郝建群,譚亮
(遼寧省第一水文地質工程地質大隊有限責任公司,遼寧錦州121000)
該防治工程位于新疆葉城縣境內,本次防治工程范圍為柯克亞鄉(xiāng)阿曼夏村西北側泥石流溝(N1~N7泥石流溝)及泥石流影響范圍。在N4、N5號溝口正對面修建攔砂壩,攔蓄山洪或泥石流中的泥沙(包括塊石),將N4、N5溝洪水導流至N3溝,同時減輕對下游村莊的危害,設計總長107m。
根據設計方案,本工程確定為防治工程等級二級,防治工程為一般永久性工程,按工程使用期50年設計。
設計指標包括:(1)N4、N5泥石流溝50年一遇合計暴雨洪峰流量Q=28.32m3/s,其中N4泥石流溝為13.20m3/s,N5泥石流溝為15.12m3/s;(2)泥石流流速選用兩溝較大值為Vc=4.15m/s;(3)泥沙沖擊壓力選用兩溝較大值為34.79kPa,泥沙沖起高度選用兩溝較大值為H=1.41m;(4)天然土質溝床糙率n=0.03,混凝土襯砌糙率n=0.013,漿砌石襯砌糙率n=0.023;(5)地區(qū)季節(jié)性凍土深度1.8m。
過水斷面采用梯形斷面,設計底寬6.0m,過水斷面深1.5m、坡比1∶1。
3.1.1 水力驗算
1)計算公式。根據設計方案,N4和N5泥石流溝內的洪水沿攔擋壩排導至下游排導槽內。故對攔擋壩段按明渠水力條件進行驗算,計算公式為[1]:
式中,Q為過流量,m3/s;A為過流量,m3/s;C為謝才系數;R為水力半徑,m;X為濕周,m;n為糙率;m為內邊坡系數;i為渠底坡降;b為梯形底寬,m;A1為過流斷面面積,m2。
2)參數選取。排導槽底寬6m,過水深1.5m,墻前邊坡系數1∶0,墻背邊坡系數1∶0.2底部糙率為0.03,設計縱坡2.14%。
3)計算結果。將以上參數代入式(1)~式(4),經計算,導流護坡設計斷面最小過流量為42.738m3/s,滿足50年一遇暴雨洪水峰值流量,N4泥石流溝與N5泥石流溝匯流流量總和為28.32m3/s。
3.1.2 校核排導槽中水流流速
校核排導槽中水流流速是否滿足不沖流速(V不沖)與不淤流速(V不淤)。
1)計算方法
式中,V為導流護坡水流流速,m/s;Qc為50年一遇暴雨洪水峰值流量,m3/s。
2)參數選取
50年一遇暴雨洪水峰值流量(Qc)根據勘查報告取N4泥石流洪水流速4.15m/s,A1根據表1選取,V不沖為5m/s,V不淤為0.65m/s(參考王禮先著《水土保持工程學》關于山邊溝渠工程;SL 18—2004《渠道防滲工程技術規(guī)范》關于防滲渠道允許不沖流速內容)。
3)計算結果
經過計算,壩前水流流速V=4.6m/s,滿足不沖刷不淤積流速要求。
3.2.1 基礎埋深
由于基礎埋置深度,主要考慮沖刷深度及凍土深度,沖刷深度具體計算如下。
1)計算公式
沖刷深度依據GB 50286—2013《堤防工程設計規(guī)范》中附錄D進行計算,計算公式如下:
式中,hB為局部沖刷深度m;hp為沖刷處的水深m,以近似設計水位最大深度代替;Vcp為平均流速m/s;取Vcp=4.6m/s;V允為床面上允許不沖流速m/s,按GB 50286—2013《堤防工程設計規(guī)范》公式D.2.1-5;計算取0.96m/s;η為與防護岸坡在平面上的形狀有關,一般取η=1/4。
2)計算結果
由式(5)計算,排導槽基礎最大沖刷深度0.62m,埋深結合達木斯鄉(xiāng)歷年最大凍土深度1.5m,確定導流護坡基礎埋深為1.8m[2]。
3.2.2 攔擋壩壩高確定
本次設計攔擋壩,壩高依據壩前庫容與泥石流沖起高度綜合確定,經計算,設計攔擋壩地面以上高3.5m。
如圖1所示,設計攔砂壩頂寬3.6m,其中懸臂擋土墻墻頂寬0.4m,地面以上墻高3.5m,基礎埋深1.8m,面坡坡比1∶0,背坡坡比1∶0.2,采用C25現澆鋼筋混凝土結構,鋼筋骨架選用HRB400φ12mm和φ18mm鋼筋。
圖1攔砂壩斷面設計示意圖
通過上述設計、計算以及實現效果來說,可以看出攔砂壩起到了攔蓄山洪或泥石流中的泥沙(包括塊石),以及減少或避免下游居民的受災損失的作用。