謝伯明,曾令強
(北京市礦產(chǎn)地質(zhì)研究所,北京 101500)
隨著我國社會、經(jīng)濟的高速發(fā)展及防災(zāi)減災(zāi)科學(xué)的進步,國家加強了對泥石流防治的統(tǒng)一管理,增大了資金的投入,泥石流防治技術(shù)日益成熟。泥石流破壞力較強,它不僅對于當(dāng)?shù)氐牡刭|(zhì)環(huán)境造成永久性的破壞,還嚴重地影響到當(dāng)?shù)鼐用竦纳a(chǎn)和生活,有時甚至造成大量的人員傷亡和財產(chǎn)損失(齊干等,2019;劉希林,2000)。
北京市前后開展了多期不同層次的與泥石流相關(guān)的調(diào)查與評價工作,查明了全市泥石流突發(fā)地質(zhì)災(zāi)害及其隱患的發(fā)育特征、分布規(guī)律及形成的地質(zhì)條件(南赟等,2020;王海芝等,2021)。每年開展汛期泥石流地質(zhì)災(zāi)害應(yīng)急調(diào)查工作,開展了大量的泥石流地質(zhì)災(zāi)害危險性評估、地質(zhì)災(zāi)害勘查及治理設(shè)計項目,并結(jié)合實際現(xiàn)狀進行了部分項目的治理工作。通過治理項目的實施,切實起到了減災(zāi)或消災(zāi)的效果。
本文通過北京某泥石流溝災(zāi)害治理工程中解決地形地貌變化、嵌固深度不足、涵洞出入口高差較大等問題,強調(diào)在地質(zhì)災(zāi)害治理過程中,及時組織施工,強調(diào)設(shè)計人員做好項目過程跟蹤和再設(shè)計,強調(diào)工程以治理目的為目標(biāo),采取經(jīng)濟可行的工程措施;強調(diào)在項目移交后,發(fā)揮其治理作用的重要性。根據(jù)過程中跟蹤和經(jīng)驗總結(jié),提出了一些解決辦法和工作思路,為該類地質(zhì)災(zāi)害治理工程提供一些思路和借鑒。
北京地區(qū)由于地形條件復(fù)雜,斷裂構(gòu)造發(fā)育,山區(qū)人工修坡和礦山開采活動,造成采礦廢石、煤矸石、選礦尾礦、冶煉廢渣等固體廢料堆積,為泥石流的發(fā)生提供了豐富的物源,生態(tài)環(huán)境極其脆弱,極易形成泥石流地質(zhì)災(zāi)害(董桂芝等,1994;張熤等,2018)。
泥石流是北京地區(qū)主要的地質(zhì)災(zāi)害類型之一,截至2021年6月底,北京突發(fā)地質(zhì)泥石流隱患有819處(華金玉,2022),分布于北京10個區(qū),其中密云、懷柔和房山等山區(qū)泥石流隱患較多。詳見表1。
表1 各區(qū)泥石流隱患數(shù)量統(tǒng)計表Tab.1 Statistical table of the number of hidden debris flow hazards in each district
近年來,北京市開展了大量的泥石流地質(zhì)災(zāi)害治理工作,從治理情況來看,取得了較好的社會效益、經(jīng)濟效益和環(huán)境效益,為北京市的和諧發(fā)展創(chuàng)造了條件,保障了人民群眾財產(chǎn)安全。
泥石流治理工程涉及水文地質(zhì)、工程地質(zhì)、環(huán)境地質(zhì),是一項復(fù)雜的治理工程(張春山,1995)。在泥石流現(xiàn)階段治理實施過程中,常因一些客觀因素,造成治理項目存在一定問題:如因資金不足、勘察設(shè)計不深入、施工工期不適宜(冬季施工)、施工管理不嚴格、參考技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)不規(guī)范等,造成治理的工程存在缺陷,甚至存在發(fā)生次生泥石流風(fēng)險,造成治理效果不明顯,治理隱患不徹底的現(xiàn)象時有發(fā)生。
泥石流治理工程的主要目的是削弱泥石流破壞強度,引導(dǎo)規(guī)范泥石流活動途徑和范圍,消除泥石流地質(zhì)災(zāi)害隱患,保障周邊地區(qū)人民群眾生命財產(chǎn)安全。根據(jù)北京泥石流成因和各地區(qū)工程地質(zhì)條件,分為以下幾種防治措施:①溝道清理工程:擴大河道容納能力,防止洪水的雍積及漫至河岸、機耕路。②排導(dǎo)工程:如排水溝、導(dǎo)流堤、涵洞、蓋板涵,規(guī)范泥石流流徑,削弱泥石流強度;③攔擋工程:如攔擋壩、谷坊等,攔截泥石流,削弱泥石流強度,沉積砂石,減小泥石流破壞能力;④防護工程:如護坡、擋墻,保護房屋、道路等工程設(shè)施,抵御泥石流的沖擊。
