地方泥石流特征及治理方案設(shè)計
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摘要:敘述了云南省騰沖縣清水鄉(xiāng)黃瓜箐泥石流的形成，泥石流流域特征和泥石流特征。對該地區(qū)泥石流的成因進(jìn)行了分析，闡述泥石流形成的條件。在“堅持一切從實際出發(fā)，因勢利導(dǎo)地利用自然條件”的思想指導(dǎo)下，地質(zhì)災(zāi)害防治以工程措施為主、生物措施為輔，工程措施與生物措施配套舉措，工程措施以攔擋為主的方針實施了攔渣壩、抗滑樁、截水溝等工程，為類似工程的治理提供了借鑒意義。
關(guān)鍵詞:泥石流，流域劃分，泥石流成因，治理方案設(shè)計
1概述
云南騰沖縣清水鄉(xiāng)黃瓜箐溝谷為深切割的澡塘河左岸支流，地質(zhì)構(gòu)造發(fā)育，地質(zhì)環(huán)境脆弱，地質(zhì)災(zāi)害頻發(fā)。該溝谷區(qū)內(nèi)地質(zhì)災(zāi)害點多，類型多、規(guī)模大，地質(zhì)災(zāi)害危害嚴(yán)重。受黃瓜箐溝谷滑坡、泥石流直接威脅的人員共有1010人，威脅固定資產(chǎn)達(dá)7500萬元，地質(zhì)災(zāi)害險情等級為特大型［1］。自20世紀(jì)90年代，當(dāng)?shù)鼐用窬鸵恢笔艿刭|(zhì)災(zāi)害的威脅危害，特別是2004年7月18日曾爆發(fā)一次較大規(guī)模的泥石流活動，在黃瓜箐及公路上形成20cm～50cm厚的泥石流堆積體，造成的騰沖縣城—清水鄉(xiāng)公路中斷，沖毀黃瓜箐療養(yǎng)區(qū)房屋300m2，沖毀黃瓜箐溝堤及沿溝兩岸部分農(nóng)田，直接經(jīng)濟(jì)損失達(dá)100萬元［2，3］。并對黃瓜箐療養(yǎng)地、溝谷下游云南騰沖火山國家地質(zhì)公園內(nèi)蛤蟆嘴、美女池、溫泉游泳池、財政培訓(xùn)中心及下游農(nóng)田等造成直接威脅和危害，社會影響極大。為保障該區(qū)人民的生產(chǎn)生活及火山國家地質(zhì)公園的安全，減輕或削弱地質(zhì)災(zāi)害對該區(qū)的危害，騰沖縣人民政府在資金十分短缺的情況下，于2010年4月對該區(qū)地質(zhì)災(zāi)害威脅嚴(yán)重的區(qū)域?qū)嵤┝酥卫砉こ獭Ｖ卫砉こ痰姆乐文繕?biāo)是通過對泥石流的綜合防治使其達(dá)到穩(wěn)定;并對泥石流溝進(jìn)行初步防治，扼制其惡性發(fā)展趨勢，避免泥石流在短期內(nèi)對黃瓜箐療養(yǎng)區(qū)造成直接威脅和危害。主要實施了攔渣壩、抗滑樁、截水溝等工程，目前治理工程取得了較好的防治效果，達(dá)到了預(yù)期治理目標(biāo)。
2泥石流特征
2．1泥石流形成特征
1)地形條件特征。該泥石流災(zāi)害發(fā)育于黃瓜箐大溝左岸的沖溝內(nèi)，沖溝上游寬廣，下游匯集狹窄。溝谷呈深切“V”字形峽谷，溝床平均縱坡達(dá)404．3‰;兩岸地形挺拔陡峻，地形坡度一般大于30°，降雨容易快速匯聚形成洪峰，此地形為泥石流的形成提供有利的形成、流通條件。2)水動力條件特征。該泥石流溝屬山區(qū)季節(jié)性溪流，年內(nèi)流量變幅巨大，旱季斷流，雨季由于地形條件，短歷時徑流量大。該區(qū)地處季風(fēng)低緯山地半濕潤亞熱帶氣候區(qū)，枯雨季節(jié)分明，氣候溫和濕潤。每年5月～10月為雨季，前期連續(xù)降雨時間長，土體長期處于飽和狀態(tài)，加之單點暴雨較多，日最大降雨量達(dá)112．1mm，由于地形匯流條件好，這種降雨特征為泥石流的形成提供了較好的水動力條件。3)松散固體物源特征。該流域內(nèi)松散固體物集中，沿河兩岸滑坡發(fā)育，滑坡體或滑坡前緣直抵溝內(nèi)，溝床內(nèi)松散固體物較多，溝兩岸坍塌嚴(yán)重，造成嚴(yán)重水土流失，松散固體物豐富，可移動固體物方量來源有:不良物理地質(zhì)體(H2滑坡、H1滑坡(已治理好)、B1崩塌)和邊坡殘坡積物。根據(jù)估算，該流域松散固體物儲量達(dá)32．90×104m3，可移動方量為10．60×104m3，為泥石流的形成提供大量松散固體物源。
