阿壩州汶川縣國道G213線連山大橋泥石流治理工程施工圖設(shè)計

阿壩州汶川縣國道G213線連山大橋泥石流

治理工程施工圖設(shè)計匯報提綱2013-7-10泥石流災(zāi)害概況勘查可研初設(shè)主要結(jié)論泥石流基本特征設(shè)計基本參數(shù)治理總體設(shè)計治理工程分項設(shè)計工程預(yù)算5.12地震后至2013年7月10日，由于未遇大暴雨該溝尚未發(fā)生泥石流災(zāi)害。2013年7月10日至7月30日連山大橋泥石流溝共發(fā)生了5次泥石流，其中2013年7月10日凌晨3~4點和7月12日上午8~9點在強降雨的作用下該溝發(fā)生了泥石流兩次，高速公路路面、橋板及護欄受災(zāi)嚴重，都汶高速公路和G213200m長度范圍內(nèi)堆積有泥石流8萬m3左右，汶川至都江堰的交通中斷，其余3次規(guī)模較小，但均短暫阻斷了高速公路。2013-7-10泥石流災(zāi)害概況勘查、可研、初設(shè)主要結(jié)論連山大橋泥石流溝為一老泥石流溝，歷史上曾發(fā)生泥石流災(zāi)害連山大橋泥石流屬暴雨溝谷型泥石流，從發(fā)生頻率看屬低頻泥石流，發(fā)展階段屬發(fā)展期，泥石流規(guī)模為大型連山大橋泥石流溝具有泥石流發(fā)育的良好條件，流域內(nèi)相對高差大，地形陡峻，溝谷縱坡較大溝內(nèi)泥石流固體物源豐富，可提供泥石流的固體物源總量140.54×104m3，可參與泥石流活動的動儲量30.04×104m3，水源條件豐富連山大橋泥石流溝主要為暴雨激發(fā)，易發(fā)程度屬極易發(fā)，今后其發(fā)生頻率可能提高。由于泥石流易發(fā)程度高，特別是5.12地震后，溝內(nèi)不良地質(zhì)現(xiàn)象增多，可參與泥石流活動的松散固體物源量增多，泥石流危險性增大，且對公路的危害非常嚴重，對其實施應(yīng)急防治工程十分必要而迫切根據(jù)泥石流的特點及方案比選，流域擬采用“以排為主，適當攔擋”的措施進行治理設(shè)計關(guān)注的問題谷坊建設(shè)的必要性問題攔砂壩護坦的長度和形式攔砂壩下游的泥石流歸槽與翻壩的可能性及處理泥石流工程材料C20/C25/C30的選用泥石流排導(dǎo)槽與橋墩的關(guān)系攔砂效益問題結(jié)構(gòu)優(yōu)化問題施工便道的設(shè)計排導(dǎo)槽的防沖問題格柵壩的翼墻是否合理問題連山大橋溝位于汶川縣銀杏鄉(xiāng)原沙坪關(guān)村連山村組，是岷江左岸的一級支溝，溝口位于都汶高速K14+500處流域匯水面積0.70km2。溝流域形態(tài)為葫蘆形，屬“V”型溝谷。泥石流基本特征主溝道縱向長1.34km，平均寬度0.5km，流域最高海拔2184m，最低海拔1025m，相對高差約1159m。流域坡面總體傾向南，坡體上部陡峻，坡角約60°，局部地方近似直立，中下部由于受崩坡積及泥石流堆積體的影響，坡度較為平緩，約30°~35°。溝口發(fā)育泥石流堆積扇，曾經(jīng)為連山村居民的集中區(qū)。連山大橋泥石流溝流域面積小，溝短而順直，兩側(cè)谷坡坡度35°～45°，平均縱坡降約483‰（26度）泥石流基本特征溝道縱向長1.34km，相對高差約1159m，平均坡度約483‰泥石流基本特征表1.2-3銀杏鄉(xiāng)不同頻率下雨強值計算表時間段平均值（mm）變差系數(shù)模比系數(shù)設(shè)計雨強（mm）10%5%2%1%10%5%2%1%H'1/612.50.451.61.882.252.522023.528.131.5H'1270.371.51.711.992.1940.546.1753.759.1H'6900.501.661.992.422.74149.4179.1217.8246.6H'241250.561.732.122.623.01216.25265327.5376.3多年平均降水量932.6mm最大24小時降雨量達176.2mm，年最大1小時降雨為27mm，屬季風濕潤區(qū)（與汶川茂縣一帶典型的干旱河谷不同）泥石流基本特征流域地處茂汶斷裂和映秀斷裂之間，出露地層巖性較為單一。出露的主要巖體為元古代晉寧—澄江期的第四期花崗巖和第三期的斜長巖、閃長巖（圖2.2-1）。流域內(nèi)的岷江一級階地、三級階地和四級階地上堆積了第四系河流相堆積物，在河谷、坡麓地帶，堆積了第四系的崩坡積物、泥石流堆積等。區(qū)域地震烈度8度泥石流基本特征物源類型崩塌堆積溝道堆積坡面侵蝕滑坡堆積古泥石流堆積總量物源量19.725.7132.5472.0710.50140.54動儲量3.242.965.6518.19030.04泥石流基本特征“7.10”連山大橋泥石流一次總量和固體物質(zhì)總量流域時間T（s）峰值流量（m3/s）泥石流一次總量（104m3）固體物質(zhì)總量（104m3）連山大橋泥石流溝360052.652.64“7.10”連山大橋泥石流淤積特征高速公路內(nèi)側(cè)堆積物厚6m

