柔性分離式支護在堰塞湖治理工程中的應用

杜鵬

(四川省水利水電勘測設計研究院，四川成都 610072)

1 概述

“5.12”汶川大地震發生時，由于強震作用，震區多條河流兩側山體產生了滑坡、崩垮，堵塞了河道，形成了規模不一的大小堰塞湖，給兩岸及下游生產生活設施及人民生命財產安全帶來了極大威脅。各堰塞湖在完成應急排險后相繼開展了后期綜合治理工作，以四川安縣茶坪河為例，“5.12”地震中形成了肖家橋、觀音巖等共計18座堰塞湖。在這些堰塞湖的綜合治理初步設計中，基本上都采用混凝土護坡等剛性固槽并加以邊坡噴錨支護等工程措施，但在實際施工過程中，暴露出原設計方案存在的一些問題:一方面，投資較大;另一方面，由于堰塞體形成的特殊性，堰體和兩岸邊坡物質組成復雜、穩定性差，岸坡非常陡峻，使得施工難度很大，而且先期施工的部分泄槽護坡在堰塞體自身不均勻沉降作用下產生了程度不一的拉裂破壞。通過對堰塞體動態變化的進一步分析研究，設計對原剛性支護方案進行了調整，采用綠格網塊石，結合泄槽流速分布情況，重點將穿堰塞壩泄流槽進口和下游出口區調整為分離式柔性支護方案，取得了較好的效果。筆者以其中較為有代表性的肖家橋堰塞湖治理對柔性分離式支護方案進行介紹。

2 堰塞體泄槽剛性支護方案

肖家橋堰塞壩是“5.12”汶川大地震時在強震作用下由右岸巖質順層滑坡形成，滑坡體分布高程為725～920 m，順河方向最大寬度280 m。河床段堰塞壩地震后壩頂高程為760～780 m，堰塞體高30～50 m，壩頂順水流方向長390 m，垂直水流方向長110 m，堰體體積約為242萬m3左右。其三維地形效果圖見圖1。

圖1 肖家橋堰塞湖三維效果圖

該堰塞湖治理后泄流槽按10年一遇洪水標準設計。治理原則為:在有條件情況下，盡可能降低堰塞體高度、消減堰塞湖庫容。最終確定泄槽清理寬度為35 m，泄槽底高程由742 m 降至728 m，清理深度約14 m。右側公路路面高程750 m，將公路路面以上的所有滑坡物質全部清除;高程750 m 以下的河岸坡比為1∶1.5，坡高10 m，襯以厚0.5 m 的C15混凝土，護坡坡腳以下為C15混凝土抗沖齒槽，齒槽底高程深入河床基巖以下0.5 m。該方案設計斷面見圖2(肖家橋堰塞湖泄槽剛性支護方案)。通過計算分析，泄流槽的過流能力、進出口及槽身的防沖消能均能滿足要求。

治理工程于2009年10月正式開工，在施工過程中，由于堰塞體及岸坡一直處于自身沉降的動態變化之中，前期實施的混凝土剛性護坡、護底出現了程度不一的拉裂破壞，尤以進出口一定范圍內表現突出。經分析得知，出現這種情況，除了與堆填體沉降變形有關外，進出口水流流態較為紊亂也加劇了這種變形破壞的發展。通過現場資料的收集并經過多方案比選，最終提出了將混凝土剛性支護調整為柔性分離式支護的方案。

3 柔性分離式支護方案

圖2 肖家橋堰塞湖泄流槽剛性支護方案剖面圖

柔性分離式支護理念的提出，主要是基于堰塞湖形成過程中的自身特點與常規的工程填筑壩體或在穩定原狀基礎上開挖的泄流渠道有著本質的差異，天然形成的堰塞體及兩岸邊坡存在一個較長期的自穩沉降過程，且高岸坡施工條件困難，結合這一具體情況，制定了“疏挖降庫、河道恢復;泄槽過流、前擴后護;柔性支擋、兼防并固”的治理原則，對原設計的混凝土護坡、護底方案進行了調整。具體方案如下:

(1)堰塞體泄流槽在盡量下挖的前提下(有條件時最好降至原河床)，前部適當擴寬，最前緣寬度為泄槽寬度的1.5倍左右。出口底板與下游河道自然銜接，縱坡不陡于1∶10，避免出現急彎、陡坎等。

(2)泄流槽進口以下、出口以上各80 m 范圍兩側護坡均采用綠格網塊石型式，在形成的穩定邊坡上，設置5層綠格網，一個網格單元尺寸為1 m×1 m×2 m(寬×高×長)，總支護高度5 m，嵌入槽底以下1 m，格網結構頂高程高于通過10年一遇洪水水位1 m。其斷面結構見圖3。

圖3 肖家橋堰塞湖泄流槽綠格網柔性支護方案剖面圖

(3)為保證網格間具有良好的柔性分離適應變形的效果，在每個網格之間均采用高強鋼絲相連，鋼絲長20 cm，間距30～40 cm，梅花形分布。綠格網本身也采用同樣的高強鋼絲，單根網絲拉斷時的應力可達3500～4000 kg;箱籠網箱結構抗壓強度達300～400 t/m2，抗拉強度達495 N/m2以上。

4 應用效果及結語

肖家橋堰塞湖治理通過應用綠格網大卵石柔性分離式護坡技術，不僅滿足了邊坡抗沖的要求，充分提高了其對后期變形的適應能力，同時也體現出綠色生態的美觀效果，最大程度地實現了治理后的環境生態效益。由于該方案將原混凝土護坡調整為就地取材的生態柔性分離式護坡，不僅大大減少了水泥、沙石骨料等外來物質，降低了對環境的負面影響，而且還有效加快了施工進度，節省工程投資230萬元。

堰塞湖往往是在自然災害中突發性地形成，在其治理過程中，應充分考慮該類型地質災害產生的自身特點，因地制宜、因勢利導，結合相關基礎設施的建設需要，統籌兼顧，做到工程干預與生態修復的協調共處。肖家橋堰塞湖綜合治理工程起到了很好的指導、示范作用。在茶坪河其余20多座堰塞湖的綜合治理中，大量推廣并采用了該工程的成功經驗，這批堰塞湖工程投資總額達1.2億元，相對初設批復投資節省約3400萬元。

這批堰塞湖治理工程竣工后，經受住了2009年“9.24”洪水和2010年“8.17”大洪水的考驗，目前運行良好。肖家橋堰塞湖的治理設計獲得了2011年度四川省工程勘察設計“四優”二等獎。