2．2泥石流流域特征
該泥石流溝為黃瓜箐大溝左岸支溝，如圖1，圖2所示。黃瓜箐大溝由南向北流入澡塘河后轉(zhuǎn)為由東向西匯入大盈江。泥石流流域平面呈“梨”形，源頭寬廣，出口較狹窄。匯流面積為0．90km2，主溝長331．0m，最高點海拔為1640．40m，最低點位于黃瓜箐大溝交匯處1525．33m，高差115．07m，平均縱坡353．6‰。根據(jù)泥石流特征，可將其劃分為形成流通區(qū)和堆積區(qū)，分述如下。
2．2．1形成流通區(qū)該泥石流沖溝大部分屬形成流通區(qū)，分布高程1538．58m～1706．60m，高差168．08m，面積0．90km2，地形坡度30°～50°，主溝長301．0m，溝床平均縱坡404．3‰，溝槽呈“V”字形，底寬3m～5m。兩岸巖性為第四系滑坡堆積層(Qdel4)與崩塌堆積層(Qcol4)，以及少部分殘坡積層(Qel+dl4)，其面積覆蓋整個流域面積，成分以粉砂、礫砂、含礫粉土為主夾少量風(fēng)化不均勻碎塊石。植被覆蓋良好，以松樹雜低矮灌木為主，松散固體物可移方量27．81×104m3，其物質(zhì)成分主要以滑坡、崩塌堆積為主。
2．2．2堆積區(qū)位于泥石流溝與黃瓜箐大溝交匯地帶，如圖3，圖4所示。海拔1556．86m～1525．55m，高差31．53m，主溝長129．40m，平均縱坡136．94‰。該區(qū)于2011年4月已實施了2座攔渣壩，現(xiàn)狀堆積區(qū)形成三個臺階，設(shè)置攔渣壩后，溝槽底寬8m～35m，溝岸坡度約30°。巖性為泥石流堆積之砂礫石層，厚度一般在1m～3m，平均厚1．5m，多呈黃褐、灰白色，濕，礫石直徑一般6cm～20cm不等，以次棱角狀為主，分選性差。兩岸邊坡植被較發(fā)育。
2．3泥石流特征
自1995年至今，近20年的演變過程，由先前的幾十立方米小塌體，逐漸由塌滑—塌滑受沖蝕—再次塌滑，如此反復(fù)演變成現(xiàn)狀。由于泥石流溝流域巖性軟弱，風(fēng)化強(qiáng)烈，巖體破碎，不良物理地質(zhì)作用強(qiáng)烈，松散固體物源量大、面廣，且地形縱坡較大，溝槽較窄，泥石流其流體具有流速大、來勢猛、歷時短等特點，從其物理特征看屬稀性泥石流，處于旺盛期。泥石流堆積區(qū)位于黃瓜箐大溝交匯處，騰沖—清水公路旁，堆積物位于已建攔渣壩及出口的溝槽地帶，長129m，寬8m～35m，厚1m～3m，多數(shù)物質(zhì)被黃瓜箐大溝已攜帶走。泥石流固體物質(zhì)主要為卵礫石，分選性差，磨圓度差，堆積物粒徑多為6cm～20cm之間，偶夾徑大于1m孤塊石。
3泥石流治理方案設(shè)計
泥石流流域面積較小，但松散固體物源極為豐富，一旦爆發(fā)泥石流災(zāi)害危害極大。泥石流物源區(qū)物源主要由溝谷兩側(cè)的滑坡體和崩塌體構(gòu)成，兩地質(zhì)災(zāi)害體均處于不穩(wěn)定狀態(tài)，溝谷部位松散固體物呈飽和狀。滑坡體地形坡度陡、滑面埋深大、滑坡推力大，滑床地質(zhì)條件較差，若直接對其進(jìn)行治理難度極大，費(fèi)用高且防止效果較差。因此對泥石流的治理以防止產(chǎn)生大的泥石流災(zāi)害為出發(fā)點，對物源區(qū)采取適當(dāng)?shù)臄r擋、排水措施，并對溝谷內(nèi)的松散固體物進(jìn)行水土分離，同時在溝口部位設(shè)置停淤場，利用東側(cè)溪溝水對其進(jìn)行定期沖刷和清淤。
