G55高速公路石峽溝泥石流災(zāi)害處治

王文光

（山西省交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)院，山西 太原 030012）

G55高速公路K581+500—K733+000段是國家高速公路G55高速公路的一部分，北起于朔州市新廣武，接大（同）新（光武）高速公路，南止于陽曲鎮(zhèn)與太原東山高速公路相連，路線全長151.5 km。同時(shí)是縱貫山西省南北的重要通道，對(duì)山西省的經(jīng)濟(jì)建設(shè)和人民生活起著至關(guān)重要的作用。石峽溝泥石流的發(fā)生對(duì)安全行車形成了隱患。為了改善服務(wù)水平，消除安全隱患[1]，同時(shí)為了保障G55高速公路K597+302石峽溝大橋下游約1.2 km新莊村村民生命財(cái)產(chǎn)安全，有必要對(duì)其做出相應(yīng)的有效處治。

1 工程地質(zhì)條件及評(píng)價(jià)

1.1 地形條件

石峽溝流域地處恒山山脈地帶，溝谷總體沿西北向東南方向延伸展布，溝口直抵新莊，地勢由西北向東南傾斜，西北高，東南低。石峽溝山高溝深，地勢陡峻，溝床縱橫坡度較大，流域的形狀便于水流的匯集（圖1）。本項(xiàng)目影響范圍內(nèi)泥石流流域形態(tài)近似河谷型，流域分布大致對(duì)稱，最高點(diǎn)高程2 091.3 m，最低點(diǎn)高程1 379.2 m，相對(duì)高差712.1 m，流域面積2.9 km2，主溝延伸長度2.9 km，屬高山地形。石峽溝泥石流屬于溝谷型流域，流域呈狹長型，形成區(qū)不明顯，松散物質(zhì)主要來自中游地段。形成區(qū)河床比降37.2%～45.5%，溝岸坡度150°～70°，流通區(qū)河床比降12.4%～19.3%，平均寬80～150 m。溝谷有堆積也有沖刷、搬運(yùn)形成逐次搬運(yùn)的“再生式泥石流”。

1.2 地質(zhì)條件

a）地層組成特征 泥石流流域廣泛出露上太古界五臺(tái)群金剛庫組和店房臺(tái)組片麻巖、下古生界寒武—奧陶系饅頭組—三山子組酸性入侵及呂梁期變質(zhì)輝綠巖。

b）巖性 以斜長角閃巖、含榴斜長角閃巖夾含榴角閃黑云變粒巖、磁鐵石英巖及含榴藍(lán)晶二云斜長片麻巖為主。

c）巖層產(chǎn)狀132°～152°∠30°～70°，結(jié)構(gòu)疏松軟弱、表層強(qiáng)風(fēng)化、節(jié)理發(fā)育（圖2）。

圖1 石峽溝

圖2 流域兩岸巖層結(jié)構(gòu)

1.3 水文氣象條件

a）代縣區(qū)域 屬北暖溫帶半干旱大陸性季風(fēng)氣候，四季分明，冬季嚴(yán)寒，春、秋涼爽，夏季無酷暑，年平均氣溫7℃，七月份平均氣溫22.2℃，一月份平均氣溫-10℃。平均降水量390.6 mm，無霜期147 d，標(biāo)準(zhǔn)凍結(jié)深度150 cm。該地區(qū)屬寒冷地區(qū)。

b）石峽溝小氣候 由于石峽溝山高溝深，地勢陡峻地形條件，在迎風(fēng)坡迫使山脈南側(cè)溫暖、潮濕氣流很強(qiáng)地上升運(yùn)動(dòng)，從而垂直運(yùn)動(dòng)加大，暴雨增大。

2 現(xiàn)狀調(diào)查及結(jié)論

經(jīng)勘察設(shè)計(jì)人員深入現(xiàn)場實(shí)地查看并結(jié)合忻州高速公路有限責(zé)任公司相關(guān)段養(yǎng)護(hù)人員提供信息與資料，從物質(zhì)特征與工程兩方面對(duì)石峽溝泥石流進(jìn)行分類。

2.1 物質(zhì)特征分類

a）石峽溝泥石流物質(zhì)組成主要以長10～50 cm、寬5～30 cm、厚3～20 cm不等的石塊、砂為主，黏性土含量較少（圖3），定義為水石流。

圖3 泥石流物質(zhì)組成

b）石峽溝泥石流物質(zhì)狀態(tài)主要成分為水，黏性土含量少，固體物質(zhì)約占30%，有很大分散性，水是搬運(yùn)介質(zhì)，石塊以滾動(dòng)或跳躍方式向前推進(jìn)，定義為稀性[2]。