在治理過程中,常常因為工程經(jīng)費短缺、監(jiān)測預(yù)警信息不完善、工程占地索賠、地形地貌變化、參考規(guī)范不標(biāo)準(zhǔn)等事宜,造成工期延誤、資金超支、施工協(xié)調(diào)難度大、與設(shè)計意圖不符等諸多問題,導(dǎo)致工程與預(yù)期效果有較大差距,增大了施工難度(申健等,2018)。
治理工程位于北京市密云區(qū)太師屯鎮(zhèn)流河溝村,距太師屯鄉(xiāng)政府約6.0 km,鄰近101國道、密云002縣道,流域面積約2.26 km2。前莊子溝距離101國道、密云002縣道較近,交通條件便利。
泥石流災(zāi)害治理工程設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)按百年一遇暴雨強度標(biāo)準(zhǔn)進行設(shè)計,主要治理內(nèi)容為溝道清理工程(土方開挖19305.5 m3,回填23716.1 m3)、攔擋壩工程(混凝土攔擋壩、漿砌石谷坊壩)、排導(dǎo)工程(護岸擋墻、蓋板涵)、護坡墻工程等,具體內(nèi)容見表2。
表2 治理工程設(shè)計方案基本情況表Tab.2 Basic information of treatment engineering design scheme
該治理工程設(shè)計方案于2017年3月通過專家評審,歷時兩年多,于2019年4月進場施工,并于同年7月15日施工完畢,施工歷時103天。工程實施過程中,因場地協(xié)調(diào)問題(包括涉及的施工臨時占地、樹木、農(nóng)作物等賠償問題),造成項目延期兩年才開始進場施工。工程治理區(qū)歷經(jīng)兩個汛期,施工時場區(qū)內(nèi)的地形地貌與設(shè)計時期相比發(fā)生了較大變化,導(dǎo)致不能按照原設(shè)計圖紙進行施工,本著實事求是的原則,對原設(shè)計方案進行了合理優(yōu)化,滿足施工要求的同時達到設(shè)計目的。
施工單位進入現(xiàn)場后對治理區(qū)的地形地貌進行測量復(fù)核以及工程量復(fù)核,通過測量放線,發(fā)現(xiàn)局部微地段涉及的施工內(nèi)容不能按原設(shè)計進行施工,需要洽商增加或刪減等技術(shù)優(yōu)化,主要存在以下5個問題:
1)在消除邊坡隱患方面存在設(shè)計不足
8號護岸墻1#-4#施工段上方存有3~5 m高陡坡,長58.8 m,陡坡上為緩坡耕地,陡坎土質(zhì)為坡積碎石土,如受長期雨水沖刷容易發(fā)生坍塌,堵塞河道。為了防止陡峭坡面坍塌,保護河道及上方耕地,經(jīng)參建各方研究確認在該施工段修建護面擋墻,與下部的護岸墻形成階梯式擋墻格局。如圖1所示。
圖1 優(yōu)化后的階梯式擋墻方案Fig.1 Optimized stepped retaining wall scheme
2)部分谷坊壩及攔擋壩壩肩嵌固深度不足
治理區(qū)內(nèi)河道經(jīng)歷兩次汛期,急流多次沖刷兩岸,導(dǎo)致河道寬度加大,使得部分攔擋壩壩肩設(shè)計嵌固深度不足和部分谷坊壩的長度不夠。為確保項目治理達到設(shè)計目的,重新優(yōu)化設(shè)計圖紙,通過適當(dāng)增加攔擋壩長度,使得嵌固深度符合設(shè)計要求,同時加設(shè)導(dǎo)流墻,減小急流對壩肩及其根部的沖刷,確保攔擋壩在洪水期安全發(fā)揮攔擋作用,如圖2所示。
圖2 優(yōu)化后的攔擋導(dǎo)流設(shè)計Fig.2 Optimized arresting diversion design
另外,根據(jù)河道的實際寬度,隨之調(diào)整谷坊壩的長度,實現(xiàn)谷坊壩的固源擋水的作用。
3)因河道地形變化,導(dǎo)致橋涵出水口與下游落差較大
