CN102373692B - 一种箱体衬砌式泥石流排导槽及其应用和施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种适用于很大沟床纵比降泥石流的箱体衬砌式泥石流排导槽及其施工方法。所述排导槽包括槽底及其两侧的侧墙，槽底包括横向贯穿型肋槛和充填于上下游肋槛之间、呈阶梯状分布的若干级消能槛，每一级消能槛由若干预制好的钢筋混凝土长方箱体沿横向贯穿排导槽方向相连构成；长方箱体顶面开敞、其余五面封闭、内部装填土体。与现有技术相比，本发明利用长方箱体内装填土体与泥石流相互作用来消耗部分泥石流运动动能，调控泥石流流速，控制泥石流对槽底的磨蚀和冲刷，提高排导槽安全性，减少后期维护费用；与全衬砌型槽相比，节省施工期10～30％，后期维护费用降低50～80％，与软基消能型槽相比，后期维护费用降低30～50％。

Description

一种箱体衬砌式泥石流排导槽及其应用和施工方法

技术领域

本发明涉及一种泥石流防治技术，特别是涉及一种适用于很大沟床纵比降泥石流的箱体衬砌式泥石流排导槽及其施工方法。

背景技术

泥石流灾害是我国地质灾害的主要类型之一。随着山区经济的发展、西部大开发的深化，泥石流工程治理需求越来越旺盛。排导槽作为泥石流防治工程的主要类型之一，在泥石流治理中大量使用。

在汶川地震后，大量的崩塌滑坡为泥石流的形成提供了丰富的固体物质来源，出现了大量的特小流域泥石流和坡面泥石流，这类泥石流的沟床纵比降很大，一般超过0.15，甚至达到0.50。针对沟床比降很大的泥石流，如果使用目前常用的全衬砌型泥石流排导槽(俗称V型槽)来排导槽泥石流，会出现因泥石流在槽中运动速度太大而强烈磨蚀槽底，导致大大降低排导槽的使用寿命、增加运行期的维护费用。针对沟床比降很大的泥石流，如果使用目前常用的肋槛软基消能型泥石流排导槽(俗称东川槽)来排导泥石流，当肋槛间距较大时，会出现泥石流跌落高差过大，与槽底土体强烈作用而冲刷槽底，威胁肋槛安全，导致排导槽整体破坏；当肋槛间距较小时，不但会大大增加工程投资，也不能很好保障肋槛的安全。

发明内容

本发明的目的就是针对现有技术的不足，针对沟床纵比降很大情况下泥石流强烈的磨蚀和冲刷作用常造成排导槽槽底严重破坏、无法正常使用、后期维护费用高昂的情况，提供一种安全性高、后期维护费用少、有利于沟道生态修复、适用于很大沟床纵比降泥石流的箱体衬砌式泥石流排导槽及其施工方法。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：

本发明提出的一种基于长方箱体快速装配衬砌槽底的箱体衬砌式泥石流排导槽，包括排导槽槽底及其两侧的排导槽侧墙，所述排导槽槽底包括横向贯穿型肋槛和充填于上下游肋槛之间、呈阶梯状分布的若干级消能槛，每一级消能槛由若干预制好的钢筋混凝土长方箱体沿横向贯穿排导槽方向相连构成；长方箱体顶面开敞、其余五面封闭、内部装填土体。利用顶面开敞、其余五面封闭的钢筋混凝土长方箱体衬砌排导槽槽底，不仅能依靠长方箱体自身的重力使槽底具有较高稳定性，更重要的是当泥石流从箱体顶面流动时使泥石流体与箱体内土体相互作用，消耗部分泥石流运动的动能，实现调控泥石流流速的目的，从而控制泥石流对排导槽槽底的磨蚀和冲刷，提高排导槽安全性，减少后期维护费用。衬砌槽底的长方箱体为事先预制，不仅能缩短排导槽的施工周期，而且能减小对排导槽周边环境的影响。

长方箱体内部、装填土体的上方可以覆盖一定厚度的营养土和草籽，这样可以在不通过泥石流时让槽底自我快速恢复生态。本发明提出的箱体衬砌式泥石流排导槽特别适用于沟床纵比降i为0.15-0.50的泥石流。

