用于泥石流灾害治理的拦挡结构

摘要

本发明公开了一种用于泥石流灾害治理的拦挡结构及其施工方法，属于水利水电工程建筑物设计建造技术领域。提供一种成本较低、施工周期相对较短，并可以重复利用的用于泥石流灾害治理的拦挡结构及其施工方法。所述的拦挡结构包括深埋基础系统和泥石流拦挡系统，所述的泥石流拦挡系统通过事先布置于地基内的深埋基础系统可拆卸的布置在需要进行泥石流灾害治理的冲沟内。所述的施工方法按施工锚孔、插入锚杆、灌浆、固定连接钢板组，最后安装泥石流拦挡系统的顺序完成所述拦挡结构的施工工作。

说明书

技术领域

本发明涉及一种拦挡结构，尤其是涉及一种用于泥石流灾害治理的拦挡结构，属于水利水电工程建筑物设计建造技术领域。本发明还涉及一种用于所述拦挡结构安装的施工方法。

背景技术

术语解释：

钢结构：主要由钢制材料如型钢、钢板等组成的一种结构型式；

泥石流：泥石流是山区常见的地质灾害，是由于降水如暴雨、冰川、积雪融化水在沟谷或山坡上产生的一种携带大量泥沙、石块和巨砾等固体物质的特殊洪流；

泥石流拦挡结构：用于拦挡泥石流的结构物或构筑物，如拦挡坝、格栅坝等。

泥石流作为山区最常见的地质灾害之一，其工程治理措施主要包括治水工程如蓄水工程、引排水工程、控制松散固体物源的治土工程如拦挡坝、格栅坝、挡土墙、护坡及潜坝工程等、排导工程如排导堤、顺水坝、导流堤、渡槽、明硐等以及停淤工程如停淤场和拦泥库等。

以上工程治理措施中的拦挡坝、格栅坝等经过多年的工程实践，其技术条件日趋成熟，为泥石流治理工程中采用较多的手段。就目前的工程应用来看，拦挡坝多采用实体重力式结构，常用的有浆砌石坝、混凝土坝及钢筋石笼坝等，混凝土或浆砌石重力坝是目前我国泥石流防治中最常用的坝型，钢筋石笼坝在泥石流临时防治工程应用较多。格栅坝种类较多，按其结构与构造可划分为两类：一类是在实体圬工重力坝上开过流切口或布置过流格栅而形成的坝体，如梳齿坝、梁式坝、耙式坝及筛子坝等；另一类是由钢管、型钢、锚索等杆件材料组成的坝体，如格子坝、网格坝及桩林等。以上的拦挡坝、格栅坝的坝体型式仍主要采用的是混凝土结构，其通常具有结构本身体积较大、耗材较多、施工周期较长等特点，且多存在基坑开挖、边坡开挖及大直径桩成孔等工程问题。

如前文所述，目前泥石流拦挡技术，多采用重力式的拦挡结构，主要存在以下四个方面的缺点及问题：①以重力式结构为主的泥石流拦挡结构一般具有圬工体积大、耗材多等缺点，可能导致泥石流治理费用偏高；②受地理、地形及交通等条件的限制，目前的泥石流拦挡技术往往施工难度大，可能导致泥石流治理工程施工周期过长，应用于临时或应急工程实用性不强；③现有泥石流防治手段施工多存在基坑、边坡开挖及大直径桩孔成孔等问题，施工开挖可能带来诸如基坑滑塌、边坡失稳及桩孔塌孔等次生灾害的风险；④现有泥石流防治手段，施工多采用现场浇筑，一般不可现场装配、焊接等，且多不可拆卸回收再利用，存在资源浪费问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种成本较低、施工周期相对较短，并可以重复利用的用于泥石流灾害治理的拦挡结构。本发明还提供了一种用于所述拦挡结构安装的施工方法。

为解决上述技术问题所采用的技术方案是：一种用于泥石流灾害治理的拦挡结构，所述的拦挡结构包括深埋基础系统和泥石流拦挡系统，所述的泥石流拦挡系统通过事先布置于地基内的深埋基础系统可拆卸的布置在需要进行泥石流灾害治理的冲沟内。

