悬挑式格栅坝在泥石流治理中的应用分析

彭兴

（中化地质矿山总局湖南地质勘查院地环分院 湖南长沙 410000）

悬挑式格栅坝在泥石流治理中的应用分析

彭兴

（中化地质矿山总局湖南地质勘查院地环分院 湖南长沙 410000）

悬挑式网格格栅坝是从传统的网格格栅坝的基础上逐渐演化而来的，不仅具有网格格栅坝的优点，而且在实际应用中，不会阻碍河流沟谷的正常流通，能够使得河流沟谷内常态水流更通畅。对此，本文首先介绍了泥石流的形成及流域分布情况，然后根据实例详细探究了悬挑式格栅坝在泥石流治理中的应用。

悬挑式格栅坝；泥石流治理；应用

1 引言

泥石流灾害较常发生在地质不良的河谷或者陡峭山区中，一般是由水源激发所产生的。一旦发生泥石流灾害，在较短的时间内就会对路基造成严重破坏，并且由于其携带大量石块和泥沙，还会堵塞河流。因此，加强泥石流灾害治理研究至关重要。

2 泥石流的形成及流域分布

2.1 泥石流的形成

冰雪融水、暴雨侵袭等情况都有可能引发泥石流。泥石流的爆发具有突然性、运动速度快、过程短暂等特点。地区的地形、水文特点、天气情况以及人类的活动都是影响泥石流形成关键因素。具体有以下三方面：①地质影响，也就是区域内土质松散或有松散的固体物质。②地形方面，地形相对陡峭导致不稳定。③外来因素影响也就是其上游受到暴雨侵袭或水库决堤。

2.2 流域的分布

泥石流的分布大致分为三个区：①形成区一般位于上游地带，地形多为沟壑纵横、山坡陡峭、或盆地，是泥石流的形成地带。②通区，一般位于中游地带该地区沟道狭窄、沟谷地形、沟床顺直，泥石流流过此处直泻山外。③沉积区，位于下游地带一般为山谷口处开外接近平原地带，容易形成较大规模的洪积扇。

3 工程实例分析

3.1 工程概况

该河流已经发生多次泥石流（水石流），对沿河人民的生命财产影响较严重，造成较大损失，针对该河流历年来发生的泥石流特征，该沟应以防洪为主，兼防泥石流，在沟床狭窄处地质条件较好、两岸易于锚固的牛轭湾段设置一座格栅滤水拦石坝，该处河谷切割较深，约15m，呈“V”字型谷，开口窄小，坡岸极陡，大于65°，有利于格栅滤水拦石坝的布设与安装，能有效地发挥滤水拦石的作用，并且在该处布设用料少，成本低。

对于泥石流治理，可以使用格栅坝进行防护，格栅坝具有通透性良好的优点，当水和泥沙流过隔栅时，隔栅能够有效拦截碎石、漂砾，从而起到很好的拦截和疏导作用，有利于减少对下游河岸的冲刷和河床的淤高，有效控制泥石流对下游的河岸及建（构）筑物的冲击与淹覆能力。该处工程地质条件简单，建造与安装便利，工程投资少，上游停淤场大，交通与地形地貌条件易于清淤，格栅坝运行效能高。

3.2 悬挑式网格格栅坝设计方案

该格栅坝按泥石流灾害防治工程安全等级为四级、工程设计标准为二级（即50年一遇）的标准设计。格栅坝采用悬挑式滤水拦石格栅，悬挑式滤水拦石格栅通水能力强，通过泥石流冲力使挑栅闭合阻截砂石搬运的原理，平时悬挑格栅对河流无阻截，不易堵塞河道。该格栅坝设计有效库容约3.2×104m3，据调查，上游沿岸废石零散堆放总量约6×104m3，废石累进流失率40%，约2.4×104m3，满足要求。栅格坝坝高8m，坝底宽6m，坝底长9.5m，坝顶长9m，坝顶宽1.5m，固定格栅高5.77m，挑栅2.23m，固定格栅与挑栅采用钢活栓栓锚连接，河床清除松散层后在基岩面上铺筑0.2m厚的C30混凝土。栅格网钢筋采用准12的Ⅲ级冷轧圆钢，主筋采用Ⅲ级48×8中空钢管，钢梁采用槽钢20#b型，挑栅挑起时与河床距30cm，挑角30°，挑臂长2.23m，格栅规格20cm×5cm。悬挑式滤水拦石格栅坝两翼坡岸采用C30现浇钢筋混凝土结构以固定格栅，钢筋采用准5的Ⅲ级冷轧圆钢，按0.40m×0.40m×0.15m的网格安装后浇筑C30混凝土，并在两翼各设置上下5排预应力锚杆加强悬挑式滤水拦石格栅坝的稳固，预应力锚杆分别在坝两翼高0.6m、2.4m、4.2m、6.0m、7.6m处水平面布设，水平间距1.5m，上下排呈梅花型布置，杆长均为4m，采用准20×6的HRB400中空钢管加工，完成钻孔安装预应力锚杆后以1.0MPa的压力全粘结灌注浆，水泥采用425#普通硅酸盐水泥，弹性拉索采用高弹性、机械强度高的胶绳或高强度的弹簧钢线，推荐使用弹性形变拉力为4.5kN的高强弹力橡（硅）胶绳（如蹦极用高强弹力橡胶绳）。坡脚与河床埋设挡栅钢钉，控制悬挑格栅往下游歪扭（图1～2）。

