一种泥石流拦挡坝的建设方法与流程

本发明涉及一种石流拦挡坝及其建设方法，属于土木工程技术、山地灾害防治工程技术领域，适用于尾矿库或桥梁、铁路、高速公路等重要建筑物的上游易发生泥石流的区域用于拦挡可能发生的泥石流，以避免造成对尾矿库或重要建筑物的危害，特别适用于在山谷建尾矿库的上游构筑泥石流拦挡坝。

背景技术：

泥石流是指在山区或者其他沟谷深壑，地形险峻的地区，因为暴雨、暴雪或其他自然灾害引发的山体滑坡并携带有大量泥沙以及石块的特殊洪流，由于其强大的冲击和淤埋能力，以及具有突然性以及流速快，流量大，物质容量大和破坏力强等特点，往往在流通和堆积区域造成严重灾害，流常常会冲毁公路、铁路等交通设施甚至村镇等，造成巨大损失。

为了减少泥石流灾害发生时造成的损害,通常来说都会在泥石流易发地区的沟谷或者深壑当中设置泥石流拦挡结构，最常用的是泥石流拦挡坝，它不仅能拦蓄部分泥石流固相物质，减小泥石流规模，还能稳定沟坡、控制沟道侵蚀，抑制泥石流发育。

现有的泥石流拦挡坝通常仅采用单一的材料及工艺。根据其材料及工艺的不同可以将拦挡坝划分为三类：第一类混凝土浇筑型，坝体全部仅采用混凝土浇筑，混凝土都要从沟外运入施工现场，建筑成本高；第二类是浆砌石砌筑型，坝体全部仅采用浆砌石砌筑，可以就地取材，建设成本较低，但浆砌石在施工过程中易出现错位拉结不到位、灌浆不饱满或石头强度达不到要求等现象，都会影响坝体整体安全性能；第三类是钢筋混凝土混合型，坝体全部仅采用钢筋混凝土浇筑结构，在很大程度上能够有效解决传统拦挡坝的抗块体冲击力破坏的问题，但造价成本成倍增加，且施工要求高，运输费用高，因而并无法得到大规模推广建筑。

目前常见的拦挡坝体结构多为由砌石或混凝土为主要材料制成的刚性拦挡结构。但这种刚性拦挡坝结构虽然有着强度高的优点,但由于泥石流的流速快，体量大，具有固液混合的特征，在泥石流强大的冲击力作用下刚性拦挡结构往往容易被冲击破坏，并且跟随泥石流一起向下游流动，从而还可能导致加大了泥石流灾害。

中文期刊《地质灾害与环境保护》2009年第2期发表的“泥石流拦挡坝优化设计”一文中，披露了某典型泥石流拦挡坝平面图，从图中可以看出，为了防治上游泥石流可能对下游城区造成的危害，共设置了7道泥石流拦挡坝，建设成本极高，维护、使用不便。

技术实现要素：

本发明的目的就是针对现有泥石流刚性拦挡坝存在的容易被冲击破坏，及常规泥石流拦挡坝建设成本高、维护使用不便的问题，而提供一种能够有效降低泥石流冲击能，且能增大坝体的透水性能的泥石流拦挡坝的建设方法，从而消除泥石流对下游重大建设工程的危害。

为实现本发明的上述目的，本发明一种泥石流拦挡坝的建设方法采用以下技术方案来实现：

1)首先对拟建浆砌石拦挡坝的上游沟谷区域进行详细的泥石流物料来源调查、汇水面积圈算、坝址区的岩土工程勘察，查明该区域地层工程地质条件，取得设计计算所需的各参数和岩土物理力学指标。

2)然后对拟建浆砌石拦挡坝的坝址进行坝脚和坝肩的浮土进行清理，对拟建浆砌石拦挡坝的坝脚开挖抗滑齿开沟槽；所述的抗滑齿开沟槽的深度不小于0.5m，宽度不小于0.5m。