岷江河道淤積抬高2～3m

調(diào)查溝口共堆積約2.5萬方“7.10”連山大橋泥石流溝口堆積量調(diào)查結(jié)果與計算結(jié)果比較接近。泥石流基本特征受溝床比降影響，溝道泥石流分區(qū)性堆積特征較為顯著，大顆粒物質(zhì)主要堆積于海拔1050~1300m的溝道內(nèi)，塊石平均粒徑一般大于40cm，溝內(nèi)最大顆粒尺寸為3.6m×3.5m×2.5m。泥石流基本特征設(shè)計基本參數(shù)連山大橋溝泥石流治理工程部位地基土主要物理力學(xué)指標巖土名稱重度γ(kN/m3)變形模量Eo(MPa)粘聚力C(kPa)內(nèi)摩擦角φ(o)承載力特征值fak(kPa)稍密碎石土19.07.524.5160中密碎石土21.019.528.0300密實碎石土23.028.035.0550強風化基巖22.540.08030.0550中風化基巖23.580.050038.03000位置重度（t/m3）流速（m/s）泥石流峰值流量（m3/s）整體沖壓力（KN）爬高(m)沖起高度(m)彎道超高(m)攔砂壩1.95.4255.3167.782.41.51.3護面墻1.955.311.3格柵壩1.95.6457.3873.342.28排導(dǎo)槽1.96.6858.33102.893.64設(shè)計基本參數(shù)擬設(shè)工程部位泥石流運動特征參數(shù)統(tǒng)計表

據(jù)《泥石流災(zāi)害防治工程設(shè)計規(guī)范》（DT/T0239－2004），攔擋工程設(shè)防標準如表3.2-2。其中，降雨強度按50年一遇設(shè)計，基本荷載下抗滑安全系數(shù)應(yīng)達到1.20，特殊荷載下抗滑安全系數(shù)應(yīng)達到1.07，基本荷載下抗傾覆安全系數(shù)應(yīng)達到1.50，特殊荷載下抗傾覆安全系數(shù)應(yīng)達到1.14。防治工程安全等級降雨強度攔擋壩抗滑安全系數(shù)攔擋壩抗傾覆安全系數(shù)基本荷載組合特殊荷載組合基本荷載組合特殊荷載組合一級100年一遇1.251.081.601.15二級√50年一遇√1.20√1.07√1.50√1.14√三級30年一遇1.151.061.401.12四級10年一遇1.101.051.301.10攔擋工程設(shè)防標準

設(shè)計基本參數(shù)設(shè)計基本參數(shù)排導(dǎo)槽工程設(shè)計標準參照現(xiàn)行國家標準《提防工程設(shè)計規(guī)范》確定。排導(dǎo)槽工程的防洪標準應(yīng)根據(jù)防護區(qū)內(nèi)防洪標準較高防護對象的防洪標準確定。據(jù)前述泥石流防治工程安全等級，確定降雨強度按50年一遇，對應(yīng)的排導(dǎo)槽工程級別為二級堤防工程的級別12√345安全超高值（m）不允許越浪的堤防工程10.8√0.70.60.5允許越浪的堤防工程0.50.40.40.30.3排導(dǎo)工程設(shè)防標準

排導(dǎo)槽工程的安全超高值

排導(dǎo)槽穩(wěn)定性安全系數(shù)

