東河泥石流對高速公路危險性評價及防治★

陳 沛 郭 輝 向 波 謝勇謀 何云勇

(四川省公路規劃勘察設計研究院有限公司，四川 成都 610041)

較強突發性和較大的破壞性是泥石流這類地質災害的主要特點，這對公路的建設方案選擇產生巨大影響[1，2]。許多學者對泥石流的性質及影響因素展開研究，齊云龍等[3]研究了降雨過程對泥石流暴發的影響，以帕隆藏布中上游九絨溝的4次泥石流為例，分析了降雨和氣溫在泥石流起動中的作用機制。劉鑫等[4]對川藏公路邦達至林芝段泥石流進行現場調查，并結合遙感技術對災害現場泥石流的分布規律、環境背景及激發因子展開研究，得出地形、構造運動、地層巖性等環境背景及降雨誘發因子對泥石流的規模及分布存在影響。針對實際公路工程沿線泥石流的危險性評價，魏學利等[5]采用遙感和野外調查，對中巴公路奧布段泥石流孕災環境和控制要素進行分析，并結合GIS及信息量模型分析了公路沿線泥石流的危險性。吳斌等[6]采用地面調查和現場測試的方法，評估了八代村、栗山村和楊家凹大規模沖積扇的沖溝泥石流危險性和動力特征，并對該路段橋涵路基的安全性進行了評價。本文針對東河泥石流對某高速公路安全影響展開研究，通過激光掃描、衛星遙感、現場調查、室內試驗分析計算等方法，研究該泥石流形成條件、活動特征、泥石流對高速公路橋墩整體沖擊力、最大沖起高度、爬高及彎道超高等活動特征值，預測該泥石流的爆發頻率，對該路段高速公路的危險性進行評價并給出相應的防治對策，為類似地區高速公路提供了參考依據。

1 東河泥石流形成條件

1.1 地形地貌及溝道條件

東河位于西昌市東部，屬安寧河左岸二級支流。經調查，東河泥石流溝上游匯水面積大，下游集水面積小，泥石流形成區、流通區、堆積區界限分明。該泥石流主溝沿東西向展布，形成區各支溝南北向展布，整個流域為“扇形狀”。東河主溝為“V”字型，流域內支溝呈“樹丫”狀結構分布，見圖1。

東河流域面積約216 km2，其中匯水面積173.6 km2，占流域面積的80.4%，主溝長約39.51 km，溝床平均縱坡為3.15%。距離主溝溝口12.6 km處分布2條支溝，其中左側東河支溝長約23.72 km，相應縱坡坡降為4.49%，包含6條2級支溝，分別是達伍河、火你洛莫、阿牛老作、洪洛拉達、嘎烏拉達、黑哈拉達。右側為則木河支溝總長10.2 km，相應縱坡降為5.8%，分布圖見圖2。

該泥石流溝域內山高坡陡，平均坡度大于35°，崩塌、滑坡等不良地質發育。溝谷縱坡陡緩不均，主溝及各一級支溝縱坡相對較為平緩，平均約3%～6%，各二級支溝縱坡大于10.0%，使得支溝降雨匯集集中排至主溝，為泥石流形成提供了水源匯流、松散固體物質搬運等條件。

1.2 地層巖性

1.3 地質構造及地震

東河處于四川省Ⅰ級構造單元——揚子準地臺的西南緣，自西向東跨及康滇地軸、四川臺坳兩個Ⅱ級構造單元。研究區線路主要經過的構造褶皺主要有日阿鳩背斜(Z12)、轎頂山向斜(Z13)、爾烏背斜(Z14)，斷層主要有羅西斷裂、四開交際河斷裂、黑水河斷裂、自治莫蕎窩斷裂、則木河斷裂、安寧河東、西支斷裂。按照中華人民共和國國家標準GB 18306—2015中國地震動參數區劃圖，東河泥石流溝地震峰值加速度為0.3g，基本烈度為8度。

1.4 氣象水文

東河流域為亞熱帶西南季風氣候，具有亞熱帶高原山地立體氣候特征。年平均氣溫19.6 ℃，極端最低氣溫3.8 ℃，極端最高氣溫36.6 ℃。年日照時數2 445.4 h，太陽輻射能量充足，年平均蒸發量1 961.8 mm。東河流域海拔在1 500～2 000之間，其海拔每增高100 m，氣溫降低約0.55 ℃。

