CN110004882A - 泥石流多级耗散拦挡结构 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及地质灾害防治技术，特别涉及泥石流防治技术。本发明公开了一种泥石流多级耗散拦挡结构，能够降低泥石流的破坏作用，减轻灾害损失。本发明的泥石流多级耗散拦挡结构，自泥石流流通区至堆积区，由上游向下游沿泥石流沟道逐级设置，至少包括柔性拦挡网、桩承式格栅墙、透水扶壁式重力坝。本发明根据不同的地质条件、泥石流类型等合理选择柔性拦挡网2、桩承式格栅墙3和透水扶壁式重力坝4搭配结构，可以最大限度发挥工程建设投资的效益，实现成本效益最优化。本发明非常适合用于泥石流灾害防治。
Description
技术领域
本发明涉及地质灾害防治技术，特别涉及泥石流防治技术，具体是一种可以将泥石流中的大小颗粒逐级拦挡，消耗泥石流冲击能量的泥石流多级耗散拦挡结构体系。
背景技术
泥石流是指在山区或者其他沟谷深壑、地形险峻的地区，因为暴雨、暴雪或其他自然灾害引发的山体滑坡并携带有大量泥沙以及石块的特殊洪流。泥石流具有突然性、流速快、流量大、物质容量大和破坏力强等特点。发生泥石流常常会冲毁公路、铁路等交通设施甚至村镇等，造成巨大损失。
泥石流是暴雨、洪水将含有沙石且松软的土质山体经饱和稀释后形成的洪流，它的面积、体积和流量都较大，而滑坡是经稀释土质山体小面积的区域，典型的泥石流由悬浮着粗大固体碎屑物并富含粉砂及粘土的粘稠泥浆组成。在适当的地形条件下，大量的水体浸透流水山坡或沟床中的固体堆积物质，使其稳定性降低，饱含水分的固体堆积物质在自身重力作用下发生运动，就形成了泥石流。泥石流是一种灾害性的地质现象。通常泥石流爆发突然、来势凶猛，可携带巨大的石块。因其高速前进，具有强大的能量，因而破坏性极大。因此，治理与防护泥石流有着极为重要的实际意义。
在泥石流沟道中，一般采用混凝土拦砂坝，并在坝身上设置排泄孔、坝顶上设置溢流口。一方面，上述拦砂坝结构存在施工质量不易保证、不适用于含大块石的泥石流或泥流治理工程；另一方面混凝土坝基础易发生变形且对于沟谷岸坡基础要求较高，相关基坑工程施工开挖量大。有时也可采用柔性防护网拦挡泥石流，柔性网防护结构具有节约投资、景观性好、便于安装等特点。柔性网可以起拦挡泥石流中大颗粒固体物质的作用，但由于柔性网易于变形，结构不稳定，限制了其使用范围与拦挡高度。传统这些方法可以在一定程度上拦挡泥石流，但以颗粒大小不等的固体物质及水形成的泥石流，常具有巨大的冲击能量，单一的拦挡结构往往难以实现治理工程的长期安全性。
因此，有必要针对泥石流中固体颗粒类径不同及含有水的物质组成特征，提出一种能够逐级消耗泥石流冲击能量的多级耗散拦挡结构体系，从泥石流的流通区到堆积区，按颗粒由大到小的特征可将不同物质组成的泥石流逐级拦挡，以逐级分散与减小泥石流的冲击作用，达到最佳的防灾减灾效果。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种泥石流多级耗散拦挡结构，降低泥石流的破坏作用，减轻灾害损失。
为了实现上述目的，根据本发明具体实施方式的一个方面，提供了一种泥石流多级耗散拦挡结构，自泥石流流通区至堆积区，由上游向下游沿泥石流沟道逐级设置，至少包括柔性拦挡网、桩承式格栅墙、透水扶壁式重力坝。
在某些实施例中，所述柔性拦挡网、桩承式格栅墙、透水扶壁式重力坝之间间距为80～200米。
在某些实施例中，所述柔性拦挡网和/或桩承式格栅墙为两道。
在某些实施例中，两道之间间距为20～50米。
在某些实施例中，所述柔性拦挡网包括两根端部支撑柱、位于两根端部支撑柱之间的中部支撑柱以及横向展开布置于两根端部支撑柱之间的顶部支撑绳和金属柔性网，顶部支撑绳通过端部支撑柱和中部支撑柱张紧，金属柔性网与顶部支撑绳连接；端部支撑柱与端部支撑绳相连接，端部支撑绳末端连接锚块，锚块固定于地层中。
