大東溝泥石流勘查與治理應用

摘" 要：查明泥石流的地質環境條件、分布范圍、規模、危害、影響因素和誘發因素等，評價與預測其穩定性，查明擬建防治工程部位工程地質條件，為下一步地質災害治理提供依據并減小泥石流發生頻率。運用地質測量地質測繪和山地工程在擬建工程部位鉆孔開挖淺井和探槽綜合有效的勘查方法確定地質參數。結果表明，泥石流的物源成分為安山巖，分布在形成區的主溝內和四道溝部分支溝內，危害對象為當地1 100人，潛在財產損失高達9 480.25萬元。此外，泥石流為暴雨誘發大型低頻稀性水石型溝谷泥石流，其危害性等級為中型，潛在危險性是特大型。通過對泥石流的治理，可成功保護環境，減少財產損失，促進地方的社會穩定，促進當地經濟的快速發展。

關鍵詞：地質災害;地質條件;威脅對象;勘查與治理;攔-擋-排相結合

中圖分類號：X43" " " " 文獻標志碼：A" " " " " 文章編號：2095-2945（2024）09-0179-04

Abstract： This study aims to identify the geological environmental conditions， distribution range， scale， hazards， influencing and triggering factors of debris flows， evaluate and predict their stability， and determine the geological conditions of proposed prevention and control projects， in order to provide a basis for the next step of geological hazard control and reduce the frequency of debris flow occurrence. Effective exploration methods， including geological measurement， geological mapping， and mountain engineering， were used to determine the geological parameters through drilling， excavation of shallow wells， and probe trenching in the proposed project area. The results indicate that the source of debris flow is andesite， distributed in the main gully and some parts of the four gullies in the forming area， threatening 1 100 local residents， and with a potential property loss of up to 94.802 5 million yuan. Furthermore， the debris flow is a large-scale， low-frequency， rare water-rock type gully debris flow induced by heavy rain， with a hazard level of medium and a potential danger level of extremely high. Through the control of debris flows， the environment is protected， property losses are reduced， social stability is promoted， and the rapid economic development of the local area is accelerated.

Keywords： geological hazard; geological condition; threat object; exploration and control; combination of block-block-row

大東溝泥石流溝谷位于張家口市橋西區北部大境門外清水河河谷東側的溝谷內，流域面積21.7 km2。流域范圍內的相對高差較大，人頭山絕對高程1 612.3 m，清水河絕對高程790 m，相對高差822.3 m。項目區內山勢陡峭、地形復雜、溝谷發育，溝谷走向多為北東向，支溝谷多呈V形，主溝道中下游多呈U形，溝道平均比降多在50～280‰之間，兩側山坡坡度25～60°。流域范圍內多次發生泥石流，給當地居民造成了財產損失，居民生產生活受到很大影響。

地質構造：項目區地處燕山臺褶帶（Ⅱ22）宣龍復向斜（Ⅲ24）中萬全中斷凹（Ⅳ29）的東段。太古界變質巖系為基底，中生界侏羅系火成巖及新生界第四系松散堆積物構成蓋層，區域內斷裂構造發育。

地震：張家口橋西區大東溝流域范圍地震動峰值加速度為0.10 g，地震設防烈度為Ⅶ度[1]。根據走訪調查和資料記載，項目區歷史上沒有發生6級以上破壞性地震的記錄。

水文地質條件：工作區為侵蝕構造低中山區，在區域水文地質單元上屬柴溝堡-宣化盆地盆緣山地水文地質大區，為地下水補給區。山高坡陡，沖溝發育，植被覆蓋率較低，大氣降水多以地表徑流的形式排出區外。地下水類型主要是基巖裂隙水和松散巖類孔隙水。

基巖裂隙水主要賦存于巖石的風化裂隙和構造裂隙中，大氣降水的入滲補給是其唯一補給來源，地下水由高向低處運移，在地勢較低的溝谷地段補給孔隙水，或直接出露地表成為泉水。

區內的坡洪積土體大部分為透水不含水層，松散巖類孔隙水自東向西徑流，最終進入清水河溝谷的沖洪積物孔隙含水層中。區內松散巖類孔隙水水位埋深變化較大，正常年份支溝中地下水水位一般為1～3.5 m，主溝中地下水水位一般為2～10 m，單井出水量一般小于30 m3/h。區內地下水水化學類型一般以HCO3-Ca·Mg和HCO3-Ca·Na型水為主，水質良好，普遍不具有侵蝕性。

