后山泥石流治理工程可行性研究报告(DOC 45页)

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1、1、前言2006年1月13日四川省国土资源厅关于下达四川省2005年特大型地质灾害（应急）勘查项目任务书的通知（川国土资函200647号）决定开展30处特大型地质灾害防治勘查与可研工作，宁南县城区后山泥石流勘查与治理工程可行性研究项目为该批项目之一。省国土资源厅委托四川省地矿局成都水文地质工程地质中心承担宁南县城区后山泥石流勘查与可研工作，工作期限从2006年1月开始，2006年4月20日前提交泥石流勘查报告及治理工程可行性研究报告。根据泥石流灾害防治工程设计规范，本次可研阶段治理工程的治理目的与任务如下：治理的目的是控制泥石流发生和发展，减轻或消除对被保护对象的危害，使被保护流域恢复或建立起

2、新的良性生态平衡，改善环境。可行性方案设计阶段应根据防治目标，对多种设计方案进行全面的技术与经济论证，提出优化的推荐设计方案。此阶段的设计文件应以文字表述为主，辅以必需的方案图和计算表。本次可研阶段治理工程设计的编制主要依据以下资料1、泥石流灾害防治工程设计规范2、宁南县城区后山泥石流勘察报告3、山洪、泥石流、滑坡灾害及防治编制简况本次可研阶段治理工程设计先收集了地形资料、气象水文资料、防治工程勘察资料、其它资料（施工场地的水、电、交通条件；排水、排污条件；对噪声、振动的限制；防治工程勘察、设计及施工的地方经验；地方的材料及劳务价格等）。在综合分析了上述资料的基础上，以小流域为单元进行生物措施

3、与工程治理相结合的综合治理。根据泥石流活动的时、空特点，采用不同的防治工程，以减轻或化解泥石流的成灾因素：在形成区以抑制泥砂产生为主，阻滞泥沙输移。在流通区和泥石流通过地段以疏导为主，保证流路通畅。汇入大河段，应加大大河排沙能力，稳定主流切割扇缘，降低泥石流沟侵蚀基准面。采取的主要工程措施为排导槽、谷坊等。（1）水土保持措施 在泥石流形成区采用截、排水沟、植树造林、种植草皮等措施，以减少水和固体物质来源。 （2）拦挡措施 在泥石流流通区采用谷坊坝，以固定沟床，防止沟岸冲刷，并减少固体供给量。 （3）排导停淤措施 在泥石流堆积区采用排导槽，以约束泥石流的流向、流速，限制其漫流，引导泥石流安全排泄

4、或停积于固定位置。2、项目的必要性与紧迫性在目前沟域环境条件下，泥石流发生只不过是时间问题。泥石流一旦发生，将会严重危害整个城区，滑坡有可能发生失稳，直接危及其下的几户农户的生命和财产安全，以及成为沈家沟泥石流固体物源，将对沈家沟两侧的城区造成更大危害。该几条泥石流沟除白沙沟没有修建相应的排导和拦截泥石流措施外，其余几条沟在89年前后，不同程度的进行了综合治理，目前处于基本平衡状态。但泥石流每年雨季都要发生不同程度的活动。1999年7月15日、2004年8月18日杨家屋基发生小型滑坡，未发生人员死亡及财产损失；2001年6月9日，羊圈沟发生泥石流，泥石流冲毁县自来水厂一座、管道500余m，阻塞

5、黑桥，并漫上城区水碾路，造成交通阻塞达半个月之久，群众生活不便，经济损失达600余万元，羊圈沟发生泥石流，危害灾情较严重，当时造成灾害的主要原因是黑桥过水断面太小，而致使泥石流翻槽溢蔓街道。由于可供泥石流安全堆积的停淤范围较小，一旦泥石流灾害发生，极有可能冲毁沟道两侧的大量建筑，其毁坏力与降水量大小、降水时间长短有一定关系，与造成的直接经济损失大小相关。县城后山有四条泥石流沟，即：白沙沟、羊圈沟、阴阳沟和沈家沟。1、在阴阳沟内，虽85-89年对其进行过综合治理，但泥石流形成区松散固体物质储量仍然大，多出现亚粘性泥石流，其危害方式主要为淤埋为主，泥石流阻塞沟道，现场调查修建的1、3拦沙坝基本上还

6、可以运行，2拦沙坝已淤满坝库。据调查未综合治理前，该沟多次冲毁两岸民房、街道以及厂房，治理至今已18年以来，根据调查走访还没发生过泥石流，对修建的排导槽仔细调查没发现有翻槽的迹象，从过桥下调查泥痕也未到槽顶，但排导槽中淤塞较严重，一但发生泥石流，泻流不畅，泥石流将翻槽，毁害两侧建筑物及人民的生命财产。2、在羊圈沟内，虽泥石流形成源地开阔，两岸只有几处崩塌，固体物质储量不很大，且两岸离沟床较远，不容易遭水流侵蚀，但容易出现稀性泥石流或洪水，其危害方式以冲刷为主。对其各支沟逐条调查访问，2001年发生过泥石流，黑桥处翻槽溢蔓街道。县城两侧民房、街道所受威胁较大。严重危及着城区沿沟民房、工厂及企事业

7、危单位及城市居民生命财产的安全。3、沈家沟虽地处离县城主城区二三百米的东郊，两岸有几个小厂和居民点，地下水位高。沟坡崩塌、沟域内滑坡活跃。泥石流发生较频繁，危险性大。4、白沙沟位于城区外西侧主要威胁该沟出口建于沟道上的后山村电站、九龙谷山庄和宁南至西昌的重要交通干道及出口沟道两旁的农户的安全。由上可知，宁南县城后山四条泥石流沟，一旦发生较大的泥石流及滑坡将造成经济损失高达2亿元及大于5000人的重大人员伤亡。因此，为保证人民群众的生命、财产安全，治理工程迫在眉睫、势所必行。3、泥石流沟域地质环境条件宁南县城在气候上属横断山中段东部季风中亚热带半湿润气候区，这对植物生长较为有利。20世纪初以前，

