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格宾石笼拦挡坝在玉树地震灾区泥石流治理工程中的应用

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格宾石笼拦挡坝在玉树地震灾区泥石流治理工程中的应用

发布日期:2015-06-12 00:00 来源:http://www。green-gx。com 点击:

2010414日青海省玉树藏族自治州发生7.1级大地震,造成了重大的人员伤亡和财产损失,而地震诱发的泥石流等次生地质灾害也对当地居民的生命财产安全构成了极大威胁。为了既保证对这些地质灾害的治理效果,又可快速地对其进行防治,选择合适的治理方案尤为重要。

格宾石笼作为一种防治工程新技术,它是由格宾网和放入其中一定规格的块石或卵石组成。格宾网是将抗腐耐磨高强的低碳高镀锌钢丝或10%铝锌稀合金镀层钢丝(或同质包覆聚合物钢丝)由机械绞合编织成多绞状、六边形网目的网片,使其成品结构具有防锈、防静电、抗老化、耐腐蚀、高抗压、高抗剪等特点,能有效抵抗海水或高度污染环境的侵蚀。

格宾石笼之前多用于堤防、边坡的防护等工程中,如在孝子店滑坡治理工程中,首次将格宾石笼这一柔性结构用于滑坡的治理,较好地实现了工程结构与生态环境的有机结合,取得了良好的效果;黄石市长江干堤合兴段是先进行格宾石网护坡的试验,段施工完成后,经严格验,收格宾网材现场验收优良率达70%;在宜昌市夷陵区杨家湾码头—黄陵庙段长江岸坡塌岸防治工程中应用格宾石笼技术,取得了良好的经济效益和社会效益;在常德─张家界高速公路K129段右侧弃土场挡墙治理中,通过采用格宾新型结构,有效地解决了边坡支挡结构变形与排水、垮塌等诸多难题。但把格宾石笼堆砌成拦挡坝将其应用于地震灾区泥石流防治工程中,目前在国内还没有这方面的实例。为此,本文对格宾石笼拦挡坝首次在玉树地震灾区尼隆库泥石流治理工程中的应用进行了介绍。

1 尼隆库泥石流沟概况

本工程位于青海省玉树县结古镇南部巴塘河东岸山地河谷地区,尼隆库泥石流沟地处此次地震的诱发断层—F2断层带上,受灾尤其严重。受地震影响,尼隆库泥石流沟沟谷两岸山体在原来较破碎的基础上更加破碎、松散形成极大的泥石流隐患,威胁着禅古新村数百人的生命财产安全以及沟前机场公路桥的安全。

尼隆库泥石流沟流域面积为5。91k㎡,主沟长4。1km,沟脑至沟头高程为3753~ 4820m,相对高差为1067m,上游沟道平均纵坡比降为229‰ ,下游沟口段平均纵坡比降为123‰。 沟道断面多呈“V”型,狭窄弯曲,沟坡陡峻,两侧沟坡坡度在35°~60°之间,局部为陡直基岩山体,沟底时宽时窄,一般为1.5~2.5m。区内松散固体物质主要集中于流域中上游,沟谷内岩性以软硬相间的灰岩、板岩、花岗岩以及第四系松散的坡积物为主,虽然植被较发育,但次级构造发育,基岩裸露、风化强烈,受地震影响坡面变得松散。尼隆库泥石流沟沟口以上整个形成区与流通区沿岸滑坡、崩塌、滑塌等不良地质现象发育,小型的松散堆积体较多,固体松散物质储量丰富。

根据勘查及计算结果,尼隆库泥石流沟固体松散物质储量为61.808m³, 可转化为泥石流的固体物质储量为22.34m³, 其重度为13。6KN/m³,50年一遇的泥石流流量和一次大冲出量分别为55.82m³/s1。14×104m³,流速为4。4m/s,整体冲击力为35。73KPa

2 尼隆库泥石流沟治理方案

在玉树地区为防治泥石流灾害曾修筑钢筋石笼坝这一防护形式,但是上述防护工程修筑不久,即出现钢筋严重锈蚀情况,且在坝顶未设置溢流口,如发生泥石流,坝肩易受到冲蚀(见图1),无法满足防护工程的要求。

过去的泥石流治理工程中,拦挡型式常采用浆砌块石和混凝土坝,这两种坝型为刚性坝,需设沉降缝,结构不连续,如果产生地基不均匀沉降,易发生开裂破坏。而格宾石笼拦挡坝相对来说有以下优点:①高强耐久性。格宾石笼网金属丝采用高强耐磨防腐的低碳钢丝,并在其表面镀锌或涂树脂保护膜,具有较高的强度和耐久性,同时金属网孔为六边蜂巢型,较符合力学原理,采用双绞的方式编织而成,即使有一两根金属丝断裂,整体网笼也不会轻易解开破坏;②整体性和柔韧性好。格宾石笼相对之前的浆砌块石和混凝土拦挡坝为一柔性结构,整体性好,且无需设沉降缝,结构连续,即使发生不均匀沉降或地震,也可以通过自身调整来适应变形,不会产生开裂破坏,是一种非常适用于地震地区的防治型式;③透水性好。 格宾石笼属多孔隙结构,具有良好的透水性能,既能有效排水,又能有效拦挡泥石流固体物质;④施工简便快、速且造价低。格宾网笼中所用石料质量要求相对较低,同时格宾石笼拦挡坝为层层堆砌施工,效率较高,其造价较混凝土坝节约50%左右,经济效益良好,此外与钢筋石笼拦挡坝相比,格宾网箱编制简单、网眼小,无需钢筋石笼的电焊缝接,这对高山地区泥石流治理是非常有利的。