在某些实施例中，所述支撑绳为不锈钢丝绳。
在某些实施例中，所述金属柔性网为不锈钢丝编织网。
在某些实施例中，所述桩承式格栅墙，包括格栅式结构、混凝土板墙，所述格栅式结构均匀分布在混凝土板墙之间；
所述格栅式结构横向采用防锈的扁钢、竖向采用防锈的钢筋焊接而成。
在某些实施例中，所述混凝土板墙底部设置有水平承台，水平承台下游底部设置有防滑齿槛；水平承台上游底部设置有至少3根钢管桩；混凝土板墙内均设置有从底部贯通到顶部的钢筋。
所述防滑齿槛均设置成梯形，混凝土板墙也设置成梯形；钢管桩呈梅花形布设，每根钢管桩内均填充有水泥浆；混凝土板墙在下游一侧采用钢条框架支撑，钢条框架内部及其与混凝土板墙和水平承台的连接采用螺栓连接。
在某些实施例中，所述透水扶壁式重力坝，包括嵌入泥石流沟道地层的坝底混凝土垫层，所述混凝土垫层上设置坝体；
所述坝体上设置排水口，排水口中插入PVC管；
所述坝体下游直立面一侧沿坝体纵轴线方向设置扶壁结构；
所述扶壁结构为上小下大的变截面结构；
所述在坝体的顶部沿泥石流流动方向开设溢流槽，溢流槽沿坝体纵轴线方向可布设多个，溢流槽断面形状为矩形或倒梯形。
本发明的有益效果主要体现在如下几个方面：
1、泥石流多级耗散拦挡结构体系采用柔性拦挡、半柔性拦挡、刚性拦挡分级结合的方式，将柔性拦挡网、桩承式格栅墙、透水扶壁式重力坝优点相互结合，由柔性网挡住大块颗粒，桩承式格栅墙、透水扶壁式重力坝依次拦挡粒径较小的颗粒，使得向下游方向泥石流中固体颗粒直径逐级递减，消耗泥石流的冲击能量，将泥石流冲击作用降到极低。
2、泥石流多级耗散拦挡结构体系中的柔性拦挡网结构可使冲击荷载的分担更加合理，优化柔性拦挡网内的荷载分配，减小柔性网中紧邻支承体区域内的荷载集中程度和各构件上的峰值荷载，提高柔性拦挡网的抗冲击能力，降低对锚杆锚固力的要求，进而减少施工安装工作量和后期维护工作量，提高防护工程的性价比。
3、泥石流多级耗散拦挡结构体系中的桩承式格栅墙将传统连续式拦挡坝体改进为数个规则的板墙结构联合体，在相邻的两个板墙结构之间设置格栅式结构，使之成为含有过滤系统的可透过较小颗粒及水的结构体，满足拦挡较大颗粒固体物质的要求，使泥石流的冲击能量得到充分缓解。
4、泥石流多级耗散拦挡结构体系的桩承式格栅墙中的防滑齿槛可以限制钢筋混凝土板墙结构沿沟道方向的位移。
5、泥石流多级耗散拦挡结构体系的桩承式格栅墙中钢管桩呈梅花形布置，因而桩基的稳定性好，不均匀沉降小，不会随时间倾斜或者产生裂缝。钢管桩上设置的若干开孔便于水泥浆与周围底层固结为一体，提高钢管桩的固定效果。钢管桩可以防止水平承台下部土层被冲刷，提高本结构的耐用稳固性。
6、泥石流多级耗散拦挡结构体系中的透水扶壁式重力坝坝体中呈网状布设PVC管，透水效果好；坝体下游一侧设置扶壁结构，可增加坝体稳定性、减小坝体厚度和坝基埋深。同时其上游的柔性拦挡网和桩承式格栅墙两级拦挡结构，能较大程度减小作用于透水扶壁式重力坝上的泥石流冲击荷载，可解决传统的透水重力拦挡坝有时不适用于含大块石的泥石流治理工程问题。
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步的说明。本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的具体实施方式、示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
图1是沿泥石流沟道布设三级拦挡结构的整体示意图；
图2是本发明泥石流多级耗散拦挡结构体系的上级柔性拦挡网立体结构的示意图；
图3是本发明泥石流多级耗散拦挡结构体系的中间桩承式格栅墙的立体结构的示意图；
图4是本发明泥石流多级耗散拦挡结构体系的下级透水扶壁式重力坝的立体结构的示意图。
其中：
1为泥石流沟道；
2为柔性拦挡网；
3为桩承式格栅墙；
4为透水扶壁式重力坝
5为顶部支撑绳；
