摘要：文章介绍了永嘉县西溪乡茶一村低山区、高纵比降（＞400‰）地区泥石流治理设计、拦砂坝和护岸工程的施工工艺，以及施工中遇到问题的解决措施，最后为实现山区生态效益、经济效益和社会效益的有机结合而提出了根治山区泥（水）石流灾害的若干建议。
关键词：低山区；高纵比降；泥（水）石流；灾害治理；设计；施工；建议
0背景资料
茶一村位于温州市永嘉县西溪乡北西面深山区，西与丽水市的青田县隔山为界，北、西、南三面环山，只有东面一条乡村公路沿着溪沟与外界相连。茶一村是革命老区，目前全村人口为1700人，年人均收入仅850元，是永嘉县重点扶持的贫困村。村庄周边溪流及冲沟发育，平均纵比降达400‰以上，属于典型的沟谷型泥（水）石流沟，沟口村庄座落在古泥石流台地上，而1号、2号主溪沟又正好穿村而过（图1a），每年台风暴雨季节其沟源陡坡地带常激发滑坡、泥石流或高容重的水石流，对茶一村造成严重危害。1996年7月爆发的大规模泥石流，冲毁民房45间，水泥桥3座，冲毁和塌压耕地174亩，道路和防洪工程多被冲毁（图1b），造成直接经济损失高达200多万元。该区的泥石流灾害严重影响到居民和社会安宁，限制了经济发展和农村建设，灾害治理迫在眉睫。
1工程概况
1.1自然地貌及气象水文特征
治理区三面环山，最低海拔250m，平均纵比降大于400‰，呈低山高纵比降地貌。溪沟沟谷呈“V”字形，沟底宽多在2~5m之间。下游沟口平缓地带沿泥石流堆积和坡洪积层中发育，多呈“U”字形。茶一村民房大多于下游沿沟而建（见图1a），挤占沟道现象严重。沟谷表面形态漏斗状，极有利于降雨的汇集，暴雨时，溪流水位常常形成暴涨暴落的水文特征。溪沟中游沟谷附近大部分地段被当地百姓改造成农田和旱地，呈阶梯分布，地表裸露。
茶一村属北亚热带季风气候区，多年平均降雨量1702.2mm，年平均暴雨次数（日降雨量≥100mm）为8~14次，占全年降雨量的59~72%。暴雨主要集中在7、8、9三个月的台风季节。
1.2现场工程地质和水文地质
治理区内出露地层为燕山晚期第一阶段的侵入岩、上侏罗统西山头组流纹质玻屑晶屑凝灰岩、花岗岩岩脉及第四系地层（残坡积和泥石流堆积物）。区内地下水类型分为松散岩类孔隙水和基岩裂隙水，前者主要赋存于残坡积层中和泥石流松散堆积物中，后者主要赋存于岩石的构造裂隙和风化裂隙中，主要接受大气降水入渗补给。
2治理设计
2.1总体思路
结合该区实际，总体治理设计思路是：采用拦砂坝结构形式，共分四座坝，其中1号溪
沟由三座（Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ）坝拦挡，相当于二级防护，详见图2。
图2治理工程平面布置图
2.2设计要点
（1）主要结构物的功能及作用。
Ⅰ坝：在1号溪沟干流段设置，起到拦蓄Ⅲ坝库容不够溢出的泥石流作用。
Ⅱ坝：在1-1#支沟中游处设置，沟道两侧谷坡发生滑坡或坡面泥石流时，进行拦蓄，避免其启动Ⅱ坝下方沟道中物源。
Ⅲ坝：在1-2#支沟中游由陡变缓地段设置，上游存在一弯道，避开泥石流的直冲作用，充分发挥弯道的消能作用。
Ⅳ坝：在2号溪沟中游断面最窄处设置，上游存在一弯道，充分发挥弯道的消能和增加库容的作用。
护岸工程：在Ⅰ、Ⅳ坝下游地段修建浆砌块石护岸，有效增加安全储备。
（2）拦砂坝结构类型。采用浆砌块石的实体重力坝，坝体上设涵洞和泄水孔，其目的一是在汛期快速排除清水，以便减轻坝体瞬时压力；二是减小回淤体中地下水的饱和水程度，减轻坝体的持久压力。拦砂坝的基础应座落在中风化基岩之上，坝基如果坐落在松散层上，应在其底部垫30cmC25混凝土土。两侧坝肩做成台阶式，坝肩应进入强～中风化基岩不小于0.5m或其表层松散覆盖层（残坡积或泥石流堆积物）不小于2.0m。