8、沟域为原始森林。40年代后期，后山原始森林破坏殆尽，地表失去保护，崩塌、滑坡、山洪、泥石流频繁出现。50年代初，在后山营造大片松林，总面积达17000亩；海拔17502500m为云南松，2500m以上有小片华山松林，长势良好，郁闭度达0.600.80，对控制水土流失起一定作用。海拔1200m1750m属干热河谷，陡坡开荒现基本控制，最近大部分陡坡荒地已种植桑树、赤桉等，长势一般，但还有一部分坡地未退耕还林。地表侵蚀、沟壑有所减缓。沟源的森林植被乱砍乱伐基本竭制，但斜坡受地表水侵蚀作用仍然存在，沟尾部松散斜坡体稳定性较差，常出现崩塌和滑坡现象，给沟底带来较多的松散物质。 综上所述，后山各沟沟头至

9、沟口高差4401720 m，沟床纵降比206429，沟坡坡度3050，各沟流域狭长；后山山高坡陡，地形陡峻，时有跌坎，坡度为3060。19702005年宁南县气象站及后山泥石流预警点资料统计结果表明，全县年均降水量970mm，最大年（1965年）降水量为，最大月（1991年7月）降水量为，最大日（1998年6月18日）降水量，最大时（1998年8月12日23时）降水量。当地大于50mm的暴雨共有77日，平均每年1.6日（19851988年坡面垂直气候观测结果，平均每年2.8日）；大于100mm的大暴雨有4日，最大一日降雨量达；1小时、30分钟和10分钟最大雨强分别是59mm、45mm和。当地泥

10、石流形成区雨量观测资料和泥石流活动状况对比分析结果证实，后山泥石流的激发雨强为：10分钟雨强大于1020mm，当日降雨量大于3550mm；10分钟雨强大于5mm，当日降雨量大于70mm。当前期降水充沛，则激发雨强相应降低。宁南县地质构造复杂，属康滇地轴（台北斜）东缘褶皱带，断层发育，以近南北向、纵向、高角度冲断层为主，成组出现；西北、北东向和东西线横断层次之。当地处于则木河断裂与会宁断裂的交汇处，断裂仍在活动，地震活动频繁，属度地震烈度区。县城后山所处的骑骡背斜西翼，次一级褶皱强烈，并发育有断层F1，岩层多节理裂隙，风化深度一般25m。断层F1属正断层，也是倾向西，倾角60，长度15km，断距

11、100多米。泥石流形成区包括该断层破碎带。县城后山，自高而底出露有寒武系、奥陶系、志留系、泥盆系和二叠系。岩层倾向西，倾角5060，主要岩性有灰-灰白色白云岩、石灰岩和紫-灰绿色页岩、石英砂岩等。第四系分布甚广。海拔1500m以上为残坡积，以下为冲洪积和老泥石流堆积。县城附近泥石流堆积厚度150m以上。区内地下水资源较丰富，类型较为齐全，因受地层、岩石、构造和地形地貌的影响，地下水表现出较大的差异性。勘查区内地下水类型主要为基岩裂隙水和第四系松散堆积层孔隙水。基岩裂隙水主要为岩溶裂隙水，少部分玄武岩裂隙水和碎屑岩裂隙水，除个别岩溶裂隙水，流量较大，其它水量都小于10l/s。这些水除部分通过银厂

12、沟排入黑水河，其余都引来灌溉，成为孔隙的补给水源之一。基岩裂隙水受岩性及构造控制，其埋藏、补给、运移、排泄条件复杂，含水裂隙（带）之间水力联系较差，主要受大气降水下渗补给，总体上在切割深、第四系薄的沟一线以泉的形式集中排泄。松散堆积层孔隙水，属于松散层本身的孔隙水极为贫乏。大多数泉点流量小于1l/s。南侧冲沟中，40余m的沟壁上除表层有微弱浸水外，都非常干燥。而越往深部，沉积颗粒越细，富水性也更减弱。调查中发现在白沙沟沟谷中有泉水出露，被采砂弃渣掩盖其出水点，从堆积层中溢出，为白沙沟主要水源，四季长流，勘查时目测水流量约为10l/s，水质好，清澈透明，清凉可口，部分水被当地群众截引农田灌溉，该

13、泉位于截水坝上游约50m处。据水文地质资料，地下水化学类型以重碳酸钙水为主，矿化度0.30.48g/l，总硬度1632德度。另，对该泉水和吴家沟地表水取样，做腐蚀性分析，均对钢筋、混凝土无腐蚀作用。4、泥石流基本特征及形成条件分析地形特征宁南县城区后山泥石流各沟地形特征见下表：沟名白沙沟羊圈沟阴阳沟沈家沟流域面积（km2）主沟长(km)沟床纵坡降（）226301429348相对高差（m）1722164510161456沟床平均坡度汇水区面积（km2）长度（km）纵坡降（）435530488482相对高差（m）12601300365892平均坡度27.926.3000沟谷形态V字型V字型V字型V

14、字型物源区、流通区面积（km2）长度（km）纵坡降（）116280326300相对高差（m）225150475364平均坡度16.7沟谷形态U-V字型谷U字型U字型谷U字型堆积区面积（km2）无法确定长度（km）纵坡降（）86827981相对高差（m）70310181193平均坡度沟谷形态除白沙沟外，其余三条沟的堆积区城区范围内基本整治成排导槽固体物源特征宁南县城区后山泥石流各沟固体物源特征见下表：流域沟名直接参与活动的物质(m3)未来参与活动的物质(m3)合计(m3)中上游白沙沟104104104羊圈沟吴家沟104104104史家沟104104104阴阳沟104104104沈家沟104104

