鳳城市石城鎮(zhèn)車(chē)頭峪村泥石流治理防治工程分析

喬 云 航

(1.遼寧有色勘察研究院有限責(zé)任公司，遼寧 沈陽(yáng) 110013； 2.深部巖土力學(xué)與地下工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室東北中心,遼寧 沈陽(yáng) 110013)

0 引言

泥石流屬于一種自然災(zāi)害，對(duì)人類的生存環(huán)境會(huì)造成非常嚴(yán)重的破壞，泥石流的發(fā)生在山區(qū)比較嚴(yán)重[1,2]。地處遼寧省內(nèi)的鳳城市屬于發(fā)生自然災(zāi)害比較嚴(yán)重的地區(qū)，每年在遇到暴雨季節(jié)的時(shí)候都會(huì)發(fā)生嚴(yán)重的泥石流災(zāi)害，泥石流的發(fā)生給該地區(qū)的居民造成嚴(yán)重的生命與財(cái)產(chǎn)安全損失。該地區(qū)屬于山丘地帶，整體地形地貌具有強(qiáng)烈的切割感，溝床和扇形地上巨礫遍布。流域長(zhǎng)寬比值較大，完整系數(shù)中值偏大，故從形態(tài)上分析流域的匯流條件較好。從流域的高差可知流域的能量能滿足泥石流形成需要，是溝谷型泥石流的典型代表，通過(guò)對(duì)泥石流形成的具體原因進(jìn)行深入分析和探討，這對(duì)整治整個(gè)東北地區(qū)的泥石流意義重大。

1 自然環(huán)境概況

1.1 災(zāi)害發(fā)生點(diǎn)地理位置和自然條件

在該地區(qū)發(fā)生泥石流比較嚴(yán)重的地區(qū)是長(zhǎng)甸鎮(zhèn)，該地位于遼寧省鳳城市車(chē)頭峪村白家堡子下堡東部溝谷，溝口地理坐標(biāo)為東經(jīng)124°20′03″，北緯40°40′16″。該地區(qū)屬于山丘地帶，整體地形地貌具有強(qiáng)烈的切割感，溝床和扇形地上巨礫遍布，總體地勢(shì)西低東高。溝床和扇形地上巨礫遍布。流域長(zhǎng)寬比值較大，完整系數(shù)中值偏大，故從形態(tài)上分析流域的匯流條件較好。從流域的高差可知流域的能量能滿足泥石流形成需要。從溝床特征分析，在由松散物質(zhì)分布的流通區(qū)內(nèi)，物質(zhì)堆積較厚，流通區(qū)溝床5.6°左右，溝道無(wú)堵塞，在水動(dòng)力充足的情況下就會(huì)在內(nèi)匯水沖刷作用下導(dǎo)致物質(zhì)波動(dòng)。

1.2 氣候與水文條件

本文研究項(xiàng)目地處長(zhǎng)白山脈南延部分，這里的氣候條件屬于大陸季風(fēng)氣候，具有比較分明的節(jié)氣，每年降水量平均達(dá)到996.6 mm，每年的降水主要集中在7月、8月份，其中最大降水量可以達(dá)到1 692.8 mm。

治理區(qū)泥石流流域?yàn)閰ズ又Я?，溝口以西約300 m即是叆河主河道。璦河為項(xiàng)目區(qū)附近最大的地表水體，是鴨綠江水系較大支流，也是丹東市境內(nèi)最大的一條河流，流域面積5 902.0 km2，年徑流量22.5億m3，流向至北向南，雨季時(shí)常發(fā)生較大規(guī)模洪水。治理區(qū)巖土體含水量較低，主要為第四系松散巖類孔隙水及基巖裂隙水，地下水位埋深隨季節(jié)而變化。含水層水位埋深1.6 m～4.5 m；基巖裂隙水含水層水位埋深2.0 m～5.5 m，通過(guò)大氣降水補(bǔ)給，蒸發(fā)和地表徑流排泄。溝谷內(nèi)只有在雨季才有水，流量隨季節(jié)變化較大，雨季有洪流。

2 地層巖性、地質(zhì)構(gòu)造

該區(qū)地層主要為第四系坡積洪積的漂石、塊石、碎石土，含少量中粗砂和少量粘土。基巖為印支期花崗巖和后期煌斑巖脈。

3 泥石流災(zāi)害情況

2010年8月22日，受副熱帶高壓和冷渦低渠影響，8月19日開(kāi)始遼寧省出現(xiàn)持續(xù)強(qiáng)降水天氣，項(xiàng)目區(qū)日最大降水量達(dá)到200 mm，22日凌晨，車(chē)頭峪村白家堡子下堡東部溝谷(本項(xiàng)目區(qū))爆發(fā)泥石流，溝岸山坡局部出現(xiàn)小規(guī)?；?，泥石流堆積區(qū)物質(zhì)沖毀溝口三毛線公路，造成交通阻塞達(dá)一個(gè)月之久，造成石城鎮(zhèn)8個(gè)村民組的群眾生活及出行不便，由于及時(shí)采取了攔擋措施，松散固體物質(zhì)未沖毀民房，沒(méi)有造成人員傷亡。

