一种经济型泥石流拦挡坝结构及其施工方法

摘要

本发明涉及一种经济型泥石流拦挡坝结构及其施工方法。本发明的目的是提供一种结构设计简单、施工便捷、安全可靠，具有较强的实用性的经济型泥石流拦挡坝结构及其施工方法，减少混凝土的使用量，并节约投资。本发明的技术方案是：该结构具有已开挖的建基面，所述拦挡坝的坝体由设置在坝脚处的齿墙、包裹在整个拦挡坝外表面的坝体混凝土、填充于拦挡坝内部的混凝土砌块石，以及呈品字形布置于坝身上的若干排泄孔组成；所述拦挡坝的顶部设开敞式、居中布置的溢流堰，该溢流面中间呈水平，并以纵向坡i为10％～20％向两侧延伸；所述齿墙通过深入基岩的插筋锚固于建基面上，紧邻该齿墙下游侧设有防淘坑。本发明适用于泥石流沟治理等类似工程的拦挡结构。

说明书

技术领域

本发明涉及一种经济型泥石流拦挡坝结构及其施工方法，主要适用于泥石流沟治理等类似工程的拦挡结构。

背景技术

泥石流是指在山区或者其他沟谷深壑，地形险峻的地区，因为暴雨或其他自然灾害引发的山体滑坡并携带有大量泥沙以及石块的特殊洪流。泥石流爆发突然、来势凶猛，可携带巨大的石块。因其高速前进，具有强大的能量，因而破坏性极大。泥石流为国内外共同面临的重大地质灾害源，其治理方式主要包括对泥石流进行排导或拦挡，或者两者相结合综合治理。通过统计国内外大量泥石流治理工程，绝大多数采用排导与拦挡相结合的治理形式，因此，拦挡坝在泥石流治理中应用广泛。从国内外目前的拦挡坝结构来看，混凝土重力坝为拦挡坝的主要选择，由于重力坝依靠重力来维持稳定，因此其结构肥大，需要大量的水泥、砂石骨料等，工程投资较大。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：针对上述存在的问题，提供一种结构设计简单、施工便捷、安全可靠，具有较强的实用性的经济型泥石流拦挡坝结构及其施工方法，以减少混凝土的使用量，达到节约投资的目的。

本发明所采用的技术方案是：一种经济型泥石流拦挡坝结构，具有已开挖的建基面，其特征在于：所述拦挡坝的坝体由设置在坝脚处的齿墙、包裹在整个拦挡坝外表面的坝体混凝土、填充于拦挡坝内部的混凝土砌块石，以及呈品字形布置于坝身上的若干排泄孔组成；所述拦挡坝的顶部设开敞式、居中布置 的溢流堰，该溢流面中间呈水平，并以纵向坡i为10％～20％向两侧延伸；所述齿墙通过深入基岩的插筋锚固于建基面上，紧邻该齿墙下游侧设有防淘坑。

所述插筋呈矩形布置，间排距为2～3m，直径为25mm，插筋深入基岩1～3m、外露长度为0.5m；所述齿墙深度h为2～5m。

所述坝体混凝土采用C20混凝土，厚度d为1～2m；混凝土砌块石中块石的块径≥200mm、含泥量不超过0.5％、且块石质地坚硬；其细骨料混凝土由水泥、砂、水按照一定的配合比拌和而成，配合比为1：3：0.5～0.7。

所述排泄孔的孔口尺寸宽×高＝0.5×1.0m，水平间距为3～4m，垂直净间距为3～4m，最下面一排排泄孔接近原沟谷的地表高程，垂直高差≤1.0m。

所述防淘坑内填有块径≥60cm的大块石。

对于高度小于10m的拦挡坝，所述建基面开挖至基岩面或适当下挖。

对于高度超过10m的拦挡坝，所述建基面开挖至弱风化上端。

对于高度小于10m的拦挡坝，本发明的一种经济型泥石流拦挡坝结构的施工方法，其特征在于包括以下步骤：

a.建基面的开挖：开挖建基面至基岩面或适当下挖；

b.插筋的布置：插筋深入基岩1～3m、外露长度为0.5m，直径≥25mm，呈矩形布置，间排距为2～3m，平行布置两排插筋；

c.齿墙的设置：齿墙设置在拦挡坝的坝脚处，并通过深入基岩的插筋锚固与建基面上，深度h为2～5m；

d.坝体混凝土的浇筑：坝体混凝土包裹在整个拦挡坝的外表面，采用C20混凝土，厚度d为1～2m；

e.混凝土砌块石的施工：以坝体混凝土为模板，在拦挡坝内部填充混凝土砌块石，当坝体混凝土达到设计强度后，开始混凝土砌块石的施工，首先将块 石堆放于坝体中部设计区域，再将水泥砂浆倒入其中，随机充填粒径较大的块石；混凝土砌块石中的块石块径≥200mm、含泥量不超过0.5％、且块石质地坚硬；其细骨料混凝土由水泥、砂、水按照一定的配合比拌和而成，配合比为1：3：0.5～0.7；