15、104下游104 104合计104104104历史泥石流发育特征自19世纪中叶以来，宁南县城泥石流灾害有如下重大事例：1850年（清道光三十年）雨季，后山多沟齐发大规模泥石流，宁南县旧城长街道的东西两端均遭摧毁，东端损失最重，史称“水打坝”。1894年（清光绪二十年），阴阳沟爆发的泥石流冲老城街（现印刷厂附近 ），毁南华宫、川主庙及部分民宅，人称“水打街子”。19001949年，山洪泥石流不断发生，平均510年就有一次较大灾害，每次灾害都淹没些农田和毁坏些房屋，并偶有人畜伤亡。5070年代，泥石流间歇爆发，周期缩短，危害性增大；80年代几乎每年都发生泥石流。主要的如下：1954年雨季，羊圈沟、

16、阴阳沟和沈家沟同时爆发泥石流，县城东西两侧受灾较严重，冲埋农田420亩，毁木桥一座和民房26间，损失达50万元。1981年6月27日阴阳沟爆发泥石流。1983年6月5日和27日羊圈沟和阴阳沟都爆发山洪泥石流。1983年6月5日和6月27日，阴阳沟和羊圈沟都暴发了泥石流。经济损失达80万元。1999年7月15日、2004年8月18日杨家屋基发生小型滑坡。2001年6月9日，羊圈沟发生泥石流，泥石流冲毁县自来水厂一座、管道500余m，阻塞黑桥，并漫上城区水碾路，造成交通阻塞达半个月之久，群众生活不便，经济损失达600余万元。据勘查报告，老泥石流堆积区，尤其是泥石流堆积扇扇群顶端，基本上已建成城区，

17、且羊圈沟、阴阳沟和沈家沟经8589年综合治理，堆积区沟道已修建成排导槽，因此，新泥石流堆积物无法准确判断，沿沟追溯到沟道排出尽头黑水河左岸沟道汇合处，也未发现有大规模的堆积层，主要被洪水冲走。从部分沟道堆积物固体物质中粘土和粉土的含量分析，有很大的分散性，可以判定，泥石流混合物中水是主要成分，且对老泥石流堆表面调查，有一定的分选性，即上游粒径大，下游粒径小，且随后一次比一次小，形成上叠式（后叠式）退缩模式。宁南县城区后山泥石流的性质，主要为低频，稀性或亚粘性泥石流，且基本进入了衰退期，但不能盲目乐观，各沟均积聚有不同程度的固体物源，尤其是沈家沟有几个滑体积聚的物源量十分大，条件具备白沙沟、羊圈

18、沟、阴阳沟和沈家沟四条沟同时或单沟随时都有可能发生泥石流。泥石流形成需具备3个基本条件：沟谷斜坡地带分布有大量的松散堆积物；沟谷中具有陡峻的谷坡地形和较大的纵坡，有利于松散堆积物与水流汇集，并使之迅速下泻；沟谷上、中游必须有充沛的急（剧）水源，如暴雨、冰湖溃决，并因地形陡峻可产生强大的水动力。地质条件宁南县地质构造复杂，属康滇地轴（台北斜）东缘褶皱带，断层发育。当地处于则木河断裂与会宁断裂的交汇处，断裂仍在活动，地震活动频繁，属度地震烈度区。县城后山所处的骑骡背斜西翼，次一级褶皱强烈，并发育有断层F1，岩层多节理裂隙，风化强烈。泥石流形成区包括F1断层破碎带。宁南县城区后山四条泥石流流域松散固

19、体物源受地层岩性、断层、节理及先期地貌和气候的控制。以老泥石流堆积物，崩滑体，洪冲积为主，残坡积物分布范围较小，且堆积极薄。物源区以泥石流堆积物为主，沟岸崩滑体发育；流通区以崩坡积为主；堆积区以泥石流堆积物为主。县城后山，自高而底出露有寒武系、奥陶系、志留系、泥盆系和二叠系。岩层倾向西，倾角5060，主要岩性有灰-灰白色白云岩、石灰岩和紫-灰绿色页岩、石英砂岩等。第四系分布甚广。海拔1500m以上为残坡积，以下为冲洪积和老泥石流堆积。县城附近泥石流堆积厚度150m以上。地貌条件宁南县城区座落在宁南县披沙镇泥石流堆积扇扇群上部，西北、东北、东南、三面环山（老君山）而开口向西南；城区西北-东南长1

20、.8 km，南北-西南宽1.5 km。宁南县城区全貌及堆积区各泥石流沟，见照片。 照片2-1 宁南县城区全貌及堆积区各泥石流沟 宁南县城区后山的泥石流沟包括白沙沟、羊圈沟、阴阳沟和沈家沟。后山各沟沟头至沟口高差4401720 m，沟床纵降比206429，沟坡坡度3050，各沟流域狭长；后山山坡坡度为2050，主要为斜向坡。上游是各沟的汇水区，海拔14502900m，植被较茂盛，主要是云南松和华山松林。中下游是各泥石流沟形成区和流通区，海拔12251700m。在海拔14201550m处沟道被断层F1横切，常见有高达3050m的跌水；跌水以下，沟道切入老泥石流堆积层，沟型呈U形，沟岸崩滑体发育，有

21、的崩滑体进入沟床，阻沟塞流；陡坡地退耕，基本封山禁牧，缓坡地等高带耕作，轮作，坡地改梯地，地埂栽桑。海拔1225-1300m以下，沟道破山而出后，形成泥石流堆积扇，即平坝区，是各沟泥石流堆积区，县城所在，县内工农业生产重要基地。城区羊圈沟、阴阳沟和沈家沟均不同程度修建成排导槽，阴阳沟沟旁部分段营造了防护林带；空地植树、栽桑。沿沟两岸处多道路，输电，电讯线路，管道，工厂，居民点和农田等。第四系分布甚广。海拔1500m以上为残坡积，以下为冲洪积和老泥石流堆。县城附近泥石流堆积厚度150m以上。水源条件宁南县地处横断山南段。东部是大凉山余脉，西部为黑水河，人称“两山夹一河”，三者均呈西北-东南向。本

