东河泥石流对高速公路危险性评价及防治★

陈 沛 郭 辉 向 波 谢勇谋 何云勇

(四川省公路规划勘察设计研究院有限公司，四川 成都 610041)

较强突发性和较大的破坏性是泥石流这类地质灾害的主要特点，这对公路的建设方案选择产生巨大影响[1，2]。许多学者对泥石流的性质及影响因素展开研究，齐云龙等[3]研究了降雨过程对泥石流暴发的影响，以帕隆藏布中上游九绒沟的4次泥石流为例，分析了降雨和气温在泥石流起动中的作用机制。刘鑫等[4]对川藏公路邦达至林芝段泥石流进行现场调查，并结合遥感技术对灾害现场泥石流的分布规律、环境背景及激发因子展开研究，得出地形、构造运动、地层岩性等环境背景及降雨诱发因子对泥石流的规模及分布存在影响。针对实际公路工程沿线泥石流的危险性评价，魏学利等[5]采用遥感和野外调查，对中巴公路奥布段泥石流孕灾环境和控制要素进行分析，并结合GIS及信息量模型分析了公路沿线泥石流的危险性。吴斌等[6]采用地面调查和现场测试的方法，评估了八代村、栗山村和杨家凹大规模冲积扇的冲沟泥石流危险性和动力特征，并对该路段桥涵路基的安全性进行了评价。本文针对东河泥石流对某高速公路安全影响展开研究，通过激光扫描、卫星遥感、现场调查、室内试验分析计算等方法，研究该泥石流形成条件、活动特征、泥石流对高速公路桥墩整体冲击力、最大冲起高度、爬高及弯道超高等活动特征值，预测该泥石流的爆发频率，对该路段高速公路的危险性进行评价并给出相应的防治对策，为类似地区高速公路提供了参考依据。

1 东河泥石流形成条件

1.1 地形地貌及沟道条件

东河位于西昌市东部，属安宁河左岸二级支流。经调查，东河泥石流沟上游汇水面积大，下游集水面积小，泥石流形成区、流通区、堆积区界限分明。该泥石流主沟沿东西向展布，形成区各支沟南北向展布，整个流域为“扇形状”。东河主沟为“V”字型，流域内支沟呈“树丫”状结构分布，见图1。

东河流域面积约216 km2，其中汇水面积173.6 km2，占流域面积的80.4%，主沟长约39.51 km，沟床平均纵坡为3.15%。距离主沟沟口12.6 km处分布2条支沟，其中左侧东河支沟长约23.72 km，相应纵坡坡降为4.49%，包含6条2级支沟，分别是达伍河、火你洛莫、阿牛老作、洪洛拉达、嘎乌拉达、黑哈拉达。右侧为则木河支沟总长10.2 km，相应纵坡降为5.8%，分布图见图2。

该泥石流沟域内山高坡陡，平均坡度大于35°，崩塌、滑坡等不良地质发育。沟谷纵坡陡缓不均，主沟及各一级支沟纵坡相对较为平缓，平均约3%～6%，各二级支沟纵坡大于10.0%，使得支沟降雨汇集集中排至主沟，为泥石流形成提供了水源汇流、松散固体物质搬运等条件。

1.2 地层岩性

1.3 地质构造及地震

东河处于四川省Ⅰ级构造单元——扬子准地台的西南缘，自西向东跨及康滇地轴、四川台坳两个Ⅱ级构造单元。研究区线路主要经过的构造褶皱主要有日阿鸠背斜(Z12)、轿顶山向斜(Z13)、尔乌背斜(Z14)，断层主要有罗西断裂、四开交际河断裂、黑水河断裂、自治莫荞窝断裂、则木河断裂、安宁河东、西支断裂。按照中华人民共和国国家标准GB 18306—2015中国地震动参数区划图，东河泥石流沟地震峰值加速度为0.3g，基本烈度为8度。

1.4 气象水文

东河流域为亚热带西南季风气候，具有亚热带高原山地立体气候特征。年平均气温19.6 ℃，极端最低气温3.8 ℃，极端最高气温36.6 ℃。年日照时数2 445.4 h，太阳辐射能量充足，年平均蒸发量1 961.8 mm。东河流域海拔在1 500～2 000之间，其海拔每增高100 m，气温降低约0.55 ℃。