因汛期水流的沖刷導(dǎo)致河道地形高差發(fā)生較大變化,導(dǎo)致設(shè)計中橋涵出水口處標(biāo)高與清理河道頂標(biāo)高相差約3.5 m。如此大的落差,汛期的洪流會形成較大的沖擊能量,對下游的河道面形成較大的沖刷,一方面影響橋涵的基礎(chǔ)穩(wěn)定性,另一方面會造成下游河道砂卵石等土體的流失。
鑒于上述原因,在原設(shè)計護坦的基礎(chǔ)上,結(jié)合現(xiàn)場實際增設(shè)漿砌石坡面護坦和下游河道護坦,保護橋涵基礎(chǔ)的同時減小急流對河道的沖刷,如圖3所示。
圖3 優(yōu)化橋涵護坦設(shè)計Fig.3 Optimized design of bridge culvert guard
4)部分落差較大的河段無護底或其他工程措施
落差較大的河段在洪水期易形成較大的沖擊能量,導(dǎo)致河底砂卵碎石等流失,且對河道兩側(cè)的護岸墻基礎(chǔ)穩(wěn)定性造成影響。為防止上述情況發(fā)生,在急流地段采用整體漿砌石護底措施或者在護岸墻根部設(shè)置防沖刷矮墻,確保護岸墻的整體穩(wěn)定和安全。
5)河道清理物源較多而無存放措施,擋墻較高而頂部無防護安全措施
因河道經(jīng)歷兩個汛期,原設(shè)計的“挖填平衡”原則已不適宜,導(dǎo)致大量物源不能按原設(shè)計進行回填和存放,致使現(xiàn)場渣土堆放坡度較大,形成物源,存在安全隱患;護岸墻較高(護岸墻外側(cè)有鄉(xiāng)村便道),無護欄等安全防范措施,存在道路交通安全隱患。這些問題是需要在設(shè)計之初進行充分考慮并落實有關(guān)安全措施的。
1)在今后的地質(zhì)災(zāi)害治理過程中,加強前期勘察工作的精細化和保持設(shè)計方案一定的冗余度和超前思考是必要的。在施工過程中,加強參建各方的溝通(尤其要加強現(xiàn)場與設(shè)計的溝通)是解決施工問題的關(guān)鍵一環(huán)。在發(fā)現(xiàn)有關(guān)問題的時候,既要在專業(yè)的基礎(chǔ)上思考解決辦法,達到設(shè)計目的,同時也要考慮經(jīng)濟、可行性及工期等相關(guān)要求。通過有效的工程治理措施改善地質(zhì)環(huán)境條件,消除地質(zhì)災(zāi)害帶來的威脅,為國民經(jīng)濟建設(shè)和社會發(fā)展作出貢獻。
2)通過本地質(zhì)災(zāi)害治理工程的實施,山區(qū)地質(zhì)災(zāi)害治理項目應(yīng)做好工程各階段的緊密銜接,尤其是工程開展時各階段的及時銜接,做好各項協(xié)調(diào),保證如期開工(設(shè)計與施工階段不應(yīng)間隔時間過長)。加強設(shè)計階段的質(zhì)量控制和施工階段設(shè)計方案的優(yōu)化,對工程質(zhì)量控制有著突出的先行作用。設(shè)計階段在關(guān)鍵治理部位、工序、節(jié)點的深入剖析,優(yōu)化細節(jié),確保設(shè)計方案符合治理要求且經(jīng)濟可行。施工階段應(yīng)加強圖紙會審工作,尤其是有關(guān)地形地貌變化、坐標(biāo)標(biāo)高不一致、設(shè)計不足等問題應(yīng)做詳細地探討與明確,另外還應(yīng)加強基礎(chǔ)驗槽、第三者安全防護、成品保護與維護等工作。
3)在施工過程中,加強各參建單位與地方的溝通交流,解決臨時占地和永久占地等相關(guān)問題,是確保工程順利開展的有力措施。設(shè)計單位積極投入施工全過程的設(shè)計服務(wù)工作,解決現(xiàn)場因地形變化、設(shè)計不足、地方意見等相關(guān)問題,合理優(yōu)化設(shè)計方案,為地質(zhì)災(zāi)害治理的順利施工提供有效幫助。
4)項目驗收合格并移交地方后,應(yīng)組織專業(yè)人員在汛期后查看工程成品的運行和維護情況并做好相關(guān)記錄,對存在的問題要及時報有關(guān)部門或相關(guān)單位盡快解決。汛期后河道的清理(尤其是攔擋壩迎水面的清淤)及其他設(shè)施的維護是項目移交后期的工作重點,應(yīng)確保其在汛期正常發(fā)揮作用。