22、县在亚热带季风气候区之列，当地气候干暖，热量丰富，光照充足，干湿季分明，雨热同期，冬无严寒，下无酷暑。县内均温C，1月均温C，7月均温C，极端最高气温C（出现在1963年6月6日和1969年5月18日），极端最低气温C（出现在1962年1月29日）。全县年均降水量970mm，最大年（1965年）降水量为，最大月（1991年7月）降水量为，最大日（1998年6月18日）降水量，最大时（1998年8月12日23时）降水量。510月的降水量占年降水量的91%（此时即雨季，又称湿季），年蒸发量1938 mm，年相对湿度64%。本次勘查区的4条泥石流沟均属金沙江一级支流黑水河的支沟银厂沟（白沙沟汇入沟银

23、厂沟）及龙潭沟支沟（羊圈沟、阴阳沟、沈家沟汇入龙潭沟），勘查期间四条沟除白沙沟有泉水补给沟中下游有流水外，其余三条沟均为干沟，均为季节性流水沟，暴涨暴落。人为因素分析宁南县城在气候上属横断山中段东部季风中亚热带半湿润气候区，这对植物生长较为有利。20世纪初以前，沟域为原始森林。40年代后期，后山原始森林破坏殆尽，地表失去保护，崩塌、滑坡、山洪、泥石流频繁出现。50年代初，在后山营造大片松林，总面积达17000亩；海拔17502500m为云南松，2500m以上有小片华山松林，长势良好，郁闭度达0.600.80，对控制水土流失起一定作用。海拔1200m1750m属干热河谷，陡坡开荒现基本控制，最近

24、大部分陡坡荒地已种植桑树、赤桉等，长势一般，但还有一部分坡地未退耕还林。地表侵蚀、沟壑有所减缓。沟源的森林植被乱砍乱伐基本竭制，但斜坡受地表水侵蚀作用仍然存在，沟尾部松散斜坡体稳定性较差，常出现崩塌和滑坡现象，给沟底带来较多的松散物质。综上所述，宁南县城区后山各沟已具备了泥石流形成的各基本要素：物源、水源和地形地貌。宁南县后山泥石流属于典型的山区沟谷型泥石流。据实地调访，最近一期发生于2001年，此前于18501999年发生过数十次大、小泥石流，其中数1850年泥石流规模最大。泥石流运动时的物理特征和运动状态由于缺乏实时观测资料，只能通过实地调访所获取的数据加以分析与推断，但从现场的调查情况看

25、，宁南县后山泥石流属于山区沟谷型中低容重低频率稀性泥石流或亚粘性泥石流，目前除沈家沟发展处于发展期外，其余沟发展处于衰退期。1850年爆发的泥石流相当于100年一遇的大规模。对于泥石流运动特征和动力特征的定性分析，是认识泥石流和进行泥石流防治工程设计的基本数据。由于无泥石流发生时的实际观测数据，我们对宁南县后山泥石流的分析，主要依据调访资料,类比利用目前泥石流运动特征及动力特征研究的成果进行分析。本次设计按100年一遇考虑（P=1%），选取水文参数如下：项目沟别洪峰流量(m3/s)泥石流流速(m/s)泥石流峰值流量(m3/s)一次输沙总量(万m3)泥石流总量(万m3)白沙沟羊圈沟阴阳沟沈家沟5

26、、泥石流灾害防治工程技术方案据实地调查和资料显示，1985年4月1989年对宁南县城区后山泥石流进行了综合治理，综合治理工程设计防护能力如下：1、羊圈沟：野外实地调查了解，其支沟吴家沟下游已建有排导槽150m；另一支沟史家沟基本上都已建排导槽，长650m，因县二中西侧的史家沟地势低洼，将排导槽右单侧加高加固0.5 m，长250m，以防止山洪泥石流漫溢、改道而危害县城；只上游少许段未修建排导槽。吴家沟和史家沟汇合处后以下沟称为羊圈沟，已建排导槽1550m。基础埋深，消力坎，坎体沿流向长1m，间距10m。2、阴阳沟：104m3104m3104m3。阴阳沟支流新观音沟已建排导槽85m，基础埋深，消力

27、坎，坎体沿流向长1m，间距10m。阴阳沟已建排导槽1275m，其中，上游400m，且靠县城一侧的堤岸加高，排至县城之外。槽底用圬工防冲消力坎，基础埋深，坎体沿流向长1m，间距10m。根据野外调查，该泥石流沟已建的排导工程，二十年一遇的设计日雨量为128mm，五十年一遇的设计日雨量为142mm。3、沈家沟：1989年在该沟离出口上游200m处建一座拦沙坝，高10m，坝顶长23m，坝顶宽1m。修建700m6m。基础埋深，消力坎，坎体沿流向长1m，间距10m。4、雨量观测兼护林点1处，可供研究山区垂直气候、泥石流预防报警及护林之用。5、据调查了解1985-1989年共造林面积2077亩，山坡种植油桐

28、450亩，埂边或沟边种桑约50亩，但成活率低。据勘查报告，综合治理工程主要是对阴阳沟，且80%以上的拦沙坝、谷坊，都淤塞满，失去正常运行功能，基本超过了其使用年限；桥孔设计的安全超高；排导槽的安全超高；据调查羊圈沟黑桥桥孔过水断面太小，被老桥墩堵塞，仅修建排导槽断面的三分之一左右，导致洪水、泥石流时有翻槽向槽两侧溢出淹没、掩埋街道；防护堤部分段质量不高，出现溃堤；水土保持林成活率低；设置的泥石流地声遥测警报器已坏，形同虚设，起不到防灾的作用。城区后山的白沙沟、羊圈沟泥石流危害县城西部；阴阳沟、沈家沟泥石流危害县城东部。其中羊圈沟、阴阳沟和沈家沟3条泥石流沟过境的县城部分，人口密度大，建筑物、市