地層巖性：出露地層主要為太古界桑干群變質巖系（Ars），侏羅系上統張家口組（J3z），第四系上更新統-全新統（Q3-4）。

1" 勘查目的和任務

1.1" 勘查目的

查明泥石流的地質環境條件、分布范圍、規模、危害、影響因素和誘發因素等，評價與預測其穩定性，查明擬建防治工程部位工程地質條件，為地質災害下一步治理提供依據并減少泥石流發生頻率。

1.2" 勘查任務

第一，掌握泥石流的物源、危害對象、形成機理、控制因素和發育規律。第二，針對治理工程部位采用測量、測繪、鉆孔、淺井和探槽等綜合有效的勘查方法，為施工圖設計提供準確的參數和依據。第三，針對泥石流的活動特征優化治理工程方案，并據此編制施工圖設計。

2" 勘查手段

2.1" 野外測繪及測量

擬建工程部位采用1∶200的地形圖測量、測繪、剖面測量[2]，擬建工程周邊采用1∶500的地形圖測量和測繪;測繪及測量內容主要為擬建工程部位及周邊的水文和工程地質條件，防治工程高程、坐標、溝道尺寸等。

2.2" 鉆探工程

掌握擬建壩體部位的工程地質條件，確定工程地質參數。鉆孔均布置在擬建攔擋壩部位，采用XY-100B型工程回旋鉆進行施工。鉆孔采取一徑到底施工方式，開孔口徑和終孔口徑均為108 mm，巖芯采取率70%左右。

2.3" 山地工程

山地工程主要采用淺井和探槽，主要布置在谷坊壩等工程部位，掌握擬建壩體部位的工程地質條件，確定工程地質參數。探槽深2～3 m/個，體積150" m3;淺井深2～6 m/個，共計120延米。

2.4" 巖土樣

巖樣及土樣主要布設在治理工程地段。巖樣的檢測項目有抗壓強度、抗拉強度及抗剪強度，土樣的檢測項目主要有顆粒級配、壓縮、抗剪和容重等，以掌握區內巖土體的工程力學性質，為治理工程的設計提供依據。取樣工作在野外調查過程中與山地工程的施工同步進行，取樣方法符合JGJ/T 87—2012《建筑工程地質勘探與取樣技術規程》[3]。

3" 勘查結論

3.1" 泥石流形成條件和基本特征

3.1.1" 威脅對象

2003年發生的泥石流共造成約130 m堤壩被沖毀或失去作用，186畝（1畝約等于667 m2） 耕地、果園和38戶居民住房遭受不同程度損壞，大量物質沖入清水河河谷中，直接經濟損失達227.7萬元。

泥石流危害對象主要是處于泥石流流域威脅范圍內的居民約354戶、1 100人，住宅、企業、學校醫院和其他市政工程設施，以及農田、果園，已有的防護堤（壩）、導流渠、清水河等防洪設施。經初步估算，如果再次發生泥石流，潛在財產損失為9 480.25萬元。

3.1.2" 泥石流危害性和潛在危害性

根據T/CAGHP 006—2018《泥石流災害防治工程勘查規范（試行）》[4]，結合2003年泥石流的受災對象、直接經濟損失，綜合確定大東溝泥石流危害性等級為中型（表1）。根據潛在威脅人口、潛在威脅財產，預測大東溝泥石流潛在危險性是特大型（表2）。

3.1.3" 泥石流的類型

大東溝泥石流由1條主溝和13條支溝組成，支溝四道溝在暴雨或是長時間降雨情況下多次發生泥石流。物源來源為坡面侵蝕、溝道搬運的固體物質、人工堆積物質和小規模的滑塌體等受地形地貌制約。物源主要分布在溝道內，較大的塊石和較細砂粒固體物質混合在一起，塊石含量73.4%～82.7%，泥石流流體平均重度1.54 t/m3。泥石流的堆積物條帶狀堆積，以安山巖為主，表面較干凈，無泥漿殘留;漿體重度平均值為1.54 t/m3左右。

2003年，泥石流一次堆積6萬余m3，洪峰流量108.7 m3/s。各種分類都是從不同的側面反映了泥石流的某一特定特征。該泥石流為暴雨誘發大型低頻稀性水石型溝谷泥石流[5]。

