桥梁在公路泥石流灾害治理中的应用

桥梁在公路泥石流灾害治理中的应用

宋平  ,李窈靓 ,袁荷娟 ,柳培珍 

云南省交通规划设计研究院有限公司 昆明 650299

摘要：云南地形、地质构造复杂，地壳运动剧，河谷地区山体高差大、坡度陡、地质活动频繁，是滑坡、泥石流的多发地带。泥石流具有流速大、来势猛、历时短、直进性强、破坏力大等特点，云南公路大多为山区公路，泥石流的发生将威胁公路的安全运营，泥石流灾害发生地区多具有地形纵坡降较大，有沟槽等特点，结合地形条件，采用桥梁进行跨越，既满足通行运营要求，泥石流物质又可以从桥下通过，从而达到治理目的。

关键词：泥石流；桥梁；跨越

某电站位于禄劝县普渡河下游峡谷河段，是普渡河流域梯级规划中的第五级电站。电站进场公路布置于普渡河左岸，路基宽度为7m,总长10km，公路边坡及路基经常因雨季泥石流而被破坏，马拉冲沟路段为其中一段，冲沟发生的泥石流属于沟谷型泥石流，其规模大、能量高，危害严重，而进场公路横穿冲沟，若不治理，将危及进场道路安全。

1 工程概况

禄劝地形复杂，地貌千姿百态。全县平均海拔1750.5米，地势东北高、西南低，自东北向西南呈阶梯状缓降。地势高低悬殊较大，海拔746～4247米，相对高差为3501米。禄劝位于云南高原北部，地处强烈的南北向切割的横断山脉中段及滇池断陷带上。地质构造复杂，位于著名的小江断裂带，地壳运动剧烈。河谷地区山体高差大、坡度陡、地质活动频繁，是滑坡、泥石流的多发地带。县境内地质以中生界和古生界地层为主，并分布有零星的新生界笔元古界地层。按地貌类型划分，全县可分为山原、山间盆地、河谷三大类型。

工区属低纬度亚热带高原湿润季风气候区。每年5月～10月为全年的雨季，湿热多雨。多年平均降雨量约986.00mm。区内主要河流有普渡河及其两岸冲沟。大多数冲沟大角度与普渡河交汇，构成羽状水系，河（沟）口多有冲、洪积物堆积。

工区内出露地层主要有二叠系和第四系，（1）二叠系下统栖霞组、茅口组并层（P1q+m）：灰、灰白色白云岩、灰岩、云朵状灰岩。中～厚层构造，强～中风化，呈碎石状、碎块状。（2）第四系全新统崩坡积（Q4col+dl）：块、碎石，松散～中密，主要成分为灰岩，多呈棱角状。主要发布于沟谷灰岩形成的陡涯脚。（3）第四系全新统残坡积（Q4el+dl）：含碎石粉质黏土：灰红、褐红色，稍湿，硬塑～可塑，成分主要为白云岩、灰岩。 广泛发布于斜坡地带。（4）第四系全新统冲洪积（Q4al+pl）：砂砾、卵石、黏土，颜色较杂，稍湿，稍密～密实。发布于冲沟及河谷中。（5）第四系全新统泥石流堆积（Q4sef）：卵石、漂石，灰色为主，成分为灰岩、砂岩等，稍湿，松散～稍密，充填物为砂、粉质黏土。

工区地下水类型主要是松散岩类孔隙水、碳酸盐岩岩溶裂隙水。松散岩类孔隙水赋存于第四系残坡积、泥石流堆积和冲洪积层中，主要接受大气降水、生活用水和农灌水的补给，水量极贫乏，具有就地补给，就近排泄的特点。受季节及降雨的影响，水量和水位变化较大。碳酸盐岩岩溶裂隙水，主要分布于二叠系下统栖霞组、茅口组并层（P1q+m）白云岩、灰岩地层的岩溶裂隙中，接受大气降水和地表水补给，向沟谷或低洼处排泄，流量较大，地下水动态受季节控制，含水层富水性强。

区内地震动峰值加速度为0.20g，地震动反映普特征周期为0.40s；该区抗震设防烈度为8度，设计基本地震加速度值为0.20g，设计地震分组为第一组。

2泥石流形成条件及成因

由于泥石流流域地层岩性较坚硬，风化不强烈，但岩溶较发育，受构造作用影响，岩体较破碎，不良地质作用强烈，松散固体物源量较大、面广，且地形纵坡降较大，沟槽较窄，泥石流其流体具有流速大、来势猛、历时短、直进性强、破坏力大等特点。属典型的黏性泥石流，处于旺盛期，暴发频繁。

泥石流堆积区位于进场道路左右两侧，堆积物长360m，宽100m，厚3～6m。2015年雨季暴发泥石流，在与道路交汇处堆积物高达6m，体积18万m3，泥石流固体物质主要为碎块石、砾石，整个堆积物无分选，大小混杂，磨圆度差，固体物质密度为2.65g/cm3，堆积物粒径多为0.01～0.5m之间，颗粒沿流程逐渐变细，中、上游最大粒径6m，堆积区最大粒径大于3m。

2.1 泥石流形成条件

1、地形条件：该泥石流灾害发育于普渡河左岸一冲沟，冲沟平面形态呈芭蕉叶状，中上游分叉渐宽，下游汇集狭窄。沟谷呈深切“V”字型峡谷，沟床平均纵坡达278.8‰，沟内卡口、叠坎多见；两岸地形挺拔陡峻，峭壁连片，地形坡度一般＞30°，降雨容易快速汇聚形成洪峰，这样的地形为泥石流的形成提供有利的形成、流通条件。