4 工程治理原則及措施

4.1 治理原則

1)全面規(guī)劃，重點(diǎn)突出。

在對(duì)泥石流進(jìn)行預(yù)防和規(guī)劃過(guò)程中需要結(jié)合泥石流的發(fā)生條件以及特點(diǎn)等情況進(jìn)行綜合分析。在具體預(yù)防過(guò)程中需要突出重點(diǎn)因素，打破地域條件限制，達(dá)到因害設(shè)防的效果。在具體執(zhí)行過(guò)程中需要與國(guó)家的資源開(kāi)發(fā)、城鄉(xiāng)建設(shè)以及國(guó)土整治等政策緊密結(jié)合，真正實(shí)現(xiàn)通過(guò)泥石流的治理來(lái)改善當(dāng)?shù)氐慕?jīng)濟(jì)以及生態(tài)環(huán)境。

2)堅(jiān)持以防為主，防治結(jié)合，除害興利的方針。

3)結(jié)合實(shí)際，注意節(jié)約，做到經(jīng)濟(jì)合理、技術(shù)可行。

根據(jù)石城鎮(zhèn)車(chē)頭峪村楊樹(shù)溝內(nèi)居民情況，泥石流造成的經(jīng)濟(jì)損失、死亡人數(shù)、工程投資以及預(yù)期經(jīng)濟(jì)損失五個(gè)要素進(jìn)行分析，具體分析標(biāo)準(zhǔn)參照《泥石流災(zāi)害防治工程設(shè)計(jì)規(guī)范》[3]，本項(xiàng)目的工程等級(jí)定義為三級(jí)，如表1所示。

表1 泥石流預(yù)防工程具體設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)

4.2 設(shè)計(jì)參數(shù)選取及計(jì)算

計(jì)算過(guò)程中假設(shè)泥石流流速為Vc，流體重度γc，計(jì)算公式為：

其中，γH為固體物質(zhì)重度，具體數(shù)值為25 kN/m3；Hc為計(jì)算截面的平均泥深，數(shù)值為2 m；IC為泥石流水力坡度，具體數(shù)值為3.4%；n為泥石流溝床的糙率系統(tǒng)，具體數(shù)值為0.02；φ為泥石流泥沙修正系數(shù)，通過(guò)近年數(shù)據(jù)表查詢得0.875。

通過(guò)計(jì)算得到Vc=4.47 m/s。

對(duì)于泥石流的流量計(jì)算主要是基于雨洪計(jì)算法完成：

QC=KQ·QB·D。

其中，QB為清水洪峰流量，假設(shè)每30年發(fā)生一次泥石流，那么形成匯水面積為1.75 km2，通過(guò)計(jì)算可以得到洪峰流量為32.07 m3/s；KQ為泥石流流量修正系數(shù)1+φ，具體數(shù)值取1.875；D為堵塞系數(shù)，如果河道沒(méi)有堵塞則取1.0。

通過(guò)上面公式計(jì)算得到泥石流流量QC=34.69 m3/s。

對(duì)河道的橫斷面積可以采用下面公式計(jì)算：

其中，BX為排導(dǎo)渠的寬度，m，取5.5 m；BL為流通區(qū)溝道寬度，m，取10 m；HL為流通區(qū)溝道泥石流厚度,m，1.0 m；HX為排導(dǎo)渠設(shè)計(jì)泥石流厚度，m；nX為排導(dǎo)渠的粗糙系數(shù)，取0.017；nL為泥石流溝床的粗糙系數(shù)，取0.020；IX為排導(dǎo)渠縱坡降；IL為流通區(qū)溝道縱坡降，該數(shù)值與IX相同。

通過(guò)計(jì)算，HX為1.30 m；排導(dǎo)渠安全超高ΔH取0.7 m，則排導(dǎo)渠深度H=HX+ΔH=2 m。

4.3 治理措施

4.3.1格賓網(wǎng)籠谷坊壩

根據(jù)場(chǎng)地實(shí)際情況在溝谷上游設(shè)置谷坊壩以消能，阻滯泥砂輸移。谷坊壩1長(zhǎng)度為40 m，埋深1.5 m，地面以上壩高2.5 m；谷坊壩2長(zhǎng)度為18 m，埋深1.5 m，地面以上壩高2 m；谷坊壩3長(zhǎng)度為13 m，埋深1 m，地面以上壩高1 m；基礎(chǔ)持力層均選用碎石土層。三座谷坊壩均為透水壩，采用防腐格賓網(wǎng)籠內(nèi)填毛石制成，格賓網(wǎng)網(wǎng)距80×100，伸長(zhǎng)率10%～20%，強(qiáng)度大于450 MPa，外包塑料。毛石采用MU30，籠內(nèi)布設(shè)直徑200 mm水泥泄水管，水平間距1.5 m，豎向間距0.5 m，呈梅花狀布設(shè)，傾角5%，以確保水能順利透過(guò)。

