凤城市石城镇车头峪村泥石流治理防治工程分析

乔 云 航

(1.辽宁有色勘察研究院有限责任公司，辽宁 沈阳 110013； 2.深部岩土力学与地下工程国家重点实验室东北中心,辽宁 沈阳 110013)

0 引言

泥石流属于一种自然灾害，对人类的生存环境会造成非常严重的破坏，泥石流的发生在山区比较严重[1,2]。地处辽宁省内的凤城市属于发生自然灾害比较严重的地区，每年在遇到暴雨季节的时候都会发生严重的泥石流灾害，泥石流的发生给该地区的居民造成严重的生命与财产安全损失。该地区属于山丘地带，整体地形地貌具有强烈的切割感，沟床和扇形地上巨砾遍布。流域长宽比值较大，完整系数中值偏大，故从形态上分析流域的汇流条件较好。从流域的高差可知流域的能量能满足泥石流形成需要，是沟谷型泥石流的典型代表，通过对泥石流形成的具体原因进行深入分析和探讨，这对整治整个东北地区的泥石流意义重大。

1 自然环境概况

1.1 灾害发生点地理位置和自然条件

在该地区发生泥石流比较严重的地区是长甸镇，该地位于辽宁省凤城市车头峪村白家堡子下堡东部沟谷，沟口地理坐标为东经124°20′03″，北纬40°40′16″。该地区属于山丘地带，整体地形地貌具有强烈的切割感，沟床和扇形地上巨砾遍布，总体地势西低东高。沟床和扇形地上巨砾遍布。流域长宽比值较大，完整系数中值偏大，故从形态上分析流域的汇流条件较好。从流域的高差可知流域的能量能满足泥石流形成需要。从沟床特征分析，在由松散物质分布的流通区内，物质堆积较厚，流通区沟床5.6°左右，沟道无堵塞，在水动力充足的情况下就会在内汇水冲刷作用下导致物质波动。

1.2 气候与水文条件

本文研究项目地处长白山脉南延部分，这里的气候条件属于大陆季风气候，具有比较分明的节气，每年降水量平均达到996.6 mm，每年的降水主要集中在7月、8月份，其中最大降水量可以达到1 692.8 mm。

治理区泥石流流域为叆河支流，沟口以西约300 m即是叆河主河道。瑷河为项目区附近最大的地表水体，是鸭绿江水系较大支流，也是丹东市境内最大的一条河流，流域面积5 902.0 km2，年径流量22.5亿m3，流向至北向南，雨季时常发生较大规模洪水。治理区岩土体含水量较低，主要为第四系松散岩类孔隙水及基岩裂隙水，地下水位埋深随季节而变化。含水层水位埋深1.6 m～4.5 m；基岩裂隙水含水层水位埋深2.0 m～5.5 m，通过大气降水补给，蒸发和地表径流排泄。沟谷内只有在雨季才有水，流量随季节变化较大，雨季有洪流。

2 地层岩性、地质构造

该区地层主要为第四系坡积洪积的漂石、块石、碎石土，含少量中粗砂和少量粘土。基岩为印支期花岗岩和后期煌斑岩脉。

3 泥石流灾害情况

2010年8月22日，受副热带高压和冷涡低渠影响，8月19日开始辽宁省出现持续强降水天气，项目区日最大降水量达到200 mm，22日凌晨，车头峪村白家堡子下堡东部沟谷(本项目区)爆发泥石流，沟岸山坡局部出现小规模滑塌，泥石流堆积区物质冲毁沟口三毛线公路，造成交通阻塞达一个月之久，造成石城镇8个村民组的群众生活及出行不便，由于及时采取了拦挡措施，松散固体物质未冲毁民房，没有造成人员伤亡。

4 工程治理原则及措施

4.1 治理原则

1)全面规划，重点突出。

在对泥石流进行预防和规划过程中需要结合泥石流的发生条件以及特点等情况进行综合分析。在具体预防过程中需要突出重点因素，打破地域条件限制，达到因害设防的效果。在具体执行过程中需要与国家的资源开发、城乡建设以及国土整治等政策紧密结合，真正实现通过泥石流的治理来改善当地的经济以及生态环境。

2)坚持以防为主，防治结合，除害兴利的方针。

3)结合实际，注意节约，做到经济合理、技术可行。

根据石城镇车头峪村杨树沟内居民情况，泥石流造成的经济损失、死亡人数、工程投资以及预期经济损失五个要素进行分析，具体分析标准参照《泥石流灾害防治工程设计规范》[3]，本项目的工程等级定义为三级，如表1所示。

表1 泥石流预防工程具体设计标准

4.2 设计参数选取及计算

计算过程中假设泥石流流速为Vc，流体重度γc，计算公式为：

其中，γH为固体物质重度，具体数值为25 kN/m3；Hc为计算截面的平均泥深，数值为2 m；IC为泥石流水力坡度，具体数值为3.4%；n为泥石流沟床的糙率系统，具体数值为0.02；φ为泥石流泥沙修正系数，通过近年数据表查询得0.875。

