趙 艷，牟高翔，袁 瓊

(中國電建集團成都勘測設(shè)計研究院有限公司，四川 成都 610072)

0 前 言

大橋溝位于四川省西昌市西部的巴汝鄉(xiāng)與白馬鄉(xiāng)境內(nèi)，為官地水電站的下游，屬雅礱江左岸一級支流。流域總體近南北向展布，南寬北窄， 略呈矩形，南北長21 km，東西寬14.5 km，流域面積約170 km2。流域四面均為由近3 000 m及3 000 m以上中高山所形成的分水嶺，源區(qū)最高海拔約3 720 m，溝口高程約1 200 m，高差約2 500 m。主溝兩側(cè)支溝眾多，呈明顯的“丫”狀結(jié)構(gòu)。

2005年5月26日，電站壩址發(fā)生了特大暴雨，小時降雨量達到29 mm，大橋溝發(fā)生了一定規(guī)模的泥石流。2016年7月，大橋溝再度發(fā)生泥石流，影響了布置于溝口的電站渣場和機電倉庫人員及設(shè)備安全。根據(jù)前期完成的《大橋溝泥石流發(fā)育特征及其對工程影響專題研究報告》中關(guān)于“大橋溝泥石流屬高山區(qū)溝谷型泥石流，由于近年來受溝域內(nèi)人類活動的影響，自1998年以來轉(zhuǎn)為高頻率稀性泥石流，屬中等(偏極易)易發(fā)；大橋溝不穩(wěn)定物源為655.36 萬m3，從其演變歷史及目前溝內(nèi)現(xiàn)有松散物源分布上看，大橋溝暴發(fā)中等及以上規(guī)模泥石流的可能性很大，并對擬建堆碴場產(chǎn)生淘刷和淤積等不利影響，建議采用溝槽排導的方式進行處理”的相關(guān)分析，因此，對大橋溝岸坡進行有效防護，對泥石流采取合理的工程處理措施勢在必行。

1 泥石流對大橋溝口段兩岸岸坡的影響分析

大橋溝為泥石流溝，河道淤積大量砂石。2016年6月27 日遭遇特大暴雨，河道流量陡增，水流裹挾大量泥沙、卵石，沖毀大橋溝老橋，大橋溝大橋橋墩以下兩岸岸坡受淘刷而垮塌，威脅 2-1號渣場及機電倉庫的運行安全。經(jīng)現(xiàn)場查勘和分析，在強降雨影響下，大橋溝再次爆發(fā)泥石流的可能性極大，岸坡會進一步淘刷、垮塌，將危及2-1號渣場和機電倉庫的安全。為了確保渣場、機電倉庫的度汛安全，需立即對沖刷嚴重的部位采取工程措施進行臨時防護；為了確保渣場、機電倉庫和大橋的永久安全，需采取工程措施對岸坡進行永久防護。大橋溝泥石流對溝口段兩岸影響示意見圖1。

圖1 大橋溝泥石流對溝口段兩岸影響(2016年7月)

2 工程概況

2.1 地層巖性及地質(zhì)構(gòu)造

大橋溝流域大地構(gòu)造位于揚子地臺西南緣，處在揚子地臺第Ⅲ級構(gòu)造單元——鹽源麗江斷塊和攀西滇中斷塊的拼接帶上。自中生代以來，本區(qū)歷經(jīng)印支、燕山及喜山期強烈造山作用，屬強烈變形的褶皺帶。本區(qū)斷裂構(gòu)造發(fā)育，流域之東有南北向安寧河斷裂，流域內(nèi)則主要有NNW向展布，包括金河斷裂、礦山梁子斷裂等組成的金河～箐河斷裂帶。此外，還有一些伴生的NE向小型扭性斷裂。金河斷裂為一區(qū)域性深大斷裂，在大橋溝下游、小河溝口之下及新街子處與SW向斷裂均具多期活動的性質(zhì)。金河斷裂之東側(cè)屬攀西滇中斷塊，流域內(nèi)地層主要為白果灣群，為近SN向復式向斜西翼的一部分，其中，次級褶皺發(fā)育，次級褶皺與主要構(gòu)造線方向一致，呈NNW向展布。金河斷裂以西有近SN向的松林杠斷裂、礦山梁子斷裂，并分布有以松樹坪群和松林杠群組成的外來地體或飛來峰構(gòu)造。

