懸挑式格柵壩在泥石流治理中的應(yīng)用分析

彭興

（中化地質(zhì)礦山總局湖南地質(zhì)勘查院地環(huán)分院 湖南長(zhǎng)沙 410000）

懸挑式格柵壩在泥石流治理中的應(yīng)用分析

彭興

（中化地質(zhì)礦山總局湖南地質(zhì)勘查院地環(huán)分院 湖南長(zhǎng)沙 410000）

懸挑式網(wǎng)格格柵壩是從傳統(tǒng)的網(wǎng)格格柵壩的基礎(chǔ)上逐漸演化而來的，不僅具有網(wǎng)格格柵壩的優(yōu)點(diǎn)，而且在實(shí)際應(yīng)用中，不會(huì)阻礙河流溝谷的正常流通，能夠使得河流溝谷內(nèi)常態(tài)水流更通暢。對(duì)此，本文首先介紹了泥石流的形成及流域分布情況，然后根據(jù)實(shí)例詳細(xì)探究了懸挑式格柵壩在泥石流治理中的應(yīng)用。

懸挑式格柵壩；泥石流治理；應(yīng)用

1 引言

泥石流災(zāi)害較常發(fā)生在地質(zhì)不良的河谷或者陡峭山區(qū)中，一般是由水源激發(fā)所產(chǎn)生的。一旦發(fā)生泥石流災(zāi)害，在較短的時(shí)間內(nèi)就會(huì)對(duì)路基造成嚴(yán)重破壞，并且由于其攜帶大量石塊和泥沙，還會(huì)堵塞河流。因此，加強(qiáng)泥石流災(zāi)害治理研究至關(guān)重要。

2 泥石流的形成及流域分布

2.1 泥石流的形成

冰雪融水、暴雨侵襲等情況都有可能引發(fā)泥石流。泥石流的爆發(fā)具有突然性、運(yùn)動(dòng)速度快、過程短暫等特點(diǎn)。地區(qū)的地形、水文特點(diǎn)、天氣情況以及人類的活動(dòng)都是影響泥石流形成關(guān)鍵因素。具體有以下三方面：①地質(zhì)影響，也就是區(qū)域內(nèi)土質(zhì)松散或有松散的固體物質(zhì)。②地形方面，地形相對(duì)陡峭導(dǎo)致不穩(wěn)定。③外來因素影響也就是其上游受到暴雨侵襲或水庫決堤。

2.2 流域的分布

泥石流的分布大致分為三個(gè)區(qū)：①形成區(qū)一般位于上游地帶，地形多為溝壑縱橫、山坡陡峭、或盆地，是泥石流的形成地帶。②通區(qū)，一般位于中游地帶該地區(qū)溝道狹窄、溝谷地形、溝床順直，泥石流流過此處直瀉山外。③沉積區(qū)，位于下游地帶一般為山谷口處開外接近平原地帶，容易形成較大規(guī)模的洪積扇。

3 工程實(shí)例分析

3.1 工程概況

該河流已經(jīng)發(fā)生多次泥石流（水石流），對(duì)沿河人民的生命財(cái)產(chǎn)影響較嚴(yán)重，造成較大損失，針對(duì)該河流歷年來發(fā)生的泥石流特征，該溝應(yīng)以防洪為主，兼防泥石流，在溝床狹窄處地質(zhì)條件較好、兩岸易于錨固的牛軛灣段設(shè)置一座格柵濾水?dāng)r石壩，該處河谷切割較深，約15m，呈“V”字型谷，開口窄小，坡岸極陡，大于65°，有利于格柵濾水?dāng)r石壩的布設(shè)與安裝，能有效地發(fā)揮濾水?dāng)r石的作用，并且在該處布設(shè)用料少，成本低。

對(duì)于泥石流治理，可以使用格柵壩進(jìn)行防護(hù)，格柵壩具有通透性良好的優(yōu)點(diǎn)，當(dāng)水和泥沙流過隔柵時(shí)，隔柵能夠有效攔截碎石、漂礫，從而起到很好的攔截和疏導(dǎo)作用，有利于減少對(duì)下游河岸的沖刷和河床的淤高，有效控制泥石流對(duì)下游的河岸及建（構(gòu)）筑物的沖擊與淹覆能力。該處工程地質(zhì)條件簡(jiǎn)單，建造與安裝便利，工程投資少，上游停淤場(chǎng)大，交通與地形地貌條件易于清淤，格柵壩運(yùn)行效能高。

