CN204728265U - 一种挡流式泥石流排导槽 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种挡流式泥石流排导槽。包括进口段、缓冲段、排导段和出口段；进口段由全衬砌进口底板和两端侧墙构成，进口底板末端连接着缓冲段的上端齿槛；缓冲段包括至少一个与排导段相连的深槽段和挡板段，深槽段包括上端齿槛、下端齿槛、钢索网箱体护底、钢索网箱体缓冲层和块石，下端齿槛连接着排导底板，挡板段包括全衬砌挡板底板和齿坎，挡板段位于深槽段上空并连接于两侧侧墙；所述排导段由全衬砌排导底板和两端侧墙构成，排导段数量与缓冲段数量相等，最后一段排导底板连接着出口底板；所述出口段包括全衬砌出口底板和两端侧墙。本实用新型充分利用挡板及齿坎消耗泥石流大部分运动动能，使排导槽能在较短长度内达到控速、消能的作用。

Description

一种挡流式泥石流排导槽

技术领域

本实用新型涉及一种泥石流排导槽，特别是涉及一种挡流式泥石流排导槽。

背景技术

我国是全球地质灾害多发国家之一，灾害类型多分布范围广，泥石流是我国山区最主要的地质灾害类型之一，随着山区经济的不断发展，山区生态环境遭到剧烈破坏，植被数量锐减，水土流失严重，尤其是5.12汶川地震诱发的大量崩塌滑坡及岩土体松动，为泥石流形成提供了良好的物源条件，更有利于泥石流的爆发，严重威胁灾区广大人民群众的生命财产安全，制约山区经济可持续发展，因此必须对其进行有效地防护。

排导槽由于具有工程结构简单、防治效果好、就地取材、施工及维护方便、使用周期长、造价省等特点，是目前防治泥石流灾害中使用最为广泛的工程措施之一，尤其在公路、铁路、城镇、矿山等泥石流整治中被优先采用。排导槽多数建在泥石流的堆积扇或堆积阶地上，槽的宽、深较小，长度较长，要求在使用过程中槽内能通畅地排泄泥石流、不发生或少发生淤积现象，同时槽体应有较好的抗冲撞和耐磨蚀能力。排导槽可单独使用或在综合防治中与栏蓄工程结合使用；特别是当地形条件对排泄有利时，可一次将泥石流排到预定地区而免除灾害。

目前应用较广泛的排导槽主要有两类：一是全衬砌槽；二为软基消能型槽。全衬砌槽的典型代表为V型槽，适合于纵坡较小情况，其浆底及速流横坡可加大流速，提高排泄能力。软基消能型槽即东川槽，适用纵坡较大情况，它可降低流速、减轻磨蚀,延长工程寿命。近来陈晓清等又陆续提出箱体衬砌式泥石流排导槽(ZL201110380681.5)和阶梯-深槽结构型泥石流排导槽(CN201410001807)，二者都适合适用于沟床纵比降较大的情况。上述排导槽都能在一定程度到达消能、排泄的目的，但都存在一个同样的问题，当沟床纵比降很大时，排导槽的尺寸需要设计得很长才能达到消能、控速的作用，使得施工费用和后期维护费用变得十分昂贵；而且上述排导槽大多根据个人经验来设计，并未依据合理的力学参数进行推算，因此所设计的排导槽的水力条件未能达到最佳。

实用新型内容

针对现有泥石流排导槽存在的问题，本实用新型提出了一种能在短距离内达到消能、控速的挡流式泥石流排导槽。

为实现上述目的，本实用新型的技术方案是：

本实用新型提出一种挡流式泥石流排导槽，所述排导槽包括导入泥石流流体的全衬砌进口段、调控泥石流流体速度和能量的缓冲段、排泄泥石流流体的全衬砌排导段、导出泥石流流体的全衬砌出口段；所述进口段由全衬砌进口底板1和两端侧墙11构成，进口底板末端连接着缓冲段的上端齿槛2；所述缓冲段包括至少一个与排导段相连的深槽段和挡板段，所述深槽段包括上端齿槛2、下端齿槛7、钢索网箱体护底4、位于钢索网箱体护底上方并紧贴下端齿槛的钢索网箱体缓冲层6和被钢索网箱体护底和钢索网箱体缓冲层所包裹的块石5，下端齿槛7连接着排导段的排导底板8，所述挡板段包括全衬砌挡板底板3，所述挡板段位于深槽段上空并连接于两侧侧墙；所述排导段由全衬砌排导底板8和两端侧墙11构成，排导段数量与缓冲段数量相等，最后一段排导底板8连接着出口底板9；所述出口段包括全衬砌出口底板9和两端侧墙11。