2.2 植 被

大橋溝流域內(nèi)植被總體茂盛，且以針葉闊葉混交林及高山灌木叢為特點，覆蓋率達90%。在巴汝溝以下河段兩側(cè)因公路修建大量開挖山坡，導致大部分路段形成的路塹邊坡基巖裸露，植被覆蓋率明顯被破壞。

2.3 物理地質(zhì)現(xiàn)象

總體而言，大橋溝流域物理地質(zhì)現(xiàn)象類型多，除正常風化卸荷外，崩塌、滑坡及泥石流均有分布，不過以崩塌為主，其中大橋溝溝口～小河溝溝口交界處河段最為普遍。段內(nèi)崩塌落石發(fā)育，加之修筑公路后，進一步導致開挖路塹邊坡崩塌范圍擴大，目前，在大橋溝右岸山坡崩塌落石較普遍。另外，整個流域內(nèi)局部地段有滑坡發(fā)育，且只發(fā)育在三疊系白果灣群(T3bg)砂頁巖地層中，且總體規(guī)模不大，主要分布在小河溝～巴汝溝所在河段，如劉家灣滑坡。從發(fā)育歷史上看，白馬溝、巴汝溝和老白馬溝等均屬老泥石流沖溝，而小河溝、馬頸子溝等則是新近發(fā)生的泥石流溝。從現(xiàn)狀調(diào)查看，整個大橋溝在巴汝溝以下河段各沖溝泥石流仍發(fā)育。

大橋溝流域松散物源總量預計4 934.65 萬m3，其中穩(wěn)定物源為2 733.10 萬m3，占總數(shù)的55.4%；潛在不穩(wěn)定物源為1 546.19 萬m3，占總數(shù)的31.3%；不穩(wěn)定物源為655.36 萬m3，僅占總數(shù)的13.3%。從分布區(qū)域上看，約45%的不穩(wěn)定和潛在不穩(wěn)定物源分布在溝口～巴汝溝一帶流通區(qū)內(nèi)，存在暴發(fā)泥石流的可能。從現(xiàn)狀看，在一般降雨條件下，該區(qū)域就會形成小規(guī)模泥石流，而一旦連降暴雨，就有可能形成中等及以上規(guī)模的泥石流。

2.4 水文、氣象

大橋溝流域地處青藏高原東側(cè)邊緣地帶，屬中高山亞熱帶季風氣候，其主要受高空西風環(huán)流和西南季風影響，氣候變化較分明。根據(jù)西昌氣象站資料，全年平均氣溫27℃，極端最高氣溫36.6℃，極端最低氣溫-3.8℃；全年平均降水量1 000.4 mm(金河雨量觀測站資料為778.8 mm)，降雨主要集中在5～10月，占全年降雨量的 90%～95%，且多暴雨，一日最大降雨量135.7 mm(金河雨站資料為78.2 mm)。11月至次年4月為季風，降水量較小，但大風不斷、干燥低溫，受地形影響，區(qū)內(nèi)氣候具較明顯的垂直分帶性。

野外調(diào)查用浮漂法實測結(jié)果顯示，大橋溝口7月在非暴雨條件下流量約為8 m3/s，而且以巴汝溝為界，以上河段水流清澈透明，而以下河段則水流渾濁。調(diào)查區(qū)基巖內(nèi)的地下水總體不發(fā)育，溝內(nèi)水流主要靠大氣降水補給。大氣降水部分順坡面流入溝中，大部分滲入崩坡積物中形成孔隙水，而斜坡坡面崩坡積中的孔隙水是保證沖溝常年流水的主要源泉。

2.5 人類不合理工程活動

整個大橋溝流域內(nèi)人類活動較頻繁，主要表現(xiàn)為四種方式：斜坡開荒造地、砍伐森林、修筑水電站明導流渠、修筑山區(qū)公路。流域內(nèi)居民以彝族為主，在砍伐森林后的部分緩坡地段開荒造地導致的水土流失較為嚴重，如楊家坪子、劉家灣等處。而修筑公路和小水電站明導流渠所形成的邊坡開挖破壞植被嚴重，主要見于巴汝鄉(xiāng)及其以下的左右兩岸(修筑北線公路造成)，尤其是后兩種活動，是導致該溝泥石流重新活躍發(fā)育的根本原因。

