CN105862659A - 一种高频泥石流护岸导流方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高频泥石流护岸导流方法，包括堆叠的格宾石笼和深植于沟床的竖向增强体，格宾石笼和竖向增强体相互融合共同构成柔性顺坝或丁坝；所述柔性顺坝沿沟岸平行于流向设置；丁坝伸入沟心并与流向呈锐角布置；所述竖向增强体采用微型钢管桩或H型钢或木桩，沿顺丁坝轴向呈“品”字型排列分布并采用钢绞线与格宾石笼体连接，下部埋深由泥石流侵蚀深度确定；相邻丁坝之间按一定间距沿流向分布于沟侧，构成护岸导流丁坝群。本发明施工快捷、抗冲性好和地形适应性好，并可就地取材，从而显著降低施工成本，快速减缓泥石流对松散沟岸及沟侧保护对象的威胁，适合于具有松散堆积岸坡和沟侧保护对象的高频泥石流的应急抢险和安全度汛工作。

Description

一种高频泥石流护岸导流方法

技术领域

本发明属于自然灾害预防技术领域，尤其涉及一种高频泥石流护岸导流方法。

背景技术

泥石流是我国常见的汛期地质灾害类型之一，广泛发育于我国的西部地区，尤其是西南山区。泥石流具有暴发突然、冲刷侵蚀等破坏力强、影响范围广等特点，已成为严重影响西部山区道路等基础设施安全和城乡经济发展的重要因素。目前，泥石流防灾减灾形势依然严峻，尤其是震区山体松散的高频泥石流(一个汛期内多次暴发)更加突显了它的重要性。目前泥石流防治工程类型有拦挡坝(谷坊)、桩林、排导槽、停淤场等，这些传统工程的实施都有赖于充裕的施工工期和相对开阔稳定、便于运输的地形条件。在“5.12”地震等强震影响区，由于山坡土体松动、岩体破碎，加之极端天气(局地连续强降雨)的影响，极易形成高频、超高频的泥石流，例如：汶川县磨子沟在2008年雨季期间分别于7月的14日、21日、22日、8月的3日、5日和6日共暴发了6场泥石流，冲毁了沟口的G213国道桥梁并淤埋了约80m的国道；绵竹市小岗剑沟在2009年～2012年期间，共发生泥石流达18次，分别为2009年1场、2010年4场、2011年5场、2012年8场。泥石流在一个年度内的多次频繁暴发，给工程治理等防灾减灾手段的实施带来极大的不便，永久性的防治工程常常只能等待汛期结束后才能开展。另一方面，由于沟道两侧尤其是弯道凹岸常有松散堆积岸坡或民房、道路及工业设施等保护对象的存在，在泥石流的多次冲刷侵蚀下，将可能发生岸坡失稳坍塌、沟道堵溃甚至危及保护对象。因此，在汛期内第一场泥石流暴发时，立即开展快捷有效的沟岸应急防护和沟内导流措施，为后续可能暴发的泥石流提供防灾安全储备是非常有必要的。

传统的泥石流沟岸防护和导流工程多借鉴水工渠道(或河道)的防护模式，采用刚性的混凝土或浆砌石修筑，由于泥石流对沟道的大冲大淤特性，该类护岸导流工程难以确定有效的基础埋深，且不能适应运行过程中地形条件的改变，常由于基础淘蚀、不均匀沉降而产生结构体断裂、倾覆和滑移等失稳破坏，严重影响防治工程的有效性。因此，亟需提出能够自由适应地形变化的柔性防护结构体。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高频泥石流护岸导流方法，旨在解决传统的泥石流沟岸防护和导流工程多借鉴水工渠道(或河道)的防护模式存在难以确定有效的基础埋深，且不能适应运行过程中地形条件的改变，容易在泥石流冲刷下引起结构破坏，从而严重影响防治工程有效性的问题。