3.1.4" 可啟動物源量分析

泥石流形成物源類型主要有崩滑堆積體、坡面侵蝕物質、人工堆積體和溝道堆積物。①根據崩滑堆積體的規模、坡面角度、分布位置，評價其穩定性，并考慮堆積體天然休止角、水流侵蝕等因素，估算可啟動的物源量。②坡面侵蝕物源主要為強風化基巖、殘破積和洪坡積物碎石土，以及黃土狀粉土等。這些物質結構松散、顆粒細小，容易在雨水的沖刷下，進入主溝或支溝溝道，參與泥石流活動。③人工堆積體物源主要為人工開挖硐室和公路隧道廢渣，另外還有少量建筑垃圾。④溝道堆積物物源主要是指歷史上發生泥石流或是長期雨水沖刷淤積主溝和支溝溝道內的固體物質。從整體上看堆積物主要分布在主溝中下游、各支溝及上一級支溝溝口、支溝交匯處或是溝道由窄變寬和溝道彎曲處。

3.1.5" 泥石流形成機制與影響因素分析

持續降雨或暴雨匯集成突發性來水，沖刷坡面和溝道內物源，形成泥石流。

根據該泥石流的特點，其主要影響因素為：①降雨是泥石流的主要誘發因素，雨水沖刷和地表徑流可以侵蝕坡面將松散物源帶入溝內，也可以啟動溝內堆積物，為大量突發性來水提供了可能性。②流域范圍內溝谷發育、支溝狹長、溝底坡降大、匯水面積大、坡面坡度大且覆蓋層松散破碎，為泥石流形成提供了集水集物的有利條件。③溝谷物源豐富，主要有坡面松散層、溝道堆積物、人工堆積物，為泥石流形成提供了豐富的固體物質。

3.2" 地質參數確定

工程地質勘查揭露地層巖性，利用實驗室巖土樣的物理力學參數和《工程地質手冊》[6]確定擬建工程部位的地基承載力，為施工圖設計和防治工程施工提供依據。

3.3" 泥石流監測

3.3.1" 監測原則

①目的明確，重點突出。監測重點放在泥石流流域及主要治理工程區段。并適當考慮對周邊產生的不良影響。②監測工作主要是儀器測量與人工巡視相結合，以地表位移監測為主。③在形成區、流通區、堆積區布設監測網點，監測治理工程位移變形、降雨量、物源。

3.3.2" 監測點布設

在施工期和運行期的泥石流流域范圍內布設3個監測控制點，28個治理工程效果監測點，2個水位監測點。

4" 地質災害泥石流治理

大東溝交通方便，水源從清水河內取水。施工用電配備發電機。臨時租用民房用作庫房、征用旱田作為臨時用地。建筑材料水泥可在材料市場購買并且要有出廠合格證及材質化驗單。塊石采用本地取材或附近砂石料場購進。各類建筑材料質量達到合格要求。

4.1" 防治目標

根據泥石流的類型、活動規律等進行的防治工程專項設計，能夠滿足設計暴雨頻率下泥石流的行洪要求，確保居民的生命和財產安全，以及清水河和張承高速公路的安全。

4.2" 防治原則

治理工程采用攔-擋-排相結合綜合整治的原則，確保在設計頻率和次數內不形成泥石流災害。治理工程應有利于災害體自身穩定，盡量避免擾動巖土體，導致其內部應力變化。選用安全可靠、經濟合理、施工簡便的成熟技術，便于維護和管理。盡可能美化生態環境，與自然景觀相協調，與城市建設規劃相協調。

4.3" 防治方案

4.3.1" 攔擋壩工程

項目區修建5座攔擋壩，形成區主溝內設置2座攔擋壩，攔擋上游沖下來剩余的固體物質，減弱泥石流洪水沖出溝口的沖擊能量，匯淤后對兩岸坡壓腳。流通區主溝內修建2座攔擋壩，把物源攔截在主溝內。支溝四道溝修建1座攔擋壩，把物源攔截在支溝內，通過攔擋壩下游的泥石流比重接近洪水比重，固體物質小于2 cm。

