泥石流災害主動防御壩體方案設計

王蘭珠

（新疆兵團勘測設計院（集團）有限責任公司，新疆 石河子832000）

泥石流是一種自然災害，是山區特有的一種自然地質現象。由于降水（包括暴雨、冰川、積雪融化水等）產生在溝谷或山坡上的一種夾帶大量泥沙、石塊等固體物質的特殊洪流，是高濃度的固體和液體的混合顆粒流。它的運動過程介于山崩、滑坡和洪水之間，是各種自然因素（地質、地貌、水文、氣象等）、人為因素綜合作用的結果。泥石流災害的特點是規模大、危害嚴重；活動頻繁、危及面廣；且重復成災。

1 工程概況

該泥石流壩攔阻壩（以下簡稱泥石流壩）位于XX河干流上，泥石流攔阻壩為中型Ⅲ等工程，主要任務是攔截泥石流；由擋水壩段、泄水壩段和防洪堤組成。擋水壩段為砂礫石均質壩，泄水壩段為砼蜂窩壩，最大壩高51 m。泥石流庫興利庫容對應高程為1340 m，泥石流總庫容1228萬m3。

2 攔河建筑物布置

2.1 總體布置

根據工程任務，泥石流庫是一座“漏”庫，運行期平常不蓄水，當發生泥石流或洪水時，水庫截留泥石流在庫內。因此要解決好泥石流攔阻壩壩身及壩基滲透穩定問題。根據水庫功能、設計思想以及工程地形、地質條件，本工程泥石流攔阻壩主要建筑物由左、右岸的擋水壩段和河床泄水壩段兩部分組成。壩型的選擇主要是對擋水壩段壩型進行經濟技術比較。

2.2 擋水建筑物設計

擋水壩段為砂礫石均質壩，壩頂高程1346.1 m，壩頂寬10 m，壩長456 m其中左岸長200 m，右岸長256 m。壩頂采用瀝青路面，鋪油厚度4 cm，下部采用15 cm厚級配粒石。為排除雨水，壩頂向下游單向傾斜，坡度為1%。壩頂上游側設路沿石，路沿石規格50 cm×80 cm，路沿石中部設欄桿并每隔30 m設置太陽能路燈一盞，在兩側壩肩處各設探照燈一盞，以滿足壩頂照明及觀察需要。上游壩坡采用1∶2.5，上游壩坡在1335 m、1325 m、1315 m高程處設三級馬道，馬道寬度均為6 m。下游壩坡采用1∶2.5。下游壩坡在1335 m、1325 m、1315 m、1307 m高程設四級馬道，馬道寬度均為6 m。下游壩坡馬道上游側設排水溝，與壩肩排水溝交匯成網，最終匯至下游河道。下游壩坡設厚度0.3 m的干砌石護坡。

2.3 泄水壩段建筑物斷面比選

根據工程任務，泥石流庫是一座“漏”庫，運行期平常不蓄水，當發生泥石流或洪水時，水庫截留泥石流在庫內。因此要滿足在攔截泥石流的同時應保證正常洪水的下泄，同時隨著庫內泥石流淤積高度的變化，洪水仍應能保證正常的下泄。本工程根據泥石流壩的任務初擬了2中泄水壩段的斷面進行比選。

2.3.1 方案一：上游分層泄水孔+表孔溢洪道

上游分層泄水孔+表孔溢洪道：泄水壩段整體采用蜂窩布置形式，主要由兩個泄洪底孔、表孔溢洪道，總寬度為62 m。為確保泄流安全，平面采用鋼筋混凝土墻分隔的蜂窩狀結構。鋼筋混凝土網格尺寸主要有L×B=12.5 m×9.35 m、12.5 m×3.5 m兩種，隔墻厚度為1.5 m。墻高從上游44.7 m漸變到下游9.8 m。表孔溢洪道形成臺階狀，網格內填充砂礫石，頂部設0.3 m厚的C25鋼筋混凝土護面。河床設兩孔泄洪底孔，以便滿足施工期導流及后期形成相互檢修條件，最終確定泄洪底孔軸線間距為25.5 m。蜂窩壩上游側防護采用100 cm厚的拋石護坡，上游邊坡1∶2.5，共設3層平臺，與兩側擋水壩段馬道連接形成壩前通道，以此做為管理運行的主要道路。最高層平臺高程為1337.0 m，比表孔溢洪道頂高程低3 m。具體方案見圖1～圖3。