所述排导槽槽底的横向贯穿型肋槛，主要根据排导槽底宽度、槽底沟床纵比降i来规划，主要参数包括上下游肋槛间间距、肋槛几何尺寸。上下游肋槛间间距L一般取6-20m，肋槛基础埋深H一般取1.5-2.5m，肋槛沿纵坡方向宽度B一般取1.0-2.0m；肋槛为混凝土结构，混凝土一般为C30或C25或C20，肋槛也可以是钢筋混凝土结构，配筋率一般为0.5-1.5％；为了保障肋槛的抗磨蚀能力，肋槛顶部0.1-0.2m为钢纤维混凝土，钢纤维的体积含量为0.8-1.5％。

所述长方箱体的几何尺寸根据排导槽侧墙与上下游肋槛围成的空间尺寸、槽底沟床纵比降i进行规划。所述长方箱体的几何尺寸可以如下原则取值：①为了利用长方箱体尽量填充槽底横向(即横向贯穿排导槽方向)空间，长方箱体长边边长a一般考虑两个尺寸，取a’或2a’；a’的确定可以依据排导槽底宽，一般取排导槽底宽为a’的整数倍；为了施工吊装方便，控制长方箱体的重量，一般a’取1.0-1.5m，因此长方箱体长边边长a一般取1.0-1.5m或2.0-3.0m。②为了利用长方箱体尽量填充槽底纵向空间，长方箱体短边边长b一般依据上下游两肋槛间的净间距L-B来确定，一般取L-B为b的整数倍；为了施工吊装方便，控制长方箱体的重量，一般长方箱体短边边长b取1.0-2.0m。③长方箱体高度h根据长方箱体短边边长b、沟床纵比降i来确定，取值原则为：b越大时h取值越大、沟床纵比降i越大时h取值越大，长方箱体高度h一般取0.8-1.5m。预制长方箱体的重量应根据施工运输、吊装条件来确定，一般控制在3000KG以内来估算，即长方箱体重量小于等于3000KG；在控制重量下协调长方箱体长边、短边和高度的设计尺寸。

一般来说，构成同一级消能槛的长方箱体的高度h相等，因此为了保证在同一级消能槛上的长方箱体之间的平面整体性，预制时在长方箱体短边侧壁上设有供长方箱体间沿横向贯穿排导槽方向相连的连接孔(长方箱体长边沿横向贯穿排导槽方向分布，同时长方箱体沿横向贯穿排导槽方向相连构成消能槛，因此连接孔设于长方箱体短边侧壁上)，同一级消能槛上相邻的两个长方箱体间通过连接孔采用螺栓进行连接；连接孔为2-4个，直径一般为0.02-0.03m。为了减小水重量对长方箱体的压力，预制时在长方箱体底板和长方箱体侧壁上设有排水孔，充分排泄长方箱体内的水；长方箱体短边侧壁上的排水孔为2-4个，长方箱体长边侧壁上的排水孔为2-8个，长方箱体底板上的排水孔为2-4个；排水孔为圆孔，直径一般为0.03-0.06m。为了吊装方便，在长方箱体的两端内侧壁上可预留吊装挂钩各1个。

所述的预制长方箱体为不封顶的敞口薄壁长方体，当长方箱体长边边长a为2.0-3.0m时，长方箱体内增加1个与长方箱体短边平行的横隔；增加横隔的目的是增加长方箱体的强度。长方箱体侧壁厚度t₁和底板厚度按照能够承受泥石流的冲击力设计，一般取0.08-0.12m，长方箱体横隔厚度t₂一般取0.06m。

所述长方箱体采用钢筋混凝土结构，长方箱体侧壁和底板为单面或双面配筋，长方箱体横隔为单面配筋，总体体积配筋率为0.5-2.0％，钢筋直径为0.006-0.012m，混凝土一般为C35、或C30、或C25。长方箱体中装填土体，尽量利用沟道内堆积土体材料，装填土体的最大粒径需要根据长方箱体短边边长b或长方箱体长边边长a来确定，一般取二分之一长方箱体短边边长b(即b/2)与二分之一长方箱体长边边长a(即a/2)中的小值，即筛除最大粒径以上土体颗粒再装填；为了保证对过流泥石流的耗能作用，需对装填的土体进行夯实或振捣密实。