进一步地，所述挡板段还包括位于挡板底板3末端的挡板齿坎10。

全衬砌底板一般为浆砌石结构、或混凝土结构、或钢筋混凝土结构。

所述排导槽断面为梯形。

所述排导槽的尺寸可进行如下优化：

根据物理力学参数设计泥石流排导槽水力最佳断面，方法步骤如下：

M为排导槽断面型态参数，M越小，排泄泥石流流量越大，即水力条件越佳。

$M=4(2\sqrt{1+m_t^2}-m_t)$

式中m_t为梯形排导槽槽底的横坡系数。设计时取此时水力条件达到最佳。

排导槽槽底宽度b的取值范围为最佳取值Q为泥石流流量；排导槽深度m_t为梯形排导槽槽底的横坡系数。侧墙埋深为0.5-1.0m，当泥石流容重较大时，上述数值取较大值，反之取小值。

为控制投资、缩短施工周期，进口段长度L₀和出口段长度L₅一般控制在2.0-5.0m。排导段长度L₁主要根据沟床平均纵比降i₀和全衬砌底板材料来规划，一般取6.0-24.0m，平均纵比降i₀取为0.2-0.5；当沟床平均纵比降i₀较大、全衬砌底板材料耐磨性较小时，排导段长度L₁取小值；当沟床平均纵比降i₀较小、全衬砌底板材料耐磨性较大时，排导段长度L₁取大值。排导段比降i₁根据全衬砌底板材料的耐磨性确定，一般取0.08-0.15，耐磨性大时，i₁取大值，反之取小值。

深槽段底面长度L₄设定为排导段长度L₁的三分之一；深槽段底面长度L₄与钢索网箱体护底长度相等，都等于块石铺设长度L₂与钢索网箱体缓冲层厚度L₃之和。块石铺设长度L₂和钢索网箱体缓冲层厚度L₃主要根据泥石流流体容重来规划，一般L₂取2.0-4.0m，L₃取0.5-1.0m；当泥石流体容重较大时，L₂、L₃取大值；当泥石流体容重较小时，L₂、L₃取小值。上端齿槛高度h₁等于上端齿槛悬空高度h₁₁、块石铺设厚度h₁₂、钢索网箱体护底厚度h₁₃及上端齿槛埋深高度h₁₄之和。上端齿槛悬空高度h₁₁一般为小于等于3m；块石铺设厚度h₁₂、钢索网箱体护底厚度h₁₃、钢索网箱体护底和钢索网箱体缓冲层的钢索直径和钢索网网孔大小主要根据泥石流流体容重来规划，通常h₁₂取1.0-5.0m，h₁₃取1.0-2.0m，钢索直径一般为0.005-0.01m，钢索网网孔大小一般为0.1m×0.1m-0.2m×0.2m，当泥石流体容重较大时，以上参数取大值，当泥石流体容重较小时，以上参数取小值。下端齿槛高度h₂等于块石铺设厚度h₁₂、钢索网箱体护底厚度h₁₃和下端齿槛埋深高度之和；钢索网箱体缓冲层高度与块石铺设厚度h₁₂相等。深槽中块石粒径控制在小于等于0.2m。上端齿槛埋深高度h₁₄一般为0.5-1.0m，根据泥石流流体容重来规划，当泥石流体容重较大时，取大值，当泥石流体容重较小时，取小值。上端齿槛2的埋深高度和下端齿槛7的埋深高度相等。

挡板底板3的宽度与排导槽槽底宽度相等；挡板底板的厚度主要根据泥石流流体容重来规划，一般取为0.3-0.5m，当泥石流流体容重较大时，上述数值同时取较大值，反之取小值；挡板底板顶面与两端侧墙齐平，挡板底板的底面低于上端齿槛，高于下端齿槛；挡板设置在靠近上端齿槛一侧；挡板齿坎10长度与槽底宽度相等，厚度为0.1-0.2m，高度为0.2-0.3m，当泥石流流体容重较大时，上述数值同时取较大值，反之取小值。