東河主溝河寬數米至20 m，水量較豐富，洪枯水位變化大，水位變幅約0.5 m～2 m，流量一般50 m3/s～100 m3/s，最大流量可達千余方每秒，水力坡度約為3.0%～6.0%，具有陡漲陡落的山溪性水流特征。

2 泥石流活動歷史與性質

2.1 泥石流活動歷史

東河泥石流溝谷流域面積較大易匯水，溝域內地形陡峻，各支溝溝谷縱坡大，為水源和泥沙的匯聚提供了有利的地形地貌條件。根據現場調查，東河于1997年暴發過暴雨溝谷型泥石流，泥石流將溝域內部分可參與泥石流的固體物源帶走，上游溝道崩滑堆積物源、坡面侵蝕物源、溝道堆積物源均發育，為泥石流的暴發提供了物源條件。在遭遇可激發泥石流的暴雨條件下，上游物源不斷匯入溝道內，順溝而下，通過溝道揭底沖刷卷動溝道內的松散堆積物源，并將兩側溝岸松散固體物質帶走，以滾雪球的方式向下游運動，再次將可參與泥石流活動的松散固體物質沖出溝口，從而引發此次泥石流災害。

目前東河泥石流在自然狀態下仍處于發育階段，溝床有沖有淤，整體處在發育階段的衰退期，由于溝域內不穩定和潛在不穩定物源量仍較豐富，現狀條件下在強降雨時局部溝段暴發泥石流可能性大，但在一般降雨條件下，由于東河河床縱坡坡降較緩，形成的泥石流絕大部分將會在溝床中淤積，僅有少量物質沖出東河溝口。

2.2 泥石流性質

根據現場調查及室內試驗分析，該泥石流物質組成為：粒徑小于0.005 mm的粘粒占比0.4%～2.6%；粒徑為0.005 mm～0.075 mm 的粉粒占比0.8%～9.8%；粒徑為0.075 mm～2 mm的砂粒占比8.6%～23.8%；粒徑為2 mm～20 mm的圓礫或角礫占比6.5%～16.8%；粒徑為20 mm～200 mm的卵石或碎石占比38.5%～52.7%；粒徑大于200 mm的漂石或塊石占比18.0%～32.4%。由此可判定，該泥石流為過渡型偏粘性泥石流。

2.3 泥石流物源特征

經現場調查，東河泥石流主溝及支溝兩岸基巖裸露，溝底多為泥石流坡洪、沖洪及局部滑坡堆積物，大部分堆積物處于穩定狀態，屬溝道和坡面侵蝕物源，具體為斜坡崩滑類物源和溝床揭底沖刷物源。若遭遇特大暴雨，堆積物欠穩定狀態的部分松散物質仍然會被水流沖刷搬運，形成泥石流。經統計，東河主溝及支溝物源分布廣泛、數量較大，再次發生泥石流的物源條件依然滿足，但其動儲量約占總儲量20%～25%，泥石流暴發規模有限。

3 泥石流特征分析及暴發頻率

3.1 泥石流特征值計算

通過對東河泥石流開展野外調查，獲取了東河泥石流歷史泥位、溝道斷面等資料，其流體平均重度按《泥石流災害防治工程勘查規范》及現場調查綜合分析確定取1.80 t/m3。根據《四川省中小流域暴雨洪水計算手冊》[7，8]計算暴雨頻率、斷面平均流速及設計洪峰流量，假定暴雨頻率與泥石流頻率一致，可用配方法計算泥石流流速、流量、一次沖出量、一次沖出固體物質總量等指標，以及泥石流對某高速公路橋墩沖擊力、爬高、最大沖起高度、彎道超高等特征值，計算結果見表1～表3。

由表1～表3可知，東河泥石流主溝斷面平均流速為2.48 m/s，各支溝中嘎烏拉達溝流速最小，其值2.33 m/s，洪洛拉達溝流速最大，其值為4.05 m/s。東河主溝20年、50年及100年一遇暴雨下洪峰流量分別為354.17 m3/s，428.27 m3/s，596.14 m3/s，一次沖出固體物質總量分別為51 949.92 m3，62 818.72 m3，87 441.48 m3。該泥石流主溝及各支溝對某高速公路橋墩沖擊力范圍為107.39 kN～193.36 kN，最大沖起高度0.44 m～1.34 m，爬高0.28 m～0.83 m，彎道超高為0.35 m～1.05 m。