东河主沟河宽数米至20 m，水量较丰富，洪枯水位变化大，水位变幅约0.5 m～2 m，流量一般50 m3/s～100 m3/s，最大流量可达千余方每秒，水力坡度约为3.0%～6.0%，具有陡涨陡落的山溪性水流特征。

2 泥石流活动历史与性质

2.1 泥石流活动历史

东河泥石流沟谷流域面积较大易汇水，沟域内地形陡峻，各支沟沟谷纵坡大，为水源和泥沙的汇聚提供了有利的地形地貌条件。根据现场调查，东河于1997年暴发过暴雨沟谷型泥石流，泥石流将沟域内部分可参与泥石流的固体物源带走，上游沟道崩滑堆积物源、坡面侵蚀物源、沟道堆积物源均发育，为泥石流的暴发提供了物源条件。在遭遇可激发泥石流的暴雨条件下，上游物源不断汇入沟道内，顺沟而下，通过沟道揭底冲刷卷动沟道内的松散堆积物源，并将两侧沟岸松散固体物质带走，以滚雪球的方式向下游运动，再次将可参与泥石流活动的松散固体物质冲出沟口，从而引发此次泥石流灾害。

目前东河泥石流在自然状态下仍处于发育阶段，沟床有冲有淤，整体处在发育阶段的衰退期，由于沟域内不稳定和潜在不稳定物源量仍较丰富，现状条件下在强降雨时局部沟段暴发泥石流可能性大，但在一般降雨条件下，由于东河河床纵坡坡降较缓，形成的泥石流绝大部分将会在沟床中淤积，仅有少量物质冲出东河沟口。

2.2 泥石流性质

根据现场调查及室内试验分析，该泥石流物质组成为：粒径小于0.005 mm的粘粒占比0.4%～2.6%；粒径为0.005 mm～0.075 mm 的粉粒占比0.8%～9.8%；粒径为0.075 mm～2 mm的砂粒占比8.6%～23.8%；粒径为2 mm～20 mm的圆砾或角砾占比6.5%～16.8%；粒径为20 mm～200 mm的卵石或碎石占比38.5%～52.7%；粒径大于200 mm的漂石或块石占比18.0%～32.4%。由此可判定，该泥石流为过渡型偏粘性泥石流。

2.3 泥石流物源特征

经现场调查，东河泥石流主沟及支沟两岸基岩裸露，沟底多为泥石流坡洪、冲洪及局部滑坡堆积物，大部分堆积物处于稳定状态，属沟道和坡面侵蚀物源，具体为斜坡崩滑类物源和沟床揭底冲刷物源。若遭遇特大暴雨，堆积物欠稳定状态的部分松散物质仍然会被水流冲刷搬运，形成泥石流。经统计，东河主沟及支沟物源分布广泛、数量较大，再次发生泥石流的物源条件依然满足，但其动储量约占总储量20%～25%，泥石流暴发规模有限。

3 泥石流特征分析及暴发频率

3.1 泥石流特征值计算

通过对东河泥石流开展野外调查，获取了东河泥石流历史泥位、沟道断面等资料，其流体平均重度按《泥石流灾害防治工程勘查规范》及现场调查综合分析确定取1.80 t/m3。根据《四川省中小流域暴雨洪水计算手册》[7，8]计算暴雨频率、断面平均流速及设计洪峰流量，假定暴雨频率与泥石流频率一致，可用配方法计算泥石流流速、流量、一次冲出量、一次冲出固体物质总量等指标，以及泥石流对某高速公路桥墩冲击力、爬高、最大冲起高度、弯道超高等特征值，计算结果见表1～表3。

由表1～表3可知，东河泥石流主沟断面平均流速为2.48 m/s，各支沟中嘎乌拉达沟流速最小，其值2.33 m/s，洪洛拉达沟流速最大，其值为4.05 m/s。东河主沟20年、50年及100年一遇暴雨下洪峰流量分别为354.17 m3/s，428.27 m3/s，596.14 m3/s，一次冲出固体物质总量分别为51 949.92 m3，62 818.72 m3，87 441.48 m3。该泥石流主沟及各支沟对某高速公路桥墩冲击力范围为107.39 kN～193.36 kN，最大冲起高度0.44 m～1.34 m，爬高0.28 m～0.83 m，弯道超高为0.35 m～1.05 m。