所述箱体衬砌式泥石流排导槽的施工方法，具体步骤如下：

A.根据泥石流区域的实际情况规划设计排导槽，包括排导槽槽底宽度、槽底沟床纵比降i、上下游肋槛间间距L、肋槛基础埋深H、肋槛沿纵坡方向宽度B等；根据排导槽槽底(包括排导槽槽底宽度、槽底沟床纵比降i)及肋槛的空间尺寸(包括上下游肋槛间间距L、肋槛基础埋深H、肋槛沿纵坡方向宽度B)规划预制长方箱体的几何尺寸(包括长方箱体高度h、长方箱体短边边长b和长方箱体长边边长a)，同时规划预制长方箱体在排导槽槽底的充填空间位置，即规划每一个长方箱体在槽底的具体位置等。

B.按照设计地基开挖线开挖排导槽的地基，然后施工排导槽侧墙和排导槽槽底的横向贯穿型肋槛，将肋槛与侧墙连为一体，同时将规划的长方箱体在远离排导槽的场地预先制备。

C.将预制好的钢筋混凝土长方箱体在上下游肋槛之间、从下游往上游逐级依次吊装；每吊装一级就将长方箱体进行沿横向贯穿排导槽方向的连接处理，同时在长方箱体内装填开挖地基时挖出的沟道内土体，并将土体夯实或振捣密实，成为一级消能槛；施工完所有消能槛，最终形成箱体衬砌式泥石流排导槽。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：充分利用长方箱体内装填土体与泥石流相互作用来消耗部分泥石流运动动能，调控泥石流流速，控制泥石流对排导槽槽底的磨蚀和冲刷，保障正常排导功能发挥，减少后期维护费用；利用箱体种草，有利于沟道生态修复；与全衬砌型排导槽相比，节省施工期10～30％，后期维护费用降低50～80％，与肋槛软基消能型排导槽相比，工程可靠性大幅度提高，后期维护费用降低30～50％。此外，利用长方箱体的快速组装特点，可将长方箱体在远离排导槽的场地预先制备，与侧墙和肋槛的施工同时进行，既能缩短施工周期，又能减小对排导槽现场周边环境的影响；利用长方箱体可直接装填沟内现存土体，解决施工材料大量运输的问题。

附图说明

图1是当长方箱体长边边长a取1.0-1.5m时的长方箱体示意图。

图2是当长方箱体长边边长a取2.0-3.0m时的长方箱体示意图。

图3是箱体衬砌式泥石流排导槽的俯视示意图。

图4是箱体衬砌式泥石流排导槽的纵剖面示意图。

图中标号如下：

1  长方箱体                    2  肋槛

3  侧墙                        4  连接孔

5  排水孔                      i  沟床纵比降

a  长方箱体长边边长            b  长方箱体短边边长

h  长方箱体高度                t₁ 长方箱体侧壁厚度

t₂ 横隔厚度                    H  肋槛基础埋深

B  肋槛沿纵坡方向宽度          L  肋槛间间距

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的优选实施例作进一步的描述。

实施例一

如图1、图2、图3、图4所示。某泥石流沟流域面积1.5km²，为了控制泥石流灾害，规划在流域中部设置谷坊5座、拦砂坝2座、排导槽400m。针对排导槽，采用如下施工方法进行：

第一步，根据泥石流沟流域情况规划设计排导槽槽底宽度为5.0m、槽底沟床纵比降i为0.50的泥石流排导槽。由于该排导槽的沟床纵比降i≥0.15，拟采用本发明的箱体衬砌式泥石流排导槽。所述箱体衬砌式泥石流排导槽包括排导槽槽底及其两侧的排导槽侧墙3，所述排导槽槽底包括横向贯穿型肋槛2和充填于上下游肋槛2之间、呈阶梯状分布的若干级消能槛，每一级消能槛由若干预制好的钢筋混凝土长方箱体1沿横向贯穿排导槽方向相连构成；长方箱体1顶面开敞、其余五面封闭、内部装填土体，长方箱体1内部、装填土体的上方覆盖营养土和草籽。

根据槽底沟床纵比降i，规划肋槛2参数为：上下游肋槛2间间距L为6m，肋槛2基础埋深H为1.5m，肋槛2沿纵坡方向宽度B为1.0m；肋槛2为混凝土结构，混凝土为C30；肋槛2顶部0.2m为钢纤维混凝土，钢纤维的体积含量为1.5％。