本发明是这样实现的，一种高频泥石流护岸导流方法，所述高频泥石流护岸导流方法包括堆填的格宾石笼和深植于沟床的竖向增强体，格宾石笼和竖向增强体相互融合共同构成柔性顺坝或丁坝，可以实现不需大量开挖和浇筑即可在汛期中快速形成沟岸护脚墙和沟内挑流坝，引导泥石流流向，从而减轻沟岸冲刷、坍塌和淤埋风险。

进一步，所述柔性顺坝沿沟岸平行于流向设置；丁坝伸入沟心并与流向呈锐角布置。

进一步，所述竖向增强体采用微型钢管桩或H型钢或木桩，沿顺丁坝轴向呈“品”字型排列分布并采用钢绞线与格宾石笼体连接，下部埋深由泥石流侵蚀深度确定；

相邻丁坝之间按一定间距沿流向分布于沟侧，构成护岸导流丁坝群。

进一步，所述竖向增强体施工采用潜孔锤钻进工艺；石笼采用格宾网或钢索网片现场组装，网面抗拉强度不小于50kN/m²，装填块石粒径介于5～60cm、强度等级不小于MU30、比重不小于2.5t/m³，装填后的孔隙率不大于30％；顶部网片与笼箱边丝采用钢绞线封口，按照间隔10～15cm单圈-双圈交替绞合。

进一步，所述柔性顺坝轴向沿沟岸平行于流向设置，轴向长度L等于需防护的岸坡松散堆积体的长度；堆填高度H由公式H＝(1-tanα/tanθ)·h_s+ΔH确定；横断面为台阶式梯形或矩形，其顶宽B₁和底宽B₂与堆填高度有关，取1.0～3.0m。

进一步，所述丁坝横向伸入沟内并与流向呈锐角相交，每相邻两个丁坝按间距L’沿流向布置，共同组成导流丁坝群；单个丁坝的长度高度H＝n·H_C，厚度m＝0.1～0.5，n＝0.5～1，k＝1.2～1.5，D＝0.5～0.7，

本发明提供的高频泥石流护岸导流方法，利用格宾笼和微型桩所具有的材料轻便、强度高、柔性好并可滤水耗能的特性，将其有机组合为可快速施工的顺丁坝结构，弥补了传统的沟道防护措施带来的开挖扰动大、施工周期长、结构变形能力差和容易在泥石流冲刷下倾覆破坏等缺陷，快速减缓泥石流在流通区及堆积区对松散沟岸和沟侧保护对象的侧蚀、冲击和淤埋风险，减轻在同一个汛期内多次暴发的高频泥石流对抢险救灾工作带来的压力，同时也可作为永久性防护工程的一部分长期运营。本发明的顺丁坝结构的变形能力好，能适应不同的地形变化；相邻笼体间的摩擦系数高，整体稳定性好；多孔隙结构可消散部分水流冲击力，抗冲能力优于同等体积或同等重量的抛石；施工简单快速，安全性高，可节约砂石、混凝土等材料运输成本，使工程造价降低约20％～40％，从而达到快速防护沟岸和保护目标的目的。本发明具有施工快捷、抗冲性好和地形适应性好的特点，并可就地取材，从而显著降低施工成本，快速减缓泥石流对松散沟岸及沟侧保护对象的威胁，因此特别适合于具有松散堆积岸坡和沟侧保护对象的高频泥石流的应急抢险和安全度汛工作。本发明高频泥石流护岸导流方法包括堆填的格宾石笼和深植于沟床的竖向增强体，格宾石笼和竖向增强体相互融合共同构成柔性顺坝或丁坝，可以实现不需大量开挖和浇筑即可在汛期中快速形成沟岸护脚墙和沟内挑流坝，引导泥石流流向，从而减轻沟岸冲刷、坍塌和淤埋风险。

附图说明

图1是本发明实施例提供的高频泥石流护岸导流方法流程图。

图2是本发明实施例提供的高频泥石流护岸导流顺坝横断面图。

图3是本发明实施例提供的高频泥石流护岸导流丁坝平面布置图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

