本發(fā)明屬于水利水電工程，具體涉及一種適用于大洪量的泥石流溝渣場(chǎng)防護(hù)的泥石流物源攔擋系統(tǒng)及設(shè)計(jì)方法。

背景技術(shù)：

1、近年來，受地形條件、生態(tài)紅線等多方面因素的限制，為消納工程棄渣，部分水利水電工程將渣場(chǎng)設(shè)置在工程區(qū)附近的大洪量泥石流溝內(nèi)。這種布置方式需對(duì)大洪量泥石流溝進(jìn)行治理，使得大型渣場(chǎng)的防護(hù)成為難點(diǎn)。一方面，如果不進(jìn)行防護(hù)或者對(duì)泥石流處理不當(dāng)，將極大增加安全風(fēng)險(xiǎn)；另一方面，為了治理泥石流，存在攔擋和排導(dǎo)措施工程量大等問題。

2、現(xiàn)有技術(shù)中，在雨季爆發(fā)泥石流時(shí)，裹挾了大量石塊和泥沙，泥石流很難被及時(shí)排導(dǎo)，或者排導(dǎo)成本過高。因此，如何實(shí)現(xiàn)大洪量泥石流溝渣場(chǎng)的泥石流擋排，同時(shí)減少工程投資，是目前亟需解決的難點(diǎn)問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明通過提供一種適用于大洪量的泥石流溝渣場(chǎng)防護(hù)的泥石流物源攔擋系統(tǒng)及設(shè)計(jì)方法，有效的解決了現(xiàn)有技術(shù)中大洪量泥石流及時(shí)排導(dǎo)難、擋排設(shè)施工程量大的問題，實(shí)現(xiàn)了泥石流溝安全防治，大大降低了工程投資。

2、為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

3、本發(fā)明提供一種適用于大洪量的泥石流溝渣場(chǎng)防護(hù)的泥石流物源攔擋系統(tǒng)，包括攔渣擋水壩(1)、渣場(chǎng)(4)、排水明渠(5)、排水墊層(6)和擋渣墻(7)；

4、所述渣場(chǎng)(4)布置于泥石流溝內(nèi)；在所述渣場(chǎng)(4)的上游側(cè)布置所述攔渣擋水壩(1)；所述攔渣擋水壩(1)的上游圍成停淤匯水場(chǎng)；所述停淤匯水場(chǎng)同時(shí)具有攔蓄泥石流固體物質(zhì)及洪水的作用，形成泥石流物源停淤場(chǎng)和匯水區(qū)；在所述渣場(chǎng)(4)的外圍布置所述排水明渠(5)，所述排水明渠(5)的進(jìn)水口與所述攔渣擋水壩(1)的泄洪口連通，用于對(duì)泥石流溝進(jìn)行泄洪；

5、在所述渣場(chǎng)(4)的溝道底部布置所述排水墊層(6)；在所述渣場(chǎng)(4)的下游布置所述擋渣墻(7)；并且，所述排水墊層(6)的下游側(cè)與所述擋渣墻(7)上游側(cè)鋼筋混凝土涵管連通，使所述渣場(chǎng)(4)內(nèi)部的水通過所述排水墊層(6)排到所述擋渣墻(7)的下游。

6、優(yōu)選的，所述攔渣擋水壩(1)的上游側(cè)設(shè)置防滲層(2)；所述攔渣擋水壩(1)的坡腳設(shè)置與基巖連接的混凝土基座(3)；

7、其中，所述防滲層(2)包括反濾層(8)、復(fù)合土工膜(9)和漿砌石(10)；其中，所述反濾層(8)布置兩層，分別為：第一層反濾層和第二層反濾層；

8、在所述攔渣擋水壩(1)的上游側(cè)表面，依次鋪設(shè)所述第一層反濾層、所述復(fù)合土工膜(9)、所述第二層反濾層和所述漿砌石(10)；其中，所述復(fù)合土工膜(9)與所述混凝土基座(3)采用埋入式連接，通過分期澆筑所述混凝土基座(3)嵌固所述復(fù)合土工膜(9)。