3.2 懸挑式網(wǎng)格格柵壩設(shè)計(jì)方案

該格柵壩按泥石流災(zāi)害防治工程安全等級(jí)為四級(jí)、工程設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)為二級(jí)（即50年一遇）的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)。格柵壩采用懸挑式濾水?dāng)r石格柵，懸挑式濾水?dāng)r石格柵通水能力強(qiáng)，通過泥石流沖力使挑柵閉合阻截砂石搬運(yùn)的原理，平時(shí)懸挑格柵對(duì)河流無阻截，不易堵塞河道。該格柵壩設(shè)計(jì)有效庫容約3.2×104m3，據(jù)調(diào)查，上游沿岸廢石零散堆放總量約6×104m3，廢石累進(jìn)流失率40%，約2.4×104m3，滿足要求。柵格壩壩高8m，壩底寬6m，壩底長(zhǎng)9.5m，壩頂長(zhǎng)9m，壩頂寬1.5m，固定格柵高5.77m，挑柵2.23m，固定格柵與挑柵采用鋼活栓栓錨連接，河床清除松散層后在基巖面上鋪筑0.2m厚的C30混凝土。柵格網(wǎng)鋼筋采用準(zhǔn)12的Ⅲ級(jí)冷軋圓鋼，主筋采用Ⅲ級(jí)48×8中空鋼管，鋼梁采用槽鋼20#b型，挑柵挑起時(shí)與河床距30cm，挑角30°，挑臂長(zhǎng)2.23m，格柵規(guī)格20cm×5cm。懸挑式濾水?dāng)r石格柵壩兩翼坡岸采用C30現(xiàn)澆鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)以固定格柵，鋼筋采用準(zhǔn)5的Ⅲ級(jí)冷軋圓鋼，按0.40m×0.40m×0.15m的網(wǎng)格安裝后澆筑C30混凝土，并在兩翼各設(shè)置上下5排預(yù)應(yīng)力錨桿加強(qiáng)懸挑式濾水?dāng)r石格柵壩的穩(wěn)固，預(yù)應(yīng)力錨桿分別在壩兩翼高0.6m、2.4m、4.2m、6.0m、7.6m處水平面布設(shè)，水平間距1.5m，上下排呈梅花型布置，桿長(zhǎng)均為4m，采用準(zhǔn)20×6的HRB400中空鋼管加工，完成鉆孔安裝預(yù)應(yīng)力錨桿后以1.0MPa的壓力全粘結(jié)灌注漿，水泥采用425#普通硅酸鹽水泥，彈性拉索采用高彈性、機(jī)械強(qiáng)度高的膠繩或高強(qiáng)度的彈簧鋼線，推薦使用彈性形變拉力為4.5kN的高強(qiáng)彈力橡（硅）膠繩（如蹦極用高強(qiáng)彈力橡膠繩）。坡腳與河床埋設(shè)擋柵鋼釘，控制懸挑格柵往下游歪扭（圖1～2）。

圖1 懸挑式格柵壩剖面圖

圖2 懸挑式格柵壩兩翼錨桿布設(shè)剖面圖

懸挑格柵在每次攔截砂石之后，應(yīng)及時(shí)河道清淤，并且應(yīng)把懸挑格柵挑度和彈性拉索恢復(fù)原有狀態(tài)，防止河道淤塞，以便下一次泥石流攔截的良好運(yùn)行。

3.3 懸挑式網(wǎng)格格柵壩應(yīng)用效果分析

根據(jù)懸挑式網(wǎng)格格柵壩的運(yùn)行效果來看，該河流水期水流通暢，其正常流通未受挑柵影響。汛期已攔截規(guī)模以上泥石流（水石流）三次，其中最高流量達(dá)30m3/s，最大泥水流速5m/s，經(jīng)多次抗泥石流（水石流）龍頭沖擊，其結(jié)構(gòu)未受破壞，與溝床、坡岸錨固穩(wěn)定性仍較好，無整體或局部變形、位移現(xiàn)象，挑柵與彈性拉索能夠恢復(fù)至初始狀態(tài)。