根据规划的排导槽槽底宽度、槽底沟床纵比降i及上下游肋槛2间间距L、肋槛2基础埋深H、肋槛2沿纵坡方向宽度B规划预制长方箱体1的几何尺寸：①长方箱体1长边边长a取两种尺寸a’或2a’，取排导槽底宽为a’的5倍，得长方箱体1长边边长a＝1.0m、2.0m；②长方箱体1短边边长b由上下游两肋槛2间的净间距L-B来确定，取L-B为b的5倍，得长方箱体1短边边长b＝1.0m。③根据长方箱体1短边边长b、沟床纵比降i确定长方箱体1高度h＝1.5m(分别如图1、图2所示)。

从规划的排导槽槽底平面上，规划上述两种规格的长方箱体1每一个在排导槽槽底中的充填空间位置，如图3、图4所示。

第二步，按照设计地基开挖线开挖排导槽的地基，然后施工排导槽侧墙3和排导槽槽底的横向贯穿型肋槛2，将肋槛2与侧墙3连为一体，在开挖地基、施工侧墙3和肋槛2的同时在远离排导槽的场地进行第一步中规划的两种规格长方箱体1的预先制备。

预制时，对长边边长a＝2.0m的长方箱体1内增加1个与长方箱体1短边平行的横隔。长方箱体1侧壁厚度t₁、底板厚度均为0.12m；长方箱体1横隔厚度t₂为0.06m。两种尺寸的长方箱体1均采用钢筋混凝土结构，长方箱体1侧壁、底板和横隔均为单面配筋，总体体积配筋率为2.0％，钢筋直径为0.012m，混凝土为C30。这样两种规格的长方箱体1重量均不超过3000KG，便于利用中小型车辆通过沟内机耕道运输且便于人工简易设备吊装。

预制时在长方箱体1短边侧壁上设有供长方箱体1间采用螺栓进行连接的连接孔4，连接孔4为2个，连接孔4的直径为0.02m。长方箱体1底板和长方箱体1侧壁上设有排水孔5，长方箱体1短边侧壁和底板上的排水孔5分别为2个，两种尺寸的长方箱体1长边侧壁上的排水孔5分别为2、4个，排水孔5是直径为0.03m的圆孔。

第三步，将第二步中预制好的钢筋混凝土长方箱体1在上下游肋槛2之间、从下游往上游逐级依次吊装；每吊装一级就将长方箱体1通过连接孔4进行沿横向贯穿排导槽方向的连接处理，同时在长方箱体1内装填开挖地基时挖出的沟道内土体，装填土体的最大粒径为0.5m，并将土体夯实或振捣密实，然后在装填土体的上方覆盖营养土和草籽，成为一级消能槛；施工完所有消能槛，最终形成箱体衬砌式泥石流排导槽。

实施例二

如图1、图2、图3、图4所示。与实施例一相同之处不在赘述，不同之处在于：针对泥石流沟流域面积5.6km²，规划在流域中部设置谷坊12座、拦砂坝6座、排导槽800m。针对排导槽，采用如下施工方法进行：

第一步，根据泥石流沟流域情况规划设计排导槽槽底宽度为7.5m、槽底沟床纵比降i为0.15的泥石流排导槽。

根据槽底沟床纵比降i，规划肋槛2参数为：上下游肋槛2间间距L为20m，肋槛2基础埋深H为2.5m，肋槛2沿纵坡方向宽度B为2.0m；肋槛2为钢筋混凝土结构，配筋率为0.5％；肋槛2顶部0.1m为钢纤维混凝土，钢纤维的体积含量为0.8％。

规划预制长方箱体1的几何尺寸：①长方箱体1长边边长a考虑两个尺寸a’或2a’，取排导槽底宽为a’的5倍，长方箱体1长边边长a＝1.5m、3.0m；②长方箱体1短边边长b取上下游两肋槛2间的净间距L-B来确定，取L-B为b的9倍，长方箱体1短边边长b＝2.0m。③根据长方箱体1短边边长b、沟床纵比降i确定长方箱体1高度h＝0.8m。

第二步，预制时，对长边边长a＝3.0m的长方箱体1内增加1个与长方箱体1短边平行的横隔。长方箱体1侧壁厚度t₁、底板厚度均为0.08m。两种尺寸的长方箱体1均采用钢筋混凝土结构，长方箱体1侧壁和底板为双面配筋，横隔为单面配筋，总体体积配筋率为0.5％，钢筋直径为0.006m，混凝土为C25。

连接孔4为4个，连接孔4的直径为0.03m。长方箱体1短边侧壁和底板上的排水孔5分别为4个，两种尺寸的长方箱体1长边侧壁上的排水孔5分别为4、8个，排水孔5是直径为0.06m的圆孔。