下面结合附图对本发明的应用原理作详细的描述。

如图1所示，本发明实施例的高频泥石流护岸导流方法包括以下步骤：

S101：先按设计要求确定出顺丁坝位置和范围，进行基础整平和夯实；

S102：再采用潜孔锤钻进工艺钻孔至设计深度，然后在孔内夯入竖向增强体，形成微型桩柱群；

S103：现场将格宾网或钢索网片组装成笼，使单个笼体四周紧贴微型桩并以钢绞线与其连接；

S104：再逐层装入粒径介于5～60cm、强度等级不小于MU30、比重不小于2.5t/m³的块石，装填时需保证四周壁面和地面平整，孔隙率不大于30％；

S105：最后顶部网片与笼箱边丝采用钢绞线封口，需严格按照间隔10～15cm单圈-双圈交替绞合，从而形成一个完整的笼体单元；

S106：相邻笼体之间相互绞连形成一层石笼，清理顶面，再进行上一层石笼加工和装填。

实施案例

某泥石流流通区的沟床纵坡约为200‰，沟床堆积物丰富，物质组成为碎块石夹粉质粘土，碎块石含量约占20～30％，一般粒径15～40cm，最大可达3.0m，在水流和泥石流的冲刷下，沟床下切强烈，沟道呈“V”型；岸坡为崩滑碎屑堆积物，坡度15～70°，岸坡左侧有5户民居、1处变电站及一段200长的三级公路；该沟位于地震影响区，近年年均暴发泥石流3次。由于地形和工期等施工条件的限制，优选采用本发明的护岸导流方法进行防护，步骤如下：

当汛期中某一场泥石流暴发并出现险情后，立即开展现场应急调查，获取泥石流容重γ＝1.8t/m³、泥深H_C＝1.5m、流速V＝5.0m/s²及沟道纵比降J＝200‰等数据，在此基础上按照《泥石流灾害防治工程勘查规范DZ/T 0220-2006》计算出P＝10％降雨条件下的泥石流在设防断面处的冲压力σ＝30kpa、流量Q_C＝30m³/s、冲刷深度H_S＝0.8m及冲起高度ΔH＝0.35m。按照防护对象(松散岸坡、民房及公路等基础设施)结构特征与几何特征的不同，确定采用顺坝+丁坝方案(顺坝主要用于岸脚防护，丁坝主要用于挑流导流)，并按以下步骤进行设计和施工：

A.左岸松散坡脚设置1道顺坝，其轴向平行于流向，首先根据岸坡松散堆积体的长度，确定防护段长度L＝20m；其次根据斜坡高度h_s＝6m、倾角θ＝45°与自然休止角α＝37°之差，按式(1)确定顺坝的堆填高度H＝1.85，考虑安全超高取为2.0m；顺坝的横断面型式采用台阶式梯形，其顶宽B₁和底宽B₂根据堆填高度确定，一般取1.0～3.0m，此处取B₁＝1.0m，B₂＝2.0m。

H＝(1-tanα/tanθ)·h_s+ΔH

(1)

式(1)中的各符号含义同上文所述，单位取m。

B.左岸房屋及公路沿线设一系列丁坝，每单个丁坝横向伸入沟内并与流向呈锐角相交，每相邻两个丁坝按一定间距L’沿流向布置，共同组成导流丁坝群，其结构尺寸根据泥石流泥深H_C、流速V、流量Q_C、容重γ和冲压力σ等参数设定，具体取值方法为：

单个丁坝长度：

单个丁坝高度：H＝n·H_C

(3)

单个丁坝厚度：

式(2)、(3)、(4)中的各项系数根据设防需要取用，一般长度系数m＝0.1～0.5，高度系数n＝0.5～1，抗倾覆安全系数k＝1.2～1.5，石笼密实度D＝0.5～0.7；其余符号含义同上文所述，σ单位为kpa、γ单位为t/m³，尺寸单位为m并取整。

单个丁坝轴线与流向的交角一般取60°～85°(丁坝轴线朝下游倾斜)，每相邻两个丁坝之间的间距L’＝(2～5)H，沟道纵比降越大、流体容重越低，和L’的取值就越小。