29、政基础设施多，资产集中。在暴雨的诱发下，坡面和沟道洪水使山坡与沟道的稳定性降低，增加泥石流固体物质补给；泥石流冲毁或淤埋河道、公路、建筑物，使工厂、单位、居民遭受灾害，严重威胁人民生命和财产安全。虽然，前期进行了综合治理，但主要是对阴阳沟进行治理，部分工程已失效或年久未修不能发挥作用，已不能起到防灾的作用。而城区后山4条沟目前仍具备形成泥石流的基本条件，即具有易于汇流形成洪峰的地形，储量丰富的松散固体碎屑物和出现大暴雨的气象条件。因此泥石流发生的隐患仍然存在，一旦再次发生泥石流，仍将对县城造成重大、较大的泥石流灾害。泥石流治理工程应与城市建设发展规划相协调，以排导、避让为主。按泥石流灾害防治工

30、程设计规范，防治工程目标如下：应以最少的投资、最短的工期，达到设计基准期内安全运行，并满足所有预定功能。即在设计基准期内在预定功能、安全性和耐久性、工期和投资的经济性三个方面达到要求。具体而言，应满足以下要求：（1）在特殊荷载条件下，仍能保证防治工程整体稳定性，不致造成危及人员生命等重大的灾害。（2）在正常荷载条件下，应能保证防治工程不发生明显的破坏，不会造成危及建筑物安全的灾害。（ 3）泥石流防治工程的设计基准期（寿命）一般可按50年至100年考虑。（特殊工程应进行专门论证）（4）防治工程设计时，应充分考虑设计基准期内预定的功能，场地条件、岩土性质及其可能变化，工程结构类型与特点，荷载组合情

31、况，施工环境、相邻工程的影响，施工技术条件，设计实施的可行性，当地材料资源、工期和投资等各种因素。防治原则：应以防为主，躲避与治理相结合；同时也应注意与社会、经济和环境发展相适应，与市政规划、环境保护、土地管理和开发相结合，并在安全、经济、适用的前提下尽量做到美观。5.4设计工况、参数与标准的确定本次设计水文参数按100年一遇（P=1%）选取，抗震设防烈度按8度区考虑。设计工程严格遵守泥石流灾害防治工程设计规范中相关规定。对治理工程分别选取暴雨和暴雨地震两种工况进行设计。由于白沙沟位于城区以外，威胁对象较少，泥石流灾害所形成的生命、财产损失相对较小；且据勘查报告，该沟目前处于衰退期，故本次对该

32、沟的治理设计按20年一遇执行；其余泥石流沟均按百年一遇考虑。方案一：对宁南县城区后山泥石流的治理根据该泥石流的具体情况，结合城市规划，采取生物治理、拦挡工程、排导工程等综合治理。已有工程：1、对已修建的拦沙坝、谷坊进行维护。2、对已修建的排导槽3525m加固加高。新建工程：（1）在海拔1225m1700m各沟泥石流形成的物源区植树造林，特别荒坡裸地是植树造林的重点地区。陡坡地要退耕，封山禁牧，植灌造林；缓坡地应推行等高带耕作，采取轮作，坡地该梯田，沟岸留出免耕带用作造防护林等措施。（2）在沈家沟沟谷中上游的不稳定斜坡地带修建5座谷坊群，高5m。主要目的是稳定H-1滑坡，拦淤部分固体物质，减少水

33、流对坡脚的冲刷。（3）在吴家沟未修建排导槽的上游段新修排导槽700m，消力坎，基础埋深，坎体沿流向长1m，间距10m。（4）在羊圈沟城区外已修建排导槽的尾端新修排导槽250m，消力坎，基础埋深，坎体沿流向长1m，间距10m。（5）在阴阳沟城区外已修建排导槽的尾端新修排导槽300m，消力坎，基础埋深，坎体沿流向长1m，间距10m。（6）在沈家沟已建拦沙坝至东升路桥新修250m排导槽与桥下已建排导槽相连接；在沈家沟城区已修建排导槽的尾端新修排导槽500m，消力坎，基础埋深，坎体沿流向长1m，间距10m。黑桥位于石牌坊路、惠风路、洗布坝路、白鹤滩大道交汇处，已建排导槽从该桥通过，由于设计时未充分考虑

34、该桥的泥石流排泄能力，加之建成后历经数次泥石流，导致桥底堵塞，而目前排泄能力只有设计时的1/3，成为本次设计中排泄能力的瓶颈，故建议业主方聘请资质单位对该桥进行改造。根据宁南县城区后山泥石流的运动特征可知，20年一遇的暴雨不能启动白沙沟的固体物源，仅能形成小规模的局部泥石流，出于治理工程投资效益考虑，故本次治理设计不在该沟布置排挡工程。建议对该沟已有排挡工程进行维护、清淤等，并重点对该沟加强监测，以便发现问题，及时处理。综上所述，共修建谷坊坝5座；排导槽2000m；桥洞改造一座。谷坊坝和排导槽建议均采用浆砌漂石。漂石石料位于城区西南侧的黑水河、银厂沟谷中。方案二：县城建设规划为防灾、避灾让路，

35、在泥石流沟沟口处设置专门的自然堆积区，区内及堆积物影响（威胁）范围内不再规划建设，对区内现有居民进行搬迁。方案一：已有工程：经断面复核计算：羊圈沟清淤后，加高可基本满足排导要求，弯道超高值按下表查用。泥石流沿弯道流动超高值表 Uc（m/s） Dh（m） Bg/Rs246810121416182011/21/31/41/51/61/71/81/91/10Bg为设计平面液面宽度Rs为弯道半径（m）Uc为泥石流流速（m/s）阴阳沟和沈家沟已建排导槽清淤后，完全可以满足排导要求。泥石流沿弯道流动超高同样按上表取用。新建工程：为了便于施工操作，本次设计排导槽和谷坊采用统一断面形式，其计算过程如下：排导槽