9、優(yōu)選的，所述混凝土基座(3)分三期修建并預(yù)埋所述復(fù)合土工膜(9)；所述混凝土基座(3)包括一期混凝土部分(11)、二期混凝土部分(12)、三期混凝土部分(13)和c22鋼筋(14)；

10、首先澆筑形成所述一期混凝土部分(11)，澆筑完成后預(yù)埋所述復(fù)合土工膜(9)，并采用所述c22鋼筋(14)壓覆；然后澆筑形成所述二期混凝土部分(12)；待二期混凝土凝固后折疊所述復(fù)合土工膜(9)；最后澆筑形成所述三期混凝土部分(13)。

11、本發(fā)明還提供一種所述的一種適用于大洪量的泥石流溝渣場(chǎng)防護(hù)的泥石流物源攔擋系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法，包括以下步驟：

12、步驟1：渣場(chǎng)(4)選址及形象確定：

13、基于規(guī)劃棄渣容量、實(shí)際地形情況以及水文資料，確定渣場(chǎng)(4)的具體位置和渣場(chǎng)(4)的形象；其中，所述渣場(chǎng)(4)的形象包括渣場(chǎng)外邊線；

14、步驟2：攔渣擋水壩(1)的規(guī)劃設(shè)計(jì)：

15、根據(jù)渣場(chǎng)(4)的具體位置、形象及對(duì)停淤匯水場(chǎng)的調(diào)洪演算結(jié)果，確定攔渣擋水壩(1)的具體位置和形象；

16、步驟3：排水明渠(5)的規(guī)劃設(shè)計(jì)：

17、根據(jù)調(diào)洪演算結(jié)果確定起調(diào)水位，確定排水明渠(5)起始高程；根據(jù)調(diào)洪演算結(jié)果確定需要排水明渠(5)排導(dǎo)的最大洪峰流量，并結(jié)合步驟1確定的渣場(chǎng)外邊線及實(shí)際地形情況，確定排水明渠(5)的軸線、縱坡及尺寸；

18、步驟4：渣場(chǎng)擋護(hù)及內(nèi)部排水規(guī)劃設(shè)計(jì)：

19、修建擋渣墻(7)和排水墊層(6)水保防護(hù)工程措施。

20、優(yōu)選的，步驟1具體為：

21、步驟1.1，確定渣場(chǎng)(4)的場(chǎng)地：在工程區(qū)范圍內(nèi)，避開敏感因素，確定渣場(chǎng)(4)的選址；

22、步驟1.2，確定渣場(chǎng)(4)的容量：根據(jù)工程開挖、填筑工程量及工程進(jìn)度安排，確定渣場(chǎng)(4)的容量；

23、步驟1.3，確定渣場(chǎng)(4)的坡比：按照渣場(chǎng)(4)的渣料來源及其物理力學(xué)特性，確定渣場(chǎng)(4)的坡比；

24、步驟1.4，確定渣場(chǎng)(4)的位置及高程：

25、充分利用上游天然地形，保證渣場(chǎng)(4)上游的停淤匯水場(chǎng)庫(kù)容滿足至少攔蓄一次泥石流固體物質(zhì)總量及洪量，確定渣場(chǎng)(4)的位置及高程；在滿足步驟1.2及步驟1.3的情況下，確定渣場(chǎng)(4)的渣場(chǎng)外邊線。

26、優(yōu)選的，步驟2具體為：

27、步驟2.1，確定攔渣擋水壩(1)位置：根據(jù)渣場(chǎng)(4)的位置和形象，在渣場(chǎng)(4)的上游位置，將攔渣擋水壩(1)與渣場(chǎng)(4)結(jié)合布置；

28、步驟2.2，確定攔渣擋水壩(1)的坡比：按照壩體筑壩料的自然安息角，確定攔渣擋水壩(1)的坡比；

29、其中：在考慮渣場(chǎng)(4)壓覆攔渣擋水壩(1)背坡的情況下，提高攔渣擋水壩(1)的壩坡穩(wěn)定性，放陡攔渣擋水壩(1)的壩后坡比；

30、步驟2.3，通過對(duì)停淤匯水場(chǎng)的調(diào)洪演算結(jié)果，確定攔渣擋水壩(1)的頂高程：

31、具體的，對(duì)洪水流量過程線、停淤匯水場(chǎng)的調(diào)洪庫(kù)容曲線、排水明渠(5)的泄流能力進(jìn)行調(diào)洪演算，并考慮安全超高，確定攔渣擋水壩(1)的頂高程；