f.排泄孔的布置：在拦挡坝的坝身上布置2～3排呈品字形分布的排泄孔，其孔口尺寸宽×高＝0.5×1.0m，水平间距为3～4m，垂直净间距为3～4m，最下面一排排泄孔接近原沟谷的地表高程，垂直高差≤1.0m；

g.溢流堰的设置：在拦挡坝的顶部设开敞式溢流堰，并居中布置，溢流面中间呈水平，以纵向坡i为10％～20％向两侧延伸；

h.防淘坑的设置：紧邻齿墙下游侧设有防淘坑，防淘坑内填满完整性较好、块径不小于60cm大块石。

对于高度超过10m的拦挡坝，本发明的另一种经济型泥石流拦挡坝结构的施工方法，其特征在于包括以下步骤：

a.建基面的开挖：开挖建基面至弱风化上端；

b.插筋的布置：插筋深入基岩1～3m、外露长度为0.5m，直径≥25mm，呈矩形布置，间排距为2～3m，平行布置布置3～4排；

c.齿墙的设置：齿墙设置在拦挡坝的坝脚处，并通过深入基岩的插筋锚固与建基面上，深度h为2～5m；

d.坝体混凝土的浇筑：坝体混凝土包裹在整个拦挡坝的外表面，采用C20混凝土，厚度d为1～2m；

e.混凝土砌块石的施工：以坝体混凝土为模板，在拦挡坝内部填充混凝土砌块石，当坝体混凝土达到设计强度后，开始混凝土砌块石的施工，首先将块石堆放于坝体中部设计区域，再将水泥砂浆倒入其中，随机充填粒径较大的块 石；混凝土砌块石中的块石块径≥200mm、含泥量不超过0.5％、且块石质地坚硬；其细骨料混凝土由水泥、砂、水按照一定的配合比拌和而成，配合比为1：3：0.5～0.7；

f.排泄孔的布置：在拦挡坝的坝身上布置3～4排呈品字形分布的排泄孔，其孔口尺寸宽×高＝0.5×1.0m，水平间距为3～4m，垂直净间距为3～4m，最下面一排排泄孔接近原沟谷的地表高程，垂直高差≤1.0m；

g.溢流堰的设置：在拦挡坝的顶部设开敞式溢流堰，并居中布置，溢流面中间呈水平，以纵向坡i为10％～20％向两侧延伸；

h.防淘坑的设置：紧邻齿墙下游侧设有防淘坑，防淘坑内填满完整性较好、块径不小于60cm大块石。

本发明的有益效果是：本发明采用“金包银”的结构形式，解决了泥石流治理中拦挡坝结构肥大、工程投资高的问题，其结构设计简单、施工便捷、安全可靠，具有较强的实用性。

附图说明

图1是本发明的上游侧立视图。

图2是本发明的剖面图。

具体实施方式

如图1、图2所示，本实施例一种经济型泥石流拦挡坝结构，对于高度小于10m的拦挡坝，建基面1开挖至基岩面或适当下挖；对于高度超过10m的拦挡坝，建基面1开挖至弱风化上端。

本实施例中拦挡坝的坝体由设置在坝脚处齿墙3、包裹在整个拦挡坝外表面的坝体混凝土4、填充于拦挡坝内部的混凝土砌块石5，以及呈品字形布置于坝身上的若干排泄孔6；拦挡坝的顶部设开敞式、居中布置的溢流堰7，该溢流面 中间呈水平，并以纵向坡i为10％～20％向两侧延伸；齿墙3通过深入基岩的插筋2锚固与建基面1上，紧邻该齿墙下游侧设有防淘坑8。

其中，插筋2呈矩形布置，间排距为2～3m，直径为25mm，插筋深入基岩1～3m、外露长度为0.5m；齿墙3深度h为2～5m；坝体混凝土4采用C20混凝土，厚度d为1～2m；混凝土砌块石5中块石的块径≥200mm、含泥量不超过0.5％、且块石质地坚硬；其细骨料混凝土由水泥、砂、水按照一定的配合比拌和而成，配合比为1：3：0.5～0.7；排泄孔6的孔口尺寸宽×高＝0.5×1.0m，水平间距为3～4m，垂直净间距为3.0～4.0m，最下面一排排泄孔6接近原沟谷的地表高程，垂直高差≤1.0m；防淘坑8内填有块径≥60cm的大块石。

