某村泥石流的防治方案設計案例目錄TOC\o"1-3"\h\u10221某村泥石流的防治方案設計案例 1246421.1治理點位置設計 1296581.2參數(shù)的確定 3140151.3防治工程設計計算 468401.4攔擋工程 10142791.5排導渠 121.1治理點位置設計（1）工程地質(zhì)條件攔擋工程區(qū)工程地質(zhì)條件：位于泥石流溝形成區(qū)，溝床寬1～10m，溝床縱坡215‰，溝岸為林地，岸坡陡峻。溝道上游兩側(cè)岸坡發(fā)育為第四系坡積層（Q4al）和灰?guī)r，溝道內(nèi)第四系泥石流堆積層（Q4sef）厚2～6m，谷坊壩和攔擋壩基礎均處于第四系泥石流堆積層（Q4sef）內(nèi)，巖性主要為卵礫石，中間由粗～中砂填充，粘性顆粒含量較少，密實度中等。雨季溝水流量較大，區(qū)內(nèi)第四系松散堆積層，具有良好的透水性，無法形成穩(wěn)定的地下水位，水位隨季節(jié)變化較大。施工時壩肩邊坡可能對坡體前緣形成擾動，可能誘發(fā)小規(guī)模邊坡垮塌等現(xiàn)象，施工過程中應考慮開挖工程預防不良地質(zhì)體的發(fā)生。排導槽工程區(qū)工程地質(zhì)條件：主要位于泥石流溝流通區(qū)，工程區(qū)地形相對平緩，多為農(nóng)田和居民區(qū)。分布地層為第四系泥石流堆積層（Q4sef），泥石流堆積層厚2～5m。排導槽建設過程中可能誘發(fā)小規(guī)模開挖土質(zhì)邊坡垮塌等現(xiàn)象，但一般規(guī)模較小，易于防治。（2）治理點位置確定根據(jù)《泥石流災害防治工程設計規(guī)范》(DZ/T0239-2004)第1.1.5

條，攔擋壩壩址的選擇應避開泥石流的直沖方向，多設在彎道的下游側(cè)面，以充分發(fā)揮彎道的消能作用。壩址的選擇受多種因素的限制，社會經(jīng)濟方面包括建壩的用途、目的、壩型的選擇，自然環(huán)境因素有地形、地質(zhì)周邊環(huán)境等。來路溝溝谷開闊，兩岸為第四系上更新統(tǒng)坡洪積物（Q3dl～pl），溝底分布有大量的碎石，厚度約2ｍ～5ｍ。泥石流防治措施布設攔擋壩為主，壩址選擇在壩基良好、岸坡穩(wěn)定及地形變窄的狹口處，充分發(fā)揮壩體的攔擋功能，同時能有效減少泥石流的沖擊力。排導槽縱向軸線布置力求順直與河溝主流中心線致，

盡可能利用天然溝道隨彎就勢，提高輸沙能力、增大輸沙粒徑，將泥石流在控制條件下安全順利地排泄到指定的區(qū)域。谷坊壩、攔擋壩和排導渠位置見圖4-3。圖4-3攔擋工程、排導工程位置圖Fig.4-3Locationdiagramofblockingandsteeringworks為詳細的了解攔擋工程、排導工程各處的地質(zhì)條件、特征參數(shù)在擬建治理點位置設計了相應的剖面線，6座谷坊壩對應1-1＇至6-6＇，2座攔擋壩對應7-7＇、8-8＇，排導渠對應設計有9-9＇至13-13＇，見圖4-4：圖4-4攔擋工程、排導工程剖面線位置圖Fig.4-4Blockengineering,drainageandguideengineeringsectionlinelocationmap1.2參數(shù)的確定（1）泥石流容重攪拌實驗法：γc﹦Q/W（4-1）式中：γc-泥石流流體容重（t/m3）Q-攪拌成泥石流總重量(t)W-攪拌成泥石流總體積(m3)經(jīng)試驗計算得來路村泥石流的容重γc=1.516t/m3；（2）泥石流流速綜合西藏古鄉(xiāng)溝，東川蔣家溝，武都火燒溝的通用公式：Vc式中：Vc-泥石流流速（m/s）Nc-粘性泥石流的河床糙率，用內(nèi)插法《泥石流災害防治工程勘查規(guī)范》(DZ/T0220～2006)表I.5查得，是0.077。