进一步的是，所述的深埋基础系统至少包括连接组件和深埋锚杆组件，所述的深埋锚杆组件向下插入地基内，所述的连接组件布置在深埋锚杆组件的上端，所述的泥石流拦挡系统通过所述的连接组件与深埋基础系统可拆卸的连接。

上述方案的优选方式是，所述的深埋基础系统还包括设置在相应地基内的锚孔，插入地基内的深埋锚杆组件通过相应锚孔中的砂浆固结在相应的锚孔中。

进一步的是，所述的连接组件包括多组连接钢板组，所述的深埋锚杆组件包括多组深埋锚杆件组，各组所述的连接钢板组分别对应的布置在各组所述的深埋锚杆件组的上端，泥石流拦挡系统的下端与各组所述的连接钢板组可拆卸的连接。

上述方案的优选方式是，每一组所述的深埋锚杆件组包括四根深埋锚杆，在每一组所述的连接钢板组上分别设置有四个连接孔，四根所述深埋锚杆的上端通过相应的固定螺母分别固套在各个所述的连接孔中。

进一步的是，每一组所述的连接钢板组均包括一件锚板和一件连接板，所述的连接板固设在所述的锚板上，所述的连接孔设置在所述的锚板上，泥石流拦挡系统的下端分别与各组连接钢板组的连接板可拆卸的连接。

上述方案的优选方式是，所述的泥石流拦挡系统包括一组或多组钢质泥石流拦挡件组，一组所述的钢质泥石流拦挡件组或可拆卸的连接为一个整体的各组钢质泥石流拦挡件组通过其下端可拆卸的与连接板固定连接。

进一步的是，所述的钢质泥石流拦挡件组在其竖向截面内的投影呈向下逐渐变大的直角梯形。

进一步的是，在直角梯形的钢质泥石流拦挡件组的上端和下端分别设置向上和向下延伸的竖直延长段。

一种用于所述拦挡结构安装的施工方法，所述的施工方法包括以下步骤：

A、初步选择泥石流拦挡结构布设位置，根据现场地形地质条件、泥石流发育特征以及防治的相关要求选择适当的拦挡结构布设位置；

B、获取泥石流设计参数，通过泥石流专题研究，至少应该获取拟设拦挡结构处的以下泥石流治理设计所需要的基本参数，所述的基本参数包括泥石流重度、流量、流速、一次性冲出固体物质的量、整体冲击力以及单块最大冲击力；

C、开展泥石流治理设计，包括拦挡结构平面位置、轴线布置、纵向长度、横向高度以及结构材料的具体尺寸、型号的设计；

D、进行基础放样：按泥石流治理设计图纸进行基础放样，确定拦挡轴线位置和锚杆基础锚孔位置；

E、钻孔，根据地质条件，在D步骤中放好的锚孔位置，采用钻机或潜孔钻进行钻孔，钻孔至设计高程后终孔；

F、放入锚杆，将顶部端头预先加工了螺纹的锚杆向下放入锚孔内至设计高程，采取临时稳固措施；

G、灌浆，向孔内从下至上灌入砂浆，灌满至设计顶高程，并按规定养护一定时间；

H、安装锚板，锚杆砂浆经过一定时间凝结硬化后，清平放置锚板的位置，在锚杆端头置放四个角预先开好孔的锚板，并采用螺母紧固；

I、安装连接钢板：锚板安装好后，每块锚板上安装一块连接钢板，连接钢板四周采用角焊缝进行焊接，使其与基础锚板连接；

J、安装钢质泥石流拦挡件组，连接钢板安装好后，在连接钢板上方安装钢质泥石流拦挡件组，并采用螺栓紧固；

K、拆除回收再利用，对于应用于泥石流临时或应急防护，泥石流拦挡结构发挥临时防护或应急防护作用后，可依次拆除上部构件，实现资源回收利用，并保护环境。

本发明的有益效果是：本申请通过设置一套包括深埋基础系统和泥石流拦挡系统的拦挡结构，并将所述的泥石流拦挡系统通过事先布置于地基内的深埋基础系统可拆卸的布置在需要进行泥石流灾害治理的冲沟内。这样，当因降水如暴雨、冰川、积雪融化水在沟谷或山坡上形成携带大量泥沙、石块和巨砾的泥石流，并下泄至拦挡结构时，便可以有效的将其阻挡在拦挡结构以内的山体之间，实现对泥石流灾害的治理。由于本申请的拦挡结构由事先布置于地基内的深埋基础系统，支撑具有拦挡功能的泥石流拦挡系统一定要实现，从改变了现有技术中采用的拦挡坝或格栅坝结构形式的泥石流拦挡结构，从而可以有效的降低建造成、缩短施工周期，同时由于泥石流拦挡系统是可拆卸的布置在深埋基础系统的，还可以实现重复利用的目的。