因此石峽溝泥石流按物質(zhì)特征分類為稀性水石流[3]。

2.2 工程分類

a）流域面積為2.9 km2，分布形狀見圖4。

圖4 石峽溝泥石流流域面積

b）石峽溝泥石流固體物質(zhì)一次沖出量及流量。

（a）據(jù)《工程地質(zhì)手冊》（第四版）[4]表6-3-2及泥石流物質(zhì)特征分類結(jié)論取泥石流體密度。

（b）由實(shí)地勘察1∶10000地形圖及相關(guān)資料取流通區(qū)泥石流流面縱坡比降I=0.124，泥石流流體水力半徑（近似取泥位深度）Rm=1.5 m，固體顆粒物相對(duì)密度ds=2.5，泥石流過流斷面面積Fm=54.4 m2，泥石流歷時(shí)T=1 850 s。

（c）結(jié)合以上數(shù)據(jù)，據(jù)《工程地質(zhì)手冊》（第四版）式 6-3-3、6-3-4、6-3-5 得：

泥石流固體物質(zhì)密度ρs：

泥石流泥砂修正系數(shù)φ：

阻力系數(shù)α：

（d）據(jù)《工程地質(zhì)手冊》（第四版）表6-3-5、I=0.124≥0.015及相關(guān)收集資料取河床外阻力系數(shù)mw=3.8。

（e）據(jù)《工程地質(zhì)手冊》（第四版）北京地區(qū)經(jīng)驗(yàn)公式（據(jù)北京市市政設(shè)計(jì)院）式6-3-7得泥石流斷面平均流速vm：

（f）據(jù)《工程地質(zhì)手冊》（第四版）式6-3-10得泥石流斷面峰值流量Qm：

（g）據(jù)《工程地質(zhì)手冊》（第四版）式6-3-15得通過斷面的一次泥石流總量wm：

石峽溝泥石流在2002年石峽溝中橋建設(shè)期間爆發(fā)過，時(shí)至2013年再次爆發(fā)。結(jié)合以上數(shù)據(jù)，據(jù)《工程地質(zhì)手冊》（第四版）表6-3-1石峽溝泥石流按工程分類屬于Ⅱ2泥石流溝谷。

3 石峽溝泥石流處治方案

方案構(gòu)成：a）清除石峽溝右線中橋至3號(hào)壩上游150 m范圍內(nèi)泥石流堆積體；b）沿溝心線在據(jù)石峽溝中橋40 m處修筑1號(hào)谷坊壩（壩體均采用C15片石混凝土），沿溝心線與1號(hào)壩分別相距150 m、300 m修筑2、3號(hào)谷坊壩；c）修筑養(yǎng)護(hù)便道。谷坊壩的主要作用：回淤壓腳、穩(wěn)定崩坡積物及固定河床；通過谷坊壩有效庫容，阻攔或減少過壩泥石流物。

谷坊壩壩體材料采用C15片石混凝土，三道壩壩頂軸線全長累計(jì)180 m，圬工用量合計(jì)4 384.1 m3，清除主河槽的固體堆積物9 765 m3，修筑便道400 m。谷坊壩壩頂寬為1.5 m，上游坡面為1∶0.6，下游坡面1∶0.1。在壩頂隔15 m設(shè)置溢流口，寬度6 m，深度1.0 m。在谷坊壩中下部位布置單排泄水孔，孔高0.5～2.0 m，直徑0.3 m，間距2.0 m。壩體邊部嵌入邊坡寬度不小于50 cm。

圖5 谷坊壩平面布置圖

圖6 1號(hào)谷坊壩立視圖

圖7 1號(hào)谷坊壩剖面圖

圖8 2號(hào)谷坊壩立視圖

圖9 2號(hào)谷坊壩剖面圖

圖10 3號(hào)谷坊壩立視圖

圖11 3號(hào)谷坊壩剖面圖

4 結(jié)論

a）盡管本方案能有效延緩石峽溝泥石流侵蝕速度，防治泥石流對(duì)G55高速公路及下游新莊的潛在危害，但也必須在上游坡面植樹造林，加快森林植被和草被生長。工程措施與生物措施密切結(jié)合才能更有效地防治泥石流。

b）自2002年石峽溝中橋建設(shè)期間爆發(fā)過，時(shí)至2013年再次爆發(fā)，因此建議養(yǎng)護(hù)期間每10年清理一次壩后泥石流堆積物。