2.6 泥石流調(diào)查成果

對泥石流運動特征和動力特征的定性分析，是認識泥石流和進行泥石流防治工程設(shè)計的基本數(shù)據(jù)。大橋溝在設(shè)計概率下的泥石流最大洪水流量計算結(jié)果見表1，大橋溝一次泥石流總量預測見表2，一次沖出固體物質(zhì)的總量預測見表3。

1998年，大橋溝發(fā)生近80年較大一次的泥石流；2005年5月26日，大橋溝又發(fā)生中等規(guī)模泥石流；另外，支流小河溝在2000年也開始發(fā)生較大規(guī)模泥石流。上述現(xiàn)象顯示，由于人類工程活動加劇，泥石流暴發(fā)頻率有明顯提高，且又進入新的活躍期。根據(jù)野外調(diào)查，由于大橋溝主溝溝床中(巴汝河段以下)堆積大量松散堆積物，這些松散堆積物為泥石流的主要物源，在近一段時期內(nèi)，當降雨強度大于5年一遇(P=20%)時，都會有中等及其以上規(guī)模泥石流發(fā)生。但隨著坡面植被的恢復，大橋溝泥石流經(jīng)過一段時期(預計約30～50年)的發(fā)育后，其發(fā)生的頻率將會逐漸降低，回歸自然地質(zhì)地貌演變規(guī)律——泥石流衰退～停歇期(泥石流發(fā)生頻率小于1%)。

表1 不同計算方法所得泥石流峰值流量 m3/s

表2 大橋溝一次泥石流總量預測 萬m3

表3 大橋溝一次沖出固體物質(zhì)的總量預測 萬m3

泥石流沖擊力計算均考慮最危險情況，即有關(guān)參數(shù)選取為沖擊力最大的數(shù)值，并只考慮正面撞擊。計算表明，大橋溝溝口泥石流整體沖擊力普遍在0.6 tf/m2以下，而單塊最大沖擊力都在18 tf以下(見表4)。

表4 大橋溝設(shè)計概率下的泥石流沖擊力預測

3 岸坡防護設(shè)計

鑒于大橋溝是具有一定規(guī)模的、活動的泥石流溝，并結(jié)合工程經(jīng)驗，對有一定規(guī)模的泥石流溝應以避讓為主，為其流動留出通道。根據(jù)現(xiàn)場情況，分別制定應急處理方案和永久防護方案，應急方案主要是為保證工程安全度過2016年汛期，應立即施工；永久方案可在2016年汛期后實施。其中，應急方案主要為防止汛期兩岸岸坡再受泥石流和水流淘刷，在大橋溝左岸道路被沖毀段順坡位置及右岸橋墩段河床部位布置鋼筋石籠。

永久方案主要以保護兩岸岸坡及公路、大橋橋墩為主。由于大橋溝大橋的兩個主橋墩分別布置在大橋溝主溝兩側(cè)，跨度超過90 m，大大超過100年一遇泥石流行洪斷面。同時，主橋墩采用群樁基礎(chǔ)，上部設(shè)置承臺，可有效抗擊泥石流沖刷。因此，永久方案的布置原則為：從大橋上游陡崖以下溝道采用排導槽，盡量利用現(xiàn)在的天然溝床，進行疏浚和改造，以利于排導泥石流，避免泥石流對岸坡的沖擊，以及因為泥石流堆積阻塞河道對橋墩承臺的不利影響。

3.1 溝口地基物理力學參數(shù)

溝口兩岸地基物質(zhì)成分為：淺表為碎礫石土、碎石土；深部為砂卵礫石(pl+alQ4)，沖洪積堆積，以灰色、灰黑色為主，稍密～中密，顆粒級配較好。粗粒物質(zhì)以卵石為主，偶有塊碎石，巖性以玄武巖、灰?guī)r等為主，弱風化，含量55%～70%，粒徑6～10 cm左右，充填物以中粗砂為主，局部夾有塊石。砂卵礫石(pl+alQ4)地基物理力學建議參數(shù)見表5。

表5 砂卵礫石(pl+alQ4)地基物理力學建議值

3.2 泥石流設(shè)計流量成果(見表6)3.3 設(shè)計標準

大橋河溝下游右岸是官地電站主要堆渣場地，渣量達649 萬m3，在運行期它是進廠交通必經(jīng)路段。上壩公路連接橋(大橋溝大橋)經(jīng)過溝口，溝下游左岸布置有機電倉庫，故大橋河溝溝水處理按永久建筑物設(shè)計。在水利水電工程中，由于缺乏泥石流處理的工程經(jīng)驗，國內(nèi)又沒有關(guān)于泥石流處理標準方面的規(guī)程規(guī)范，因此，本工程的泥石流設(shè)計標準參照洪水設(shè)計標準。

