叶城县泥石流防治工程拦砂坝设计分析

2020-08-11郝建群谭亮

工程建设与设计 2020年14期

郝建群，谭亮

（辽宁省第一水文地质工程地质大队有限责任公司，辽宁锦州121000）

1 工程概况

该防治工程位于新疆叶城县境内，本次防治工程范围为柯克亚乡阿曼夏村西北侧泥石流沟（N1～N7泥石流沟）及泥石流影响范围。在N4、N5号沟口正对面修建拦砂坝，拦蓄山洪或泥石流中的泥沙（包括块石），将N4、N5沟洪水导流至N3沟，同时减轻对下游村庄的危害，设计总长107m。

2 防治工程等级划分及设计指标

根据设计方案，本工程确定为防治工程等级二级，防治工程为一般永久性工程，按工程使用期50年设计。

设计指标包括：（1）N4、N5泥石流沟50年一遇合计暴雨洪峰流量Q=28.32m3/s，其中N4泥石流沟为13.20m3/s，N5泥石流沟为15.12m3/s；（2）泥石流流速选用两沟较大值为Vc=4.15m/s；（3）泥沙冲击压力选用两沟较大值为34.79kPa，泥沙冲起高度选用两沟较大值为H=1.41m；（4）天然土质沟床糙率n=0.03，混凝土衬砌糙率n=0.013，浆砌石衬砌糙率n=0.023；（5）地区季节性冻土深度1.8m。

3 拦挡坝结构设计

3.1 拦挡坝设计过水断面

过水断面采用梯形断面，设计底宽6.0m，过水断面深1.5m、坡比1∶1。

3.1.1 水力验算

1）计算公式。根据设计方案，N4和N5泥石流沟内的洪水沿拦挡坝排导至下游排导槽内。故对拦挡坝段按明渠水力条件进行验算，计算公式为[1]：

式中，Q为过流量，m3/s；A为过流量，m3/s；C为谢才系数；R为水力半径，m；X为湿周，m；n为糙率；m为内边坡系数；i为渠底坡降；b为梯形底宽，m；A1为过流断面面积，m2。

2）参数选取。排导槽底宽6m，过水深1.5m，墙前边坡系数1∶0，墙背边坡系数1∶0.2底部糙率为0.03，设计纵坡2.14%。

3）计算结果。将以上参数代入式（1）～式（4），经计算，导流护坡设计断面最小过流量为42.738m3/s，满足50年一遇暴雨洪水峰值流量，N4泥石流沟与N5泥石流沟汇流流量总和为28.32m3/s。

3.1.2 校核排导槽中水流流速

校核排导槽中水流流速是否满足不冲流速（V不冲）与不淤流速（V不淤）。

1）计算方法

式中，V为导流护坡水流流速，m/s；Qc为50年一遇暴雨洪水峰值流量，m3/s。

2）参数选取

50年一遇暴雨洪水峰值流量（Qc）根据勘查报告取N4泥石流洪水流速4.15m/s，A1根据表1选取，V不冲为5m/s，V不淤为0.65m/s（参考王礼先著《水土保持工程学》关于山边沟渠工程；SL 18—2004《渠道防渗工程技术规范》关于防渗渠道允许不冲流速内容）。

3）计算结果

经过计算，坝前水流流速V=4.6m/s，满足不冲刷不淤积流速要求。

3.2 拦挡坝稳定性验算

3.2.1 基础埋深

由于基础埋置深度，主要考虑冲刷深度及冻土深度，冲刷深度具体计算如下。

1）计算公式

冲刷深度依据GB 50286—2013《堤防工程设计规范》中附录D进行计算，计算公式如下：

式中，hB为局部冲刷深度m；hp为冲刷处的水深m，以近似设计水位最大深度代替；Vcp为平均流速m/s；取Vcp=4.6m/s；V允为床面上允许不冲流速m/s，按GB 50286—2013《堤防工程设计规范》公式D.2.1-5；计算取0.96m/s；η为与防护岸坡在平面上的形状有关，一般取η=1/4。

2）计算结果

由式（5）计算，排导槽基础最大冲刷深度0.62m，埋深结合达木斯乡历年最大冻土深度1.5m，确定导流护坡基础埋深为1.8m[2]。

3.2.2 拦挡坝坝高确定

本次设计拦挡坝，坝高依据坝前库容与泥石流冲起高度综合确定，经计算，设计拦挡坝地面以上高3.5m。