第三步，装填土体的最大粒径为0.75m。

Claims (10)

1.一种箱体衬砌式泥石流排导槽，包括排导槽槽底及其两侧的排导槽侧墙(3)，其特征在于：所述排导槽槽底包括横向贯穿型肋槛(2)和充填于上下游肋槛(2)之间、呈阶梯状分布的若干级消能槛，每一级消能槛由若干预制好的钢筋混凝土长方箱体(1)沿横向贯穿排导槽方向相连构成；长方箱体(1)顶面开敞、其余五面封闭、内部装填土体。

2.根据权利要求1所述的箱体衬砌式泥石流排导槽，其特征在于：长方箱体(1)内部、装填土体的上方覆盖营养土和草籽。

3.根据权利要求1或2所述的箱体衬砌式泥石流排导槽，其特征在于：上下游肋槛(2)间间距L为6-20m，肋槛(2)基础埋深H为1.5-2.5m，肋槛(2)沿纵坡方向宽度B为1.0-2.0m；肋槛(2)为混凝土或钢筋混凝土结构，肋槛(2)顶部0.1-0.2m为钢纤维混凝土，钢纤维的体积含量为0.8-1.5％。

4.根据权利要求1或2所述的箱体衬砌式泥石流排导槽，其特征在于：长方箱体(1)长边边长a为1.0-1.5m或2.0-3.0m；长方箱体(1)短边边长b为1.0-2.0m；长方箱体(1)高度h为0.8-1.5m；长方箱体(1)重量小于等于3000KG。

5.根据权利要求4所述的箱体衬砌式泥石流排导槽，其特征在于：长方箱体(1)短边侧壁上设有供长方箱体(1)间相连的连接孔(4)，长方箱体(1)底板和长方箱体(1)侧壁上设有排水孔(5)。

6.根据权利要求5所述的箱体衬砌式泥石流排导槽，其特征在于：连接孔(4)为2-4个，直径为0.02-0.03m；长方箱体(1)短边侧壁上的排水孔(5)为2-4个，长方箱体(1)长边侧壁上的排水孔(5)为2-8个，长方箱体(1)底板上的排水孔(5)为2-4个，排水孔(5)直径为0.03-0.06m。

7.根据权利要求4所述的箱体衬砌式泥石流排导槽，其特征在于：当长方箱体(1)长边边长a为2.0-3.0m时，长方箱体(1)内增加1个与长方箱体(1)短边平行的横隔；长方箱体(1)侧壁厚度t₁、底板厚度为0.08-0.12m，长方箱体(1)横隔厚度t₂为0.06m。

8.根据权利要求7所述的箱体衬砌式泥石流排导槽，其特征在于：长方箱体(1)侧壁和底板为单面或双面配筋，长方箱体(1)横隔为单面配筋，总体体积配筋率为0.5-2.0％，钢筋直径为0.006-0.012m；长方箱体(1)内部装填土体的最大粒径取二分之一长方箱体(1)短边边长b与二分之一长方箱体(1)长边边长a中的小值。

9.如权利要求1所述的箱体衬砌式泥石流排导槽的应用，其特征在于：适用于沟床纵比降i为0.15-0.50的泥石流。

10.如权利要求1所述的箱体衬砌式泥石流排导槽的施工方法，其特征在于：所述箱体衬砌式泥石流排导槽的施工方法，具体步骤如下：

A.根据排导槽槽底及肋槛(2)的空间尺寸规划长方箱体(1)的几何尺寸，同时规划长方箱体(1)在排导槽槽底的充填空间位置；

B.按照设计地基开挖线开挖排导槽的地基，然后施工排导槽侧墙(3)和排导槽槽底的横向贯穿型肋槛(2)，将肋槛(2)与侧墙(3)连为一体，同时将规划的长方箱体(1)在远离排导槽的场地预先制备；

C.将预制好的钢筋混凝土长方箱体(1)在上下游肋槛(2)之间、从下游往上游逐级依次吊装；每吊装一级就将长方箱体(1)进行沿横向贯穿排导槽方向的连接处理，同时在长方箱体(1)内装填开挖地基时挖出的沟道内土体，并将土体夯实或振捣密实，成为一级消能槛；施工完所有消能槛，最终形成箱体衬砌式泥石流排导槽。

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