3．1設(shè)計原則和標(biāo)準(zhǔn)
在“堅持一切從實際出發(fā)，因勢利導(dǎo)地利用自然條件”的思想指導(dǎo)下，按照全面規(guī)劃，統(tǒng)籌兼顧，突出重點，抓住要害的治理原則，以期達(dá)到在一定范圍內(nèi)控制和減輕地質(zhì)災(zāi)害的危害。根據(jù)清水鄉(xiāng)黃瓜箐地質(zhì)災(zāi)害的特點，地質(zhì)災(zāi)害防治以工程措施為主、生物措施為輔，工程措施與生物措施配套舉措，工程措施以攔擋為主的方針;全面規(guī)劃，統(tǒng)籌兼顧，融防災(zāi)、抗災(zāi)、減災(zāi)、救災(zāi)與國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)為一體，達(dá)到社會效益、經(jīng)濟(jì)效益、環(huán)境效益的統(tǒng)一;從大環(huán)境著眼，小流域著手，從上游到下游，從局部到全體，治坡與治溝相結(jié)合的思路;工程防御體系，生物生態(tài)防御體系，監(jiān)測預(yù)報體系，環(huán)境保護(hù)與管理體系相結(jié)合的防治對策。根據(jù)清水鄉(xiāng)黃瓜箐現(xiàn)狀地質(zhì)災(zāi)害威脅人口及威脅資產(chǎn)確定防治工程等級，根據(jù)相關(guān)設(shè)計規(guī)范［4-6］該區(qū)地質(zhì)災(zāi)害危害對象及財產(chǎn)，綜合判定滑坡防治工程分級為一級。該區(qū)地質(zhì)災(zāi)害危害對象及財產(chǎn)，綜合判定泥石流災(zāi)害防治工程安全等級標(biāo)準(zhǔn)為二級。
3．2防治工程方案設(shè)計
3．2．1肋板式排水溝在泥石流溝上游設(shè)置鋼筋混凝土肋板式排水溝，設(shè)計呈“Y”字形，根據(jù)野外調(diào)查實測剖面，主要設(shè)計兩種斷面尺寸。其中，位于主溝的中下游設(shè)計斷面尺寸為上口寬6．0m，底寬2．50m，高4．50m，溝幫寬1．0m，溝壁坡比為1∶0．3，溝底厚1．0m。由于排水溝位于滑坡、崩塌前緣溝心部位，溝谷兩岸坡體極為松散破碎飽和，為使排水溝長期發(fā)揮作用，并進(jìn)行水土分離，并且加強(qiáng)溝幫穩(wěn)定性，在排水溝內(nèi)每間隔5m設(shè)一塊肋板，設(shè)計肋板寬0．3m，高2．0m，肋板上設(shè)置排水孔。主溝肋板式排水溝設(shè)計總長53m，肋板10道。主溝上游及支溝地帶的肋板式排水溝，設(shè)計斷面尺寸為上口寬4．80m，底寬2．30m，高3．30m，溝幫寬0．80m，溝壁坡比為1∶0．3，溝底厚0．80m，排水溝每間隔5m設(shè)一塊肋板，設(shè)計肋板寬0．3m，高1．80m。支溝肋板式排水溝設(shè)計總長235m，肋板40道。排水溝及肋板均采用C40鋼筋混凝土澆筑而成，水泥采用中抗硫酸鹽硅酸鹽水泥。由于泥石流溝上游溝道縱坡較陡，通過對邊坡進(jìn)行驗算，為防止肋板式排水溝隨滑坡下滑，在排水溝底部交叉設(shè)置不同長度支撐錨桿。單根支撐錨桿共有2．90m，5．90m及8．90m三種長度，采用DN80(89)鋼管通過打眼后灌注M30水泥砂漿，鉆孔孔徑130mm，灌漿后形成直徑為130mm的水泥柱。支撐錨桿縱向排距5．0m，橫向間距分別為1．21m和1．31m，共設(shè)置47排，錨桿計141根，其中2．9m長錨桿39根、5．9m長錨桿66根、8．9m長錨桿36根，共計長822．90m。
