葉城縣泥石流防治工程攔砂壩設(shè)計分析

郝建群，譚亮

（遼寧省第一水文地質(zhì)工程地質(zhì)大隊有限責任公司，遼寧錦州121000）

1 工程概況

該防治工程位于新疆葉城縣境內(nèi)，本次防治工程范圍為柯克亞鄉(xiāng)阿曼夏村西北側(cè)泥石流溝（N1～N7泥石流溝）及泥石流影響范圍。在N4、N5號溝口正對面修建攔砂壩，攔蓄山洪或泥石流中的泥沙（包括塊石），將N4、N5溝洪水導(dǎo)流至N3溝，同時減輕對下游村莊的危害，設(shè)計總長107m。

2 防治工程等級劃分及設(shè)計指標

根據(jù)設(shè)計方案，本工程確定為防治工程等級二級，防治工程為一般永久性工程，按工程使用期50年設(shè)計。

設(shè)計指標包括：（1）N4、N5泥石流溝50年一遇合計暴雨洪峰流量Q=28.32m3/s，其中N4泥石流溝為13.20m3/s，N5泥石流溝為15.12m3/s；（2）泥石流流速選用兩溝較大值為Vc=4.15m/s；（3）泥沙沖擊壓力選用兩溝較大值為34.79kPa，泥沙沖起高度選用兩溝較大值為H=1.41m；（4）天然土質(zhì)溝床糙率n=0.03，混凝土襯砌糙率n=0.013，漿砌石襯砌糙率n=0.023；（5）地區(qū)季節(jié)性凍土深度1.8m。

3 攔擋壩結(jié)構(gòu)設(shè)計

3.1 攔擋壩設(shè)計過水斷面

過水斷面采用梯形斷面，設(shè)計底寬6.0m，過水斷面深1.5m、坡比1∶1。

3.1.1 水力驗算

1）計算公式。根據(jù)設(shè)計方案，N4和N5泥石流溝內(nèi)的洪水沿攔擋壩排導(dǎo)至下游排導(dǎo)槽內(nèi)。故對攔擋壩段按明渠水力條件進行驗算，計算公式為[1]：

式中，Q為過流量，m3/s；A為過流量，m3/s；C為謝才系數(shù)；R為水力半徑，m；X為濕周，m；n為糙率；m為內(nèi)邊坡系數(shù)；i為渠底坡降；b為梯形底寬，m；A1為過流斷面面積，m2。

2）參數(shù)選取。排導(dǎo)槽底寬6m，過水深1.5m，墻前邊坡系數(shù)1∶0，墻背邊坡系數(shù)1∶0.2底部糙率為0.03，設(shè)計縱坡2.14%。

3）計算結(jié)果。將以上參數(shù)代入式（1）～式（4），經(jīng)計算，導(dǎo)流護坡設(shè)計斷面最小過流量為42.738m3/s，滿足50年一遇暴雨洪水峰值流量，N4泥石流溝與N5泥石流溝匯流流量總和為28.32m3/s。

3.1.2 校核排導(dǎo)槽中水流流速

校核排導(dǎo)槽中水流流速是否滿足不沖流速（V不沖）與不淤流速（V不淤）。

1）計算方法

式中，V為導(dǎo)流護坡水流流速，m/s；Qc為50年一遇暴雨洪水峰值流量，m3/s。

2）參數(shù)選取

50年一遇暴雨洪水峰值流量（Qc）根據(jù)勘查報告取N4泥石流洪水流速4.15m/s，A1根據(jù)表1選取，V不沖為5m/s，V不淤為0.65m/s（參考王禮先著《水土保持工程學》關(guān)于山邊溝渠工程；SL 18—2004《渠道防滲工程技術(shù)規(guī)范》關(guān)于防滲渠道允許不沖流速內(nèi)容）。

3）計算結(jié)果

經(jīng)過計算，壩前水流流速V=4.6m/s，滿足不沖刷不淤積流速要求。

3.2 攔擋壩穩(wěn)定性驗算

3.2.1 基礎(chǔ)埋深

由于基礎(chǔ)埋置深度，主要考慮沖刷深度及凍土深度，沖刷深度具體計算如下。

1）計算公式

沖刷深度依據(jù)GB 50286—2013《堤防工程設(shè)計規(guī)范》中附錄D進行計算，計算公式如下：

式中，hB為局部沖刷深度m；hp為沖刷處的水深m，以近似設(shè)計水位最大深度代替；Vcp為平均流速m/s；取Vcp=4.6m/s；V允為床面上允許不沖流速m/s，按GB 50286—2013《堤防工程設(shè)計規(guī)范》公式D.2.1-5；計算取0.96m/s；η為與防護岸坡在平面上的形狀有關(guān)，一般取η=1/4。

2）計算結(jié)果

由式（5）計算，排導(dǎo)槽基礎(chǔ)最大沖刷深度0.62m，埋深結(jié)合達木斯鄉(xiāng)歷年最大凍土深度1.5m，確定導(dǎo)流護坡基礎(chǔ)埋深為1.8m[2]。

3.2.2 攔擋壩壩高確定

本次設(shè)計攔擋壩，壩高依據(jù)壩前庫容與泥石流沖起高度綜合確定，經(jīng)計算，設(shè)計攔擋壩地面以上高3.5m。

3.3 攔砂壩斷面設(shè)計

如圖1所示，設(shè)計攔砂壩頂寬3.6m，其中懸臂擋土墻墻頂寬0.4m，地面以上墻高3.5m，基礎(chǔ)埋深1.8m，面坡坡比1∶0，背坡坡比1∶0.2，采用C25現(xiàn)澆鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，鋼筋骨架選用HRB400φ12mm和φ18mm鋼筋。

圖1攔砂壩斷面設(shè)計示意圖

4 結(jié)論

通過上述設(shè)計、計算以及實現(xiàn)效果來說，可以看出攔砂壩起到了攔蓄山洪或泥石流中的泥沙（包括塊石），以及減少或避免下游居民的受災(zāi)損失的作用。