劉 品 劉宏力 吁 燃 胡興堯
(貴州省交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)研究院股份有限公司 貴陽(yáng) 550081)
泥石流安全監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì)方法研究
劉品劉宏力吁燃胡興堯
(貴州省交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)研究院股份有限公司貴陽(yáng)550081)
摘要由于云貴川地區(qū)地形地貌的特殊性,在雨水充沛的季節(jié),極易發(fā)生泥石流和滑坡等地質(zhì)災(zāi)害,造成下游地區(qū)居住人群生命財(cái)產(chǎn)安全隱患,因此做好安全監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì)工作,對(duì)地質(zhì)災(zāi)害做到提前預(yù)警極其重要。中文以某工程潛在地質(zhì)災(zāi)害及其處理措施的安全監(jiān)測(cè)為例,進(jìn)行了泥石流安全監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì)方法的探討。
關(guān)鍵詞泥石流監(jiān)控設(shè)計(jì)
泥石流是指在山區(qū)或者其他溝谷深壑、地形險(xiǎn)峻的地區(qū),因?yàn)楸┯?、暴雪或其他自然?zāi)害引發(fā)的山體滑坡并攜帶有大量泥沙,以及石塊的特殊洪流。泥石流具有突然性,以及流速快、流量大、物質(zhì)容量大和破壞力強(qiáng)等特點(diǎn),發(fā)生泥石流常常會(huì)沖毀公路、鐵路等交通設(shè)施甚至村鎮(zhèn)等,造成巨大損失。泥石流的發(fā)生機(jī)理非常復(fù)雜,其內(nèi)因與地質(zhì)構(gòu)造和地殼運(yùn)動(dòng)有關(guān),還與產(chǎn)生外力作用的降雨量、融雪量,以及由此產(chǎn)生的地下水位的變化,構(gòu)成滑動(dòng)面的土質(zhì)的抗剪強(qiáng)度等有關(guān)[1]。在采取減輕或避防泥石流災(zāi)害的工程措施的同時(shí),必須做好泥石流的安全監(jiān)測(cè)工作,對(duì)泥石流的發(fā)生做好預(yù)報(bào)預(yù)測(cè),給防災(zāi)應(yīng)急預(yù)留足夠的反應(yīng)時(shí)間。本文針對(duì)泥石流的防治及安全監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì)的問題,以貴州省某工程為例進(jìn)行了詳細(xì)介紹,可為同類工程提供參考。
1工程概況
某工程位于貴州省西南部,主要進(jìn)行場(chǎng)平及營(yíng)地的建設(shè)。營(yíng)地及邊坡布置約450m×200m(長(zhǎng)×寬),大部分坐落在砂、卵礫石組成的河床沖積體上,工程邊坡整體高度達(dá)40~50m,為覆蓋層(沖積物和堆積物)邊坡。后側(cè)基巖邊坡自然坡度45°左右,邊坡整體穩(wěn)定,但邊坡巖體節(jié)理、裂隙發(fā)育,卸荷強(qiáng)烈,邊坡表層形成的滾石和坡面碎屑流對(duì)下方營(yíng)地安全構(gòu)成一定威脅。
營(yíng)地后緣泥石流溝由于地質(zhì)構(gòu)造作用,在地貌上屬切割強(qiáng)烈的地區(qū),溝谷發(fā)育受流水侵蝕影響強(qiáng)烈,山坡地勢(shì)陡峭,使得泥石流溝谷具有較大的高差、溝道坡降大,為泥石流的運(yùn)動(dòng)提供了足夠的勢(shì)能。同時(shí),溝道兩岸山坡下切作用明顯,溝道內(nèi)陡峻的地形為泥石流發(fā)育提供了有利的動(dòng)力條件。
2工程治理措施
泥石流綜合治理措施主要有3種:山坡整治、溝谷整治和堆積區(qū)整治[2]。該泥石流溝屬于暴雨型泥石流溝,歷史暴發(fā)的泥石流主要為粘性泥石流。經(jīng)分析研究,泥石流的沖積物將對(duì)營(yíng)地局部地段造成沖擊和淤埋危害,且場(chǎng)地后緣基巖邊坡巖體風(fēng)化碎裂嚴(yán)重,岸坡溝槽發(fā)育坡面泥石流。因此防治區(qū)主要位于場(chǎng)地后緣邊坡及沖溝口部位,主要防治措施如下。