項目抗傾覆抗滑移堤防工程的級別12√34512√345安全正常運用條件1.61.55√1.51.451.41.351.30√1.251.21.15系數(shù)非常運用條件1.51.45√1.41.351.31.21.15√1.11.051.05根據(jù)設(shè)計標準，攔擋工程設(shè)計工況按滿庫過流、半庫過流、空庫過流三種特征結(jié)合地震因素（考慮地震和不考慮地震）共有六種工況組合，分別為：工況Ⅰ：滿庫過流（不考慮地震）；工況Ⅱ：滿庫過流狀態(tài)（考慮地震）；工況Ⅲ：半庫容過流狀態(tài)（不考慮地震）；工況Ⅳ：半庫容過流狀態(tài)（考慮地震）；工況Ⅴ：空庫過流狀態(tài)（不考慮地震）；工況Ⅵ：空庫過流狀態(tài)（考慮地震）。其中以工況Ⅴ為設(shè)計工況，工況Ⅵ為校核工況。設(shè)計基本參數(shù)攔擋工程荷載組合設(shè)計基本參數(shù)工況代號運行情況荷載組合安全系數(shù)基底應(yīng)力抗滑抗傾設(shè)計工況Ⅰ50年一遇過流（正常運行條件）結(jié)構(gòu)自重+土壓力+水壓力1.301.55最大主應(yīng)力不超過基礎(chǔ)承載力設(shè)計值的1.2倍，并不得出現(xiàn)拉應(yīng)力。校核工況Ⅱ非過流狀態(tài)，考慮地震（非正常運行條件）結(jié)構(gòu)自重+土壓力+地震力1.151.45排導(dǎo)槽工程荷載組合

防治工程總體設(shè)計泥石流治理工程采用“排導(dǎo)為主，適當攔擋”的治理思路：在泥石流形成流通區(qū)修建攔擋工程，盡可能穩(wěn)固攔蓄松散固體物源，在泥石流堆積區(qū)修建格柵壩，攔擋粗大顆粒，在此基礎(chǔ)上，將泥石流順利導(dǎo)入排導(dǎo)槽，最終順利排導(dǎo)進入岷江。流域內(nèi)可修攔擋壩的壩址有2處，以矮壩為原則，確定有效壩高分別為6m和7m。鑒于攔砂壩具有穩(wěn)坡和工程體系屏障的功能，設(shè)計為實體壩；格柵壩具有攔擋粗大顆粒、防止大顆粒堵塞河道的功能，設(shè)計為格柵壩；其下部采用排導(dǎo)槽安全排導(dǎo)。這樣使得工程整體安全、有序，亦可防止岷江干流的堵塞（該段岷江干流大于60cm的顆粒占70%）治理工程總體布置：1座攔砂壩+1座格柵壩+1段護面墻+1處排導(dǎo)槽防治工程總平面圖