3)在抗滑齿开沟槽中现浇混凝土结构的抗滑齿，抗滑齿的目的是为了保证浆砌石拦挡坝与基础的牢固结合；在抗滑齿开沟槽及抗滑齿之上进行浆砌石拦挡坝的砌筑施工；

在浆砌石拦挡坝施工中，在坝体底部留设底部泄水口，在底部泄水口的上游入水口设置防淤堵的钢筋网片；在浆砌石拦挡坝的坝身间隔设有坝身泄水孔，在浆砌石拦挡坝的上部间隔设置顶部排水垛，排水垛的设置可以增加坝体的排水能力，在水位较高时，从坝体结构设置的角度避免了洪水漫顶的危险；在浆砌石拦挡坝坝体内的中上部施工有刚式网片夹碎石柔性透水体，碎石柔性透水体利用充填碎石的孔隙自然排水；底部泄水口、坝身泄水孔、刚式网片夹碎石柔性透水体、顶部排水垛共同构成自下而上的泥石流拦挡坝排水系统。

4)在浆砌石拦挡坝砌筑完成后，浆砌石拦挡坝的上游迎水面布设多个紧密排列的废弃轮胎构成的柔性防撞保护层，利用橡胶轮胎的弹性，以保护坝体，免于直接冲击破坏。

所述的废弃轮胎悬挂在浆砌石拦挡坝上游迎水面布设的锚固钢筋上，轮胎作为柔性防撞措施，有其自身的优势，其表现在：轮胎是圆形中空结构，缓冲吸能效果好；轮胎中空与侧面的弧形结构，对坝体泄水孔影响小，能保障泄水孔的顺利排水作业；橡胶材质性能较为稳定，废弃轮胎易于获得，且成本低廉。

5)在浆砌石拦挡坝坝面下游的自然沟谷中施工用于坝体排水、泄洪的混凝土泄水底板，所述混凝土泄水底板与浆砌石拦挡坝的坝脚开挖的抗滑齿开沟槽中浇筑的抗滑齿连接为一整体结构。混凝土泄水底板可以保证在排水、泄洪过程中不冲坏浆砌石拦挡坝坝面下游底土，并便于坝体的排水、泄洪。

进一步地，所述的刚式网片夹碎石柔性透水体含有3层不同刚度特征的刚式网片，自迎水面起第一层为大规格刚式网片，自迎水面起第二层为中规格刚式网片，自迎水面起第三层为小规格刚式网片，在大规格刚式网片与中规格刚式网片之间充填有块度为15～20cm卵石或块石充填体，在中规格刚式网片与小规格刚式网片之间充填有粒级为5～10cm卵石或碎石充填体。

为提高刚式网片的整体强度，在所述的大规格刚式网片、中规格刚式网片、小规格刚式网片的中部与上部焊接有槽钢，各槽钢直接砌筑于浆砌石拦挡坝的顶部内，并深入浆砌石拦挡坝的坝体内一定的锚固深度；大规格刚式网片、中规格刚式网片、小规格刚式网片的下部采用水泥砂浆灌浆密实孔隙。

经过理论计算和试验验证，为保证在暴雨季节能够有效泄洪，本发明底部泄水口、坝身泄水孔、顶部排水垛的规格、尺寸设计为：底部泄水口采用矩形，宽0.3～0.5m，高0.4～0.6m；坝身泄水孔的坡度不小于15°，坝身泄水孔的水平间距0.8～1.2m，垂直间距0.8～1.2m，坝身泄水孔的孔径70～90mm；顶部排水垛的垛高0.4～0.7m，垛宽0.35～0.6m。试验结果表明，上述规格、尺寸设计，再加上刚式网片夹碎石柔性透水体内分别充填的块度为15～20cm卵石或块石充填体、粒级为5～10cm卵石或碎石充填体的配合，排水、泄洪效果最佳，且能有效拦挡泥石流。

