甘肃地区斜坡地形灾害防治研究

摘要：甘肃省是地震泥石流的多发地带，尤其是罗家峪的治理更是一个繁重的任务，为了减少泥石流对当地人民的破坏所带来的损失，结合当地的水文、气象条件，提出合理、有效的拦挡坝的设计方案。提出一些建议，希望能够对施工、灾区重建提供帮助和指导意义。

关键词：斜坡；泥石流；勘察；设计方案

中图分类号：S611 文献标识码：A 文章编号：

拦挡坝是治理泥石流的主要措施，根据对于罗家峪野外地质地貌、建筑材料和施工条件等一系列的调查分析。此次，罗家峪泥石流拦挡坝应该采用钢筋混凝土结构的重力式拦挡坝。

1、拦挡坝工程设计

1.1、 拦挡坝平面布置

重力式拦挡坝在罗家峪主沟内自下而上依次分段布设拦挡坝，共布设9座拦挡坝，在上游较大支沟布设1座拦挡坝，加上主沟坝下布设的8座，形成了一个坝群，改变固体物质的补给与泥石流流通条件。

1.2 、坝体断面设计

重力式拦挡坝坝顶宽1.5—2.0m，背水面坡率1:0.1，迎水面坡率1:0.3—1:0.5，坝高在10m以下者为1:0.4，坝高在10m以上者为1:0.5。坝体设置泄水孔，泄水孔采用30cm×30cm的正方形孔，水平间距2m（中对中间距），垂直间距3m（中对中间距），品字形布置。

1.3、坝高设计

1.3.1、拦挡坝坝高计算公式：

（1.1）

式中：—沟底以上拦挡坝的有效高度（m）；

—上游坡需要掩埋处距拦挡坝顶上游侧的距离（m）；

—沟床原始纵坡（‰），以小数计；

—沟床回淤纵坡（‰），以小数计。

1.3.2、拦挡坝库容计算公式：

（1.2）

式中：—库容（m）；

—坝高时的沟道宽度（m）；

—沟底宽度（m）；

—回水长度（m），由坝高和沟道比降确定；

—坝高（m）。

本设计拦挡坝安全超高取0.5m。

1.4、坝基础设计

拦挡坝基础设计埋深根据坝址处地层、地质条件和地面以上坝高以及满足抗滑抗倾覆稳定性要求确定。对于像罗家峪这样沟道松散堆积物厚度大、基岩埋藏较深的非基岩坝基埋深坝高10m以下一般按4m设计，坝高10m及10m以上一般按5m设计，并按泥石流规模大小调整，同时增设消力槛。

1.5、坎肩结合槽设计

重力式拦挡坝坝肩结合槽根据各拦挡坝坝址处坝肩的地层岩性条件和工程地质条件确定。基岩出露处坝肩采用水平锚杆加固处理，锚杆锚固段长度5m，预留入坝体长1.0m，锚杆间排距均为1.0m，梅花型布置，锚杆钢筋采用螺纹钢筋，基槽开挖放坡，坡率1:1.0，坎肩结合槽对非基岩按2m计，对基岩选择在清除基岩分化层后的微风化层内，或开挖1.5—2m深度或者更深的弱风化、稳定基岩内。修坝前将两岸山坡削成均一坡度或台阶式的斜坡，对滑坡体构成的岸坡削成1:0.75，岩制斜坡削成1:0.2左右。结合槽须嵌入松散物或弱风化层后1.5—2.0m，确保坝肩结合良好。

根据以上原则确定的坝体参数见表1—1。

表1—1 各拦挡坝特征参数设计一览表

1.6、溢流口设计

重力式拦挡坝设置溢流口，其宽度基本上与沟槽一致。溢流口底部与迎水面和背水面接触部位设置成弧形，以减小阻力，减缓水流对溢流口底部的摩擦冲刷，使之泄流通畅。溢流口采用梯形断面[18]，边坡设计为1:0.3—1:0.5，安全超高取0.5m，过流深加安全超高即为溢流口设计高度。

溢流口设计参数见表1—2。

表1—2各坝体溢流口断面参数一览表

1.7 、副坝设计

为了保证坝体的稳定性在各坝下游均布置副坝。坝迎、背水坡均垂直，断面呈矩形，宽1.5m，埋入现沟床下2.0m，地表以上高2.0—3.0m。坝长视沟床宽度而定，两端嵌入山坡，水平向嵌入基岩深度为1.0m，碎石土层为2.0m。副坝均设溢流口，坝体均采用C25混凝土现浇结构。详见表1—3。

表1—3各坝体溢流口断面参数一览表

注：拦挡坝与副坝的距离为坝轴线与槛轴线之间的距离。

1.8、 护坦设计

为了保证坝体的稳定，在各坝下游均应布设护坦。护坦与坝体自然相接，断面呈矩形，采用M10浆砌块石砌筑，厚度为0.8—1.0m，长度视沟床宽度而定，两端嵌入山坡，水平向嵌入深度为1.0m，厚度为1.0m。详见表1—4

表1—4各坝体护坦长度参数

2、坝体的稳定性分析

坝后泥石流堆积物重度19.15 KN/m³，拦挡坝污工砌体重度24.0KN/m³。

坝基持力层均为碎石土，地基承载力为400KPa，基底摩擦系数f=0.6，应满足地处承载力要求。

2.1、拦挡坝的受力状态

图2—1 重力式拦挡坝受力示意图

（a）基本条件下，（b）冲击力条件下，(c)地震条件下

图中：E—主动土压力（t/m）；

P—被动土压力（t/m，不计）；

T—泥石流冲击力（t/m）；

G1—坝体自重（t/m）；

G2—作用于坝体的泥沙重（t/m）；

F—基底摩阻力（t/m）。

2.2、拦挡坝各参数计算

2.2.1、E：土压力

按两种情况考虑：（2.1）

在正常情况下： （2.2）

在地震情况下：

式中：—淤积物容重（t/m ）；

—淤积物内摩擦角（取24 ）；

—地震条件下淤积物内摩擦角（取20 ）；

—坝后土层厚度（m）。

2.2.2、T：泥石流冲击力，（2.3）

2.3 荷载计算

2.3.1、水平地震力

水平地震加速度：a=0.20g（2.4）

水平地震力：

式中：a—水平地震加速度；

g—重力加速度；

—水平地震力。

2.3.2、基底应力验算

（2.5）

（2.6）

式中：—最大基底应力；

—最小基底应力；

—垂直力的总和（KN）；

—偏心距；

—容许基底应力。

2.3.3、坝下防冲刷验算

坝下冲刷长度按安格荷尔茨公式计算：