CN110820695A - 控制堰塞坝溃坝洪峰流量的结构及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种控制堰塞坝溃坝洪峰流量的结构及方法，属于防灾减灾工程领域，提供一种能够有效控制堰塞坝溃坝洪峰流量的结构及方法，所述控制堰塞坝溃坝洪峰流量的结构，在泄水渠两侧堰塞坝的中下部分别设置有钢管桩，且每侧的钢管桩分别紧邻地设置于溃坝至20年一遇洪峰流量状态下在对应的泄水渠侧岸所对应的侧岸坡面线的外侧，所述钢管桩的内端至少深入至溃坝至20年一遇洪峰流量状态下在对应的泄水渠侧岸所对应的侧岸坡脚线以下10m。本发明通过两侧钢管桩护坡以及两侧保护性水泥浆钢筋石笼、出口抗冲击性水泥浆钢筋石笼的抗冲蚀，能延缓泄水渠两岸冲蚀扩展速度，从而延缓堰塞坝溃决时间，有效降低溃决最大洪峰流量，达到防灾减灾的目的。

Description

控制堰塞坝溃坝洪峰流量的结构及方法

技术领域

本发明涉及防灾减灾工程领域，尤其涉及一种控制堰塞坝溃坝洪峰流量的结构及方法。

背景技术

近些年来，我国乃至全球地质构造较为活跃，暴雨、强震等极端灾害事件多发，导致山体滑坡并形成堰塞湖事件频发，在我国西南山区尤其严重。近10年来，我国西南地区发生典型山体滑坡堵江事件十余次，如2018年10月11日至11月3日，西藏自治区境内的金沙江白格和雅鲁藏布江米林两地接连发生4次大规模山体滑坡和冰川碎屑流，分别堵塞金沙江和雅鲁藏布江干流形成堰塞湖。一旦溃决，如不加控制，将会产生巨大超标准洪水，将对金沙江下游西藏、四川、云南3省(自治区)以及雅鲁藏布江下游米林县、墨脱县乃至国境线附近的印度沿岸居民生命财产及基础设施构成严重威胁。

堰塞湖处置一般时间紧，通常时间不超10天，同时多发生在高山峡谷地区，通行条件极差，机械及物资运抵困难，一般尽量要就地取材进行处理。在有条件和时间情况下，一般会尽可能对堰塞湖进行人工干预，开挖泄水渠，尽可能降低堰塞湖水位。在泄水渠泄洪过程中，初期往往排泄效率较低，水位会持续上涨；在中后期对由巨石、块石组成的堰塞体，堰塞坝溃决时间可能要长、溃决洪峰相对要少；但对碎石土堰塞体，其溃决时间之短超出人们想象，溃决洪峰甚至超万年一遇，对堰塞湖下游居民生命财产及基础设施构成实质性的安全威胁。

因此，除单纯开挖泄水渠外，如何控制堰塞坝溃坝洪峰流量显得尤为必要，尤其是针对由碎石土组成堰塞坝。目前有人提出直接在泄水渠中增加防冲涮结构，也有人提出在堰塞湖泄水后期放入人工结构体，这两种方法均有一定问题：前者会导致泄水初期不会产生冲蚀，排水效率偏低，堰塞湖水位将会上涨较快，不能有效减轻堰塞湖灾害及安全风险；后者在泄水后期放入人工结构体，此时溃决将会快速发展，对施工人员安全威胁巨大，同时需短时间内投入大量的体积宠大的人工结构体才能达到效果，往往难以实现，即不具实施性，且对侧坡保护有限。

发明内容

本发明解决的技术问题是提供能够有效控制堰塞坝溃坝洪峰流量的结构及方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：控制堰塞坝溃坝洪峰流量的结构，在泄水渠两侧堰塞坝的中下部分别设置有钢管桩，且每侧的钢管桩分别紧邻地设置于溃坝至20年一遇洪峰流量状态下在对应的泄水渠侧岸所对应的侧岸坡面线的外侧，所述钢管桩的内端至少深入至溃坝至20年一遇洪峰流量状态下在对应的泄水渠侧岸所对应的侧岸坡脚线以下10m。进一步的是：位于泄水渠任一侧的钢管桩沿泄水渠轴线方向至少设置有三排，且每排长度L大于10m，间排距为1m。