Hc-計算斷面平均泥深(m)用調(diào)查值Ic-泥石流水力坡度(‰)，用調(diào)查資料確定泥石流運動特征參數(shù)見表4-4：表4-4泥石流橫斷面流速計算成果一覽表Table4-4ListofCalculatedResultsofCrossSectionVelocityofDebrisFlowExploration溝名斷面編號計算位置NcIc（‰）Hc（m）Vc（m/s）主溝泥石流溝1-1＇斷面擬建1#壩0.0772220.503.852-2＇斷面擬建2#壩0.0771920.701.493-3＇斷面擬建3#壩0.0771690.701.214-4＇斷面擬建4#壩0.0771900.801.885-5＇斷面擬建5#壩0.0771720.801.646-6＇斷面擬建6#壩0.0772090.805.121#支溝7-7＇斷面擬建7#壩0.0771790.603.918-8＇斷面擬建8#壩0.0772050.905.48主溝泥石流溝排導渠9-9＇斷面擬建排導渠0.0771350.503.0110-10＇斷面擬建排導渠0.0771210.703.5611-11＇斷面擬建排導渠0.0771130.703.4412-12＇斷面擬建排導渠0.0771380.801.1613-13＇斷面擬建排導渠0.0771300.801.041.3防治工程設計計算（1）壩體庫容計算①回淤坡度按下式計算：I0=K·I（4-3）式中：I0-回淤縱坡（‰）；I-溝床縱坡（‰）；K-泥石流回淤系數(shù)，一般取0.3～0.5，本次設計取0.5。②壩體攔擋貯量采用溝道斷面法計算:（4-4）式中：Vs-攔擋（谷坊）壩庫容（m3）；A-壩址處溝道橫斷面的面積（m2）；La-回淤長度；K—泥石流回淤系數(shù)，一般取0.3～0.5，本次設計取0.5。溝谷縱比降通過現(xiàn)場調(diào)查已獲得，回淤縱坡比降通過公式4-3計算得知；有效壩高初步設計為3m，有效壩寬根據(jù)實測壩址橫斷面寬度，Vs是壩的回淤庫容；③防止溝床揭底沖刷減少物源計算M=La·B回·S（4-5）式中：M-防止溝床揭底沖刷減少物源，m3；B有-有效壩寬，m；S-建壩前的前刷深度，m；④合計穩(wěn)攔物源量計算V穩(wěn)=V回+M（4-6）式中：V穩(wěn)-合計穩(wěn)攔物源量，m3；V回-壩的回淤庫容，m3。由此計算出壩體攔擋儲量的結(jié)果見表4-9。表4-9谷坊壩和攔擋壩庫容一覽表Table4-9Gufang(retaining)damstoragecapacitylist分項分部溝谷縱比降（‰）回淤縱坡比降（‰）回淤長度La（m）有效壩高H（m）有效壩寬B有（m）泥石流回淤系數(shù)K壩的回淤庫容V回（m3）回淤段溝道堆積物源寬度B回（m）建壩前的前刷深度S（m）防止溝床揭底沖刷減少物源M（m3）合計穩(wěn)攔物源量V穩(wěn)（m3）GF122211125.6319.40.5741.96100.5128872.96GF21929631.1317.50.5816.375100.7217.71031.075GF316981.531.1311.20.5662.43100.7217.7880.13GF41909529.6317.20.5630.48100.8236.8867.28GF51728631.8316.40.5782.28120.8305.281087.56GF6209101.530.4323.30.51062.48150.8361.81427.28LD116783.536.3318.30.5996.43590.8261.361257.795LD216582.539.3323.20.51367.64120.8377.281741.92合計11327.0414529.16（2）溢流口過流流量計算設計壩溢流口根據(jù)擬建壩位溝道形態(tài)特征及該處泥石流峰值流量綜合確定，以保證治理工程有效性。根據(jù)本工程特征，采用堰流公式進行計算壩頂溢流口過流量Q=mbH0式中：Q-過壩泥石流流量(m3/s)；b-溢流口寬度（m）；H0-溢流口深度（m）；g-設計泥深(m)；m-寬頂堰流量系數(shù)（查表求得）本工程m取值為0.346；泥石流溢流口寬度計算見表4-10：表4-10來路村泥石流溢流口寬度計算表Table4-10CalculationtableofwidthofoverflowopeningofdebrisflowinLailuVillage名稱溢流口寬度b(m)設計泥深g(m)溢流口深度H0(m)流量系m數(shù)允許過流流量(m3/s)設計泥石流過壩流量(m3/s)GF13.50.810.3463.843.54GF23.50.810.3463.843.81GF31.00.810.3461.383.89GF41.00.810.3461.381.11GF51.50.810.3461.931.38GF61.50.810.3461.931.68LD16.00.810.3466.586.17LD26.50.810.3467.126.96（3）壩體結(jié)構計算設計工況分為一般工況和地震工況，每種工況下設計有滿庫、半庫、空庫三種狀態(tài)。