表1 東河泥石流主溝及支溝平均流速

表2 東河泥石流暴雨洪峰流量及一次沖出量

表3 東河泥石流整體沖擊力、最大沖起高度、爬高及彎道超高

3.2 泥石流暴發頻率

依據東河泥石流活動歷史、溝道物源分布及特征等綜合調查分析，參考《中國泥石流》《泥石流防治指南》和《泥石流災害防治工程勘查規范》對東河泥石流進行歸類打分評級。東河泥石流主溝及各支溝易發程度評分為84～97，為輕度易發～易發等級。其中主溝、二級支溝阿牛老作、嘎烏拉達及黑哈拉達為輕度易發等級，1號東河支溝、2號則木組河支溝、二級支溝達伍河、火你洛莫及洪格拉達支溝為易發等級。鑒于一年多次或5年一次為高頻，5年～20年一次為中頻，20年～50年一次為低頻。東河主溝及各支溝泥石流易發等級及暴發頻率見表4。

表4 東河泥石流溝易發等級及暴發頻率統計表

4 泥石流對高速公路的影響及防治措施

4.1 泥石流發展趨勢預測

東河流域主溝及各支溝近現代泥石流活動活躍度表現不一，其中主溝及1號東河支溝活躍度較低，主要表現為洪水暴發，時間約20年～50年1次；2號則木河支溝及各二級支溝活躍度較高，泥石流暴發頻率約1年～20年1次，尤其達伍河、火你洛莫及洪格拉達頻率可達1年～5年1次。因此，從東河流域泥石流的活動歷史來看，主溝及1號東河支溝，泥石流活躍度較低，暴發泥石流概率較低；2號則木河支溝及各二級支溝活躍度較高，暴發泥石流概率相對較高。東河主溝及各支溝按泥石流活動強度判別表進行評價，其結果見表5。

表5 東河泥石流主溝及各支溝活動強度

4.2 泥石流對高速公路的危險性評價

東河泥石流主溝及各支溝暴發頻率不一，其中主溝及1號東河支溝為低頻泥石流，2號則木組河支溝、二級支溝阿牛老作溝、嘎烏拉達及黑哈拉達為中頻泥石流，二級支溝達伍河、火你洛莫及洪格拉達為高頻泥石流；其中低頻泥石流潛在危險性一般，中～高頻泥石流潛在危險性較大～大。根據各個沖溝對橋梁工點影響大小，進行針對性防護，確保具有一定的安全儲備。

4.3 防治措施

1)根據泥石流溝分布特征及擬建線位關系可知，擬建高速公路主要以橋梁形式跨越東河上游各支溝，在主溝段主要沿溝兩岸布設，建議對沿主溝布設路線，采取適當針對性的支擋措施。

2)通過分析可知橋梁設計凈高及凈空具有一定的安全儲備；但泥石流暴發時攜帶眾多塊石，沖擊力較大，設計時應控制塊石沖擊力，以防泥石流大塊石撞擊破壞高速公路路基與橋梁墩臺；同時建議橋墩避免設置在泥石流頂沖位置，不能阻擋泥石流排泄；靠近泥石流溝的路基建議設置防沖撞擋墻，防止泥石流侵蝕路基。

3)建議對高頻、活動強度強、活躍度較高的二級支溝達伍河、火你洛莫及洪格拉達，在橋梁跨越溝谷上游適當位置設置攔擋壩，減少泥石流對橋梁墩柱的沖擊。

4)建議對溝泥石流活動進行必要的監測預防，主要措施為雨量監測，通過雨量的大小判別泥石流暴發的可能性。

5 結論

1)通過對泥石流溝道特征，物源分布情況的綜合調查分析，東河泥石流主溝及各支溝易發程度評分為84～97，為輕度易發～易發等級。2)主溝及1號東河支溝為低頻泥石流，2號則木組河支溝、二級支溝阿牛老作溝、嘎烏拉達及黑哈拉達為中頻泥石流，二級支溝達伍河、火你洛莫及洪格拉達為高頻泥石流，低頻泥石流潛在危險性一般，中～高頻泥石流潛在危險性較大～大。3)東河主溝及1號東河支溝泥石流活躍度較低，暴發泥石流概率較低，2號則木河支溝、達伍河、火你洛莫及洪格拉達活躍度較高，暴發泥石流概率相對較高。4)通過調查研究，東河泥石流的歷史泥痕高度及峰值流量有限，橋梁凈空均滿足在極端不利條件下全流域暴發泥石流的峰值流量過流要求，高速公路項目在東河流域內展布的總體方案可行。