通过计算得到Vc=4.47 m/s。

对于泥石流的流量计算主要是基于雨洪计算法完成：

QC=KQ·QB·D。

其中，QB为清水洪峰流量，假设每30年发生一次泥石流，那么形成汇水面积为1.75 km2，通过计算可以得到洪峰流量为32.07 m3/s；KQ为泥石流流量修正系数1+φ，具体数值取1.875；D为堵塞系数，如果河道没有堵塞则取1.0。

通过上面公式计算得到泥石流流量QC=34.69 m3/s。

对河道的横断面积可以采用下面公式计算：

其中，BX为排导渠的宽度，m，取5.5 m；BL为流通区沟道宽度，m，取10 m；HL为流通区沟道泥石流厚度,m，1.0 m；HX为排导渠设计泥石流厚度，m；nX为排导渠的粗糙系数，取0.017；nL为泥石流沟床的粗糙系数，取0.020；IX为排导渠纵坡降；IL为流通区沟道纵坡降，该数值与IX相同。

通过计算，HX为1.30 m；排导渠安全超高ΔH取0.7 m，则排导渠深度H=HX+ΔH=2 m。

4.3 治理措施

4.3.1格宾网笼谷坊坝

根据场地实际情况在沟谷上游设置谷坊坝以消能，阻滞泥砂输移。谷坊坝1长度为40 m，埋深1.5 m，地面以上坝高2.5 m；谷坊坝2长度为18 m，埋深1.5 m，地面以上坝高2 m；谷坊坝3长度为13 m，埋深1 m，地面以上坝高1 m；基础持力层均选用碎石土层。三座谷坊坝均为透水坝，采用防腐格宾网笼内填毛石制成，格宾网网距80×100，伸长率10%～20%，强度大于450 MPa，外包塑料。毛石采用MU30，笼内布设直径200 mm水泥泄水管，水平间距1.5 m，竖向间距0.5 m，呈梅花状布设，倾角5%，以确保水能顺利透过。

4.3.2汇水堤及排导渠修建

在该地区所形成的泥石流流通区主要是因为长期的雨水冲刷导致，大量的漂石在河道中造成堵塞。这就给沿岸的居民生活造成较大困扰。因此需要采用挖掘机来对河道中堵塞的漂石进行清理，清理长度约为584.0 m，清理厚度约0.6 m～2.5 m，清理出的漂石、碎石堆积除用于排导渠及挡土墙侧壁背后填土外，这些物质还可以被用作对道路的修正，多余的碎石要运到下游，稳固河岸，或堆积在附近三毛线公路的坡脚，用于稳定公路边坡角。

泥石流排导渠采用毛石砌筑，地基采用天然碎石土地基，若开挖时遇到地基土较软应采用夯实或换填方法予以处理。毛石强度等级MU30，水泥砂浆强度等级M10，砌筑采用挤浆法，排导渠长度545 m，尺寸为上口6.5 m，下口5.5 m，渠深2.0 m，基础埋入深度1.5 m，部分区段渠壁与护坡挡土墙结合在一起，渠壁设置2排～3排泄水孔，水平间距2 m呈梅花形布设，进水口为0.1 m×0.1 m矩形截面，孔后设碎石反滤包。泄水孔内壁两侧及底面用M10水泥砂浆抹面，抹面厚度10 mm。

4.3.3农用桥修建

由于排洪道的修筑，导致村民无法从沟底通过到达沟南侧村民蚕场及山场，为方便村民通行(行人)，在排洪道靠近水井处修筑4.0 m宽的小桥一座。由于桥的墩台在沟道内砌筑，因此在砌筑时应采取必要的截排水措施。建议分两阶段施工，采用水泵排水。新建桥涵桥面采用钢筋混凝土预制板，桥的两端搭设在排导渠侧壁上，作为桥墩使用的排导渠段渠侧壁采用毛石混凝土浇筑，毛石混凝土强度等级为C25，毛石掺入量为25%。桥墩基础坐落在碎石土层，埋深同其余地段排导渠侧壁，为1.5 m，地基承载力不小于200 kPa；桥下排导渠底采用毛石混凝土浇筑，不同于其余排导渠底的干砌毛石砌筑形式，毛石混凝土强度等级为C25，毛石掺入量为25%。桥板采用《沈阳市农村道路建设工程小桥涵定型设计8米跨钢筋混凝土面板》，板厚280 mm，桥板配筋见图集中SD-6-7(1)。桥板与台帽之间以及板间缝隙使用M10水泥砂浆灌实。桥两侧设置钢筋混凝土护栏，护栏高0.5 m，横截面为0.2 m×0.2 m，间距0.5 m，混凝土强度等级C25。

5 结语

该工程的研究与当地居民的生命与财产安全关系紧密，所以工程的实施得到当地居民的大力支持。在该地区通过开展地质灾害治理使灾害的发生得到了有效控制，同时还有效改善了当地居民的生存环境以及生活质量，同时对维护社会稳定具有重要意义，其社会效益、环境效益远远大于经济效益。