①抗滑穩(wěn)定性驗算作用于攔擋壩和谷坊壩的基本荷載有：壩體自重、泥石流壓力、過壩泥石流的動水壓力、靜水壓力、揚壓力、沖擊力等，其中壩體自重、泥石流壓力為垂直方向的力，兩者之和為垂直方向作用力的總和；過壩泥石流的動水壓力、靜水壓力、揚壓力、沖擊力為水平方向的力，這幾個水平方向的力的加和是水平方向作用力的總和。（4-8）式中：K—垂直方向作用力的總和(kN)；—水平方向作用力的總和(kN)；—壩體與地基的摩擦系數(shù)。已知垂直方向作用力的總和和水平方向作用力的總和，壩體與壩基的摩擦系數(shù)f通過查表得0.50，抗滑安全系數(shù)計算結(jié)果表見表4-11。表4-11防治設計不同工況下攔擋壩壩和谷坊壩抗滑移驗算結(jié)果表Table4-11Anti-slipcheckingresultsofretainingdamandGufangdamunderdifferentworkingconditionsofpreventionandcontroldesign名稱抗滑穩(wěn)定性驗算編號設計工況設計狀態(tài)計算參數(shù)計算結(jié)果容許抗滑安全系數(shù)最小值垂直方向作用力的總和ΣN(kN)水平方向作用力的總和ΣP(kN)壩體與壩基的摩擦系數(shù)f抗滑安全系數(shù)Kc=f·ΣN/ΣPGF1一般工況滿庫607.1652.560.505.781.15半庫571.54149.970.501.92空庫562.41193.750.501.45地震工況滿庫607.1661.300.501.951.06半庫575.16158.710.501.81空庫563.66202.490.501.39GF2一般工況滿庫607.1661.040.501.971.15半庫571.54178.040.501.61空庫562.41221.820.501.27地震工況滿庫607.1669.780.501.351.06半庫575.16186.780.501.54空庫563.66230.560.501.22GF3一般工況滿庫607.1658.400.505.201.15半庫571.54169.340.501.70空庫562.41213.120.501.32地震工況滿庫607.1667.140.501.521.06半庫575.16178.080.501.61空庫563.66221.860.501.27GF4一般工況滿庫736.3266.550.505.531.15半庫685.98196.070.501.75空庫667.70239.850.501.39地震工況滿庫736.3276.210.501.831.06半庫686.73205.730.501.67空庫669.20249.510.501.34GF5一般工況滿庫736.3261.090.505.741.15半庫685.98188.040.501.82空庫667.70231.820.501.44地震工況滿庫736.3273.750.501.991.06半庫686.73197.700.501.74空庫669.20241.480.501.39GF6一般工況滿庫736.3269.250.505.321.15半庫685.98201.870.501.67空庫667.70248.650.501.34地震工況滿庫736.3278.910.501.671.06半庫686.73211.530.501.60空庫669.20258.310.501.30LD1一般工況滿庫597.5268.790.501.341.15半庫582.00203.380.501.43空庫575.83247.160.501.16地震工況滿庫597.5278.790.503.791.06半庫582.50213.380.501.36空庫576.83257.160.501.12LD2一般工況滿庫597.5268.490.501.361.15半庫582.00202.400.501.44空庫575.83246.170.501.17地震工況滿庫597.5278.490.503.811.06半庫582.50212.400.501.37空庫576.83256.170.501.13②抗傾覆驗算（4-9）式中：—抗傾覆安全系數(shù)，可根據(jù)防治工程安全等級及荷載組合取值；—抗傾力矩的總和(kN·m)；—傾覆力矩的總和(kN·m)。