表1 东河泥石流主沟及支沟平均流速

表2 东河泥石流暴雨洪峰流量及一次冲出量

表3 东河泥石流整体冲击力、最大冲起高度、爬高及弯道超高

3.2 泥石流暴发频率

依据东河泥石流活动历史、沟道物源分布及特征等综合调查分析，参考《中国泥石流》《泥石流防治指南》和《泥石流灾害防治工程勘查规范》对东河泥石流进行归类打分评级。东河泥石流主沟及各支沟易发程度评分为84～97，为轻度易发～易发等级。其中主沟、二级支沟阿牛老作、嘎乌拉达及黑哈拉达为轻度易发等级，1号东河支沟、2号则木组河支沟、二级支沟达伍河、火你洛莫及洪格拉达支沟为易发等级。鉴于一年多次或5年一次为高频，5年～20年一次为中频，20年～50年一次为低频。东河主沟及各支沟泥石流易发等级及暴发频率见表4。

表4 东河泥石流沟易发等级及暴发频率统计表

4 泥石流对高速公路的影响及防治措施

4.1 泥石流发展趋势预测

东河流域主沟及各支沟近现代泥石流活动活跃度表现不一，其中主沟及1号东河支沟活跃度较低，主要表现为洪水暴发，时间约20年～50年1次；2号则木河支沟及各二级支沟活跃度较高，泥石流暴发频率约1年～20年1次，尤其达伍河、火你洛莫及洪格拉达频率可达1年～5年1次。因此，从东河流域泥石流的活动历史来看，主沟及1号东河支沟，泥石流活跃度较低，暴发泥石流概率较低；2号则木河支沟及各二级支沟活跃度较高，暴发泥石流概率相对较高。东河主沟及各支沟按泥石流活动强度判别表进行评价，其结果见表5。

表5 东河泥石流主沟及各支沟活动强度

4.2 泥石流对高速公路的危险性评价

东河泥石流主沟及各支沟暴发频率不一，其中主沟及1号东河支沟为低频泥石流，2号则木组河支沟、二级支沟阿牛老作沟、嘎乌拉达及黑哈拉达为中频泥石流，二级支沟达伍河、火你洛莫及洪格拉达为高频泥石流；其中低频泥石流潜在危险性一般，中～高频泥石流潜在危险性较大～大。根据各个冲沟对桥梁工点影响大小，进行针对性防护，确保具有一定的安全储备。

4.3 防治措施

1)根据泥石流沟分布特征及拟建线位关系可知，拟建高速公路主要以桥梁形式跨越东河上游各支沟，在主沟段主要沿沟两岸布设，建议对沿主沟布设路线，采取适当针对性的支挡措施。

2)通过分析可知桥梁设计净高及净空具有一定的安全储备；但泥石流暴发时携带众多块石，冲击力较大，设计时应控制块石冲击力，以防泥石流大块石撞击破坏高速公路路基与桥梁墩台；同时建议桥墩避免设置在泥石流顶冲位置，不能阻挡泥石流排泄；靠近泥石流沟的路基建议设置防冲撞挡墙，防止泥石流侵蚀路基。

3)建议对高频、活动强度强、活跃度较高的二级支沟达伍河、火你洛莫及洪格拉达，在桥梁跨越沟谷上游适当位置设置拦挡坝，减少泥石流对桥梁墩柱的冲击。

4)建议对沟泥石流活动进行必要的监测预防，主要措施为雨量监测，通过雨量的大小判别泥石流暴发的可能性。

5 结论

1)通过对泥石流沟道特征，物源分布情况的综合调查分析，东河泥石流主沟及各支沟易发程度评分为84～97，为轻度易发～易发等级。2)主沟及1号东河支沟为低频泥石流，2号则木组河支沟、二级支沟阿牛老作沟、嘎乌拉达及黑哈拉达为中频泥石流，二级支沟达伍河、火你洛莫及洪格拉达为高频泥石流，低频泥石流潜在危险性一般，中～高频泥石流潜在危险性较大～大。3)东河主沟及1号东河支沟泥石流活跃度较低，暴发泥石流概率较低，2号则木河支沟、达伍河、火你洛莫及洪格拉达活跃度较高，暴发泥石流概率相对较高。4)通过调查研究，东河泥石流的历史泥痕高度及峰值流量有限，桥梁净空均满足在极端不利条件下全流域暴发泥石流的峰值流量过流要求，高速公路项目在东河流域内展布的总体方案可行。