36、：第一步：根据流通段沟道的特征，类比法来计算排导槽的横断面积式中，BX为排导槽的宽度（m）；BL为流通区沟道宽度（m）；IX为排导槽纵坡降，（）；IL为流通区沟道纵坡降（）；HL为流通区沟道泥石流厚度，HX为排导槽设计泥石流厚度。据计算：排导槽宽度取6m，设计泥石流厚度。第二步：按下式计算确定排导槽的深度式中：H为排导槽深度（m）；Hc为设计泥深（m）；Hd为排导槽淤积高度（m）；H为排导槽安全超高(m)，一般取H=0.5。取设计泥深2m，新建排导槽考虑淤积高度0.5，安全高度取，计算得排导槽深度。第三步：排导槽弯道段，深度Hw还应考虑泥石流弯道超高，Hw按下式计算： 式中：Hw为排导槽弯道深

37、度（m）；DHw为泥石流弯道超高(m)，DHw可查泥石流沿弯道流动超高值表获得。 第四步：泥石流进口段在平面上一般布置成上游宽下游窄的喇叭口。其收缩角8q 15（按现场实际情况取用），横断面纵轴尽可能呈对称布置。急流段一般采用等宽度的直线形平面设计，或以缓弧相接的大钝角相交折线形布置，转折角a150135。槽宽不得突然放宽或突然收缩。本次设计排导槽断面采用分离式挡土墙肋槛组合结构侧壁采用挡土墙护坡，设计计算参照重力式挡土墙，考虑附加荷载：整体冲击力、大石块冲击力整体冲击力采用下式计算：式中： 泥石流整体冲击压力，Pa Vc泥石流流速，m/s受力面与冲压方向夹角，建筑形状系数大石块冲击力采用下式

38、计算：式中： F大石块冲击力，Pa V石块运动速度，m/s受力面与冲压方向夹角，E构件弹性模量，Pa J构件截面中心轴惯性矩，m4 L构件长度，m/sW石块重量，t考虑以上两种附加力，采用理正岩土4.5版计算挡土墙，并得出合理的挡墙断面及排导槽断面，挡墙断面如下：挡墙计算如下：墙身尺寸: 墙身高: 3.000(m) 墙顶宽: 1.000(m) 面坡倾斜坡度 背坡倾斜坡度 墙底倾斜坡率: 0.000:1 物理参数: 圬工砌体容重: 23.000(kN/m3) 圬工之间摩擦系数 地基土摩擦系数 墙身砌体容许压应力: 2100.000(kPa) 墙身砌体容许剪应力: 110.000(kPa) 墙身砌

39、体容许拉应力: 150.000(kPa) 墙身砌体容许弯曲拉应力: 110.000(kPa) 挡土墙类型: 一般挡土墙 墙后填土内摩擦角: 35.000(度) 墙后填土粘聚力: 0.000(kPa) 墙后填土容重: 15.000(kN/m3) 墙背与墙后填土摩擦角: 17.500(度) 地基土容重: 20.000(kN/m3) 修正后地基土容许承载力: 250.000(kPa) 墙底摩擦系数 地基土类型: 土质地基 地基土内摩擦角: 30.000(度) 土压力计算方法: 库仑 坡线土柱: 坡面线段数: 1 折线序号 水平投影长(m) 竖向投影长(m) 换算土柱数 1 3.000 0.000 0

40、 作用于墙上的附加外荷载数: 2 (作用点坐标相对于墙左上角点) 荷载号 X Y P 作用角 (m) (m) (kN) (度) 坡面起始距离: 0.000(m) 地面横坡角度: 0.000(度) 墙顶标高: 0.000(m)=第 1 种情况: 一般情况 土压力计算 计算高度为 3.000(m)处的库仑主动土压力 按实际墙背计算得到: 第1破裂角： 30.270(度) Ea=16.613 Ex=15.844 Ey=4.996(kN) 作用点高度 Zy=1.000(m) 墙身截面积 = 4.125(m2) 重量 = 94.875 kN(一) 滑动稳定性验算 基底摩擦系数 滑移力= 35.844(k

41、N) 抗滑力= 49.935(kN) 滑移验算满足(二) 倾覆稳定性验算 相对于墙趾点，墙身重力的力臂 Zw = 1.045 (m) 相对于墙趾点，Ey的力臂 Zx = 1.750 (m) 相对于墙趾点，Ex的力臂 Zy = 1.000 (m) 验算挡土墙绕墙趾的倾覆稳定性 倾覆力矩= 45.844(kN-m) 抗倾覆力矩= 107.930(kN-m) 倾覆验算满足(三) 地基应力及偏心距验算 基础为天然地基，验算墙底偏心距及压应力 作用于基础底的总竖向力 = 99.871(kN) 作用于墙趾下点的总弯矩=62.086(kN-m) 基础底面宽度 B = 1.750 (m) 偏心距 e = 0.

42、253(m) 基础底面合力作用点距离基础趾点的距离 Zn = 0.622(m) 基底压应力: 趾部=106.639 踵部=7.499(kPa) 最大应力与最小应力之比 作用于基底的合力偏心距验算满足: e=0.253 = 0.250*1.750 = 0.438(m) 地基承载力验算满足: 最大压应力=106.639 = 250.000(kPa)(四) 基础强度验算 基础为天然地基，不作强度验算(五) 墙底截面强度验算 验算截面以上，墙身截面积 = 4.125(m2) 重量 = 94.875 kN 相对于验算截面外边缘，墙身重力的力臂 Zw = 1.045 (m) 相对于验算截面外边缘，Ey的力