附图说明

图1为本发明用于泥石流灾害治理的拦挡结构的横断面结构示意图；

图2为图1的右视图；

图3为本发明涉及到的深埋基础系统的布置示意图；

图4为图3的C-C剖视图；

图5为图3的D-D剖视图；

图6为本发明涉及到的拦挡结构的平面布置示意图。

图中标记为：深埋基础系统1、泥石流拦挡系统2、地基3、连接组件4、深埋锚杆组件5、锚孔6、砂浆7、连接钢板组8、深埋锚杆件组9、深埋锚杆10、连接孔11、固定螺母12、锚板13、连接板14、钢质泥石流拦挡件组15、竖直延长段16。

具体实施方式

如图1～图6所示是本发明提供的一种成本较低、施工周期相对较短，并可以重复利用的用于泥石流灾害治理的拦挡结构，以及一种用于所述拦挡结构安装的施工方法。所述的拦挡结构包括深埋基础系统1和泥石流拦挡系统2，所述的泥石流拦挡系统2通过事先布置于地基3内的深埋基础系统1可拆卸的布置在需要进行泥石流灾害治理的冲沟内。本申请通过设置一套包括深埋基础系统和泥石流拦挡系统的拦挡结构，并将所述的泥石流拦挡系统通过事先布置于地基内的深埋基础系统可拆卸的布置在需要进行泥石流灾害治理的冲沟内。这样，当因降水如暴雨、冰川、积雪融化水在沟谷或山坡上形成携带大量泥沙、石块和巨砾的泥石流，并下泄至拦挡结构时，便可以有效的将其阻挡在拦挡结构以内的山体之间，实现对泥石流灾害的治理。由于本申请的拦挡结构由事先布置于地基内的深埋基础系统，支撑具有拦挡功能的泥石流拦挡系统一定要实现，从改变了现有技术中采用的拦挡坝或格栅坝结构形式的泥石流拦挡结构，从而可以有效的降低建造成、缩短施工周期，同时由于泥石流拦挡系统是可拆卸的布置在深埋基础系统的，还可以实现重复利用的目的。

上述实施方式，为了便于深埋基础系统的布置，本申请所述的深埋基础系统1至少包括连接组件4和深埋锚杆组件5，所述的深埋锚杆组件5向下插入地基3内，所述的连接组件4 布置在深埋锚杆组件5的上端，所述的泥石流拦挡系统2通过所述的连接组件4与深埋基础系统1可拆卸的连接。并相应，本申请所述的深埋基础系统1还包括设置在相应地基内的锚孔6，插入地基3内的深埋锚杆组件5通过相应锚孔6中的砂浆7固结在相应的锚孔6中。此时，所述的连接组件4可以包括多组连接钢板组8，所述的深埋锚杆组件5可以包括多组深埋锚杆件组9，各组所述的连接钢板组8分别对应的布置在各组所述的深埋锚杆件组9的上端，泥石流拦挡系统2的下端与各组所述的连接钢板组8可拆卸的连接。每一组所述的深埋锚杆件组9的优选形式为包括四根深埋锚杆10，在每一组所述的连接钢板组8上分别设置有四个连接孔11，四根所述深埋锚杆10的上端通过相应的固定螺母12分别固套在各个所述的连接孔11中。每一组所述的连接钢板组8的优选形式为均包括一件锚板13和一件连接板14，所述的连接板14固设在所述的锚板13上，所述的连接孔11设置在所述的锚板13上，泥石流拦挡系统2的下端分别与各组连接钢板组8的连接板14可拆卸的连接。

