CN103088791A

CN103088791A - 一种消能式排导拦挡结合的泥石流拦砂坝

Info

Publication number: CN103088791A
Application number: CN2013100618334A
Authority: CN
Inventors: 邹玉华; 陈晓清
Original assignee: Institute of Mountain Hazards and Environment IMHE of CAS
Current assignee: Institute of Mountain Hazards and Environment IMHE of CAS
Priority date: 2013-02-27
Filing date: 2013-02-27
Publication date: 2013-05-08
Anticipated expiration: 2033-02-27
Also published as: CN103088791B

Abstract

本发明公开了一种消能式排导拦挡结合的泥石流拦砂坝。所述拦砂坝包括坝体基础及设于坝体基础之上的坝体主体；所述坝体主体包括若干按一定间距分布的支墩，每两个支墩间设有卧式格栏，支墩较卧式格栏向上游延伸，卧式格栏地面上高度H为0.5-1.0m，卧式格栏内部中空形成排水孔，排水孔中设有支撑用的横向梁和纵向梁。与现有技术相比，本发明利用支墩支撑坝体和拦挡粗粒；利用排水孔排导过坝泥石流的水分，破坏泥石流结构性，防止结构性淤堵；利用卧式格栏进行消能式排导，增大坝体过流能力，使得整个拦砂坝不易淤堵，增大一次过流泥石流后再次抵御泥石流的能力，同时不至于危及下游安全。

Description

一种消能式排导拦挡结合的泥石流拦砂坝

技术领域

本发明涉及一种泥石流防治技术，特别是涉及一种基于支墩拦粗排细、卧式格栏消能排导的消能式排导拦挡结合的泥石流拦砂坝。

背景技术

泥石流具有比水流高得多的容重，其包含碎屑土的流体二元结构具有特殊性，表现出惯性高、输移力强、冲击力巨大等特点。泥石流运动产生的强烈冲刷，导致沟床发生剧烈改变，引起沟床揭底和沟岸崩塌，增加了补给泥石流的固体物质来源，增大了泥石流的危害，对两岸危险区内的城镇、村庄、道路、水渠、电力、通讯线路等基础设施，以及农田、森林等造成严重危害。因此，开发有效拦挡泥石流、减小泥石流冲击力的拦砂坝，对于减小泥石流的破坏力，提高下游防护对象的安全性，具有重大的社会经济意义和生态环境意义。

泥石流拦砂坝是泥石流工程防治中的重要工程,根据不同地区泥石流流通区的地形地貌条件并结合泥石流自身的特点，可选用包括传统的窗口式重力坝、拱坝、梳齿坝、格栅坝、刚性格子坝、钢索网格坝等各种经济适用的拦砂坝。但是这些现有的拦砂坝均是采用充分拦挡模式，主要依靠大坝自身库容对泥石流产生拦挡作用。由于许多地区泥石流松散物质极为丰富，地震灾区重灾区尤其如此，泥石流发生规模和频率变化难以准确预测，而拦挡型大坝的库容往往有限，一次大型泥石流就可能导致其很快被淤满，从而丧失对后续泥石流的拦挡作用。

发明内容

本发明的目的就是针对现有技术的不足，避免现有拦挡型泥石流拦砂坝易于被淤满的缺陷，提供一种消能式排导拦挡结合的泥石流拦砂坝，既能对泥石流进行拦挡又能对泥石流进行排导、消能综合调控，防止泥石流拦砂坝满库运行的溃坝风险，同时有效控制泥石流对下游的冲刷破坏作用。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：

本发明提出的一种消能式排导拦挡结合的泥石流拦砂坝，包括坝体基础及设于坝体基础之上的坝体主体。所述坝体主体包括若干按一定间距分布的支墩，每两个支墩间设有卧式格栏；支墩较卧式格栏向上游延伸，卧式格栏地面上高度H为0.5-1.0m，卧式格栏内部中空形成排水孔，排水孔中设有支撑用的横向梁和纵向梁。为了使卧式格栏不受到巨石的冲击，支墩较卧式格栏向上游方向延伸一定的距离，支墩较卧式格栏向上游延伸的距离L为0.3-0.5m。排水孔的大小视泥石流中含水量而定。

卧式格栏的上游面和下游面设有坡度，其坡降1:n为1:1；支墩的上游面和下游面也设有坡度，其坡降1:t为1:0.25-1:0.2；一方面防止巨石掏刷卧式格栏或支墩底角，另一方面使卧式格栏斜坡和支墩斜坡一起承担一定的泥石流负重，加强卧式格栏和支墩的稳定性。