43、臂 Zx = 1.750 (m) 相对于验算截面外边缘，Ex的力臂 Zy = 1.000 (m)容许应力法: 法向应力检算: 作用于验算截面的总竖向力 = 99.871(kN) 作用于墙趾下点的总弯矩=62.086(kN-m) 相对于验算截面外边缘，合力作用力臂 Zn = 0.622(m) 截面宽度 B = 1.750 (m) 偏心距 e1 = 0.253(m) 截面上偏心距验算满足: e1= 0.253 = 0.300*1.750 = 0.525(m) 截面上压应力: 面坡=106.639 背坡=7.499(kPa) 压应力验算满足: 计算值= 106.639 = 2100.000(kPa)

44、 切向应力检算: 剪应力验算满足: 计算值= -2.345 = 110.000(kPa)= 各组合最不利结果=(一) 滑移验算 安全系数最不利为：组合1(一般情况) 抗滑力 = 49.935(kN),滑移力 = 35.844(kN)。 滑移验算满足(二) 倾覆验算 安全系数最不利为：组合1(一般情况) 抗倾覆力矩 = 107.930(kN-M),倾覆力矩 = 45.844(kN-m)。 倾覆验算满足(三) 地基验算 作用于基底的合力偏心距验算最不利为：组合1(一般情况) 作用于基底的合力偏心距验算满足: e=0.253 = 0.250*1.750 = 0.438(m) 地基承载力验算最不利为：

45、组合1(一般情况) 地基承载力验算满足: 最大压应力=106.639 = 250.000(kPa)(四) 基础验算不做强度计算。(五) 墙底截面强度验算容许应力法: 截面上偏心距验算最不利为：组合1(一般情况) 截面上偏心距验算满足: e1= 0.253 = 0.300*1.750 = 0.525(m) 压应力验算最不利为：组合1(一般情况) 压应力验算满足: 计算值= 106.639 = 2100.000(kPa) 拉应力验算最不利为：组合1(一般情况) 拉应力验算满足: 计算值= 0.000 = 150.000(kPa) 剪应力验算最不利为：组合1(一般情况) 剪应力验算满足: 计算值=

46、-2.345 = 110.000(kPa)排导槽具体断面形式见附图。谷坊设计：第一步初拟谷坊断面：坝高5m，顶宽2m，底宽，上游坡度1：0，下游坡度1：0.7。以M7.5砂浆砌筑，石料采用漂卵石。排泄孔尽可能成排布置，孔数不得少于2个，多排布设时应作品字形交错排列。一般取：单孔孔径：D（2）Dm孔间壁厚：Db(11.5)Dm式中：Dm为过流中最大石块粒径。排泄道进口段轴向力求与主河流向一致，或取小锐角相交，交角a5080 。第二步谷坊坝稳定性分析：坝体自重G1G1 -坝体自重，tV -坝体横断面面积，m2d -坝体容重，t/m3 b -单位坝体长度（b=1m）经计算：G1145.9（t）淤积物

47、重力G2G2 -淤积物重力，tVc -淤积物单宽体积，m3/mc-淤积物容重，t/m3 b -单位坝体宽（b=1m）经计算：G225150（t）静水压力PP -坝前静水压力，th -坝前水深，m-水的容重，1，t/m3 b -单位坝体宽（b=1m）152112.5（t）坝前泥沙压力P泥P泥 -坝前泥沙水平推力，tH -坝前淤积泥沙的高度，mc-淤积泥沙的容重， t/m3 b -单位坝体宽（b=1m） -淤积物的内摩擦角经计算：P泥52tan21=19.4（t）坝基扬压力WW -渗透压力，tB -坝底宽度，mH -上游水位高度，m -水的容重， t/m3 b -单位坝体宽（b=1m） 1 -基础

48、接触面积系数经计算：W151=11（t）坝体抗滑稳定计算：Ks -抗滑安全系数W-坝体垂直力总和，tP-坝体水平力总和，t经计算：Ks(45.9+50-11)由此可见，顶宽，底宽，高的重力实体坝，在天然工况下，最不利荷载组合的抗滑安全系数为1.0651.05，满足抗滑设计需求。另：根据理正岩土软件校核，该断面在考虑8度抗震设防烈度的情况下，也满足抗滑设计需求。第三步：地基承载能力验算由于拟建谷坊群均位于岩质边坡区域，可采用天然基础，地基承载能力足以满足要求，在此不再作承载能力验算。谷坊拟布置位置及其详细断面详见附图。方案二各泥石流沟不再使用工程手段治理，在各沟沟口处规划出足量堆积场地，任其自然

49、堆积，泥石流百年一遇的堆积宽度计算如下：泥石流在扇体中下部的运移中，侧向约束逐渐变小，泥石流流体宽度一般按下式计算： 经计算，各沟100年一遇的泥石流流体宽度范围值见下表。在没有地形约束的情况下，泥石流的堆积宽度一般为流体宽度的6倍。各沟泥石流堆积宽度见下表。泥石流堆积宽度沟 别白沙沟羊圈沟阴阳沟沈家沟泥石流峰值流量(m3/s)泥石流流体宽度(m)泥石流堆积宽度(m)145.229172144 6、泥石流监测设计方案泥石流监测的目的和任务是为获取泥石流形成的固体物源、水源和流动过程中的流速、流量、顶面高程(泥位)、容重等及其变化，为泥石流的预测、预报和警报提供依据。监测范围包括水源和固体物源区

50、、流通段和堆积区。本次监测设计以下列文献资料为主要依据：1、全国山洪灾害防治规划编制技术大纲2、地质灾害防治管理办法3、地质灾害防治条例4、降雨区划技术细则5、经济社会区划技术细则6、泥石流、滑坡、陡坡崩坍防治工程手册7、山洪诱发的泥石流滑坡监测系统8、山洪灾害防治规划实施效果评价补充规定9、山洪灾害临界雨量分析计算细则10、山洪灾害雨强等级预警信号及防御措施11、水文气象站网布设原则12、县(市)地质灾害调查与区划基本要求宁南县于1991年在县城后山设置了气象观测点，建立了宁南县预警点，成立了宁南县城后山泥石流工程管理站，为本次可行性研究阶段的勘察、设计提供了第一手准确资料。但从整体来看，宁

