(jù)下式計算:

式中I0——泥石流柔性防護(hù)網(wǎng)回淤坡度，‰;I——泥石流溝原溝床天然坡度，‰。

柔性防護(hù)網(wǎng)攔蓄泥沙量采用如下公式計算:

式中:Vbr——柔性防護(hù)網(wǎng)庫容量，m3;h——柔性防護(hù)網(wǎng)凈高，m;B——溝道回淤平均寬度，m。

根據(jù)上述公式，結(jié)合溝床地形情況，柔性防護(hù)網(wǎng)的庫容量計算見表1，柔性防護(hù)網(wǎng)的高度和庫容關(guān)系見圖2。

3.1.3.2 攔柵壩工程技術(shù)要求

(1)攔截網(wǎng)。攔柵壩攔截網(wǎng)設(shè)計為5 m高的RX I－200型網(wǎng)。每5 m設(shè)置1根鋼柱，每根鋼柱用錨桿和錨繩拉固，鋼柱基礎(chǔ)和拉錨錨桿采用直接鉆孔注漿錨固方式。同時，攔柵壩攔截網(wǎng)橫向間隔1.25 m布置C1516熱度鋼絲橫支撐繩，兩端用25 mm螺紋鋼筋錨桿固定在溝谷兩岸山體穩(wěn)定斜坡上。

表1 柔性防護(hù)網(wǎng)高和庫容量計算

圖2 柔性防護(hù)網(wǎng)高和庫容量關(guān)系圖

RX I－200攔截網(wǎng)由生產(chǎn)廠家標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)，其結(jié)構(gòu)配置:鋼柱+支撐繩+拉錨繩+縫合繩+減壓環(huán)〔鋼柱(間距10 m)，帶消能環(huán)的14 mm雙支撐繩和16 mm“1”字形上拉錨繩(每跨3個消能環(huán))，14 mm側(cè)拉錨繩(單繩)，◇/08/250/4×5 m2鋼絲繩網(wǎng)，8 mm縫合繩，格柵網(wǎng)〕。其主要防護(hù)技術(shù)指標(biāo)為:攔截撞擊能2000 kJ以內(nèi)的落石及滾石。

(2)錨桿布設(shè)及要求。在攔截網(wǎng)布設(shè)處溝谷兩岸山體穩(wěn)定斜坡上，縱向按1.25 m間距布設(shè)錨桿?？紤]攔截網(wǎng)拉力方向，確定錨桿安設(shè)角，傾角25°～30°的范圍。錨桿設(shè)計抗拔力≮150 kN。錨桿材料采用32 mm高強(qiáng)螺紋鋼筋(HRB400)，錨固段進(jìn)入完整基巖長度≮5 m。其錨固長度為危巖體厚度與錨固段長度之和，一般10 m長。

攔柵壩設(shè)計如圖3所示。

3.2 導(dǎo)流槽、排水溝、導(dǎo)流堤工程設(shè)計

3.2.1 導(dǎo)流堤工程布置

暴雨和地表徑流的作用是促使泥石流發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害的主要因素，因此，減少暴雨和地表徑流對泥石流物源的沖刷是增加泥石流穩(wěn)定性重要因素。本次設(shè)計在沖溝主溝溝谷設(shè)置2處導(dǎo)流堤，1號堤長16 m，2號堤長10 m，導(dǎo)流堤與排導(dǎo)槽(箱涵渠)連結(jié)，形成完整的排水系統(tǒng)。

3.2.2 導(dǎo)流堤工程設(shè)計

導(dǎo)流堤身設(shè)計尺寸:堤身高7.630 m，堤頂寬1.000 m，面坡傾斜坡度1∶0.250，迎水坡傾斜坡度1∶0.000，堤底傾斜坡率0.000∶1。采用現(xiàn)澆混凝土修建，混凝土強(qiáng)度采用C25。

圖3 攔柵壩大樣圖

3.3 堆積區(qū)穩(wěn)固工程設(shè)計

由于城市建設(shè)產(chǎn)生的大量棄土無序排放，在浸溝中下段溝中形成一人工堆積厚30 m、寬120 m、長130 m的碎石土體，人為造成在浸溝中增加泥石流固體物源。這些堆積土體均已發(fā)生了變形、滑塌破壞和水土流失，在雨水的作用下會產(chǎn)生泥石流，危及下游居民及建筑物的安全。

該段治理方法為格構(gòu)式錨定板擋土墻，由于擋墻高30 m，故擋土墻設(shè)置2級平臺，3級邊坡，每級邊坡高10 m，按1∶0.75修坡，平臺寬4.0 m，坡腳設(shè)計護(hù)腳墻和排水溝。錨定板擋土墻采用預(yù)應(yīng)力錨索、錨桿連結(jié)格構(gòu)梁和錨定板。設(shè)計立面如圖4所示。