2、水动力条件：该泥石流沟属山区溪流，年内流量变幅甚大，旱季水流来自地下水的补给，水量小。雨季由于地形条件，短历时径流量大。属北亚热带高原季风气候区，枯雨季节分明，气候温和湿润。每年5月至10月为雨季，前期连续降雨时间长，土体长期处于饱和状态，加之单点暴雨较多，由于地形汇流条件好，这种降雨特征为泥石流的形成提供了较好的水动力条件。

3、松散固体源：该流域自2629～1185m间松散固体物集中，沟床内松散固体物较多，沟两岸坍塌严重，其中沟谷中下部左侧边坡发育一大型崩塌体，流域中下游水土流失严重，松散固体物丰富，可移固体物方量来源有：残坡积物、沟床松散堆积物和边坡崩塌体堆积物。根据估算，该流域松散固体物储量达612.2万m3，可移动方量为33.57万m3，为泥石流的形成提供大量松散固体物源。

2.2 泥石流成因、类型及发展趋势

据区域地灾调查资料，气象要素尤其是降雨，是诱发地质灾害活动的主要因素，区内90%的地灾集中发生在每年的5月～11月。

泥石流沟地形陡峻，松散固体物储量丰富，可移方量较大，只要有水动力条件就会暴发泥石流；今年上半年雨量偏少，下半年雨量较为集中，且单点雨量较大，且暴雨持续时间较长；今年上半年，云南发生较长时间的持续干旱，使该地区的山体干缩，加大了岩石之间、山体之间的缝隙，使原本已经十分松散的岩体、山体更加松散，单点暴雨极易引发泥石流灾害的发生；季地表植被覆盖极差，浅表层土体极为干燥和松散，而雨季期间降水集中，且连续降雨时间长，单点暴雨多，地表和沟岸土体饱和后易下滑堵塞河道，这种降雨特征与该沟一年暴发数次泥石流相吻合，加之上游沟水流量大后冲刷冲沟延岸滑坡坡脚，使其不断下滑，堵塞溃决后沿途下切侧蚀而成大规模的泥石流。

从水源条件看，该泥石流属暴雨型；从地形条件讲，属典型的山区沟谷型泥石流；从流体性质分，属黏性泥石流；按发育阶段划分，属发展期泥石流；综合分类为山区沟谷型旺盛期黏性泥石流。

根据固体物一次最大冲出量，属于特大型泥石流，处于发展期，若不加以治理，泥石流的危害范围更广，损失将越来越大。

3桥梁在泥石流灾害治理的应用

1-1平面图

3.1泥石流区桥梁设计原则[1]

1、桥位的选择

桥梁桥位的选择应在流通区或堆积区。设置于流通区桥的桥梁，应与泥石流沟正交，若由于地形条件限制，斜交角角度不得大于20度。

2、桥梁形式选择

应首先考虑大跨径的桥梁形式，桥梁整体性能好，尽量不要在泥石流沟内设计桥墩，减少薄弱部位支座的设计数量。

3、桥梁基础设计

桥梁桥墩的形式应选择减少泥石流的冲刷冲击作用的流线型桥墩，

4、桥梁基础设计

如果桥梁的桥墩设置在泥石流沟壑内，要考虑泥石流冲刷、淘蚀、搬运、淤积作用。流通区的泥石流流速高，流面窄，淘蚀破坏作用大，基础设计应考虑泥石流破坏基础土壤后承载力和稳定性是否满足要求；淤埋区泥石流堆积，应当考虑在一定使用时间内泥石流淤积高度来确定基础埋深，适当的提高冲刷线高度，降低成本。

5、桥梁跨径及垮孔设计

总体方针是宜导不宜挑、跨径宜大不宜小，跨孔宜少不宜多；桥梁应保持一定的净空高度，不宜压缩河道，易淤堵地区应保证过流断面、底部排导；桥下净空高度应宜高不宜低。

3.2桥梁设计

根据泥石流区桥梁设计原则，结合工区实际地形地质情况，桥梁设设置于泥石流下游沟谷处流通区域，沟谷呈深切“V”字型峡谷，最宽处约25米，沟底距路面约8米，沟床纵坡较大，沟谷下游为普渡河；桥梁形式采用(1×16)米现浇钢筋混凝土实心板梁桥，总长29米，桥面宽6.5米，实现桥梁直接跨越沟谷，沟内无桥墩，泥石流可以从桥下通过；两岸桥台采用重力式U型桥台，为减少泥石流对桥台的冲刷冲击，在桥台下方设置护脚挡土墙，长度分别为18m，桥下两护脚墙之间铺设片石混凝土，可以更好疏导泥石流，减少泥石流淤积堵塞于桥下。

1-2桥梁总布置图

4 结论

综上所述，对于影响公路安全运营的泥石流的治理，应根据实际情况，综合地形，地貌，地质，安全，经济等多方面因素，采用合适的方法进行处治，以达到事半功倍的效果。其中桥梁是一种较好的治理手段，以疏导为主，桥下可通过较大体量的泥石流，但对于桥梁的位置、形式，基础跨径的选择，应遵循相关防灾减灾设计原则，避免由于桥梁破坏导致的二次灾害的发生。

参考文献：

[1]谭沸良.泥石流区桥梁防灾减灾设计原则初步研究 .成都： 西南交通大学，2014