51、南县县城后山监测点过少，监测领域单一，监测仪器匮乏设置的泥石流地声遥测警报器已坏，形同虚设，起不到防灾的作用。本次监测设计拟在县城后山设置雨量监测点4个（每条沟1个），在沈家沟H-1、2滑坡体上设置6个变形观测点。并动员群众采用简易手段群测群防。特别对白沙沟的建筑物（尤其是九龙谷休闲山庄）、人民生命财产等必须加强监测预警，设置观测点。购置先进的泥石流遥测警报器一套。简易监测的主要对象与内容有：一、物源监测(一)形成区内松散土层堆积的分布和分布面积、体积的变化。(二)形成区和流通区内滑坡、崩塌的体积和近期的变形情况，观察是否有裂缝产生和裂缝宽度的变化。(三)形成区内森林覆盖面积的增减，耕地面积的

52、变化和水土保持的状况及效果。(四)断层破碎带的分布，规模及变形破坏状况。二、水源监测除对降雨量及其变化进行监测、预报外，主要是对地区、流域和泥石流沟内的水库、堰塘、天然堆石坝、堰塞湖等地表水体的流量、水位，堤坝渗漏水量，坝体的稳定性和病害情况等进行观测。三、活动性监测泥石流活动性监测，主要是指在流通区内观测泥石流的流速和流位(泥石流顶面高程)和计算流量。各项指标的简易观测方法如下： (一)观测准备工作1.建立观测标记。在预测、预报的基础上，对那些近期可能发生泥石流的沟谷，选择不同类型沟段(直线型、弯曲型)，分别在两岸完整、稳定的岩质岸坡上，用经纬仪建立泥位标尺，作好醒目的刻度标记。划定长100

53、米的沟段长度，并在上、下游断面处作好断面标记和测量上、下游的沟谷横断面图。 2确定观测时间。由于泥石活动时间短，一般仅几分钟至几十分钟，故自开始至结束需每分钟观测一次，特别注意开始时间、高峰时间和结束时间的观测。(二)流速观测1浮标法在测流上断面的上方丢抛草把、树枝或其它漂浮物(丢物时注意安全)分别观测漂浮物通过上、下游断面的时间。2阵流法在测流的上、下断面处，分别观测泥石流进入(龙头)上断面和流出下断面的时间。3流速计算。三)流位观测在沟谷两岸已建立的流位标尺上，可读出两岸泥石流顶面高程。(四)流量计算 流量可用下式概略计算 QsVsAs 式中：Qs-泥石流流量(立方米秒) Vs泥石流流速(

54、米秒) As断面面积(平方米) 上面各项观测资料均应作好记录，主要包括观测时间和各种观测数据，并绘制时间与观测值之间的相关曲线和计算有关指标。反映变化情况，作为预测，预报和警报的依据。7、工程施工组织设计宁南县位于金沙江一级支流黑水河侧，交通便捷。本次施工所需材料均为砌筑材料，可就地取材，施工条件较好。谷坊坝和排导槽均采用浆砌石料，石料拟就地取材采用漂卵石。漂卵石石料可于城区西南侧的黑水河、银厂沟谷中取用，该地域的漂卵石为冲洪积物，母岩成分以石英砂岩为主。施工场地距建筑材料取用地不远，施工交通可采用农用车结合人力运输。由于拟建场地位置地形多变，施工战线较长，故本次设计不作固定的总平布置，可由各

55、施工单位因地制宜，灵活选择施工场地。浆砌石施工工艺框图见附图由于浆砌石施工简单，施工机械仅需如下表中机械：序号设备及机具名称规格型号单位数量备注1单斗挖掘机CAT320台1基坑开挖、回填2装载机ZL50台1材料装载3自卸翻斗车5t台2运土4发电机3Kw台1现场供电5砂浆搅拌机台3灰土搅拌6橡胶水管50m300给水7电缆m345施工用电8经纬仪台2测量放线9全站仪NTS-202台2坐标定位10塑料布m2360蓄水施工顺序见施工工艺框图，设计施工工期4060天。浆砌石石墙采用交错组砌法，按石料形状挂双线分皮卧砌，第一层石块大面向下平整的一面朝下，上下石块相互错缝，内外搭接，摆铺稳定，分皮叠砌。浆砌

56、石应用铺浆浆法砌筑，灰缝应饱满，并插捣密实，灰缝一般为2030mm，铺浆厚度约4060mm，较大空隙应用石块嵌于砂浆中，不允许先填石料再塞砂浆。浆砌块石不得形成水平或纵向通缝，不得有结搓。用石料填腹时，水平灰缝宽度不得大于3cm，竖向灰缝不大于4cm，填腹石的灰缝应彼此错开。砌体表面的勾缝，无特殊要求时，应在砌筑时留出2cm深的空缝，随即用水泥砂浆将缝勾完，否则应待砌体砂浆凝固后，将空缝清洗干净再勾缝。砌体表面勾缝采用平缝，勾缝所用砂浆标号不低于砌筑砂浆标号。砌体砌筑一次性砌完，不允许随意留施工缝。现场质量管理 质量员对现场所进行的与质量有关的活动进行观察、监督与检查。检查现场的施工工作是否按已批准的程序进行。 现场检查活动是随机的，无特殊原因，原则上每天都要进行，对观察发现的不足或缺陷要作出记录，并将不足或缺陷按重要性的不同以书面或口头形式通知责任方。每周末，技术部要总结检查情况，进行讲评和通报，保证重点项目和重要过程不漏检。项目工地每月召开一次由各部门和项目经理参加的质量小结会。技术部在会上向大家汇报当月质量体系运行情况，及时找出存在的问题，督促有问题的部门积极采取纠正措施，抓紧整改。现场发现的所有质量