（3）拦砂坝设计参数。在保证拦砂坝稳定性的前提下，尽量增加坝的高度，拦砂坝最大坝高为10m。为了避免从坝顶下落的石块撞击坝脚，拦砂坝背水坡取1:0.1。坝顶宽3m，迎水坡坡度取1:0.4。详见表1。
表1、拦砂坝防护工程设计参数一览表
（4）拦砂坝溢流口。根据泥石流流量和流速确定高度，尽量采取较宽的断面，以降低泥深和单宽流量，在根据泥石流中巨石直径的大小确定宽度，以巨石直径的1.5~2倍确定宽度。
（5）涵洞和泄水孔。坝底设涵洞，涵洞顶部用现浇钢筋混凝土板覆盖；泄水孔位正方形，长、宽为0.2m。涵洞过流量设计主要考虑：一是尽量使其过流量满足设计清水流量以减轻坝体的静水压力；二是涵洞过流量不得大于下游村庄中沟道最窄处过流量，避免泥石流发生时其能通过涵洞而在下游村庄沟道中堆积造成危害。
2.3拦砂坝稳定性分析
2.3.1拦砂坝的受力状态。作用在坝体的力有以下几种：
（1）G1为坝体自重，G1=v×γ1。式中：v-坝体的体积；γ1-坝体比重，取值2.6t/m3。
（2）G2为堆积物重力，计算公式同上，其中泥石流堆积物比重＜γ2，取值2.1t/m3。
（3）P1为泥砂压力；
（4）P2为泥石流体的冲压力，其公式同前，其中建筑物与泥石流冲压力方向的夹角，拦砂坝可视为矩形建筑物，建筑物的圆度系数取1.33。
设计中未考虑静水压力和地基场压力，这是因为坝体中设有涵洞及泄水洞，泥石流体中的水分能够迅速排出。
2.3.2稳定性分析。稳定性分析，理论上按以下三种情况设想：
1）泥砂全部淤满后的工作状态，这时泥石流从坝顶通过，无冲压力，只有自重、土压力、淤积物重力。
2）泥砂淤积到距坝顶只差冲击力作用高度后，发生50年一遇的泥石流顶部受冲击力作用，这时作用于坝体上的力有自重、淤积物重力、土压力和冲击力。
3）空库状态发生50年一遇的泥石流时，作用于坝体的力有自重、泥石流冲击力。
结合实际情况以第3种情况下进行稳定性分析。
（1）抗滑分析。拦砂坝抗滑稳定要求满足下式：K滑=（f?N）/P＞1.3。式中：N-作用于坝体垂直于地面的力的总和；P-水平力总和；f-摩擦系数，泥石流堆积物0.5。
（2）抗倾分析。K倾=M1/ M2＞1.6。式中：M1-稳定力矩总和；M2-倾覆力矩总和。
计算结果见表2，可知各坝体稳定性皆满足规范要求。
表2、坝体稳定性计算
3治理施工
3.1建筑材料要求、取材及运输
修建拦砂坝的坝身材料采用强度不低于MU30，块石大致方正；砂浆材料采用M15水泥浆，其中石料采取就近原则获取。Ⅰ坝和Ⅱ坝石料取用坝上的块石、巨石，不足部分从Ⅲ坝上游开采取得。Ⅲ坝附近沟底及两侧基岩出露，在上游沟道中进行开采取石。Ⅳ拦砂坝修建时直接取用沟中大量的块石、巨石。
受治理区的地形及交通条件限制，大型机械和运输车辆很难直接到达治理工程点，所需水泥、砂石材料只能到达村口，然后利用骡子和人工二次搬运到施工地点。石料从Ⅲ坝上游开采获取，并通过索道运输到Ⅰ坝和Ⅱ坝，运输距离超过300m。
3.2基础和坝肩开挖
按设计要求，坝基和两端坝肩均需嵌入中风化基岩中，嵌入深度均为50cm。施工方法：采用人工风镐凿除和挖机开挖。
3.3浆砌工程施工要点
（1）先施工上游拦砂坝，其次是下游拦砂坝。
（2）拦砂坝采取块石浆砌。采取M10水泥砂浆砌筑块石，砌筑时先铺设砂浆后砌筑，石块分层卧砌，上下错缝，内外搭砌。砌筑过程所有的石块坐落在新拌的砂浆上，砂浆饱满。
（3）泄水孔内采用C25混凝土抹面，涵洞左右两侧及底部用C25混凝土抹面，厚度30mm。