进一步的是：钢管桩采用Φ168mm以及壁厚10mm的R780型或P110型地质管，且桩内采用标号C20细石砼填充。

进一步的是：位于泄水渠同一侧的各钢管桩顶部设置砼联系梁联成整体，砼联系梁的厚度大于30cm，砼联系梁采用的砼标号为C20。

进一步的是：还包括水泥浆钢筋石笼，所述水泥浆钢筋石笼包括紧邻地设置在钢管桩靠泄水渠一侧的保护性水泥浆钢筋石笼。

进一步的是：所述水泥浆钢筋石笼还包括设置于溃坝至20年一遇洪峰流量状态下在泄水渠的出口坡脚线外侧的抗冲击性水泥浆钢筋石笼。

进一步的是：所述抗冲击性水泥浆钢筋石笼沿垂直于泄水渠轴线方向布置的宽度不小于50米。

进一步的是：单块钢筋石笼长、宽和高均大于5m，每块钢筋石笼内立模浇筑纯水泥浆使其联为整体，使其抗冲流速不低于10m/s。

进一步的是：保护性水泥浆钢筋石笼沿泄水渠轴线方向的两端分别超过钢管桩的端部至少10米。

另外，本发明还提供一种控制堰塞坝溃坝洪峰流量的方法，其为在进行泄水渠开挖施工前或者进行泄水渠开挖施工过程中，进行施工以形成上述权利要求1至9中任意一项所述的控制堰塞坝溃坝洪峰流量的结构。

本发明的有益效果是：本发明通过预先设置相应的钢管桩结构，可在开挖泄水渠进行泄水的初期利用水流溯源侵蚀特点，让其泄流效率快速增加，以尽快降低堰塞湖水位；中后期则可通过两侧钢管桩护坡，能延缓泄水渠两岸冲蚀扩展速度，从而能有效延缓堰塞坝溃决时间，有效降低溃决最大洪峰流量，达到防灾减灾的目的。另外，通过设置保护性水泥浆钢筋石笼，可在相应的侧岸被冲蚀后下沉到钢管桩对应的坡脚线附近，对坡脚线处钢管桩予以抗冲蚀保护，同时由于钢管桩对泄水渠岸坡的保护，水流侧向侵蚀基本可得到控制。另外，通过设置抗冲击性水泥浆钢筋石笼，能有效地延缓水流下切冲蚀速度，进一步延缓堰塞坝溃决时间以及对下游冲蚀作用。本发明所述的控制堰塞坝溃坝洪峰流量的结构可在泄水渠开挖施工前或者进行泄水渠开挖施工过程中同步进行施工完成，同时水泥浆钢筋石笼也能就地取材，也能充分利用钢管桩施工条件简单、快速、成效快的特点，能够适用于堰塞坝快速抢险施工的条件，而且由于后期不需要人工或机械抛掷防冲物体，能够有效的降低作业人员的安全风险。

附图说明

图1为本发明所述的控制堰塞坝溃坝洪峰流量的结构的平面示意图；

图2为本发明所述的控制堰塞坝溃坝洪峰流量的结构的剖面图；

图中标记为：钢管桩1、泄水渠2、侧岸坡面线3、侧岸坡脚线4、保护性水泥浆钢筋石笼5、抗冲击性水泥浆钢筋石笼6、出口坡脚线7、砼联系梁8、堰塞坝坡脚线9、泄水渠开挖坡面线10、保护性水泥浆钢筋石笼移动线11。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进一步说明。

如图1至图2中所示，本发明所述的控制堰塞坝溃坝洪峰流量的结构，在泄水渠2两侧堰塞坝的中下部分别设置有钢管桩1，且每侧的钢管桩1分别紧邻地设置于溃坝至20年一遇洪峰流量状态下在对应的泄水渠2侧岸所对应的侧岸坡面线3的外侧，所述钢管桩1的内端至少深入至溃坝至20年一遇洪峰流量状态下在对应的泄水渠2侧岸所对应的侧岸坡脚线4以下10m。

通过设置钢管桩1，即可在泄流后期，当泄水渠2被逐渐冲蚀扩大至约20年一遇洪峰流量状态时，可由设置在该状态下的泄水渠2的两侧岸的钢管桩1起到护坡作用，延缓泄水渠2两岸冲蚀扩展速度，从而能有效延缓堰塞坝溃决时间，有效降低溃决最大洪峰流量，达到防灾减灾的目的。