所述排导槽的排导原理如下：泥石流通过进口段进入排导槽后，有一个缓慢加速的过程，此过程是为了更好地导入泥石流流体；然后，泥石流流体进入缓冲段，高速运行的泥石流流体先是与固定在侧墙上的挡板底板相撞击，损失掉大部分水平方向的运动动能，撞击后的泥石流流体大部分沿着挡板底板垂直下落，又与挡板下端的齿坎相撞击，损失掉部分垂直方向的运动动能，在连续水平和垂直撞击之后，泥石流流体的大部分能量被抵消掉；接着泥石流流体跌落到深槽中，与深槽段中的块石相互碰撞，并进行物质与能量的交换，此过程主要是控制泥石流对槽底冲刷和对阶梯段磨蚀，同时也能消耗泥石流部分动能，相互作用的泥石流和块石挤压钢索网箱体缓冲层，冲击钢索网箱体护底，钢索网箱体缓冲层吸收泥石流的冲击能量，能够对下端齿槛承受的泥石流流体的冲击力起到缓冲作用，钢索网箱体护底吸收泥石流的冲击能量，抑制泥石流流体与槽底地基土体交换，特别是控制地基土体参与泥石流活动，从而控制泥石流流体对排导槽槽底的冲刷，保障排导功能正常发挥，减小后期维护费用；泥石流经过缓冲段后，进入具有一定纵坡比降的排导段，增加排导槽输送泥石流的能力，此过程中，泥石流流体有一个明显加速的过程，主要目的是使泥石流流体快速排导，避免出现累积性淤积；泥石流流体通过若干个缓冲-排导段反复加速-减速-加速后，泥石流流速将变得相对很小，泥石流能量基本消耗殆尽，最后，通过出口段底板顺利将泥石流输送到指定的位置。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：充分利用挡板及齿坎消耗泥石流大部分运动动能，使排导槽能在较短长度内达到控速、消能的作用，缩短排导槽的整体设计长度，减少施工费用，同时深槽使泥石流与块石相互作用也能消耗部分运动动能，调控泥石流流速；并利用钢索网箱体吸收泥石流的冲击能量，抑制泥石流与槽底地基土体交换，从而控制泥石流对排导槽槽底的冲刷，保障排导功能正常发挥，减小后期维护费用。

附图说明

图1是泥石流排导槽的侧面纵剖面示意图；

图2是泥石流排导槽的深槽段+挡板段横截面示意图；

图3是泥石流排导槽的深槽段+挡板段纵剖面示意图。

附图中的数字标记分别是：

1  进口底板              2  上端齿槛

3  挡板底板              4  钢索网箱体护底

5  块石                  6  钢索网箱体缓冲层

7  下端齿槛              8  排导底板

9  出口底板              10 挡板齿坎

11 侧墙

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型进行详细说明。

某泥石流沟流域面积1.8km²，为了控制泥石流灾害，规划在流域中部设置拦砂坝1座、堆积扇上修建排导槽160m。为了控制泥石流强烈的磨蚀和冲刷作用，同时减低施工费用及维护成本，采用挡流式泥石流排导槽。现场调查：槽底沟床平均纵比降i₀为0.42，排泄泥石流流量98m³/s、容重21.8KN/m³。根据泥石流排导槽最佳断面水力条件，取横坡系数为 $m_t=\sqrt{3}/3,$ 此时M＝6.93。

如图1、图2、图3所示。挡流式泥石流排导槽包括进口段、缓冲段、排导段、出口段。所述进口段包括进口底板1和两端侧墙11，进口段末端连接着缓冲段上端齿槛2；所述缓冲段包括深槽段和挡板段，深槽段包括上端齿槛2、下端齿槛7、钢索网箱体护底4、钢索网箱体缓冲层6以及被钢索网箱体护底和钢索网箱体缓冲层所包裹的块石5，挡板段包括挡板底板3和位于挡板底板3末端的挡板齿坎10，挡板段位于深槽段上空并连接于两侧侧墙；排导段由全衬砌排导底板8和两端侧墙11构成；第一个深槽段的上端齿槛2连接着进口底板1，下端齿槛7连接着第一个排导底板8，第二个深槽段的上端齿槛2连接着第一个排导底板8，下端齿槛7连接着第二个排导底板8；最后一个排导底板8连接着出口底板9；缓冲段和排导段分别有13个；出口段包括全衬砌出口底板9和两端侧墙11。