理论计算和试验研究还确定了最佳的技术参数：底部泄水口的宽0.4m，高0.5m；坝身泄水孔采用dn80pvc管材，泄水孔的水平间距1m，泄水孔的垂直间距1m；顶部排水垛的垛高0.5m，垛宽0.4m；大规格刚式网片采用hbr400φ20钢筋网片，网片孔距为15cm×15cm；中规格刚式网片采用hbr400φ16钢筋网片，网片孔距为5cm×5cm；小规格刚式网片采用hbr400φ8钢筋网片，网片孔距为2cm×2cm。

本发明一种泥石流拦挡坝的建设方法在坝体结构设计中的上述技术方案，增加了坝体的柔性，能够有效降低泥石流的冲击能，且能增大坝体的透水性能，顺利排出坝前拦挡堆积的泥石流中的水体，保障拦挡坝的安全稳定，从而降低或消除泥石流危害。

本发明一种泥石流拦挡坝的建设方法采用以上技术方案后，具有以下有益效果：

(1)本发明通过在泥石流拦挡坝上游迎水面设置废弃轮胎保护层。在轮胎的弹性作用保护下，对泥石流的冲击力进行吸收，使得泥石流的固液混合体直接冲击作用在浆砌石坝体上的冲击力大为减少，且轮胎覆盖于坝体上游面，对底部泄水口和泄水孔的封堵影响有限，能保证坝体自身的透水性能。

(2)本发明通过在坝体中上部设置刚式网片夹碎石柔性透水体，三层各种刚度特征的网片，再中间夹碎石，以利于调整整体坝体的刚度。该设置可以增加坝体的柔性，以较大的变形特征，更多的吸收泥石流对坝体的冲击力；且该刚式网片夹碎石柔性透水体，相比原坝体结构，大大增加了透水能力，以利于坝体的安全稳定。

(3)本发明一种泥石流拦挡坝的建设方法上述组合结构及参数设计，为国内外首次提出的一种新型泥石流拦挡坝的坝体结构，能为国内外同行起到借鉴作用，应用于类似的山地泥石流治理工程项目，能够产生巨大的社会效益。

附图说明

图1为本发明一种泥石流拦挡坝的建设方法建设的泥石流拦挡坝结构立面示意图；

图2为本发明一种泥石流拦挡坝的建设方法的建设的泥石流拦挡坝结构断面示意图；

图3为本发明一种泥石流拦挡坝的建设方法的建设的泥石流拦挡坝的坝体上部采用的刚式网片夹碎石柔性透水体示意图。

附图标记为：1-浆砌石拦挡坝；2-底部泄水口；3-废弃轮胎；4-坝身泄水孔；5-顶部排水垛；6-刚式网片夹碎石柔性透水体；7-抗滑齿槽；8-混凝土泄水底板；9-大规格刚式网片；10-中规格刚式网片；11-小规格刚式网片；12-15～20cm卵石或块石充填体；13-5～10cm卵石或碎石充填体。

具体实施方式

为进一步描述本发明，下面结合附图和实施例对本发明一种泥石流拦挡坝的建设方法做进一步详细说明。

由图1所示的本发明一种泥石流拦挡坝的建设方法建设的泥石流拦挡坝结构立面示意图并结合图2、图3看出，本发明一种泥石流拦挡坝的建设方法采用以下建设方案：

1)首先对拟建浆砌石拦挡坝1的上游沟谷区域进行详细的泥石流物料来源调查、汇水面积圈算、坝址区的岩土工程勘察，查明该区域地层工程地质条件，取得设计计算所需的各参数和岩土物理力学指标；

2)然后对拟建浆砌石拦挡坝1的坝址进行坝脚和坝肩的浮土进行清理，对拟建浆砌石拦挡坝1的坝脚开挖抗滑齿开沟槽；所述的抗滑齿开沟槽的深度不小于0.5m，宽度不小于0.5m；