进一步的，为了最大限度的提高拦挡结构阻挡泥石流的效果，提高对泥石流灾害的治理能力，本申请所述的泥石流拦挡系统2包括一组或多组钢质泥石流拦挡件组15，一组所述的钢质泥石流拦挡件组15或可拆卸的连接为一个整体的各组钢质泥石流拦挡件组15通过其下端可拆卸的与连接板14固定连接。此时所述的钢质泥石流拦挡件组15优选为在其竖向截面内的投影呈向下逐渐变大的直角梯形的结构。同时，为了延伸拦挡能力，以及便于连接，在直角梯形的钢质泥石流拦挡件组15的上端和下端分别设置向上和向下延伸的竖直延长段16。

这样，本申请所述拦挡结构便可以按下述的步骤进行施工安装：

A、初步选择泥石流拦挡结构布设位置，根据现场地形地质条件、泥石流发育特征以及防治的相关要求选择适当的拦挡结构布设位置；

B、获取泥石流设计参数，通过泥石流专题研究，至少应该获取拟设拦挡结构处的以下泥石流治理设计所需要的基本参数，所述的基本参数包括泥石流重度、流量、流速、一次性冲出固体物质的量、整体冲击力以及单块最大冲击力；

C、开展泥石流治理设计，包括拦挡结构平面位置、轴线布置、纵向长度、横向高度以及结构材料的具体尺寸、型号的设计；

D、进行基础放样：按泥石流治理设计图纸进行基础放样，确定拦挡轴线位置和锚杆基础锚孔位置；

E、钻孔，根据地质条件，在D步骤中放好的锚孔位置，采用钻机或潜孔钻进行钻孔，钻孔至设计高程后终孔；

F、放入锚杆，将顶部端头预先加工了螺纹的锚杆向下放入锚孔内至设计高程，采取临时稳固措施；

G、灌浆，向孔内从下至上灌入砂浆，灌满至设计顶高程，并按规定养护一定时间；

H、安装锚板，锚杆砂浆经过一定时间凝结硬化后，清平放置锚板的位置，在锚杆端头置放四个角预先开好孔的锚板，并采用螺母紧固；

I、安装连接钢板：锚板安装好后，每块锚板上安装一块连接钢板，连接钢板四周采用角焊缝进行焊接，使其与基础锚板连接；

J、安装钢质泥石流拦挡件组，连接钢板安装好后，在连接钢板上方安装钢质泥石流拦挡件组，并采用螺栓紧固；

K、拆除回收再利用，对于应用于泥石流临时或应急防护，泥石流拦挡结构发挥临时防护或应急防护作用后，可依次拆除上部构件，实现资源回收利用，并保护环境。

需要说明的一点是，图中的空心箭头表示泥石流的流向。

综上所述，采用本申请提供的技术方案来治理泥石流灾害还具有以下优点，

本申请的一种基于钢结构的新型泥石流拦挡结构，由上部钢结构、中间连接结构及下部锚杆基础三部分组成。上部拦挡采用钢结构，主要由型钢、钢板、螺帽及螺栓等组成；下部基础采用锚杆基础，主要由锚杆、锚板及螺母等组成；上部结构与下部结构采用钢板连接(焊接或螺栓连接)。此种泥石流拦挡结构耗材少，治理费用较低；可现场装配、焊接、螺栓紧固，施工方便，施工周期短；不存在大开大挖，施工引发次生灾害的可能性小，相对安全；且可拆卸回收，实现资源再利用，保护环境。为山区泥石流永久治理，尤其为中小型泥石流的临时或应急治理提供了一种便捷、有效、安全、经济及环保的方法。

当然，本申请的锚杆与锚板是采用的螺母连接，相应的锚杆可采用加长锚杆上部端头长度，并90°弯折，锚杆与锚板采用焊接实现连接；在锚杆基础中，其中的锚杆也可采用锚筋束、钢管或型钢等代替。