表6 泥石流設(shè)計流量成果

由于大橋河溝泥石流處理工程僅為保證官地電站工程施工期大橋河溝碴場堆碴和施工企業(yè)安全的永久性泥石流排導工程，無其他綜合利用要求，且目前無專門的水利水電碴場溝水處理和泥石流處理的規(guī)程規(guī)范可依據(jù)，故參照《水電樞紐工程等級劃分及設(shè)計安全標準》(DL 5180-2003)規(guī)范規(guī)定，本工程為Ⅴ等小(2)型工程，永久主要建筑物和次要建筑物級別均為5級。根據(jù)鐵路上的設(shè)計經(jīng)驗，泥石流處理工程一般按50年一遇設(shè)計，100年一遇校核。

我公司承接的幾個巨型(大型)電站，如溪洛渡電站的豆沙溪溝、瀑布溝電站的卡爾溝、桐子林電站的頭道河溝，永久性的溝水處理均按20～30年一遇設(shè)計，50年一遇校核。

根據(jù)《防洪標準》(GB50201-2014)規(guī)定，本工程設(shè)計洪水標準重現(xiàn)期為20～30年，校核洪水標準重現(xiàn)期為200～300年。考慮到本工程失事后不會造成特別巨大的損失，同時參考灌溉、治澇、供水工程的洪水標準，可適當降低其校核洪水標準?；谠摴こ痰闹匾约笆褂媚晗?，結(jié)合鐵路上的設(shè)計經(jīng)驗，大橋段排導過流斷面按30年一遇泥石流峰值設(shè)計，50年一遇泥石流峰值校核。30年和50年一遇泥石流流量分別為472 m3/s、544 m3/s。

3.4 設(shè)計方案

3.4.1 應急防護方案

考慮現(xiàn)場實際情況，對大橋河溝右岸岸坡段、左岸岸坡淘刷嚴重段采用鋼筋石籠進行防護。鋼筋石籠尺寸為2.0 m×1.5 m×1.5 m(長×寬×高)，骨架鋼筋采用三級鋼筋Φ25，網(wǎng)格鋼筋采用三級鋼Φ16。鋼筋采用焊接接頭，其節(jié)點間應焊接牢固，嚴格控制焊接質(zhì)量，并采取鍍鋅防銹措施防止銹蝕。現(xiàn)場砌筑時，鋼筋石籠埋深不小于0.5 m，且外側(cè)采用大塊石護腳，且大塊石直徑不小于60 cm，護腳寬度2 m，布置兩層，鋼筋石籠內(nèi)側(cè)用砂卵石填筑密實。鋼筋石籠現(xiàn)場鋪設(shè)好以后，各石籠間應用鋼筋焊接成整體，填筑塊石直徑D大于20 cm，嚴禁采用易軟化巖塊，防護范圍可根據(jù)現(xiàn)場實際情況調(diào)整。現(xiàn)場實際邊坡規(guī)整平順后貼坡擺放鋼筋石籠，擺放鋼筋石籠后應保證過流順暢，避免造成對過流面的阻擋。經(jīng)估算，鋼筋石籠約294個，大橋河溝大橋段岸坡應急防護直接費用預計66萬元。

3.4.2 永久防護方案

泥石流處理工程一般采取排導的方式，故設(shè)計采用排導方案。盡量利用現(xiàn)有的天然溝床進行疏浚和改造，以利于排導泥石流。為避免泥石流排導過程中對兩岸坡的淘刷，應采取邊墻護坡，確保渣場坡腳的穩(wěn)定。

(1)方案一：鋼筋石籠全部拆除。為更好地排導泥石流，應盡量降低流速，保證一定的過流斷面，需要將應急方案所布置的鋼筋石籠全部拆除后施工永久方案。

排導槽斷面為梯形，溝道兩側(cè)用混凝土擋墻護坡，溝床以目前自然溝床為基礎(chǔ)，溝床縱坡不小于3.5%，以便為堆碴場留出泥石流通道。根據(jù)大橋溝地形地質(zhì)條件，大橋溝左岸自大橋1號橋墩上游70 m處的陡崖至雅礱江溝口、大橋溝右岸自大橋上游30 m處至溝口渣場護坡處設(shè)置混凝土擋墻。結(jié)合現(xiàn)場地形情況并考慮水流流態(tài)的順暢，右岸設(shè)置擋墻外邊線為圓弧段接相切直線段，再接相切反弧段，左岸設(shè)圓弧段、相切直線段及圓弧段。為使泥石流直接沖入雅礱江，排導槽出口部位兩岸采用圓弧線反翹擴大出口斷面。