32、步驟2.4，在攔渣擋水壩(1)的上游側(cè)設(shè)置防滲層(2)，并在坡腳設(shè)置混凝土基座(3)與基巖連接。

33、優(yōu)選的，步驟2.3具體為：

34、假定極限工況下，攔渣擋水壩(1)的壩前停淤匯水場(chǎng)被泥石流固體物質(zhì)和洪水填滿后，再次來洪利用修建的排水明渠(5)排洪，在此過程中，攔渣擋水壩(1)的頂高程需高于最高水位；攔渣擋水壩(1)的壩前最高水位通過調(diào)洪演算進(jìn)行確定：

35、步驟2.3.1，確定洪水流量過程線：根據(jù)水文資料確定一次來洪的24h洪水流量過程線；

36、步驟2.3.2，確定調(diào)洪庫(kù)容曲線：根據(jù)實(shí)際地形和渣場(chǎng)(4)的布置，確定攔渣擋水壩(1)的壩前調(diào)洪庫(kù)容的庫(kù)容曲線；

37、步驟2.3.3，確定擬定排水明渠(5)的泄流能力：泄流能力按照公式1水力學(xué)堰流流量計(jì)算公式確定；

38、q＝δsδcmnb(2g)^0.5h03/2??????????????????公式1

39、式中：δc為側(cè)收縮系數(shù)，反映由于渠寬對(duì)堰流的橫向收縮，減小有效的過流寬度和增加的局部能量損失對(duì)泄流能力的影響；δs為淹沒系數(shù)，假定下游水位不影響排水明渠的泄流能力時(shí)，為自由堰流，此時(shí)δs＝1.0；m為自流溢流的流量系數(shù)；n為排水明渠條數(shù)；b為排水明渠凈寬(m)；h0為包括行近流速水頭的堰前水頭，也就是排水渠底板以上水頭；

40、步驟2.3.4，調(diào)洪演算：

41、根據(jù)洪水流量過程線、調(diào)洪庫(kù)容曲線、排水明渠(5)的泄流能力進(jìn)行調(diào)洪演算，確定攔渣擋水壩(1)的壩前最高水位。

42、優(yōu)選的，步驟3具體為：

43、步驟3.1，確定排水明渠(5)的底板起點(diǎn)高程：根據(jù)步驟2中調(diào)洪演算結(jié)果確定排水明渠(5)的底板起點(diǎn)高程；

44、步驟3.2，按照步驟1中確定的渣場(chǎng)外邊線，確定排水明渠(5)的軸線，并按照地形確定排水明渠(5)的縱剖；

45、步驟3.3，按照確定好的排水明渠平面布置、縱剖設(shè)計(jì)，根據(jù)調(diào)洪演算結(jié)果確定的最大洪峰流量，按水力學(xué)推求水面線，確定排水明渠(5)的尺寸。

46、優(yōu)選的，步驟4具體為：

47、步驟4.1，在渣場(chǎng)水保工程措施施工和堆渣前，須完成堆渣區(qū)域內(nèi)清表工作；

48、步驟4.2，對(duì)于經(jīng)過步驟4.1處理后的渣場(chǎng)場(chǎng)地，在渣場(chǎng)溝道的底部設(shè)置排水墊層(6)；

49、步驟4.3，在渣場(chǎng)場(chǎng)地的下游施工擋渣墻(7)，擋渣墻(7)上游通過鋼筋混凝土涵管與排水墊層(6)連通，使渣場(chǎng)(4)內(nèi)部的水通過排水墊層(6)再經(jīng)由鋼筋混凝土涵管排到擋渣墻(7)的下游；

50、步驟4.4，在工程開挖棄渣運(yùn)至渣場(chǎng)場(chǎng)地時(shí)，自下而上分層堆置棄渣，每完成一級(jí)馬道高程棄渣，采取自上而下的方式進(jìn)行削坡開級(jí)，形成渣場(chǎng)(4)。