在挑柵閉合后，上游泥石流（水石流）體臨近網(wǎng)格格柵時(shí)，其流速趨緩，泥（水）位增高，泥石流（水石流）動(dòng)能轉(zhuǎn)換為泥石流（水石流）勢(shì)能和坡岸、格柵壩的接觸應(yīng)力能，其勢(shì)能一部分隨跌水作用釋放，一部分因泥位蓄勢(shì)，轉(zhuǎn)換的接觸應(yīng)力能往兩側(cè)坡岸、山體傳遞而釋放，這樣就極大的消減了泥石流（水石流）的動(dòng)能和沖擊格柵壩的沖力，因此下游河岸沖蝕現(xiàn)象與以往相比明顯較輕或無，并且無水流漫岸現(xiàn)象，河流行洪能力明顯提高。

停淤后，礦山先采取人工掏挖清淤，因溝床水流作用，人工清淤難度較大，后采取機(jī)械+人工輔助的清淤方法，清淤效果極好，采用適宜的清淤方法需考慮場(chǎng)地條件和溝河水流情況等。解決泥渣的運(yùn)輸與堆存也是棘手的問題，部分泥渣流塑性高，在運(yùn)輸方法上受載體條件限制，需采用攜帶密閉箱式的運(yùn)輸工具；泥渣堆存場(chǎng)地選址需進(jìn)行可行性分析與多方案比較，選址時(shí)應(yīng)考慮堆存庫容、運(yùn)距、交通便利條件、預(yù)防水土流失、土地利用狀況等。

在清淤結(jié)束后，挑柵能夠及時(shí)良好的恢復(fù)到初始狀態(tài)，其挑度和挑距與設(shè)計(jì)安裝時(shí)基本吻合，若出現(xiàn)挑距和挑度偏小，應(yīng)及時(shí)對(duì)其進(jìn)行修正，修正時(shí)應(yīng)根據(jù)彈性拉索的恢復(fù)狀態(tài)進(jìn)行調(diào)整。停淤后，應(yīng)及時(shí)清淤恢復(fù)彈性拉索至初始狀態(tài)，否則，彈性拉索在長(zhǎng)時(shí)間高應(yīng)力狀態(tài)作用下，可能使彈性拉索的屈服極限發(fā)生不可逆的變化，回彈不完全，從而影響格柵壩的運(yùn)行和效用。

在格柵壩建造之后的運(yùn)行管理和維護(hù)尤為重要，若管理不當(dāng)或維護(hù)不及時(shí)，可能在下一次泥石流（水石流）之時(shí)攔截效果不佳，甚至造成破壞格柵壩。運(yùn)行管理和維護(hù)工作主要是日常監(jiān)測(cè)檢查、維修保養(yǎng)、及時(shí)清淤、鋼鐵構(gòu)件防腐、避免外因破壞等。格柵壩建造投資成本較低，因其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、用料少，施工安裝難度較??；后期運(yùn)行管理和維護(hù)成本較高，具體體現(xiàn)在安排人員管理的管護(hù)費(fèi)用和清淤工程費(fèi)用。

該工程為預(yù)防常發(fā)性水石流可起到很好的攔渣排水及消能效果，避免沖刷下游河岸、淤塞下游河床；提高河流的行洪能力，避免淹沒下游低洼處生產(chǎn)生活設(shè)施。該工程結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、施工難度小，成本低，但在運(yùn)行期間，清淤工作較難：①清淤方法要得當(dāng)；②泥渣堆存處理要科學(xué)；后期運(yùn)行管理和維護(hù)費(fèi)用可能較高、清淤工作量較大。

該工程為攔截河流山洪泥石流起到良好的效果，為下游工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和勞動(dòng)人民的生命財(cái)產(chǎn)起到保障作用，促進(jìn)當(dāng)?shù)厣鐣?huì)與經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展，可為類似工程提供借鑒。

4 結(jié)語

綜上所述，懸挑式格柵壩在實(shí)際應(yīng)用中，不會(huì)阻截河流，不易堵塞河道，但是在選用彈性拉索時(shí)，彈性形變參數(shù)很難掌握。懸挑式格柵壩一般適用于含有巨石以及大漂礫的水石流中，可以布設(shè)在泥石流與洪水之間的溝道上。未來在對(duì)泥石流治理以及懸挑式格柵壩的應(yīng)用方面，還應(yīng)該加強(qiáng)研究，這樣才能達(dá)到很好的治理效果。

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[3]余正良.泥石流防治工程施工質(zhì)量及安全管理淺析[J].江西建材，2014（18）：291.

P642.23

A

1004-7344（2016）15-0188-02

2016-4-16

彭興（1986-），男，助理工程師，主要從事地質(zhì)工程，地質(zhì)災(zāi)害評(píng)估、勘查、設(shè)計(jì)等各類相關(guān)地質(zhì)工作。