不失一般性，钢管桩1在安装后应当具有一定的安装牢固性以放置被冲走，具体到本发明中则要求钢管桩1的内端至少深入至溃坝至20年一遇洪峰流量状态下在对应的泄水渠2侧岸所对应的侧岸坡脚线4以下10m；另外，考虑到钢管桩1打桩施工的难度，因此优选设置其深度不超40米。

另外，为了确保泄水渠2两侧的钢管桩1均能起到较大范围的护坡效果，参照附图中所示，本发明中进一步可优选设置位于泄水渠2任一侧的钢管桩1沿泄水渠2轴线方向至少设置有三排，每排由多根间隔设置的钢管桩1所组成，且每排长度L大于10m，间排距为1m，每排中相邻钢管桩1之间的间距也设置为1m。这样一来，即可在泄水渠2任一侧由多根钢管桩1形成钢管桩群结构，可有效地提高对较大范围区域的护坡效果。

更具体的，本发明中的钢管桩1可具体采用Φ168mm以及壁厚10mm的R780型或P110型地质管，且桩内采用标号C20细石砼填充，可进一步确保钢管桩1的结构强度。

另外，为了进一步提高位于泄水渠2同一侧的各钢管桩1之间的连接关系，使其能够相互连接成一个整体结构，以进一步提高钢管桩群的整体护坡效果，本发明中进一步可在位于泄水渠2同一侧的各钢管桩1的顶部设置砼联系梁8联成整体，其中砼联系梁8的厚度大于30cm，砼联系梁8采用的砼标号为C20的混凝土进行浇筑而成。

另外，本发明中进一步还包括水泥浆钢筋石笼，所述水泥浆钢筋石笼包括紧邻地设置在钢管桩1靠泄水渠2一侧的保护性水泥浆钢筋石笼5。保护性水泥浆钢筋石笼5在泄水渠2泄水前或者泄水初期为直接放置于钢管桩1靠泄水渠2的一侧即可，之后在泄水中后期，当泄水渠2被逐渐冲蚀变宽至钢管桩1的位置时，保护性水泥浆钢筋石笼5将由于其下方的堰塞坝坝体材料被冲走而逐渐下沉到钢管桩1对应的坡脚线附近，其下沉移动线可参照附图2中所示的保护性水泥浆钢筋石笼移动线11。通过保护性水泥浆钢筋石笼5的下沉作用，可对坡脚线处钢管桩1予以抗冲蚀保护，同时由于钢管桩1对泄水渠岸坡的保护，水流侧向侵蚀基本可得到控制；进而可在泄水中后期起到有效的控制作用，防止泄水渠2被进一步冲蚀扩大，从而能有效延缓堰塞坝溃决时间，有效控制溃决最大洪峰流量。

另外，本法中进一步设置所述水泥浆钢筋石笼还包括设置于溃坝至20年一遇洪峰流量状态下在泄水渠2的出口坡脚线7外侧的抗冲击性水泥浆钢筋石笼6。通过设置抗冲击性水泥浆钢筋石笼6，能进一步延缓水流下切冲蚀速度，进一步延缓堰塞坝溃决时间以及对下游充冲蚀作用。更具体的，本发明中有限设置所述抗冲击性水泥浆钢筋石笼6沿垂直于泄水渠2轴线方向布置的宽度不小于50米。

另外，本发明中的钢筋石笼为采用水泥浆钢筋石笼，及每块钢筋石笼通过立模浇筑纯水泥浆使其联为整体，以提高其整体的抗冲蚀作用。在实际施工时，可就地取材，采用堰塞坝体上块碎石直接装入钢筋石笼内，然后在钢筋石笼内立模浇筑纯水泥浆联为整体。另外，进一步设置单块钢筋石笼等效直径均大于5m以使其抗冲流速可达10m/s，防止钢筋石笼被轻易冲走。具体的，抗冲流速可采用下列公式进行计算：d＝0.04v²，其中d为单块钢筋石笼的等效直径，单位m；v为水流速度，单位m/s。当v＝10m/s时，d＝4m；因此，本发明中考虑一定富余度，取d＝5m，即设置单块钢筋石笼长、宽和高均大于5m。

另外，为了确保保护性水泥浆钢筋石笼5在下沉后也能大致包围在对应侧的钢管桩1的坡脚线附近，本发明中优选设置保护性水泥浆钢筋石笼5沿泄水渠2轴线方向的两端分别超过钢管桩1的端部至少10米，如附图1中所示。