6为端部支撑柱；
7为中部支撑柱；
8为金属柔性网；
9为端部支撑绳；
10为锚块10；
11为钢管桩；
12为防滑齿槛；
13为水平承台13；
14为混凝土板墙；
15为钢条框架；
16为格栅式结构；
17为混凝土垫层；
18为排水口；
19为坝体；
20为扶壁结构
21为溢流槽。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的具体实施方式、实施例以及其中的特征可以相互组合。现将参考附图并结合以下内容详细说明本发明。
为了使本领域技术人员更好的理解本发明方案，下面将结合本发明具体实施方式、实施例中的附图，对本发明具体实施方式、实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的具体实施方式、实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施方式、实施例，都应当属于本发明保护的范围。
本发明的泥石流多级耗散拦挡结构如图1所示，自泥石流流通区至堆积区，由上游向下游沿泥石流沟道1逐级设置，至少包括柔性拦挡网2、桩承式格栅墙3、透水扶壁式重力坝4。
本发明中，不同性质的拦挡结构之间的距离可以根据不同的地质条件、泥石流类型等进行合理安排。
通常，柔性拦挡网2、桩承式格栅墙3、透水扶壁式重力坝4之间间距约为80～200米。
一般而言，柔性拦挡网2属于柔性拦挡结构，桩承式格栅墙3属于半柔性拦挡结构，而透水扶壁式重力坝4则属于刚性拦挡结构。
根据土木工程造价成本来看，柔性拦挡网2、桩承式格栅墙3和透水扶壁式重力坝4工程造价成本通常是递增的。也就是说，柔性拦挡网2建造成本低于桩承式格栅墙3；桩承式格栅墙3建造成本低于透水扶壁式重力坝4。
柔性拦挡网2、桩承式格栅墙3、透水扶壁式重力坝4其中之一或其中之二或全部都可以采用两道，这样可以进一步增强拦挡耗散作用。
对于大块石料比较多的泥石流类型，可以采用两道柔性拦挡网2、一道桩承式格栅墙3和一道透水扶壁式重力坝4的结构形式，加强对大块石料的拦截。两道柔性拦挡网2可以选择不同网孔尺寸的拦挡网，逐级拦截大块石料。这样的结构可以进一步降低后续拦挡结构的压力。同样的道理，对于小块石料或泥沙较重的泥石流类型，桩承式格栅墙3或透水扶壁式重力坝4可以采用两道的结构形式。
一般而言，两道相同类型拦挡结构之间的间距大约为20～50m。
根据不同的地质条件、泥石流类型等合理选择柔性拦挡网2、桩承式格栅墙3和透水扶壁式重力坝4搭配结构，可以最大限度发挥工程建设投资的效益，实现成本效益最优化。
实施例
参照图2，本例泥石流多级耗散拦挡结构体系中的柔性拦挡网结构包括两根端部支撑柱6、位于两根端部支撑柱6之间的中部支撑柱7以及横向展开布置于两根端部支撑柱6之间的顶部支撑绳5和金属柔性网8，顶部支撑绳5通过端部支撑柱6和中部支撑柱7张紧，金属柔性网8与顶部支撑绳5连接；端部支撑柱8与端部支撑绳9相连接，端部支撑绳9末端连接锚块10，锚块10固定于稳定地层中。
本例的支撑绳5采用不锈钢钢丝绳，金属柔性网8则采用不锈钢丝编织网构成。
参照图3，本发明的泥石流多级耗散拦挡结构体系中的桩承式格栅墙结构包括若干用于将泥石流沟道分割为适合格栅式结构16宽度范围的混凝土板墙14；混凝土板墙14之间均布设有格栅式结构16；格栅式结构16横向采用防锈的扁钢、竖向采用防锈的钢筋以一定间距焊接而成；混凝土板墙14的底部设置有水平承台13，水平承台13下游底部设置有防滑齿槛12；水平承台13的上游设置有若干钢管桩11；混凝土板墙14内均设置有从底部贯通到顶部的若干钢筋；每个防滑齿槛12均设置成梯形，混凝土板墙14也设置成梯形；若干钢管桩11设置成梅花形，每根钢管桩11内均填充有水泥浆；混凝土板墙14在下游一侧采用钢条框架15支撑，钢条框架15内部及其与混凝土构件(混凝土板墙14和水平承台13)的连接采用高强度螺栓。