基于格宾石笼拦挡坝的上述优点,并根据尼隆库泥石流沟的特点,本治理工程设计采用格宾石笼拦挡坝为主要拦挡型式,采取在尼隆库泥石流沟中设置拦挡坝+防护堤的治理方案。其中,在主沟设置4级拦挡坝(1#5#6#7#),支沟设置3级拦挡坝(2#3#4#),另在最后一级拦挡坝以下沟口两侧修建防护堤。沟口最后一级拦挡坝为钢筋混凝土坝,这是为了在发生大型泥石流时大限度地承受冲击力和拦蓄固体物质,避免沟口的建筑物受到破坏或阻挡沟前泥石流;其他各级拦挡坝为首次采用的格宾石笼拦挡坝,见图2。本文仅介绍格宾石笼拦挡坝这一新型治理方法的应用。

3  格宾石笼拦挡坝的设计

 

3.1格宾石笼技术参数与要求

格宾石笼网尺寸为80mm×100mm,使用线径内径和外径分别为3.0mm、4.0mm,石笼尺寸根据实际情况设计为1.5m×1m×1m,垂直摆放,见图3。

格宾石笼网钢丝标准及技术参数如下:钢丝抗拉强度为350~550N/m㎡,未经拉伸钢丝的延伸率不得低于9%(经过拉伸加工的成品钢丝延伸率不得低于7%);网面钢丝直径为φ2.7/φ3.7mm,镀层钢丝,公差为±0。08mm,小镀层量为245/㎡;为了加强构件刚度,钢丝面板边端采用直径为φ3。4/φ4。4mm的边端钢丝,镀层钢丝公差为±0.09mm,小镀层量为265g/㎡;绑扎钢丝直径为φ2。0/φ3.0mm,镀层钢丝公差为±0.07mm,小镀层量为215g/㎡。 网面裁剪后末端与边端钢丝的连接处是整个结构的薄弱环节,为了加强网面与边端钢丝的连接强度,需采用专业的翻边机将网面钢丝缠绕在边端钢丝(上≥2圈),不能采用手工绞。绞边钢丝必须采用与网面钢丝一样材质的钢丝,为了保证联接强度,需严格按照间隔10~15cm单圈-双圈交替绞合。

格宾石笼填充物采用卵石、片石或块石,要求石料粒径D以100~300mm为宜,允许不超过15%的小于100mm粒径的石料,但其不得用于格宾网格的外露,面空隙率不超过30%,并要求石料质地坚硬、强度等级为MU30、密度不小于2.5t/m³,遇水不易崩解、水解且抗风化能力强。 

3.2格宾石笼拦挡坝的结构设计

参考以往拦挡坝结构断面及稳定性验算,确定格宾石笼拦挡坝的截面尺寸为:坝顶宽2.0m,迎水面台阶宽0.75m,背水面台阶宽0.25m,各台阶高度1。5m或1.0m不等,基础埋深1。5m。由于格宾石笼具有天然较好的透水性,因此在坝体上不需再另外设置排水孔,只需在坝顶设置一定尺寸溢流口即;可另,外在坝后需修筑一定长度浆砌块石护坦,以防止冲涮坝基,在坝肩两侧的岸坡上需修建一定范围的浆砌块石护坡以防止冲蚀坝肩,且格宾石笼拦挡坝头应深入坝肩岩土体不小于0.5m。格宾石笼拦挡坝设计断面见图4

根据格宾石笼拦挡坝的受力分析,其主要受坝体自重、泥石流压力、堆积物的土压力、过坝泥石流的动水压力、静水压力、扬压力、冲击力等力的作用,按相关规范并采用理正软件进行抗滑稳定性、抗倾覆稳定性、地基承载力验算,结果表明:抗滑移安全系数Kc=1。591.2,抗倾覆安全系数Ko=2.961.6,均满足承载力要求,表明格宾石笼拦挡坝的结构设计是安全的。

4 格宾石笼拦挡坝治理工程效果检验

格宾石笼拦挡坝防护工程自20125月修建过程中,在尼隆库泥石流沟发生了季节性融雪,泥石流受此影响,5#6#格宾石笼拦挡坝已被淤满,见图5。尽管受到泥石流的冲击,但5#6#格宾石笼拦挡坝仍然安然无恙,较好地起到了拦阻固体物质的作用,且石笼透水性良好。经此考验,足可以证明格宾石笼拦挡坝应用于泥石流治理工程的可靠性。对于坝内淤积的固体物质,现已通过清淤来释放库容以应对将来可能发生的泥石流灾害。

5 结论

首次采用格宾石笼拦挡坝对玉树地震灾区尼隆库泥石流治理工程进行了防治,得到如下结论:

1)格宾石笼拦挡坝施工快捷,工程造价约为混凝土坝的一半,经济效益较高。

2)格宾石笼拦挡坝相对为柔性结构,不需设置伸缩缝,对变形有自适应性,可承受较大变形而不会发生破坏,因此较适合在地震地区使用。

3)格宾石笼透水性能良好,在坝体中下部不需设置排水孔,只需在坝顶布置一定尺寸溢流口即可满足要求。本治理工程经验表明,格宾石笼拦挡坝设计时,迎水坡台阶宜为0.75m,背水坡台阶宜为0。25m,坝顶宽度不宜小于2。0m

4)格宾石笼是一种新的防护工程技术,但作为拦挡坝用于泥石流治理工程中尚属首次。格宾石笼拦挡坝在玉树地震灾区尼隆库泥石流治理工程竣工至今,已经历一次融雪季节泥石流考验,且防护效果良好,可在今后的泥石流治理工程中加以推广使用。


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