另外，本发明中所述溃坝至20年一遇洪峰流量状态下在泄水渠2所对应的侧岸坡面线3、侧岸坡脚线4以及出口坡脚线7等参照线，可通过采用下列公式进行计算后得到：Q＝m_q×m_b×B×2g^0.5×h^1.5，式中，B为溃口断面的宽度；m_q，m_b分别为流量系数和侧向收缩系数，分别取0.36、0.9；Q为20年一遇洪水流量；h为泄水渠水深度，其中取B/h≈2。当然，不失一般性，除了上方式外，也可通过其它方式，如采用计算机仿真计算方法模拟计算后得到相应的参照线。

本发明所述的控制堰塞坝溃坝洪峰流量的方法，即为在进行泄水渠2开挖施工前或者进行泄水渠2开挖施工过程中，进行施工以形成上述权利要求1至9中任意一项所述的控制堰塞坝溃坝洪峰流量的结构。及本发明所述的控制堰塞坝溃坝洪峰流量的结构的施工为在进行泄水渠2开挖施工前进行施工或者在进行泄水渠2开挖施工过程中同步进行施工。当然，对于控制堰塞坝溃坝洪峰流量的结构具体施工过程均为常规的施工，其主要包括钢管桩1的打桩施工和钢筋石笼的浇筑成型施工，可原位浇筑施工，或将钢筋石笼放置到相应的位置即可。

Claims (10)

1.控制堰塞坝溃坝洪峰流量的结构，其特征在于：在泄水渠(2)两侧堰塞坝的中下部分别设置有钢管桩(1)，且每侧的钢管桩(1)分别紧邻地设置于溃坝至20年一遇洪峰流量状态下在对应的泄水渠(2)侧岸所对应的侧岸坡面线(3)的外侧，所述钢管桩(1)的内端至少深入至溃坝至20年一遇洪峰流量状态下在对应的泄水渠(2)侧岸所对应的侧岸坡脚线(4)以下10m。

2.如权利要求1所述的控制堰塞坝溃坝洪峰流量的结构，其特征在于：位于泄水渠(2)任一侧的钢管桩(1)沿泄水渠(2)轴线方向至少设置有三排，且每排长度L大于10m，间排距为1m。

3.如权利要求2所述的控制堰塞坝溃坝洪峰流量的结构，其特征在于：钢管桩(1)采用Φ168mm以及壁厚10mm的R780型或P110型地质管，且桩内采用标号C20细石砼填充。

4.如权利要求3所述的控制堰塞坝溃坝洪峰流量的结构，其特征在于：位于泄水渠(2)同一侧的各钢管桩(1)顶部设置砼联系梁(8)联成整体，砼联系梁(8)的厚度大于30cm，砼联系梁(8)采用的砼标号为C20。

5.如权利要求1所述的控制堰塞坝溃坝洪峰流量的结构，其特征在于：还包括水泥浆钢筋石笼，所述水泥浆钢筋石笼包括紧邻地设置在钢管桩(1)靠泄水渠(2)一侧的保护性水泥浆钢筋石笼(5)。

6.如权利要求5所述的控制堰塞坝溃坝洪峰流量的结构，其特征在于：所述水泥浆钢筋石笼还包括设置于溃坝至20年一遇洪峰流量状态下在泄水渠(2)的出口坡脚线(7)外侧的抗冲击性水泥浆钢筋石笼(6)。

7.如权利要求6所述的控制堰塞坝溃坝洪峰流量的结构，其特征在于：所述抗冲击性水泥浆钢筋石笼(6)沿垂直于泄水渠(2)轴线方向布置的宽度不小于50米。

8.如权利要求5-7中任意一项所述的控制堰塞坝溃坝洪峰流量的结构，其特征在于：单块钢筋石笼长、宽和高均大于5m，每块钢筋石笼内立模浇筑纯水泥浆使其联为整体，使其抗冲流速不低于10m/s。

9.如权利要求5所述的控制堰塞坝溃坝洪峰流量的结构，其特征在于：保护性水泥浆钢筋石笼(5)沿泄水渠(2)轴线方向的两端分别超过钢管桩(1)的端部至少10米。

10.控制堰塞坝溃坝洪峰流量的方法，其特征在于：在进行泄水渠(2)开挖施工前或者进行泄水渠(2)开挖施工过程中，进行施工以形成上述权利要求1至9中任意一项所述的控制堰塞坝溃坝洪峰流量的结构。

Images