已知抗傾力矩的總和和傾覆力矩的總和，抗傾覆安全系數(shù)計算結(jié)果表見表4～12。表4-12防治設計不同工況下攔擋壩和谷坊壩抗傾覆驗算結(jié)果表Table4-12Anti-overturningcheckingresultsofretainingdamandGufangdamunderdifferentworkingconditionsofpreventionandcontroldesign名稱抗傾覆驗算編號設計工況設計狀態(tài)計算參數(shù)計算結(jié)果容許抗傾安全系數(shù)最小值抗傾力矩的總和ΣMN(kN?m)傾覆力矩的總和ΣMP(kN?m)抗傾覆安全系數(shù)Ko=ΣMN/ΣMPGF1一般工況滿庫957.6585.1611.241.40半庫922.88212.961.33空庫908.62275.253.30地震工況滿庫957.6596.409.931.12半庫921.22221.201.12空庫911.30286.483.18GF2一般工況滿庫957.65100.439.541.40半庫922.88261.953.48空庫908.62327.242.78地震工況滿庫957.65111.668.581.12半庫921.22276.193.35空庫911.30338.482.69GF3一般工況滿庫957.6595.6710.011.40半庫922.88248.843.71空庫908.62311.122.92地震工況滿庫957.65106.918.961.12半庫921.22260.073.55空庫911.30322.362.83GF4一般工況滿庫1121.31110.3410.161.40半庫1258.27298.351.22空庫1231.27360.633.41地震工況滿庫1328.02122.4110.851.12半庫1260.14310.421.06空庫1235.02372.713.31GF5一般工況滿庫1121.31105.9110.591.40半庫1258.27283.471.44空庫1231.27345.763.56地震工況滿庫1328.02117.9911.261.12半庫1260.14295.541.26空庫1235.02357.833.45GF6一般工況滿庫1121.31115.209.731.40半庫1258.27311.641.00續(xù)表4-12名稱抗傾覆驗算編號設計工況設計狀態(tài)計算參數(shù)計算結(jié)果容許抗傾安全系數(shù)最小值抗傾力矩的總和ΣMN(kN?m)傾覆力矩的總和ΣMP(kN?m)抗傾覆安全系數(shù)Ko=ΣMN/ΣMP空庫1231.27376.933.27地震工況滿庫1328.02127.2810.431.12半庫1260.14326.713.86空庫1235.02389.003.17LD1一般工況滿庫843.31111.387.371.40半庫831.30311.882.67空庫825.52371.172.21地震工況滿庫843.31127.716.601.12半庫832.19325.222.56空庫827.30387.512.13LD2一般工況滿庫843.31113.837.411.40半庫831.30310.062.68空庫825.52372.342.22地震工況滿庫843.31127.176.631.12半庫832.19323.392.57空庫827.30385.682.15通過上述計算得出，攔擋壩和谷坊壩在一般工況和地震工況下抗滑移安全系數(shù)、抗傾覆安全系數(shù)都大于容許安全系數(shù)最小值，所以各個攔擋壩和谷坊壩的設計均符合標準，能有效地發(fā)揮攔擋。