本发明的泥石流拦砂坝是一种基于泥石流拦粗排细、水土分离原理的卧式格栏支墩拦砂坝，具有拦挡巨石和消能式排导泥石流的功能。通过具有一定间距的支墩拦挡巨石，并由支墩斜坡承担一部分巨石压重，一方面防止巨石掏刷支墩底角，另一方面加强支墩的稳定性。通过卧式格栏提高泥石流过流断面的糙率，消减过坝泥石流的动能，同时利用卧式格栏低矮（卧式格栏地面上高度H仅为0.5-1.0m）的特性利于泥石流翻坝，实现消能式排导。通过卧式格栏的间隙将过坝泥石流水土分离，然后利用排水孔排泄水流，破坏泥石流的结构性，使得部分泥石流停淤在卧式格栏上，另一部分翻坝后因速度降低而缓慢铺至下游沟道上；排水孔的设计一方面破坏泥石流的结构性，防止结构性淤堵，另一方面透水消能，防止拦砂坝支墩间隙坝基底部的冲刷。

根据不同沟道中的泥石流松散物源量，以及物源中的大颗粒尺寸，支墩间间距B为1.2-3.0m；由于间距较大，过坝泥石流不易淤堵支墩开口断面，比泄流窗口容易淤堵的窗口式重力坝的拦粗排细的长期使用效果更为显著。根据加糙程度的需求不同，卧式格栏的栏间距B0为0.03-0.05m。在实际工程中可通过下游河道过流能力，初步确定泥石流的过坝物源量和过坝流速，由支墩间间距B及卧式格栏的栏间距B0来分别调节泥石流的过坝流量和过坝糙率。

本发明的泥石流拦砂坝中的卧式格栏与支墩是分离式组合结构，并非直接连接，卧式格栏与支墩之间容许产生变形，不影响坝体的整体稳定性，因此本发明的拦砂坝可适用于较宽阔的沟道。过坝泥石流先由支墩拦挡巨石，可通过支墩间距的泥石流颗粒才可以经过下排水式的卧式格栏，停淤在卧式格栏上，若第二场泥石流过坝时，之前在卧式格栏上的底床可以起到减阻停淤作用，若过坝流量超过负荷，过坝的较细颗粒泥石流将渐次输导到下游沟床。

对于粘性较低（如含砂水流及稀性泥石流）、沟床比降较大（大于10%）的泥石流，通过支墩拦挡巨石，能够消去泥石流中的大部分能量，使之具有较高的消能率；对于粘性较高（如粘性泥石流）、沟床比降较小（小于等于10%）的泥石流，通过卧式格栏底部排水孔排水，使得泥石流淤积停滞，在消能的同时泄流，减小粘性泥石流的过流速度，从而防止粘性泥石流的结构性淤堵情况，有效地解决粘性泥石流的快速淤坝而使拦砂坝失效的问题。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：利用支墩支撑坝体和拦挡粗粒；利用排水孔排导过坝泥石流的水分，破坏泥石流结构性，防止结构性淤堵；利用卧式格栏进行消能式排导，增大坝体过流能力，使得整个拦砂坝不易淤堵，增大一次过流泥石流后再次抵御泥石流的能力，同时不至于危及下游安全。

附图说明

图1是本发明的坝体主体立体图。

图2是本发明的坝体主体俯视图。

图3是本发明的坝体主体主视图。

图4是本发明的坝体主体横截面示意图。

图5是本发明的坝体主体侧视图。

图6是过流工况侧视图。

图7是过流工况横截面示意图。

图中标号如下：

1 支墩 2 卧式格栏

3 排水孔 4 横向梁

5 纵向梁

B 支墩间间距 B0 栏间距

Bd 支墩厚度 L0 支墩顶边长

H 卧式格栏地面上高度 L支墩较卧式格栏向上游延伸的距离

1:n 格栏坡降 1:t 支墩坡降

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、图5、图6、图7所示。某泥石流沟流域面积0.5km²，沟道宽20m，泥石流沟床比降为20%，在P_2%的设计标准下，泥石流流量为20m³/s。为了控制泥石流灾害，规划在该泥石流沟道修建消能式排导拦挡结合的泥石流拦砂坝。