4.3.2匯水堤及排導(dǎo)渠修建

在該地區(qū)所形成的泥石流流通區(qū)主要是因?yàn)殚L(zhǎng)期的雨水沖刷導(dǎo)致，大量的漂石在河道中造成堵塞。這就給沿岸的居民生活造成較大困擾。因此需要采用挖掘機(jī)來(lái)對(duì)河道中堵塞的漂石進(jìn)行清理，清理長(zhǎng)度約為584.0 m，清理厚度約0.6 m～2.5 m，清理出的漂石、碎石堆積除用于排導(dǎo)渠及擋土墻側(cè)壁背后填土外，這些物質(zhì)還可以被用作對(duì)道路的修正，多余的碎石要運(yùn)到下游，穩(wěn)固河岸，或堆積在附近三毛線公路的坡腳，用于穩(wěn)定公路邊坡角。

泥石流排導(dǎo)渠采用毛石砌筑，地基采用天然碎石土地基，若開(kāi)挖時(shí)遇到地基土較軟應(yīng)采用夯實(shí)或換填方法予以處理。毛石強(qiáng)度等級(jí)MU30，水泥砂漿強(qiáng)度等級(jí)M10，砌筑采用擠漿法，排導(dǎo)渠長(zhǎng)度545 m，尺寸為上口6.5 m，下口5.5 m，渠深2.0 m，基礎(chǔ)埋入深度1.5 m，部分區(qū)段渠壁與護(hù)坡?lián)跬翂Y(jié)合在一起，渠壁設(shè)置2排～3排泄水孔，水平間距2 m呈梅花形布設(shè)，進(jìn)水口為0.1 m×0.1 m矩形截面，孔后設(shè)碎石反濾包。泄水孔內(nèi)壁兩側(cè)及底面用M10水泥砂漿抹面，抹面厚度10 mm。

4.3.3農(nóng)用橋修建

由于排洪道的修筑，導(dǎo)致村民無(wú)法從溝底通過(guò)到達(dá)溝南側(cè)村民蠶場(chǎng)及山場(chǎng)，為方便村民通行(行人)，在排洪道靠近水井處修筑4.0 m寬的小橋一座。由于橋的墩臺(tái)在溝道內(nèi)砌筑，因此在砌筑時(shí)應(yīng)采取必要的截排水措施。建議分兩階段施工，采用水泵排水。新建橋涵橋面采用鋼筋混凝土預(yù)制板，橋的兩端搭設(shè)在排導(dǎo)渠側(cè)壁上，作為橋墩使用的排導(dǎo)渠段渠側(cè)壁采用毛石混凝土澆筑，毛石混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C25，毛石摻入量為25%。橋墩基礎(chǔ)坐落在碎石土層，埋深同其余地段排導(dǎo)渠側(cè)壁，為1.5 m，地基承載力不小于200 kPa；橋下排導(dǎo)渠底采用毛石混凝土澆筑，不同于其余排導(dǎo)渠底的干砌毛石砌筑形式，毛石混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C25，毛石摻入量為25%。橋板采用《沈陽(yáng)市農(nóng)村道路建設(shè)工程小橋涵定型設(shè)計(jì)8米跨鋼筋混凝土面板》，板厚280 mm，橋板配筋見(jiàn)圖集中SD-6-7(1)。橋板與臺(tái)帽之間以及板間縫隙使用M10水泥砂漿灌實(shí)。橋兩側(cè)設(shè)置鋼筋混凝土護(hù)欄，護(hù)欄高0.5 m，橫截面為0.2 m×0.2 m，間距0.5 m，混凝土強(qiáng)度等級(jí)C25。

5 結(jié)語(yǔ)

該工程的研究與當(dāng)?shù)鼐用竦纳c財(cái)產(chǎn)安全關(guān)系緊密，所以工程的實(shí)施得到當(dāng)?shù)鼐用竦拇罅χС?。在該地區(qū)通過(guò)開(kāi)展地質(zhì)災(zāi)害治理使災(zāi)害的發(fā)生得到了有效控制，同時(shí)還有效改善了當(dāng)?shù)鼐用竦纳姝h(huán)境以及生活質(zhì)量，同時(shí)對(duì)維護(hù)社會(huì)穩(wěn)定具有重要意義，其社會(huì)效益、環(huán)境效益遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于經(jīng)濟(jì)效益。