防治工程總體設(shè)計工程名稱工程作用建筑物主要結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計功能參數(shù)控制物源情況攔砂壩穩(wěn)坡、攔擋、固床作用壩高6m，壩頂長40m，下設(shè)護坦回淤縱坡150‰，回淤長度45.8m，回淤庫容0.216萬m3，回淤固源0.197萬m3控制物源0.413萬m3護面墻防止泥石流漫流沖擊破壞溝岸長18m、凈高4.0m，頂寬0.7m，底寬0.7m、基礎(chǔ)埋深2m//格柵壩強制性將泥石流導(dǎo)入排導(dǎo)槽壩高7m，壩頂長40.5m回淤縱坡150‰，回淤長度29.6m，回淤庫容0.234萬m3，回淤固源0.213萬m3控制物源0.447萬m3排導(dǎo)槽將格柵壩流出的泥石流直接排入岷江進口段長12m，高2.5-6m，槽底凈寬8-19m,比降為12%，側(cè)堤兩側(cè)直立，寬1.25m；流通段長50m，高2.5m，槽底凈寬8m，槽底比降為7%，側(cè)堤外側(cè)按1:0.3放坡，內(nèi)側(cè)直立，堤頂寬0.5m，底寬1.25m/,防治工程總體設(shè)計防治工程分項設(shè)計攔砂壩位于都汶高速公路上游200m處，主要攔截泥石流大顆粒物質(zhì)，同時穩(wěn)固H01滑坡坡腳及溝床；攔砂壩采用重力式溢流壩，壩體及基礎(chǔ)均采用C20砼澆筑，總長40.0m，基礎(chǔ)埋深3m，分為溢流段和非溢流段：（1）溢流段：長14m，頂寬1.5m，底寬5.1m，高6.0m，距非溢流段壩頂高2.5m，迎水面壩坡系數(shù)0.5，背水面0.1，壩身設(shè)置3排泄水孔，呈“品”字形分布，泄水孔尺寸80×60cm；（2）非溢流段：左右兩側(cè)分別長14.5m、11.5m，高1-8.5m。溢流口以上兩側(cè)直立，寬1.5m；溢流口以下迎水面壩坡系數(shù)0.5，背水面0.1，頂寬1.5m，底寬2.1-5.1m，護坦邊墻頂寬0.7m，按1:0.75放坡，基礎(chǔ)深0.8m，邊墻縱向超出護坦末端齒墻1.5m。右邊墻高4.5m，兼顧護坡功能，左邊墻高2.5m；回淤縱坡150‰，回淤長度45.8m，回淤庫容0.216萬m3，回淤固源0.197萬m3，合計控制物源0.413萬m3。該壩具有削峰作用，可以減少泥石流峰值流量10%左右。攔砂壩分項設(shè)計防治工程分項設(shè)計分項工程名稱抗滑移穩(wěn)定性系數(shù)抗傾覆穩(wěn)定性系數(shù)工況1工況2工況3工況4工況5工況6工況1工況2工況3工況4工況5工況6攔砂壩2.221.872.181.831.481.312.261.92.221.972.122.05攔砂壩穩(wěn)定性驗算結(jié)果工況傾覆力矩(kN.m)穩(wěn)定力矩(kN.m)豎向荷載(kN)基底寬度(m)偏心距(m)最小地基應(yīng)力（Kpa）最大地基應(yīng)力（Kpa）工況16592.372921.651442.166.30.6097.08360.75工況26592.373477.631442.166.30.9913.03444.80工況36258.592813.291428.666.30.7467.29386.25工況46258.593183.941428.666.31.0011.26442.29工況56115.822882.791424.166.30.8836.63415.49工況66115.822977.831424.166.30.9522.26429.85攔砂壩地基驗算結(jié)果流量系數(shù)m溢流口寬度b（m）溢流口深度H0（m）設(shè)計流量Q（m3/s）設(shè)計泥深H（m）攔砂壩0.38614.02.555.311.75攔砂壩溢流口過流驗算防治工程分項設(shè)計防治工程分項設(shè)計防治工程分項設(shè)計防治工程分項設(shè)計防治工程分項設(shè)計護面墻分項設(shè)計護面墻緊接護坦右邊墻下游修建，其主要作用是固定泥石流體流向，將泥石流體順利導(dǎo)往下游。其作用是防止泥石流翻越溝道并改道沖淤道路；護面墻總長18m，采用C20混凝土澆筑，墻后設(shè)30cm砂礫石反濾層，高4.5m，放坡1:0.75，基礎(chǔ)埋深2.0m，護面墻伸縮縫和沉降縫為同一條，每隔10m設(shè)置一道，采用瀝青浸漬的木板條、預(yù)制的瀝青砂漿板條、油氈片填充，護面墻基礎(chǔ)為崩坡積組成；護面墻左側(cè)泥石流堆積物堵塞溝道，堆積物清淤線左岸1:2設(shè)計防治工程分項設(shè)計防治工程分項設(shè)計防治工程分項設(shè)計格柵壩的設(shè)計依據(jù)2013年7月10日所發(fā)生的泥石流一次物體物質(zhì)總量為3.189×104m3，如若再發(fā)生類似規(guī)模的泥石流，攔擋工程可攔擋0.496×104m3的固體物質(zhì)，占一次固體物質(zhì)總量的15.55%。如果發(fā)生設(shè)計工況泥石流（泥石流一次固體物質(zhì)總量為3.526×104m3），攔擋工程所攔擋固體物質(zhì)總量為一次總量的14.07%。由于堆積區(qū)的壩體采用格柵壩形式，理論上攔截大于75cm的粗大顆粒為主，依據(jù)堆積區(qū)粗大顆粒的分析，大于75cm的顆粒占9.87%，對于設(shè)計工況固體物質(zhì)總量3.526萬方，而大于75cm的顆粒為3480方，理論上可以攔截2次泥石流粗大顆粒，確保排導(dǎo)槽安全，同時減少主河淤積。防治工程分項設(shè)計格柵壩位于高速公路東側(cè)約30m處，下接排導(dǎo)槽，主要作用為強制性將上游泥石流導(dǎo)入排導(dǎo)槽，同時攔擋泥石流攜帶的大石塊，避免大石塊進入排導(dǎo)槽從而影響都汶高速公路；格柵壩采用梁式格柵壩結(jié)構(gòu)，總長40.5m，基礎(chǔ)埋深3.0m，壩身及基礎(chǔ)均采用C20混凝土澆筑。格柵壩分為溢流段和非溢流段：①溢流段：長17.5m，溢流口高度2m，壩體由4個支墩，12根鋼軌組成。支墩間距2.5m，順溝長5.0m，寬2m，1#、4#支墩高8m，2#、3#支墩高7m；格柵梁材料采用重型鋼軌，重型鋼軌長2.9m，為確保重型鋼軌的穩(wěn)定，重型鋼軌伸進支墩0.2m，根據(jù)攔擋顆粒的粒徑，豎向間距為1.5m；②非溢流段：左右兩側(cè)均為11.5m，高2-10m，頂寬1.5m，壩身內(nèi)側(cè)坡度1:0.3，外側(cè)坡度1:0.2；格柵壩區(qū)域位于2013年泥石流堆積區(qū)域，需對2013年泥石流進行清淤再進行格柵壩施工，溝道兩側(cè)按坡度1:1.25進行清淤，溝底高程1033.85m以上溝床寬度為1m；溝底高程1033.85m以下至格柵壩溢流口溝床寬度漸變，寬度為1-11.5m回淤縱坡150‰，回淤長度30.5m，回淤庫容0.234萬m3，回淤固源0.213萬m3，合計控制物源0.447萬m3。通過攔截粗大顆粒，減少泥石流峰值流量10%左右格柵壩分項設(shè)計工況整體沖擊力（kPa）大石塊沖擊力（kN）堆積體水平壓力（kPa）泥石流水平壓力（kPa）正應(yīng)力（MPa）剪應(yīng)力（MPa）I112.8423.7-39.3407.586.2II---39.335.27.8III--43.5-38.98.2格柵壩橫梁驗算結(jié)果防治工程分項設(shè)計格柵壩支墩穩(wěn)定性驗算工況抗滑系數(shù)抗傾覆系數(shù)地基應(yīng)力(kPa)地基承載力(kPa)σmaxσmin格柵壩支墩工況I1.943.27425.3465.58520工況Ⅱ1.633.05459.9833.94工況Ⅲ1.783.15422.3768.54工況Ⅵ1.452.76457.0133.90工況Ⅴ1.222.55445.1045.82工況Ⅵ1.152.12488.392.52