（4）排導渠流速及過流能力計算根據(jù)《泥石流災害防治工程設計規(guī)范》（DZ/T0239－2004）第1.1.7條的規(guī)定，并參照譚炳炎著作《走進泥石流》綜合確定固底槽過流流速按下式進行計算。Vc=1/γhφ+1×1/n×Hc2/3×I式中：Vc-泥石流過固底槽的過流流速（m/s）；γh-泥石流固體物質(zhì)重度（KN/m3）；φ-泥石流泥沙修正系數(shù)，可按《泥石流災害防治工程設計規(guī)范》（DZ/T0239－2004）表6-1采用；1/n-糙率系數(shù)，本工程按30采用；Hc-計算斷面平均泥深(m)用調(diào)查值Ic-泥石流水利坡度（‰），一般可用溝床縱坡代替。泥石流過固底槽的過流流速計算見表4-12。表4-12泥石流過固底槽的過流流速計算表Table4-12Calculationtableofflowvelocityofdebrisflowoversolidbottomtrough泥石流固體物質(zhì)重度γH（kN/m3）泥沙修正系數(shù)φ糙率系數(shù)1/n水力半徑R（m）水利坡度Ic（‰）泥石流過固底槽的過流流速Vc（m/s）主溝21.00.463011281.23根據(jù)《泥石流災害防治工程設計規(guī)范》（DZ/T0239－2004）第1.1.7條的規(guī)定，并參照譚炳炎著作《走進泥石流》綜合確定固底槽過流量按下式進行計算。Qc=Wc×Vc=B×H×Vc（4-11）式中：Qc-固底槽設計過流量（m3/s）；Wc-泥石流過流斷面面積（m2）；B-固底槽有效寬度（m）；H-固底槽設計泥深（m）；Vc-泥石流過固底槽的過流流速（m/s）。根據(jù)上述公式，計算固底槽流速、過流能力如下表4-13：表4-13固底槽過流能力計算一覽表Table4-13Calculationtableofflowcapacityofsolidbottomtank泥石流固底槽有效寬度B（m）固底槽設計泥深H（m）排導槽設計高度（m）泥石流過固底槽的過流流速Vc（m/s）固底槽設計過流量Qc（m3/s）泥石流清水峰值流量Q（m3/s）泥石流主溝1.01.52.01.2325.3810.06根據(jù)上述計算，擬設排導槽工程滿足泥石流過流能力，能正常排泄泥石流。1.4攔擋工程（1）壩型的選擇根據(jù)泥石流類型特點、地形條件、地質(zhì)條件、當?shù)厥┕ぜ夹g水平、建筑材料、防護目標等確定壩型。具體選擇標準和要求如下：①選定泥石流谷坊壩壩型必須適應泥石流的類型特點，力求達到最佳的使用效果與最長的使用時間。②選定泥石流攔擋壩、谷坊壩壩型結(jié)合壩址處的地形與地質(zhì)條件，充分發(fā)揮地緣優(yōu)勢，修建適應性強、技術成熟，施工便捷、管理方便、經(jīng)濟實惠、效益高的壩型。③泥石流壩型選擇經(jīng)濟合理、因地制宜的原則。④壩型選擇簡單、安全可靠，適合泥石流防治，符合防災原則。⑤宜采用流線性好、耐磨性高、抗沖刷性強的壩型結(jié)構，遵循自然、尊重自然規(guī)律，符合因勢利導的原則。⑥壩型選擇堅固、以耐久性建材。根據(jù)上述要求和標準，方案設計攔擋壩+谷坊壩相結(jié)合的綜合防治，攔擋壩壩型采用C20混凝土攔擋壩，谷坊壩壩型采用梯形格賓石籠攔擋。壩頂處采用溢流口的形式進行排泄。（2）工程布置①攔擋壩和谷坊壩壩體結(jié)構設計嚴格按照《泥石流災害防治工程設計規(guī)范》及相關技術標準進行，在壩下泥石流流體壓力、沖擊力、沖刷力等外部荷載作用下，壩體具有足夠的安全穩(wěn)定性。根據(jù)擬建壩高，壩體斷面采用梯形斷面，擋水壩頂寬2m，古坊壩頂寬1.5m～2m。根據(jù)溝渠最大流量和壩體尺寸，在壩頂設置合適的溢流口；埋設在地上的橋臺必須達到穩(wěn)定地層，土層埋深不小于1.5米，埋設在溝底和基巖兩側(cè)的地基應不小于0.5米。經(jīng)過抗滑、抗傾覆、地基承載力驗算后，優(yōu)化設計得到的壩體結(jié)構見尺寸表4-7及尺寸圖4-5。表4-7壩體結(jié)構尺寸表Table4-7Dimensionsofdamstructure壩編號總壩高(m)有效壩