51、優(yōu)選的，步驟4.2具體為：

52、在渣場(chǎng)場(chǎng)地的底部開挖基坑，基坑深度不小于0.5m，且基底整平，起伏不大于20cm，回填形成連續(xù)的排水墊層(6)；

53、溝底的排水墊層(6)斷面面積不小于14m2，填筑料采用開挖的弱風(fēng)化巖石或洞挖新鮮巖石填筑，級(jí)配良好，最大粒徑為600mm，粒徑小于5m的含量不大于20％，粒徑小于0.075m的含量不大于5％，不均勻系數(shù)大于10，滲透系數(shù)大于10-1cm/s；鋪設(shè)排水墊層(6)后，頂部平整后采用13t振動(dòng)碾碾壓，邊角部位采用手扶式振動(dòng)碾碾壓，碾壓遍數(shù)6～8遍；

54、排水墊層(6)鋪設(shè)碾壓完成后，鋪設(shè)30cm厚反濾料，墊層料采用砂礫石，粒徑要求：最大粒徑為80m，粒徑小于5m的含量不大于20％，粒徑小于0.075mm的含量小于5％，不均勻系數(shù)大于12；材料為弱風(fēng)化碎石料，連續(xù)級(jí)配；

55、反濾料上面鋪設(shè)土工布，土工布標(biāo)稱斷裂強(qiáng)度15kn/m，單位面積質(zhì)量400g/m；

56、步驟4.3具體為：

57、擋渣墻(7)位于堅(jiān)實(shí)的地基上，基底埋置深度不小于1.2m，基礎(chǔ)承載力不小于180kpa，如不滿足要求，需使用振動(dòng)碾夯實(shí)或者換填不小于30cm碎石墊層處理；擋渣墻(7)的回填石渣粒徑不小于300mm，且粒徑小于500m以下的不大于回填總量的60％；擋渣墻(7)的反濾料粒徑要求：最大粒徑為80mm，粒徑小于5mm的含量不大于20％，粒徑小于0.075m的含量小于5％。不均勻系數(shù)大于12，且級(jí)配連續(xù)。

58、本發(fā)明提供的一種適用于大洪量的泥石流溝渣場(chǎng)防護(hù)的泥石流物源攔擋系統(tǒng)及設(shè)計(jì)方法，至少具有如下技術(shù)效果和優(yōu)點(diǎn)：

59、(1)本技術(shù)有效解決了泥石流物源及時(shí)排導(dǎo)難的問題。通過充分利用渣場(chǎng)上游天然地形創(chuàng)造停淤匯水場(chǎng)，將泥石流攔蓄在攔渣擋水壩的壩前預(yù)留的調(diào)蓄空間內(nèi)，待泥石流活動(dòng)結(jié)束后再進(jìn)行相應(yīng)的清理和處理工作，從而減輕了泥石流發(fā)生時(shí)排導(dǎo)設(shè)施的過流壓力，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)了泥石流溝的安全防治；

60、(2)本技術(shù)利用渣場(chǎng)結(jié)合攔渣擋水壩布置，攔渣擋水壩同時(shí)具有攔渣壩和擋水壩的功能，既擋上游固體物質(zhì)，又?jǐn)r上游來洪，減少了專門用于攔擋泥石流的攔擋結(jié)構(gòu)工程量；同時(shí)在攔渣擋水壩后堆渣，有利于提高攔渣擋水壩的穩(wěn)定性及停淤匯水場(chǎng)的安全性；

61、(3)本技術(shù)結(jié)合渣場(chǎng)上游地形條件，利用攔渣擋水壩前的停淤匯水場(chǎng)，有效的削減了洪峰流量，降低了排水系統(tǒng)的規(guī)模。

62、這些技術(shù)效果和優(yōu)點(diǎn)的實(shí)現(xiàn)，不僅提高了泥石流防治的效率和安全性，還降低了工程成本，體現(xiàn)了本技術(shù)技術(shù)方案的創(chuàng)新性和實(shí)用性。