根据泥石流区域的实际情况规划设计排导槽槽底宽度b为6.4m、排导槽深度h为5.4m。

为控制投资、缩短施工周期，进口底板1长度L₀和导出段出口底板9长度L₅取3.0m。排导底板8长度L₁取9.0m。深槽段底面长度L₄取3.0m。根据泥石流容重，确定块石5铺设长度L₂取2.0m、块石5铺设厚度h₁₂取4.0m、钢索网箱体缓冲层6厚度L₃取1.0m、钢索网箱体缓冲层6高度为4.0m、深槽中铺设块石5的粒径取0.2m；全衬砌排导底板8采用钢筋混凝土结构，排导段比降i₁根据全衬砌排导底板8材料的耐磨性取0.15。上端齿槛悬空高度取2.0m。根据泥石流容重确定钢索网箱体护底4厚度h₁₃取1.4m，钢索网箱体护底4和钢索网箱体缓冲层6的钢索直径取0.01m，钢索网网孔大小取0.2m×0.2m；上端齿槛2和下端齿槛7的埋深高度h₁₄取0.6m。上端齿槛2高度h₁＝8.0m，下端齿槛7高度h₂＝6.0m。

挡板底板3的顶面与两端侧墙齐平，挡板底板的宽度取6.4m，挡板底板的厚度取0.3m；挡板底板的底面低于上端齿槛1.0m，高于下端齿槛1.0m，设置在位于深槽段上空、距离上端齿槛1.0m处；挡板底板末端的挡板齿坎10高度和厚度都取0.2m，齿坎10的长度为6.4m。

综上，挡流式泥石流排导槽的关键参数为：槽底沟床平均纵比降i₀为0.42，排导槽槽底宽度b为6.4m、排导槽深度h为5.4m；进口段底板1长度L₀和导出段底板9长度L₅取3.0m，排导段底板8长度L₁取9.0m，深槽段底面长度L₄取3.0m，排导段比降i₁为0.15，上端齿槛2高度h₁为8.0m、下端齿槛7高度h₂为6.0m，埋深高度h₁₄取0.6m；对于深槽段，上端齿槛悬空高度h₁₁为2.0m，块石5铺设厚度h₁₂为4.0m，块石5铺设长度L₂为2.0m、块石5粒径为0.2m，钢索网箱体缓冲层6厚度L₃为1.0m、钢索网箱体缓冲层6高度为4.0m，钢索网箱体护底4厚度h₁₃为1.4m、钢索网箱体护底4长度为3.0m，钢索网箱体护底4和钢索网箱体缓冲层6的钢索直径为0.01m，钢索网网孔大小为0.2m×0.2m；对于挡板段，挡板底板3宽度为6.4m，厚度取为0.3m，挡板齿坎10高度和厚度都取0.2m，齿坎10的长度为6.4m。

Claims (4)

1.一种挡流式泥石流排导槽，其特征在于，包括进口段、缓冲段、排导段和出口段，所述进口段由全衬砌进口底板(1)和两端侧墙(11)构成，进口底板末端连接着缓冲段的上端齿槛(2)；所述缓冲段包括至少一个与排导段相连的深槽段和挡板段，所述深槽段包括上端齿槛(2)、下端齿槛(7)、钢索网箱体护底(4)、位于钢索网箱体护底上方并紧贴下端齿槛的钢索网箱体缓冲层(6)和被钢索网箱体护底和钢索网箱体缓冲层所包裹的块石(5)，下端齿槛(7)连接着排导底板(8)，所述挡板段包括全衬砌挡板底板(3)，所述挡板段位于深槽段上空并连接于两侧侧墙；所述排导段由全衬砌排导底板(8)和两端侧墙(11)构成，排导段数量与缓冲段数量相等，最后一段排导底板(8)连接着出口底板(9)；所述出口段包括全衬砌出口底板(9)和两端侧墙(11)。

2.如权利要求1所述的一种挡流式泥石流排导槽，其特征在于，所述挡板段还包括位于挡板底板(3)末端的挡板齿坎(10)。

3.如权利要求2所述的一种挡流式泥石流排导槽，其特征在于，所述挡板底板(3)的宽度与排导槽槽底宽度相等。

4.如权利要求2或3所述的一种挡流式泥石流排导槽，其特征在于，所述挡板齿坎(10)长度与排导槽槽底宽度相等。