錨定板為預(yù)置鋼筋混凝土板，混凝土強(qiáng)度為C30，截面積為1 m×1 m，厚0.5 m，錨定板采用雙面配筋，單面成網(wǎng)狀，網(wǎng)率為16@150，鋼筋保護(hù)層厚度為50 mm。錨定板預(yù)置時中心預(yù)留拉桿的孔道要與格構(gòu)梁的預(yù)留孔道一致。

格構(gòu)梁采用現(xiàn)澆式鋼筋混凝土，混凝土強(qiáng)度均為C30，橫梁截面為0.6 m×0.4 m及0.75 m×0.5 m，縱梁截面為0.6 m×0.4 m，主筋采用620，箍筋為8@200。梁依實(shí)地15～20 m設(shè)一條伸縮縫，寬20 mm，用麻絮瀝青或塑料泡沫板充填隔離。

平臺寬4.0 m，采用C15混泥土現(xiàn)澆，厚15 cm，并設(shè)2%向外橫向排水坡度。坡面設(shè)置淺排水孔，排水孔間距為3.0 m×3.0 m，排水孔孔徑為10 cm，采用PVC管，單管長度為0.8 m，排水坡度為2%，內(nèi)側(cè)設(shè)置反濾層，厚50 cm。

由于每級坡體的高度不同，使得擋土板所受土壓力隨高度加深而變大，故拉桿的設(shè)計有所不同。第一級邊坡拉桿采用錨桿連結(jié)格構(gòu)梁與錨定板，錨桿共設(shè)6排，橫向間距為2.5 m，縱向間距為1.5 m，錨桿長度為20 m，鋼筋采用25 mm鋼筋，上3排錨桿主筋配置一根25 mm鋼筋，下3排錨桿主筋配置2根25 mm鋼筋，錨桿孔徑為130 mm，水平放置，錨孔內(nèi)灌注M25砂漿，錨頭處設(shè)置彎曲鋼筋，與縱梁主筋綁扎連接，彎鉤長度為200 mm，彎鉤處需添加2根長1.0 m的16 mm加強(qiáng)筋。第二級邊坡拉桿采用預(yù)應(yīng)力錨索連接格構(gòu)梁與錨定板，錨索共設(shè)6排，橫向間距為2.5 m，縱向間距為1.5 m，錨索長度為25 m，錨索采用415.24無粘結(jié)鋼絞線，設(shè)計單束錨索預(yù)應(yīng)力為500 kN，錨索方向?yàn)樗?，孔?10～130 mm，下錨后滿灌M25水泥砂漿。第三級邊坡拉桿采用預(yù)應(yīng)力錨索連接格構(gòu)梁與錨定板，錨索共設(shè)6排，錨索采用615.24預(yù)應(yīng)力錨索，設(shè)計單束錨索預(yù)應(yīng)力為900 kN，其余要求同上。設(shè)計剖面圖如圖5所示。

圖5 格構(gòu)式錨定板剖面圖

護(hù)腳墻采用M75漿砌石擋墻，漿砌石采用MU30。墻高2.0 m，頂面寬1.0 m，底面寬2.0 m，墻背豎直。擋土墻依實(shí)地15～20 m設(shè)一條沉降縫，寬20 mm，用麻絮瀝青或塑料泡沫板充填隔離。

坡腳設(shè)置排水溝，截面為0.5 m×0.5 m，溝底鋪墊300 mm中砂，溝面采用C15混凝土澆筑，厚15 cm。溝內(nèi)每隔1.0～2.0 m設(shè)置消能坎，坎高≮5 cm。排水溝分別與排導(dǎo)槽(排洪渠)和右側(cè)Ⅱ號邊坡的排水溝連接，形成完整的排水系統(tǒng)。

4 結(jié)語

桂林市龍勝縣龍勝鎮(zhèn)浸溝特大型泥石流通過在流通區(qū)采用攔柵壩對物源區(qū)的物源進(jìn)行攔截及在堆積區(qū)(含溝內(nèi)人工堆積體)修建導(dǎo)流槽(鋼筋混凝土箱涵渠)+坡面排水溝+導(dǎo)流堤+格構(gòu)式錨定板擋土墻的綜合治理后，龍勝各族自治縣在堆積區(qū)上修建了面積約9500 m2，可容納約1500人的縣慶主會場。經(jīng)過一個多水文年的監(jiān)測，治理工程達(dá)到預(yù)期效果。本文為攔柵壩、格構(gòu)式錨定板擋土墻等綜合治理在泥石流地質(zhì)災(zāi)害治理工程中的應(yīng)用提供了實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)及參考依據(jù)。

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