(1) 利用天然溝槽和人工開挖,沿營(yíng)地后緣修建排導(dǎo)溝和排導(dǎo)槽,將泥石流引導(dǎo)至營(yíng)地開挖邊坡的范圍之外,減少泥石流對(duì)營(yíng)地的影響。
(2) 在河床邊坡切角部位布置抗滑樁,防止河流對(duì)營(yíng)地基礎(chǔ)的沖刷和掏空,對(duì)營(yíng)地的穩(wěn)定性進(jìn)行保護(hù)。
3監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì)
3.1監(jiān)測(cè)重點(diǎn)
本工程安全監(jiān)測(cè)內(nèi)容為營(yíng)地場(chǎng)平施工及營(yíng)地使用期間的相關(guān)建筑物的安全情況監(jiān)測(cè),結(jié)合營(yíng)地邊坡地質(zhì)地形情況及周邊自然條件分析,監(jiān)測(cè)重點(diǎn)主要為場(chǎng)地邊坡監(jiān)測(cè)和泥石流預(yù)報(bào)監(jiān)測(cè)。
(1) 場(chǎng)地邊坡整體高度較大,且為覆蓋層邊坡,在暴雨沖刷、人工開挖切腳和場(chǎng)地用水影響下,易引起工程邊坡失穩(wěn),危及建筑物及人身安全,因此該邊坡為安全監(jiān)測(cè)的重點(diǎn)。
(2) 營(yíng)地整體位于泥石流堆積扇上,其后緣發(fā)育泥石流沖溝,場(chǎng)地整體穩(wěn)定性受沖溝的影響較大。泥石流溝位于營(yíng)地后緣偏南西側(cè),其溝口直對(duì)營(yíng)地南西邊緣,在50年和100年一遇的泥石流危險(xiǎn)范圍中,泥石流的沖積物將對(duì)營(yíng)地局部地段產(chǎn)生沖擊和淤埋危害,因此泥石流溝的預(yù)報(bào)監(jiān)測(cè)是安全監(jiān)測(cè)的重點(diǎn)。
3.2監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì)
(1) 邊坡監(jiān)測(cè)。按照“全面兼顧,選取規(guī)模較大邊坡”的原則,布設(shè)5個(gè)監(jiān)測(cè)斷面,在南側(cè)邊坡布置1個(gè)斷面,在后側(cè)邊坡布置3個(gè)斷面,在北側(cè)邊坡布置1個(gè)斷面,采用表面觀測(cè)墩、多點(diǎn)位移計(jì)和測(cè)斜管相結(jié)合的方法對(duì)邊坡進(jìn)行變形監(jiān)測(cè);另外在南側(cè)邊坡、后邊坡及北側(cè)邊坡各選取1個(gè)監(jiān)測(cè)斷面,對(duì)暴雨后邊坡內(nèi)水位進(jìn)行監(jiān)測(cè),采用水位孔內(nèi)安裝滲壓計(jì)的方式進(jìn)行監(jiān)測(cè);同時(shí)在營(yíng)地對(duì)面山坡設(shè)工作基點(diǎn),采用前方交會(huì)法對(duì)邊坡表面觀測(cè)墩進(jìn)行觀測(cè)。
(2) 泥石流監(jiān)測(cè)。泥石流的形成需要有水源和物源2個(gè)條件,根據(jù)泥石流發(fā)生的條件和機(jī)理設(shè)置泥石流預(yù)報(bào)監(jiān)測(cè)項(xiàng)目。
①水源觀測(cè)。降雨對(duì)泥石流而言,是重要的外因[3]。采用自記雨量計(jì)分別在營(yíng)地和泥石流沖溝物源區(qū)布置1套自記雨量計(jì),對(duì)降雨量進(jìn)行監(jiān)測(cè),雨量計(jì)需具有雨量智能采集和數(shù)據(jù)遠(yuǎn)距離傳輸功能。
②物源觀測(cè)。采用常規(guī)地形測(cè)量?jī)x器在每年汛期前后對(duì)泥石流溝進(jìn)行地形地貌測(cè)量,測(cè)量崩塌、滑坡的長(zhǎng)、寬、厚和體積,以此推斷物源區(qū)的變形情況。