流量系數(shù)m溢流口寬度b（m）溢流口深度H0（m）設(shè)計流量Q（m3/s）設(shè)計泥深H（m）格柵壩0.38617.5357.382.04格柵壩溢流口過流驗算防治工程分項設(shè)計防治工程分項設(shè)計防治工程分項設(shè)計防治工程分項設(shè)計排導(dǎo)槽將格柵壩流出的泥石流直接排入岷江，保護213國道和都汶高速公路安全。排導(dǎo)槽總長62m，分為進口段和出口段兩部分，進口段接格柵壩，出口與岷江相連。進口段進口段長12m，高2.5-6m，槽底凈寬8-19m，比降為12%，側(cè)堤兩側(cè)直立，寬1.25m，側(cè)堤采用C20砼澆注，槽底采用C30鋼筋砼澆注；流通段長50m，高2.5m，槽底凈寬8m，槽底比降為7%，側(cè)堤外側(cè)按1:0.3放坡，內(nèi)側(cè)直立，堤頂寬0.5m，底寬1.25m，排導(dǎo)槽整體采用C20砼澆注；排導(dǎo)槽出口處修建齒墻，齒墻厚、高均為1m，整體采用C20砼澆注；出口以下區(qū)域?qū)Ρ敬文嗍鞫逊e物進行清除；排導(dǎo)槽修建前需要對7.10泥石流堆積物進行清除，清淤范圍底面以擬建排導(dǎo)槽底面為基準，兩側(cè)按1:1.25放坡清淤；排導(dǎo)槽需要穿越原213國道和都汶高速公路，建議改建213國道在排導(dǎo)槽頂部以橋涵的形式通過，都汶高速公路內(nèi)半幅原來為路基，排導(dǎo)槽需從路基內(nèi)部穿過，建議在排導(dǎo)槽部位增加一跨橋梁，兩側(cè)以橋墩的形式支撐，橋墩距離排導(dǎo)槽邊墻不低于1m。格柵