柔性分离式支护在堰塞湖治理工程中的应用

杜鹏

(四川省水利水电勘测设计研究院，四川成都 610072)

1 概述

“5.12”汶川大地震发生时，由于强震作用，震区多条河流两侧山体产生了滑坡、崩垮，堵塞了河道，形成了规模不一的大小堰塞湖，给两岸及下游生产生活设施及人民生命财产安全带来了极大威胁。各堰塞湖在完成应急排险后相继开展了后期综合治理工作，以四川安县茶坪河为例，“5.12”地震中形成了肖家桥、观音岩等共计18座堰塞湖。在这些堰塞湖的综合治理初步设计中，基本上都采用混凝土护坡等刚性固槽并加以边坡喷锚支护等工程措施，但在实际施工过程中，暴露出原设计方案存在的一些问题:一方面，投资较大;另一方面，由于堰塞体形成的特殊性，堰体和两岸边坡物质组成复杂、稳定性差，岸坡非常陡峻，使得施工难度很大，而且先期施工的部分泄槽护坡在堰塞体自身不均匀沉降作用下产生了程度不一的拉裂破坏。通过对堰塞体动态变化的进一步分析研究，设计对原刚性支护方案进行了调整，采用绿格网块石，结合泄槽流速分布情况，重点将穿堰塞坝泄流槽进口和下游出口区调整为分离式柔性支护方案，取得了较好的效果。笔者以其中较为有代表性的肖家桥堰塞湖治理对柔性分离式支护方案进行介绍。

2 堰塞体泄槽刚性支护方案

肖家桥堰塞坝是“5.12”汶川大地震时在强震作用下由右岸岩质顺层滑坡形成，滑坡体分布高程为725～920 m，顺河方向最大宽度280 m。河床段堰塞坝地震后坝顶高程为760～780 m，堰塞体高30～50 m，坝顶顺水流方向长390 m，垂直水流方向长110 m，堰体体积约为242万m3左右。其三维地形效果图见图1。

图1 肖家桥堰塞湖三维效果图

该堰塞湖治理后泄流槽按10年一遇洪水标准设计。治理原则为:在有条件情况下，尽可能降低堰塞体高度、消减堰塞湖库容。最终确定泄槽清理宽度为35 m，泄槽底高程由742 m 降至728 m，清理深度约14 m。右侧公路路面高程750 m，将公路路面以上的所有滑坡物质全部清除;高程750 m 以下的河岸坡比为1∶1.5，坡高10 m，衬以厚0.5 m 的C15混凝土，护坡坡脚以下为C15混凝土抗冲齿槽，齿槽底高程深入河床基岩以下0.5 m。该方案设计断面见图2(肖家桥堰塞湖泄槽刚性支护方案)。通过计算分析，泄流槽的过流能力、进出口及槽身的防冲消能均能满足要求。

治理工程于2009年10月正式开工，在施工过程中，由于堰塞体及岸坡一直处于自身沉降的动态变化之中，前期实施的混凝土刚性护坡、护底出现了程度不一的拉裂破坏，尤以进出口一定范围内表现突出。经分析得知，出现这种情况，除了与堆填体沉降变形有关外，进出口水流流态较为紊乱也加剧了这种变形破坏的发展。通过现场资料的收集并经过多方案比选，最终提出了将混凝土刚性支护调整为柔性分离式支护的方案。

3 柔性分离式支护方案

图2 肖家桥堰塞湖泄流槽刚性支护方案剖面图

柔性分离式支护理念的提出，主要是基于堰塞湖形成过程中的自身特点与常规的工程填筑坝体或在稳定原状基础上开挖的泄流渠道有着本质的差异，天然形成的堰塞体及两岸边坡存在一个较长期的自稳沉降过程，且高岸坡施工条件困难，结合这一具体情况，制定了“疏挖降库、河道恢复;泄槽过流、前扩后护;柔性支挡、兼防并固”的治理原则，对原设计的混凝土护坡、护底方案进行了调整。具体方案如下:

(1)堰塞体泄流槽在尽量下挖的前提下(有条件时最好降至原河床)，前部适当扩宽，最前缘宽度为泄槽宽度的1.5倍左右。出口底板与下游河道自然衔接，纵坡不陡于1∶10，避免出现急弯、陡坎等。

(2)泄流槽进口以下、出口以上各80 m 范围两侧护坡均采用绿格网块石型式，在形成的稳定边坡上，设置5层绿格网，一个网格单元尺寸为1 m×1 m×2 m(宽×高×长)，总支护高度5 m，嵌入槽底以下1 m，格网结构顶高程高于通过10年一遇洪水水位1 m。其断面结构见图3。

图3 肖家桥堰塞湖泄流槽绿格网柔性支护方案剖面图

(3)为保证网格间具有良好的柔性分离适应变形的效果，在每个网格之间均采用高强钢丝相连，钢丝长20 cm，间距30～40 cm，梅花形分布。绿格网本身也采用同样的高强钢丝，单根网丝拉断时的应力可达3500～4000 kg;箱笼网箱结构抗压强度达300～400 t/m2，抗拉强度达495 N/m2以上。

4 应用效果及结语

肖家桥堰塞湖治理通过应用绿格网大卵石柔性分离式护坡技术，不仅满足了边坡抗冲的要求，充分提高了其对后期变形的适应能力，同时也体现出绿色生态的美观效果，最大程度地实现了治理后的环境生态效益。由于该方案将原混凝土护坡调整为就地取材的生态柔性分离式护坡，不仅大大减少了水泥、沙石骨料等外来物质，降低了对环境的负面影响，而且还有效加快了施工进度，节省工程投资230万元。

堰塞湖往往是在自然灾害中突发性地形成，在其治理过程中，应充分考虑该类型地质灾害产生的自身特点，因地制宜、因势利导，结合相关基础设施的建设需要，统筹兼顾，做到工程干预与生态修复的协调共处。肖家桥堰塞湖综合治理工程起到了很好的指导、示范作用。在茶坪河其余20多座堰塞湖的综合治理中，大量推广并采用了该工程的成功经验，这批堰塞湖工程投资总额达1.2亿元，相对初设批复投资节省约3400万元。

这批堰塞湖治理工程竣工后，经受住了2009年“9.24”洪水和2010年“8.17”大洪水的考验，目前运行良好。肖家桥堰塞湖的治理设计获得了2011年度四川省工程勘察设计“四优”二等奖。