③泥石流觀測(cè)。根據(jù)泥石流在形成和運(yùn)動(dòng)過(guò)程的聲發(fā)射信號(hào)中有次聲成分(其他為可聞聲和地聲),這種次聲稱為確定性信號(hào),速度約為340m/s,遠(yuǎn)大于泥石流的10m/s運(yùn)動(dòng)速度,以空氣為介質(zhì)傳遞,幾乎不衰減,在營(yíng)地的測(cè)站內(nèi)安裝1臺(tái)泥石流次生波報(bào)警器,報(bào)警器能在泥石流到達(dá)之前率先捕捉到它的次聲信號(hào),并在10km以外的泥石流源區(qū)發(fā)生泥石流時(shí)發(fā)出警報(bào),避免重大人身傷亡和經(jīng)濟(jì)損失。
同時(shí)在喇叭口后的泥石流溝、排導(dǎo)槽沿線設(shè)3個(gè)監(jiān)測(cè)斷面,分別布置1臺(tái)超聲波泥位計(jì)對(duì)斷面泥石流的淤積情況和泥石流發(fā)生時(shí)的流量進(jìn)行監(jiān)測(cè);在泥石流溝安裝2只泥水位報(bào)警探頭,當(dāng)泥石流超過(guò)漿砌石擋墻時(shí),及時(shí)發(fā)出警報(bào),提醒人員離開危險(xiǎn)區(qū)域或作好防災(zāi)準(zhǔn)備。
④視頻監(jiān)控系統(tǒng)。除采用儀器觀測(cè)外,在泥石流物源區(qū)沖溝兩側(cè)易發(fā)生泥石流的部位布置2臺(tái)遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控設(shè)備,在靠近營(yíng)地的排導(dǎo)槽部位布置2臺(tái)遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控設(shè)備,實(shí)時(shí)采集現(xiàn)場(chǎng)視頻信號(hào)傳輸?shù)奖O(jiān)控中心。系統(tǒng)具備晝夜可視功能,中心監(jiān)控平臺(tái)結(jié)合遠(yuǎn)端監(jiān)控設(shè)備及時(shí)抓拍滑坡體移動(dòng)變化情況。
儀器監(jiān)測(cè)應(yīng)設(shè)立監(jiān)控室和相應(yīng)的硬件、軟件,各種監(jiān)測(cè)儀器信號(hào)均傳輸至監(jiān)控室后實(shí)時(shí)處理分析,并配備相關(guān)的預(yù)警、報(bào)警系統(tǒng)。
(3) 抗滑樁監(jiān)測(cè)。為確保東側(cè)邊坡頂部的營(yíng)地施工和運(yùn)行安全,設(shè)計(jì)采用抗滑樁的方式進(jìn)行加固。為了解抗滑樁的受力情況,選取5根抗滑樁采用鋼筋計(jì)進(jìn)行監(jiān)測(cè)。每根抗滑樁上布置4支鋼筋計(jì),共20支鋼筋計(jì)。監(jiān)測(cè)布置見圖1。
圖1 監(jiān)測(cè)布置圖
4結(jié)語(yǔ)
(1) 根據(jù)營(yíng)地邊坡安全的重要性、規(guī)模及地質(zhì)地形情況,為避免和減少泥石流及工程邊坡失穩(wěn)對(duì)營(yíng)區(qū)內(nèi)人員生命和財(cái)產(chǎn)安全造成的危害,對(duì)營(yíng)地邊坡及泥石流進(jìn)行監(jiān)測(cè)是十分必要的。
(2) 在泥石流安全監(jiān)測(cè)儀器選用時(shí),應(yīng)考慮監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)測(cè)讀的及時(shí)性,并預(yù)留盡量多的應(yīng)急措施反應(yīng)時(shí)間。
(3) 在采用電子儀器進(jìn)行安全監(jiān)測(cè)的同時(shí),應(yīng)結(jié)合人工觀測(cè),定期對(duì)泥石流物源區(qū)進(jìn)行檢查,在雨后應(yīng)加強(qiáng)巡視檢查,發(fā)現(xiàn)情況及時(shí)報(bào)告。
(4) 需建立專門泥石流預(yù)報(bào)及報(bào)警巡視檢查機(jī)構(gòu)、規(guī)章制度、配置必要的工具和設(shè)施,并制定泥石流應(yīng)急搶險(xiǎn)預(yù)案。
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收稿日期:2014-11-05
DOI10.3963/j.issn.1671-7570.2015.01.025