圖1 方案一平面布置圖

圖2 方案一泄水壩段剖面圖

圖3 方案一上游分層泄水孔立面圖

圖4 方案二平面布置圖

2.3.2 方案二：上游分層泄水孔

該方案泄水壩段采用壩下埋涵的形式，不在區分擋水壩段和泄水壩段，上游進水通道與下游泄洪底孔段縱坡及布置基本同方案一，主要區別為上游進水通道頂部設5道豎向的進水通道，到達壩體頂部后水平伸向庫內，達到分層泄水的目的。具體方案見圖4～圖6。

圖5 方案二泄水壩段剖面圖

圖6 方案二上游分層泄水孔立面圖

2.4 方案比選

以上兩種布置方案均能滿足攔河建筑物的功能要求，下面通過地形地質條件、工程布置、施工條件、運行管理、工程投資等方面進行綜合比較，以便確定最優方案。方案比較見表1。

表1 泥石流壩泄水方案布置比選表

擬定的方案兩種布置型式均能滿足攔截泥石流的同時分層泄洪的要求，兩方案地形地質條件相同，基礎處理措施類似，上下游防護工程布置相同，各方案優缺點如下：

（1）施工方面：方案一泄水壩段采用鋼筋混凝土框格結構，鋼筋綁扎及混凝土澆筑量大，相比砂礫石擋水壩段施工要求精細，施工難度大。方案二較方案一混凝土結構量小，施工難度相對較小。

（2）運行管理方面：從上游分層進水口布置上，方案一和方案二均能實現自動攔截泥石流自動泄洪的目的，但方案二較方案一分層進水口間局部高程段沒有分層泄水孔，會出現滯洪現象。

（3）后期運行情況：泥石流淤積到壩頂高程后，方案一仍能通過表孔溢洪道下泄洪水而正常運行，方案二則失去正常運行的工程。

4 結論

通過以上分析，從地形地質條件、樞紐布置型式、施工技術、運行管理等方面綜合考慮，兩方案地形地質條件相同，基礎處理措施類似，上下游防護工程布置相同。方案一在攔截泥石流的同時可以及時將洪水下泄，避免了滯洪現象的發生，方案二在攔截泥石流期間由于分層進水口高程上不連續（局部高程沒有分層泄水孔），會形成一定時間的滯洪現象；方案一在庫內泥石流淤積達到壩頂高程后仍能通過表孔溢洪道泄洪，保證了壩體和下游的安全，方案二在泥石流達到壩頂高程后將失去壩體功能。故推薦方案一上游分層泄水孔+表孔溢洪道的形式作為泥石流壩布置方案。

5 建議

鑒于我國每年有近百座縣城受到泥石流的直接威脅和危害；有20條鐵路干線的走向經過1400余條泥石流分布范圍內，1949年以來，先后發生中斷鐵路運行的泥石流災害300余起，有33個車站被淤埋。在我國的公路網中，以川藏、川滇、川陜等線路的泥石流災害最嚴重，僅川藏公路沿線就有泥石流溝1000余條，先后發生泥石流災害400余起，每年因泥石流災害阻礙車輛行駛時間長達1～6個月。泥石流還對一些河流航道造成嚴重危害，如金沙江中下游、雅礱江中下游和嘉陵江中下游等，泥石流活動及其堆積物是這些河段通航的最大障礙。泥石流還對修建于河道上的水電工程造成很大危害，如云南省近幾年受泥石流沖毀的中、小型水電站達360余座、水庫50余座；上千座水庫因泥石流活動而嚴重淤積，造成巨大的經濟損失。

希望該工程的建設能夠為類似泥石流防治區提供借鑒，將泥石流壩建設進行推廣，以保證下游防護區的安全。