对于高度小于10m的拦挡坝，本实施例的施工方法，包括以下步骤：

a.建基面1的开挖：泥石流治理相关的拦挡结构，一般工程等级较低，因此建基面1没有常规混凝土重力坝要求严格；当拦挡坝高度小于10m时，建基面1开挖至基岩面即可，对于遇水易软化的岩石，建基面1可适当下挖；为使拦挡坝受力均匀，建基面1要求尽量平顺，避免出现较大的起伏；

b.插筋2的布置：为确保拦挡坝的稳定性，同时较小拦挡坝的体型，在拦挡坝基础设置插筋2，要求深入基岩1～3m，具体根据拦挡坝的坝高、规模等综合确定；插筋2外露长度为0.5m左右，以便于与坝体钢筋焊接；插筋2直径一般不小于φ25，间排距为2～3m，矩形布置；插筋2排数根据拦挡坝坝高确定，当拦挡坝高度小于10m时，一般平行布置两排插筋即可；

c.齿墙3的设置：为加强拦挡坝自身的稳定性，防止泥石流通过拦挡坝后对坝脚的淘刷，齿墙3设置在拦挡坝的坝脚处，并通过深入基岩的插筋2锚固与建基面1上，深度h一般为2～5m；具体根据拦挡坝的坝高、规模等综合确定；齿墙3要求坐落于基岩上，且通过插筋2与基岩连接牢固；

d.坝体混凝土4的浇筑：拦挡坝采用“金包银”的结构形式，以减少混凝 土的使用量；坝体混凝土4包裹在整个拦挡坝的外表面，采用C20混凝土，厚度d一般为1～2m，由于坝体混凝土4为后续的混凝土砌块石5的模板，因此坝体混凝土4的浇筑质量较为重要，要避免坝体混凝土4出现裂缝等质量缺陷；

e.混凝土砌块石5的施工：混凝土砌块石5主要为拦挡坝的填充体，对外部的坝体混凝土4起到支撑等作用；以坝体混凝土4为模板，在拦挡坝内部填充C15细骨料的混凝土砌块石5，当坝体混凝土4达到设计强度后，开始混凝土砌块石5的施工，首先将块石堆放于坝体中部设计区域，再将水泥砂浆倒入其中，利用水泥砂浆的高流动、抗分离性能好以及自流动的特点，在粒径较大的块石内随机充填；混凝土砌块石5由块石、C15细骨料混凝土相互胶结而成，类似于堆石混凝土，但施工工艺、设计技术指标较堆石混凝土低；混凝土砌块石5中的块石，要求块径不小于200mm、含泥量不超过0.5％、且块石质地坚硬；细骨料混凝土由水泥、砂、水按照一定的配合比拌和而成，一般配合比为1：3：0.5～0.7；

f.排泄孔6的布置：坝体的排泄孔6主要为排泄坝前积水，孔口尺寸一般为0.5×1.0m(宽×高)，具体宽度可根据下式计算确定；排泄孔水平间距一般为3～4m；对于拦挡坝的坝高小于10m的工程，坝体排泄孔6一般设置2～3排；垂直净间距一般为3.0～4.0m，呈品字形布置，最下面一排坝体排泄孔6与原沟谷的地表高程接近，一般高差相距不大于1.0m，便于及时排除沟谷内的积水；

g.溢流堰7的设置：拦挡坝顶部设开敞式溢流堰7，并居中布置，溢流面中间呈水平，以纵向坡i向两侧延伸，一般情况下i为10％～20％；施工中，应确保溢流堰7的表面平滑，对于拦挡坝高度较大的工程，应视情况，在溢流堰7表面增加抗冲耐磨混凝土；

溢流堰7孔口尺寸的设计根据经验并结合坝体长度、地形条件等拟定初步 的宽度B，再通过下式计算来分析初拟尺寸B是否满足设计要求；

$B_y=Q/\left({\mathrm{Cmϵ\sigma }}_s\sqrt{2g}{\mathrm{Hw}}^{3/2}\right)$

式中：B_y-溢流堰净宽，m；

Q-溢流堰流量，m³/s；

C-上游面坡度影响系数，取C＝0.999；

m-流量系数，取m＝0.498；

ε-侧收缩系数，0.9～0.95，取0.9；

σ_s-淹没系数，不淹没取σ_s＝1；

H_w-堰顶以上水深，m；

h.防淘坑8设计：为防止高速下泄的泥石流对拦挡坝脚的淘刷，在紧邻齿墙3部位设置防淘坑8，防淘坑内填满大块石，其中大块石要求完整性较好、块径不小于60cm。

对于高度超过10m的拦挡坝，本实施例的施工方法，包括以下步骤：

a.建基面1的开挖：泥石流治理相关的拦挡结构，一般工程等级较低，因此建基面1没有常规混凝土重力坝要求严格；当拦挡坝的高度超过10m时，建基面1要求开挖至弱风化上端；为使拦挡坝受力均匀，建基面1要求尽量平顺，避免出现较大的起伏；