综上，带入各项参数，计算结果为：L＝1.5m，H＝1.0m，B＝2.0m，L’＝6.0m。

C.顺丁坝的竖向增强体可根据泥石流冲压力和流量的大小及设防等级，采用微型钢管桩、H型钢或木桩，增强体沿顺丁坝轴向呈“品”字型排列分布并采用钢绞线与格宾石笼体紧密连接，形成微型桩群；其截面型号(或直径)由所需分担的泥石流水平冲压力确定，钢管桩一般采用或H型钢一般采用等翼缘HP型钢、木桩直径一般采用增强体上部出露高度与石笼堆填高度齐平，下部埋深不低于泥石流侵蚀深度且不低于石笼堆填高度。此例选用钢管桩，上部出露高度为1.0m，下部埋深2.0m。

D.施工步骤及工艺控制：①先按设计要求确定出顺丁坝位置和范围，进行基础整平和夯实；②再采用潜孔锤钻进工艺钻孔至设计深度，然后在孔内夯入竖向增强体，形成微型桩柱群；③现场将格宾网或钢索网片组装成笼，使单个笼体四周紧贴微型桩并以钢绞线与其连接；④再逐层装入粒径介于5～60cm、强度等级不小于MU30、比重不小于2.5t/m³的块石，装填时需保证四周壁面和地面平整，孔隙率不大于30％；⑤最后顶部网片与笼箱边丝采用钢绞线封口，需严格按照间隔10～15cm单圈-双圈交替绞合，从而形成一个完整的笼体单元；⑥相邻笼体之间相互绞连形成一层石笼，清理顶面，再进行上一层石笼加工和装填。其中，步骤③～⑥也可以在岸边完成，然后通过吊装抛投至设计坝位并按照设计外形尺寸有序堆筑。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种高频泥石流护岸导流方法，其特征在于，所述高频泥石流护岸导流方法包括堆叠的格宾石笼和深植于沟床的竖向增强体，格宾石笼和竖向增强体相互融合共同构成柔性顺坝或丁坝。

2.如权利要求1所述的高频泥石流护岸导流方法，其特征在于，所述柔性顺坝沿沟岸平行于流向设置；丁坝伸入沟心并与流向呈锐角布置。

3.如权利要求1所述的高频泥石流护岸导流方法，其特征在于，所述竖向增强体采用微型钢管桩或H型钢或木桩，沿顺丁坝轴向呈“品”字型排列分布并采用钢绞线与格宾石笼体连接，下部埋深由泥石流侵蚀深度确定；

相邻丁坝之间按一定间距沿流向分布于沟侧，构成护岸导流丁坝群。

4.如权利要求3所述的高频泥石流护岸导流方法，其特征在于，所述竖向增强体施工采用潜孔锤钻进工艺；石笼采用格宾网或钢索网片现场组装，装填块石粒径介于5～60cm、强度等级不小于MU30、比重不小于2.5t/m³，装填后的孔隙率不大于30％；顶部网片与笼箱边丝采用钢绞线封口，按照间隔10～15cm单圈-双圈交替绞合。

5.如权利要求1所述的高频泥石流护岸导流方法，其特征在于，所述柔性顺坝轴向沿沟岸平行于流向设置，轴向长度L等于需防护的岸坡松散堆积体的长度；堆填高度H由公式H＝(1-tanα/tanθ)·h_s+ΔH确定；横断面为台阶式梯形或矩形，其顶宽B₁和底宽B₂与堆填高度有关，取1.0～3.0m。

6.如权利要求1所述的高频泥石流护岸导流方法，其特征在于，所述丁坝横向伸入沟内并与流向呈锐角相交，每相邻两个丁坝按间距L’沿流向布置，共同组成导流丁坝群；单个丁坝的长度高度H＝n·H_C，厚度m＝0.1～0.5，n＝0.5～1，k＝1.2～1.5，D＝0.5～0.7，