基于該工程的重要性及使用年限，排導槽過流斷面建議按30年一遇泥石流峰值設(shè)計，50年一遇泥石流峰值校核。設(shè)計泥石流流速為2.8～3.0 m/s。在斷面設(shè)計上采用梯形斷面，斷面為底寬約30～40 m，溝內(nèi)側(cè)坡比1：0.5的梯形斷面。溝床目前為自然溝床，側(cè)坡?lián)鯄攲?.5 m、底寬6.0 m、總高度7.5 m嵌入天然溝槽1.5 m，盡量使原溝槽的橫斷面形狀保持不變。

邊坡?lián)鯄Σ捎肅20混凝土，高度按50年一遇泥石流流量對應的高度確定，邊墻頂寬50 cm、底寬6.0 m、高7.5 m，嵌入天然溝槽1.5 m。擋墻每10 m設(shè)置一個伸縮縫，伸縮縫縫寬2 cm，縫內(nèi)填充瀝青木板。擋墻下部的基礎(chǔ)寬度伸出結(jié)構(gòu)外1.5 m。為避免下部淘刷造成邊墻失穩(wěn)，邊墻外側(cè)靠溝槽段全部采用大塊石護腳，塊石粒徑不小于60 cm，而且長邊方向與溝平行，護腳寬度2 m，布置兩層。

(2)方案二：鋼筋石籠部分拆除。若按永臨結(jié)合原則，利用應急處理施工已形成的設(shè)施，若兩岸鋼筋石籠不拆除，將有如下問題。

①若右岸鋼筋石籠不拆除，行洪斷面寬度在120 m長度范圍內(nèi)僅25 m左右，不能滿足30年一遇的設(shè)計標準。

②若左岸不拆鋼筋石籠段，為滿足過流標準要求，需加大斷面和高度，對鋼筋石籠進行灌漿處理再做外包混凝土形成擋墻結(jié)構(gòu)；上下游端采用混凝土擋墻結(jié)構(gòu)，與未拆段鋼筋石籠擋墻結(jié)構(gòu)銜接，但施工工序較繁，需增加灌漿隊伍及設(shè)備。相比之下，直接拆除修建混凝土擋墻更省。

綜上所述，為減少工程量，方案二采用右岸鋼筋石籠，在不影響永久方案施工的前提下可局部拆除或不拆除鋼筋石籠。根據(jù)施工期間現(xiàn)場實際情況進行調(diào)整，左岸鋼筋石籠較短且影響永久方案施工，需被全部拆除。擋墻布置及結(jié)構(gòu)設(shè)計同方案一。

(3)方案比選。方案一優(yōu)點為：可以保證一定的過流斷面，流速較低，能夠更好地排導泥石流；但其缺點是需要將應急方案所布置的鋼筋石籠全部拆除，工程量稍大。方案二優(yōu)點為：根據(jù)施工期間現(xiàn)場實際情況，在不影響永久方案施工的前提下，可局部拆除或不拆除右岸鋼筋石籠，不拆除的鋼筋石籠作為擋墻外側(cè)的護腳，工程量較方案一?。坏秉c是過流斷面比方案一略小，對泥石流排導有一定的影響，泥石流通過后可能對未拆鋼筋石籠頂部有損毀。

為充分利用應急處理施工已形成的設(shè)施，減少工程量，綜合比較后推薦方案二。

4 結(jié) 語

大橋溝岸坡應急處理方案和永久防護方案分別于2016年和2017年實施并完成。從最近兩年的運行情況看，該工程對疏導溝內(nèi)泥石流、保護岸坡和附近建筑物起到了很好的效果。運行過程中，需定期對大橋溝段岸坡進行檢查，及時清理槽內(nèi)的淤積物，保證泥石流排導槽區(qū)域的通暢，確保滿足泥石流排導設(shè)計頻率的容量，以使該工程長期、有效地發(fā)揮作用。