3．2．2攔渣壩在N1泥石流溝中上游已建攔渣壩位置處上游設(shè)置一道混凝土攔渣壩(3號)。一方面攔擋溝谷上游的松散固體物質(zhì);另一方面減弱泥石流溝形成較大的沖擊力對下游的威脅危害。設(shè)計攔渣壩總壩高13．50m，有效壩高為9．5m，長為43．15m，頂寬2．00m，迎水坡坡比1∶0．6，背水坡坡比1∶0．2，基礎(chǔ)埋深4．0m，整壩采用C40混凝土砌筑，水泥采用中抗硫酸鹽硅酸鹽水泥，壩體上用30cmPVC管按2．0m×2．0m間距梅花狀布設(shè)泄水孔;壩體中部設(shè)置泄水洞，尺寸為1．0m×1．25m。3號攔渣壩設(shè)計庫容4600m3。
3．2．3護(hù)岸擋墻及固床壩在3號攔渣壩下游溝道兩岸設(shè)置護(hù)岸墻、固床壩，主要是對溝谷兩岸滑坡、崩塌體前緣形成的堆積體進(jìn)行攔擋，并減輕溝水對溝岸的側(cè)蝕作用。護(hù)岸墻、固床壩均采用M10漿砌石砌筑。護(hù)岸墻出土高2．5m，背坡比1∶0．3，面坡直立，頂寬1．0m，基礎(chǔ)埋深2．0m。左、右岸護(hù)岸墻單側(cè)設(shè)計長36m，總長72m。為了抑制泥石流溝道的沖刷，在3號攔渣壩以下溝道以及已有攔渣壩之間設(shè)置固床壩，間距為20m，共設(shè)置3道。固床壩采用梯形斷面，壩體材料采用M10漿砌塊石，壩高3．0m，單道固床壩長6．0m，埋深1．5m，頂寬1．0m，底寬1．60m。采用梯形斷面，背坡垂直，面坡坡比1∶0．2。壩頂面做成橫向坡度為1∶10的V形，V形中點應(yīng)盡量靠近溝床中心。
3．2．4停淤場停淤場擬設(shè)于泥石流溝口平緩地帶，占地面積約為500m2，停淤場的左岸已有攔渣墻，本次對右側(cè)水溝進(jìn)行改道并設(shè)置攔渣墻和排水溝，設(shè)計攔渣墻長25m，墻高2．50m，出土高1．50m。停淤場東側(cè)現(xiàn)為一溪溝，常年有水，可利用溪溝水對停淤場進(jìn)行定期沖刷和清淤。停淤場攔渣墻距東側(cè)公路路邊緣尚有5m的距離，可利用此空地作為臨時停車場使用。
3．2．5植物工程黃瓜箐溝谷區(qū)地表植被發(fā)育，本工程設(shè)計植物措施，主要是針對泥石流物源區(qū)植被由于地質(zhì)災(zāi)害遭受破壞區(qū)域，主要措施是在泥石流溝谷物源區(qū)兩岸滑坡、崩塌區(qū)坡面上種植穩(wěn)土、固坡的植被。由于2011年4月完成的治理工程已施工抗滑樁周圍斜坡部位采取植物工程，可以對斜坡表面起到水土保持及固坡的作用，從而減少了泥石流物源。樹種以旱冬瓜、爬山虎為主，并撒播車桑子及狗牙根，作用是水土保持、固土以及綠化環(huán)境。植樹種草面積為22300m2。
4結(jié)語
1)黃瓜箐泥石流治理工程采用攔渣壩、抗滑樁、排水溝、停淤場和植物工程相結(jié)合的綜合治理措施，取得了較好的社會效益;2)黃瓜箐溝谷地質(zhì)災(zāi)害點多、面廣，治理難度大，其后續(xù)應(yīng)加強(qiáng)監(jiān)測和預(yù)警工作，并對泥石流進(jìn)行長期的動態(tài)監(jiān)測，視災(zāi)害發(fā)展變化采取相應(yīng)的治理措施;3)該泥石流防治工程實施對云南地區(qū)和同類地質(zhì)環(huán)境區(qū)的現(xiàn)場泥石流災(zāi)害防治工作具有指導(dǎo)和借鑒意義;4)當(dāng)?shù)卣畱?yīng)加強(qiáng)建筑管理和環(huán)保管理，嚴(yán)禁危害防治工程安全使用的建筑、垃圾排放等不良現(xiàn)象發(fā)生。
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［6］DZ/T0219—2006，滑坡防治工程設(shè)計與施工技術(shù)規(guī)范［S］．
作者：李小膀 冷冰林 單位：中國電建集團(tuán)昆明勘測設(shè)計研究院有限公司