3)在抗滑齿开沟槽中现浇混凝土结构的抗滑齿7，在抗滑齿开沟槽及抗滑齿7之上进行浆砌石拦挡坝1的砌筑施工；

在浆砌石拦挡坝1施工中，在坝体底部留设底部泄水口2，该泄水2口一般采用矩形，可设计0.4m宽、0.5m高，在底部泄水口2的上游入水口设置防淤堵的钢筋网片；在浆砌石拦挡坝1的坝身间隔设有坝身泄水孔4，坝身泄水孔4采用dn80pvc管材，泄水孔4的水平间距1m，泄水孔4的垂直间距1m，呈梅花状布置，坝身泄水孔4的坡度不小于15°；在浆砌石拦挡坝1的上部间隔设置顶部排水垛5，顶部排水垛5的垛高0.5m，垛宽0.4m，垛口砌筑均匀平整，垛口面m10砂浆抹面；在浆砌石拦挡坝1坝体内的中上部施工有刚式网片夹碎石柔性透水体6；所述的刚式网片夹碎石柔性透水体6含有3层不同刚度特征的刚式网片，自迎水面起第一层为大规格刚式网片9，自迎水面起第二层为中规格刚式网片10，自迎水面起第三层为小规格刚式网片11，在大规格刚式网片9与中规格刚式网片10之间充填有块度为15～20cm卵石或块石充填体12，在中规格刚式网片10与小规格刚式网片11之间充填有粒级为5～10cm卵石或碎石充填体13，充填要求施工过程中自然充满密实即可，无需振捣或碾压。

大规格刚式网片9采用hbr400φ20钢筋网片，网片孔距为15cm×15cm；所述的中规格刚式网片10采用hbr400φ16钢筋网片，网片孔距为5cm×5cm；所述的小规格刚式网片11采用hbr400φ8钢筋网片，网片孔距为2cm×2cm；大规格刚式网片9、中规格刚式网片10、小规格刚式网片11的中部与上部焊接有槽钢，各槽钢直接砌筑于浆砌石拦挡坝1的顶部内，并深入浆砌石拦挡坝1的坝体内一定的锚固深度，并在施工中要求对刚式网片(钢筋网片)和槽钢进行防腐处理；大规格刚式网片9、中规格刚式网片10、小规格刚式网片11的下部采用水泥砂浆灌浆密实孔隙。其中：8#槽钢与大规格刚式网片9焊接，6.5#槽钢与中规格刚式网片10焊接，5#槽钢与小规格刚式网片11焊接。

4)在浆砌石拦挡坝1砌筑完成后，浆砌石拦挡坝1的上游迎水面布设多个紧密排列的废弃轮胎3构成的柔性防撞保护层，所述的废弃轮胎3悬挂在浆砌石拦挡坝1上游迎水面布设的锚固钢筋上。即在浆砌石拦挡坝1上游迎水面先锚固钢筋，再较为紧密的悬挂废弃轮胎3，利用橡胶轮胎的弹性，以保护坝体，免于直接冲击破坏。

5)在浆砌石拦挡坝1坝面下游的自然沟谷中施工用于坝体排水、泄洪的混凝土泄水底板8，所述混凝土泄水底板8与浆砌石拦挡坝1的坝脚开挖的抗滑齿开沟槽中浇筑的抗滑齿7连接为一整体结构。

本发明一种泥石流拦挡坝的建设方法在泥石流浆砌石拦挡坝1的坝体构建过程中，通过在浆砌石拦挡坝1的上游迎水面布设多个紧密排列的废弃轮胎3构成的柔性防撞保护层和设置在坝体中上部的刚式网片夹碎石柔性透水体6，以调整和增加坝体的柔性，吸收并削弱泥石流的冲击力，具有良好的透水性能，能快速渗透排出泥石流拦挡坝拦截堆积体里的水体，保障拦挡坝的安全稳定，从而降低或消除泥石流危害。

采用本发明方法建设的泥石流拦挡坝已经在国内南方某大型尾矿库上游易发生泥石流山体沟谷区应用，应用结果表明，建成的一种泥石流拦挡坝的建设方法经过了500年一遇暴雨的考验，有效防止了泥石流灾害的发生，确保了该大型尾矿库的运行安全。