图1 悬挑式格栅坝剖面图

图2 悬挑式格栅坝两翼锚杆布设剖面图

悬挑格栅在每次拦截砂石之后，应及时河道清淤，并且应把悬挑格栅挑度和弹性拉索恢复原有状态，防止河道淤塞，以便下一次泥石流拦截的良好运行。

3.3 悬挑式网格格栅坝应用效果分析

根据悬挑式网格格栅坝的运行效果来看，该河流水期水流通畅，其正常流通未受挑栅影响。汛期已拦截规模以上泥石流（水石流）三次，其中最高流量达30m3/s，最大泥水流速5m/s，经多次抗泥石流（水石流）龙头冲击，其结构未受破坏，与沟床、坡岸锚固稳定性仍较好，无整体或局部变形、位移现象，挑栅与弹性拉索能够恢复至初始状态。

在挑栅闭合后，上游泥石流（水石流）体临近网格格栅时，其流速趋缓，泥（水）位增高，泥石流（水石流）动能转换为泥石流（水石流）势能和坡岸、格栅坝的接触应力能，其势能一部分随跌水作用释放，一部分因泥位蓄势，转换的接触应力能往两侧坡岸、山体传递而释放，这样就极大的消减了泥石流（水石流）的动能和冲击格栅坝的冲力，因此下游河岸冲蚀现象与以往相比明显较轻或无，并且无水流漫岸现象，河流行洪能力明显提高。

停淤后，矿山先采取人工掏挖清淤，因沟床水流作用，人工清淤难度较大，后采取机械+人工辅助的清淤方法，清淤效果极好，采用适宜的清淤方法需考虑场地条件和沟河水流情况等。解决泥渣的运输与堆存也是棘手的问题，部分泥渣流塑性高，在运输方法上受载体条件限制，需采用携带密闭箱式的运输工具；泥渣堆存场地选址需进行可行性分析与多方案比较，选址时应考虑堆存库容、运距、交通便利条件、预防水土流失、土地利用状况等。

在清淤结束后，挑栅能够及时良好的恢复到初始状态，其挑度和挑距与设计安装时基本吻合，若出现挑距和挑度偏小，应及时对其进行修正，修正时应根据弹性拉索的恢复状态进行调整。停淤后，应及时清淤恢复弹性拉索至初始状态，否则，弹性拉索在长时间高应力状态作用下，可能使弹性拉索的屈服极限发生不可逆的变化，回弹不完全，从而影响格栅坝的运行和效用。

在格栅坝建造之后的运行管理和维护尤为重要，若管理不当或维护不及时，可能在下一次泥石流（水石流）之时拦截效果不佳，甚至造成破坏格栅坝。运行管理和维护工作主要是日常监测检查、维修保养、及时清淤、钢铁构件防腐、避免外因破坏等。格栅坝建造投资成本较低，因其结构简单、用料少，施工安装难度较小；后期运行管理和维护成本较高，具体体现在安排人员管理的管护费用和清淤工程费用。

该工程为预防常发性水石流可起到很好的拦渣排水及消能效果，避免冲刷下游河岸、淤塞下游河床；提高河流的行洪能力，避免淹没下游低洼处生产生活设施。该工程结构简单、施工难度小，成本低，但在运行期间，清淤工作较难：①清淤方法要得当；②泥渣堆存处理要科学；后期运行管理和维护费用可能较高、清淤工作量较大。

该工程为拦截河流山洪泥石流起到良好的效果，为下游工农业生产和劳动人民的生命财产起到保障作用，促进当地社会与经济的可持续发展，可为类似工程提供借鉴。

4 结语

综上所述，悬挑式格栅坝在实际应用中，不会阻截河流，不易堵塞河道，但是在选用弹性拉索时，弹性形变参数很难掌握。悬挑式格栅坝一般适用于含有巨石以及大漂砾的水石流中，可以布设在泥石流与洪水之间的沟道上。未来在对泥石流治理以及悬挑式格栅坝的应用方面，还应该加强研究，这样才能达到很好的治理效果。

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[3]余正良.泥石流防治工程施工质量及安全管理浅析[J].江西建材，2014（18）：291.

P642.23

A

1004-7344（2016）15-0188-02

2016-4-16

彭兴（1986-），男，助理工程师，主要从事地质工程，地质灾害评估、勘查、设计等各类相关地质工作。