参照图4，本例泥石流多级耗散拦挡结构体系中的透水扶壁式重力坝结构包括嵌入沟床地层的坝底混凝土垫层17，所述混凝土垫层17上设置坝体19；坝体19中以一定间距呈网状设置排水口18，排水口18中插入PVC管；所述坝体19下游直立面一侧沿坝体纵轴线方向以一定间距设置扶壁结构20，扶壁结构20为上小下大的变截面结构；在坝体19的顶部沿泥石流流动方向开设溢流槽21，溢流槽21沿坝体纵轴线方向可布设多个，溢流槽21断面形状为矩形或倒梯形。
以上所述只是用图解说明本发明泥石流多级耗散拦挡结构体系的一些原理，并非是要将本发明局限在所示和所述的具体结构和适用范围内，故凡是所有可能被利用的相应修改以及等同物，均属于本发明所申请的专利范围。
Claims (10)
1.泥石流多级耗散拦挡结构，自泥石流流通区至堆积区，由上游向下游沿泥石流沟道(1)逐级设置，至少包括柔性拦挡网(2)、桩承式格栅墙(3)、透水扶壁式重力坝(4)。
2.根据权利要求1所述的泥石流多级耗散拦挡结构，其特征在于，所述柔性拦挡网(2)、桩承式格栅墙(3)、透水扶壁式重力坝(4)之间间距为80～200m。
3.根据权利要求1所述的泥石流多级耗散拦挡结构，其特征在于，所述柔性拦挡网(2)和/或桩承式格栅墙(3)和/或透水扶壁式重力坝(4)为两道。
4.根据权利要求3所述的泥石流多级耗散拦挡结构，其特征在于，两道之间间距为20～50m。
5.根据权利要求1～4任意一项所述的泥石流多级耗散拦挡结构，其特征在于，所述柔性拦挡网(2)包括两根端部支撑柱(6)、位于两根端部支撑柱(6)之间的中部支撑柱(7)以及横向展开布置于两根端部支撑柱(6)之间的顶部支撑绳(5)和金属柔性网(8)，顶部支撑绳(5)通过端部支撑柱(6)和中部支撑柱(7)张紧，金属柔性网(8)与顶部支撑绳(5)连接；端部支撑柱(6)与端部支撑绳(9)相连接，端部支撑绳(9)末端连接锚块(10)，锚块(10)固定于地层中。
6.根据权利要求5所述的泥石流多级耗散拦挡结构，其特征在于，所述支撑绳(5)为不锈钢丝绳。
7.根据权利要求5所述的泥石流多级耗散拦挡结构，其特征在于，所述金属柔性网(8)为不锈钢丝编织网。
8.根据权利要求1～4任意一项所述的泥石流多级耗散拦挡结构，其特征在于，所述桩承式格栅墙(3)，包括格栅式结构(16)、混凝土板墙(14)，所述格栅式结构(16)均匀分布在混凝土板墙(14)之间；
所述格栅式结构(16)横向采用防锈的扁钢、竖向采用防锈的钢筋焊接而成。
9.根据权利要求8所述的泥石流多级耗散拦挡结构，其特征在于，所述混凝土板墙(14)底部设置有水平承台(13)，水平承台(13)下游底部设置有防滑齿槛(12)；水平承台(13)上游底部设置有至少3根钢管桩(11)；混凝土板墙(14)内均设置有从底部贯通到顶部的钢筋。
所述防滑齿槛(12)均设置成梯形，混凝土板墙(14)也设置成梯形；钢管桩(11)呈梅花形布设，每根钢管桩(11)内均填充有水泥浆；混凝土板墙(14)在下游一侧采用钢条框架(15)支撑，钢条框架(15)内部及其与混凝土板墙(14)和水平承台(13)的连接采用螺栓连接。
10.根据权利要求1～4任意一项所述的泥石流多级耗散拦挡结构，其特征在于，所述透水扶壁式重力坝(14)，包括嵌入泥石流沟道(1)地层的坝底混凝土垫层(17)，所述混凝土垫层(17)上设置坝体(19)；
所述坝体(19)上设置排水口(18)，排水口(18)中插入PVC管；
所述坝体(19)下游直立面一侧沿坝体纵轴线方向设置扶壁结构(20)；
所述扶壁结构(20)为上小下大的变截面结构；
所述在坝体(19)的顶部沿泥石流流动方向开设溢流槽(21)，溢流槽(21)沿坝体纵轴线方向可布设多个，溢流槽(21)断面形状为矩形或倒梯形。
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