所述拦砂坝包括坝体基础及设于坝体基础之上的坝体主体；所述坝体主体包括12根按一定间距分布的钢筋混凝土支墩1，每两个支墩1间设有卧式格栏2。由于沟床比降较大，泥石流下泄势能较大，泥石流搬运巨石能力强且流速大，为了增加对巨石的拦挡作用，在修建拦砂坝时，支墩1间间距B为1.2m；支墩1高9m，支墩1厚度Bd为0.4m，支墩1顶边长L0为1.5m；支墩1的上游面和下游面设有坡度，支墩1坡降1:t为1:0.25。由于沟床比降较大，泥石流中较细颗粒部分动能较大，需要将其能量消耗于卧式格栏2内，通过加密格栏增加卧式格栏2的表面积，加大泥石流过流底面的糙率，因此卧式格栏2的栏间距B0为0.03m；卧式格栏2地面上高度H为1.0m。由于沟床比降较大，泥石流运动动能较大，对拦挡结构物的冲击力也较大，为了防止卧式格栏2受到巨石的冲击，支墩1较卧式格栏2向上游延伸，且支墩1较卧式格栏2向上游延伸的距离L为0.5m。卧式格栏2内部中空形成排水孔3，排水孔3中设有支撑用的横向梁4和纵向梁5。由于流域面积相对较小，泥石流流量及流体中的含水量较少，因此排水孔3高度设计为0.8m。卧式格栏2的上游面和下游面设有坡度，格栏坡降1:n为1:1。

实施例二

如图1、图2、图3、图4、图5、图6、图7所示。某泥石流沟流域面积3.5km²，沟道宽50m，泥石流沟床比降为6%，在P_2%的设计标准下，泥石流流量为60m³/s。为了控制泥石流灾害，规划在该泥石流沟道修建消能式排导拦挡结合的泥石流拦砂坝。

所述拦砂坝包括坝体基础及设于坝体基础之上的坝体主体；所述坝体主体包括14根按一定间距分布的钢筋混凝土支墩1，每两个支墩1间设有卧式格栏2。由于沟床比降较小，流域宽阔，泥石流下泄势能较小，泥石流流速较小，泥石流搬运巨石能力较弱，因此支墩1间间距B设计为3.0m；支墩1高6m，支墩1厚度Bd为0.4m，支墩1顶边长L0为1.5m；支墩1的上游面和下游面设有坡度，支墩1坡降1:t为1:0.2。由于沟床比降较小，泥石流较细颗粒部分动能较小，一方面需要将其部分能量消耗于卧式格栏2内，另一方面需通过增加泥石流过流底面的糙率来增加泥石流过坝的排导能力，因此卧式格栏2的栏间距B0为0.05m；卧式格栏2地面上高度H为0.5m。由于沟床比降较小，泥石流运动动能较小，对拦挡结构物的冲击力也较小，为了防止卧式格栏2受到巨石的冲击，支墩1较卧式格栏2向上游延伸，且支墩1较卧式格栏2向上游延伸的距离L为0.3m。卧式格栏2内部中空形成排水孔3，排水孔3中设有支撑用的横向梁4和纵向梁5。由于流域面积相对较大，泥石流流量及流体中的含水量较多，因此排水孔3高度设计为1.5m。卧式格栏2的上游面和下游面设有坡度，格栏坡降1:n为1:1。

Claims

1.一种消能式排导拦挡结合的泥石流拦砂坝，包括坝体基础及设于坝体基础之上的坝体主体，其特征在于：所述坝体主体包括若干按一定间距分布的支墩（1），每两个支墩（1）间设有卧式格栏（2）；支墩（1）较卧式格栏（2）向上游延伸，卧式格栏（2）地面上高度H为0.5-1.0m，卧式格栏（2）内部中空形成排水孔（3），排水孔（3）中设有支撑用的横向梁（4）和纵向梁（5）。

2.根据权利要求1所述的消能式排导拦挡结合的泥石流拦砂坝，其特征在于：卧式格栏（2）的上游面和下游面设有坡度。

3.根据权利要求2所述的消能式排导拦挡结合的泥石流拦砂坝，其特征在于：卧式格栏（2）上游面和下游面的格栏坡降1:n为1:1。

4.根据权利要求1所述的消能式排导拦挡结合的泥石流拦砂坝，其特征在于：支墩（1）的上游面和下游面设有坡度。

5.根据权利要求4所述的消能式排导拦挡结合的泥石流拦砂坝，其特征在于：支墩（1）上游面和下游面的支墩（1）坡降1:t为1:0.25-1:0.2。

6.根据权利要求1-5任一所述的消能式排导拦挡结合的泥石流拦砂坝，其特征在于：支墩（1）间间距B为1.2-3.0m。

7.根据权利要求1-5任一所述的消能式排导拦挡结合的泥石流拦砂坝，其特征在于：卧式格栏（2）的栏间距B0为0.03-0.05m。

8.根据权利要求1-5任一所述的消能式排导拦挡结合的泥石流拦砂坝，其特征在于：支墩（1）较卧式格栏（2）向上游延伸的距离L为0.3-0.5m。