攔擋壩采用漿砌石結構，壩頂采用M10水泥砂漿抹面厚度5 cm。墻身用M10水泥砂漿勾縫。壩肩兩側嵌入基巖的深度不小于1.0 m，壩頂設置溢流口，溢流口滿足T/CAGHP 021—2018《泥石流防治工程設計規范（試行）》[7]要求。壩體設置排水孔，排水孔單孔孔徑D≥（2～4.5）Dm，孔間壁厚Db≥（1～1.5）Dm（Dm為過流中最大石塊粒徑），排水孔設置在距溝槽地表0.5 m以上的壩體部位，用于攔截碎石和沉淀較細顆粒物質，并排泄一般年份的洪水。在壩體下游設置C15片石砼護坦工程與壩體相接，防止沖刷，護坦工程按水平布設，并與下游溝床高程一致?？刂菩泻榱髀罚ＷC行洪河段安全。50年一遇的泥石流攔擋壩的攔截次數為1～2次，20年一遇的泥石流攔擋壩的攔截次數為3～4次。

4.3.2" 谷坊壩工程

項目區修建10座谷坊壩，其中大老漢溝、頭道溝、四道溝、脆石窯溝和小南溝5條支溝內分別各修建1座谷坊壩，二道溝修建2座谷坊壩，三道溝修建3座谷坊壩，具有穩固溝床、進行消能和調節流量的作用。

谷坊壩均采用漿砌石結構壩體，其壩肩嵌入到松散土層的深度不小于2.0 m。壩頂采用M10水泥砂漿抹面厚度3 cm，主要起護床固坡、攔截泥沙作用。壩身設有排水孔，排水口尺寸參照攔擋壩規格，減小壩體滲透壓力和浮力，增加壩體結構穩定性。

4.3.3" 重力式擋墻工程

在四道溝修建1#、2#重力式擋墻，擋墻采用漿砌石結構。防治發生泥石流時大量人工開挖隧道棄渣沖入主溝，把棄渣攔截在四道溝內。坡比1∶0.5，擋墻頂部M10水泥砂漿抹面厚度2 cm，墻身用水泥沙漿勾縫。每隔20 m設寬度為20 mm的濾清木板沉陷縫。墻身鋪設土工布。墻身設2排排水孔，排水孔采用PVC-U?50 mm，水平孔距3 m，垂直孔距0.7 m，梅花型。

4.3.4" 防護堤、排導槽工程

主溝內流通區修繕損毀防護堤，以防止泥石流直接沖向農田。修繕防護堤長度23 m，高度2 m，頂寬1.0 m，基礎埋深1.0 m，墻身采用M10漿砌Mu30塊石砌筑，在堆積區修建排導槽長383 m、寬15 m。排導槽基礎埋深1.0 m，排導槽高度3.2 m。根據排導槽穩定性計算結果確定墻體剖面尺寸，頂寬0.6 m，面坡坡率1∶0，背坡坡率1∶0.4;排導槽采用M10漿砌Mu30塊石砌筑，排導槽外側鋪設土工布。墻身用水泥沙漿勾縫。每隔20 m設寬度為20 mm濾清木板沉陷縫。與水利部門修建的導流渠連接，通過攔擋壩的洪水由排導槽、導流渠排入清水河。

5" 社會效益分析

治理工程實施后，保護了人民生命財產和公共設施安全，保證在發生泥石流時不形成災害，減少水土流失，其社會效益顯著。治理后攔擋壩效果圖如圖1所示，谷坊壩效果圖如圖2所示。

6" 結束語

對大東溝泥石流災害進行工程治理是必要的、技術可行的，其治理工程措施，對當地環境起到了示范效應。在防治工程完成后，環境得到保護，財產損失減少，促進了地方社會穩定，加快了當地經濟快速發展。

參考文獻：

[1] 中國地震局.中國地震動參數區劃圖：GB 18306—2015[S].北京：中國標準出版社，2015.

[2] 中國有色金屬工業總公司.工程測量規范：GB 50026—2007[S].北京：中國計劃出版社，2008-05-01.

[3] 中華人民共和國住房和城鄉建設部.建筑工程地質勘探與取樣技術規程：JGJ/T 87—2012[S].北京：中國建筑工業出版社，2012.

[4] 中國地質災害防治工程行業協會.泥石流災害防治工程勘查規范（試行）：T/CAGHP 006—2018[S].北京：中國地質大學出版社有限責任公司，2018.

[5] 地質災害防治工程勘查規范：DB50/T 143—2018[S].重慶：重慶市質量技術監督局，2018.

[6] 常士驃.工程地質手冊[M].北京：中國建筑工業出版社，1990.

[7] 泥石流防治工程設計規范（試行）：T/CAGHP 021—2018[S].北京：中國地質災害防治工程行業協會，2018.

作者簡介：楊江利（1976-），男，高級工程師，注冊建造師。研究方向為水文工程地質、地質災害。