b.插筋2的布置：为确保拦挡坝的稳定性，同时较小拦挡坝的体型，在拦挡坝基础设置插筋2，要求深入基岩1～3m，具体根据拦挡坝的坝高、规模等综合确定；插筋2外露长度为0.5m左右，以便于与坝体钢筋焊接；插筋2直径一般不小于φ25，间排距为2～3m，矩形布置；插筋2排数根据拦挡坝坝高确定，当拦挡坝坝高超过10m时，一般布置3～4排；

c.齿墙3的设置：为加强拦挡坝自身的稳定性，防止泥石流通过拦挡坝后 对坝脚的淘刷，齿墙3设置在拦挡坝的坝脚处，并通过深入基岩的插筋2锚固与建基面1上，深度h一般为2～5m；具体根据拦挡坝的坝高、规模等综合确定；齿墙3要求坐落于基岩上，且通过插筋2与基岩连接牢固；

d.坝体混凝土4的浇筑：拦挡坝采用“金包银”的结构形式，以减少混凝土的使用量；坝体混凝土4包裹在整个拦挡坝的外表面，采用C20混凝土，厚度d一般为1～2m，由于坝体混凝土4为后续的混凝土砌块石5的模板，因此坝体混凝土4的浇筑质量较为重要，要避免坝体混凝土4出现裂缝等质量缺陷；

e.混凝土砌块石5的施工：混凝土砌块石5主要为拦挡坝的填充体，对外部的坝体混凝土4起到支撑等作用；以坝体混凝土4为模板，在拦挡坝内部填充C15细骨料的混凝土砌块石5，当坝体混凝土4达到设计强度后，开始混凝土砌块石5的施工，首先将块石堆放于坝体中部设计区域，再将水泥砂浆倒入其中，利用水泥砂浆的高流动、抗分离性能好以及自流动的特点，在粒径较大的块石内随机充填；混凝土砌块石5由块石、C15细骨料混凝土相互胶结而成，类似于堆石混凝土，但施工工艺、设计技术指标较堆石混凝土低；混凝土砌块石5中的块石，要求块径不小于200mm、含泥量不超过0.5％、且块石质地坚硬；细骨料混凝土由水泥、砂、水按照一定的配合比拌和而成，一般配合比为1：3：0.5～0.7，对于坝高较高或规模较大的拦挡坝工程，应通过相关试验确定其配合比；

f.排泄孔6的布置：坝体排泄孔6主要为排泄坝前积水，孔口尺寸一般为0.5×1.0m(宽×高)，具体宽度可根据下式计算确定；排泄孔水平间距一般为3～4m；对于拦挡坝的坝高大于10m的工程，坝体排泄孔6一般设置3～4排，垂直净间距一般为3.0～4.0m，呈品字形布置，最下面一排坝体排泄孔6与原沟谷的地表高程接近，一般高差相距不大于1.0m，便于及时排除沟谷内的积水；

g.拦挡坝顶部设开敞式溢流堰7，并居中布置，溢流面中间呈水平，以纵向坡i向两侧延伸，一般情况下i为10％～20％；施工中，应确保溢流堰7的表面平滑，对于拦挡坝高度较大的工程，应视情况，在溢流堰7表面增加抗冲耐磨混凝土；

溢流堰7孔口尺寸的设计根据经验并结合坝体长度、地形条件等拟定初步的宽度B，再通过下式计算来分析初拟尺寸B是否满足设计要求；

$B_y=Q/\left({\mathrm{Cmϵ\sigma }}_s\sqrt{2g}{\mathrm{Hw}}^{3/2}\right)$

式中：B_y-溢流堰净宽，m；

Q-溢流堰流量，m³/s；

C-上游面坡度影响系数，取C＝0.999；

m-流量系数，取m＝0.498；

ε-侧收缩系数，0.9～0.95，取0.9；

σ_s-淹没系数，不淹没取σ_s＝1；

H_w-堰顶以上水深，m；

h.防淘坑8设计：为防止高速下泄的泥石流对拦挡坝脚的淘刷，在紧邻齿墙3部位设置防淘坑8，防淘坑8内填满大块石，其中大块石要求完整性较好、块径不小于60cm。