（4）溢流口及拦砂坝表面用C25混凝土勾缝，坝顶用C25混凝土压顶，厚度5cm,拐角修成弧形。
（5）涵洞四周为浆砌块石；盖板现场浇筑；配筋使用HRB335钢筋，混凝土采用C25，保护层厚度3cm。
（6）护岸采用块石浆砌。石材强度不小于MU30，采用M10水泥砂浆砌筑，砌筑时，砂浆饱满。表面用C25混凝土勾缝，护岸墙用C25混凝土克顶，厚度5cm，拐角修成圆弧形。墙面留设泄水孔，孔径φ75，间距2.0m，梅花形布置。
3.4施工中遇到的问题及解决措施
（1）Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ坝坝肩中风化基岩开挖作业难度很大，设计变更采取小锚杆锚固。锚杆采用Ф25螺纹钢筋，间距1m，梅花形布置，长4.5m，深入岩体2.5m，外端2m（即进入坝体），锚杆钻孔孔径ø42，普通快硬水泥药卷粘结。
（2）Ⅰ坝坝肩设计进入表层松散覆盖层（残坡积或泥石流堆积物）不小于2.0m，现场开挖后坝肩附近表层松散覆盖层存在坍塌现象，设计变更在土坝肩上游设置翼墙，防止水流对坝肩直接冲刷破坏。
4治理效果
工程建设后（见图3），可拦住坝上游的物源，避免让其进入下游沟道引发泥石流，保证下游及沟口村庄的安全，解除了人们的恐慌心理，也消除了当地的干部、群众的后顾之忧，使茶一村村民安居乐业，促进了生产和社会的稳定，取得了良好的社会、环境和经济效益。
图3茶一村低山高纵比降沟谷型泥石流治理后实景
5几点建议
作为山区，发生泥（水）石流灾害是不可避免的，事后人们往往采取一些拦挡措施，这也只是亡羊补牢，解一时之需。欲彻底消除或减轻泥（水）石流对人们的伤害和威胁，国内外大量实践表明，最好的办法是从源头上根治――综合治理，才是最好的措施，实现山区生态效益、经济效益、民生效益和社会效益的有机结合。
（1）采用土建工程与生物工程相结合的综合措施,将泥（水）石流灾害所造成的损失降低到最小程度。 （2）政府在农村建设规划中，尤其是村庄建设，要重视山洪泥石流的防灾减灾工作，要防止和躲避山洪，注意选址、预警、避险的非工程措施。对山区居民修建房屋等设施，要加强管理和审批，从源头上降低和减小山洪泥石流灾害的威胁和危害。
（3）加快危险区居民的搬迁工作。回避和搬迁措施是减少泥（水）石流危险区人员伤亡最经济和最有效的措施之一。泥（水）石流发生地多在山高坡陡、生态环境脆弱、人口稀少、自然条件较差的山区或低山区，对这些有居民居住的泥（水）石流易发点进行防治，工程难度大、投资大、收效小。如果当地政府能够结合扶贫工作，进行生态移民和搬迁工作，一定能达到事半功倍的效果。 （4）开展山洪泥石流灾害的隐患排查工作，收集山洪泥石流灾害资料，建立山洪泥石流灾害资料库、信息库。 （5）完善和加强山区泥（水）石流灾害危险的监测与预报。对威胁和危害居民点的滑坡,开展监测工作，当滑坡活动加剧时，及时通知当地居民撤离危险区，确保人身安全。 （6）对傍河、傍沟、傍山坡的居民要重点做好宣传教育工作，增加干部群众防灾意识，克服麻痹思想，防止由于麻痹思想造成山洪泥石流灾害的更大损失。
参考文献：
[1]《永嘉县西溪乡茶一村泥石流勘查暨治理工程设计》浙江省第十一地质大队（2008年）；
[2]《泥石流灾害防治工程勘查规范》(DZ/T0220-2006)；
[3]《地质灾害防治条例》（国务院第394号）。
作者简介：白洪雁（1978- ），男，浙江省平阳县人，高级工程师，2000年毕业于吉林大学勘察工程专业，主要从事地质灾害治理工程施工工作。
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。