实施例一

本申请旨在基于钢结构，提出一种新型泥石流拦挡结构，解决传统泥石流防治技术存在的体积大、费用高、施工难度大、施工周期长、存在大开大挖、不可现场装配及不可拆卸回收再利用等缺点及问题。本申请的一种基于钢结构的新型泥石流拦挡结构，由上部结构即上述的泥石流拦挡系统、连接结构即上述的连接组件以及下部结构即上述的深埋锚杆组件三部分组成如附图1～附图6。其中，上部结构的功能主要为拦挡泥石流，下部结构的功能为上部结构提供基础(承载力、抗冲、抗拔等)，中间连接结构的功能主要为连接上部结构与下部结构，使其成为完整的泥石流拦挡结构物。

1、上部结构：上部结构采用钢结构，主要由型钢、钢板、螺帽及螺栓等组成，主要包括下面

①钢板：沿拦挡结构轴线方向背泥石流侧布置，型号规格钢板-10×2500×5000，采用 Q235B钢材，每单元拦挡结构(5m，下同)用材1块，为上部结构背泥石流侧的主要部件。

②钢板：沿单元节点横断面上部竖向布置，型号规格钢板-10×280×495.8，采用Q235B 钢材，每单元拦挡结构用材4块，其功能主要连接部件①与部件③，加强拦挡结构上部横向联系；

③钢板：沿单元节点面泥石流侧布置，型号规格钢板-10×300×439，采用Q235B钢材，每单元拦挡结构用材4块，其为上部结构面泥石流侧的主要部件之一。

④工字钢：沿拦挡结构轴线方向靠上部布置，型号规格工字钢I28a-5000，采用Q235钢材，每单元拦挡结构用材1块，其为主要的横向连接及加强部件，背泥石流侧与部件①焊接，面泥石流侧上下分别与部件③与部件⑤焊接。

⑤钢板：沿单元节点面泥石流侧斜向布置，型号规格钢板-10×300×1396，采用Q235B 钢材，每单元拦挡结构用材4块，其为上部结构面泥石流侧主要迎冲面。

⑥钢板：沿单元节点横断面中部布置，型号规格钢板-10×145×293，采用Q235B钢材，每单元拦挡结构用材8块，其主要与部件

⑦钢板：沿单元节点横断面中下部竖向布置，型号规格钢板-10×630×1489.3，采用Q235B 钢材，每单元拦挡结构用材4块，其功能主要连接部件①与部件⑤，加强拦挡结构中下部横向刚度。

⑧工字钢：沿拦挡结构轴线方向靠下部布置，型号规格工字钢I63a-5000，采用Q235钢材，每单元拦挡结构用材1块，其为主要的横向连接及加强部件，背泥石流侧与部件①焊接，面泥石流侧上下分别与部件⑤与部件⑩焊接。

⑨钢板：沿单元节点横断面两侧布置，型号规格钢板-10×142×250，采用Q235B钢材，每单元拦挡结构，用材16块，其与部件

⑩钢板：沿单元节点迎泥石流侧竖向布置，型号规格钢板-10×300×412，采用Q235B 钢材，每单元拦挡结构用材4块，其为上部结构面泥石流侧的主要部件之一。

2、连接结构：中间连接结构采用钢结构，主要由钢板、螺帽及螺栓等组成，主要包括

其中

3、下部结构：下部基础采用锚杆基础，主要由锚杆、锚板及螺母等组成，主要包括

锚杆：采用HRB400钢筋，直径及长度根据设计需要确定，上部端头超出锚板以上部分预先加工成螺杆，每个单元节点设置8根，每单元拦挡结构用材32根。

螺母：设置于预先螺杆后的锚杆端头，每块锚板设置4个，每单元拦挡结构用材32个，起到紧固锚板与锚杆基础的作用。

锚孔：采用机械钻孔，一般为小孔径，具体根据设计需要确定孔径及孔深；

砂浆：砂浆强度根据设计需要具体确定，其作用粘结锚杆与周围岩土体，形成锚固体。

在具体实施上，结合本专利附图(见附图1～附图6)，本申请中的泥石流防护结构实施方案包括以下步骤：

A、初步选择泥石流拦挡结构布设位置：根据现场地形地质条件、泥石流发育特征及防治的相关要求等选择适当的拦挡结构布设位置，如布置于泥石流流通区(拦挡作用)或泥石流堆积区(停淤作用)；

B、获取泥石流设计参数：通过泥石流专题研究，获取拟设拦挡结构处泥石流重度、流量、流速、一次性冲出固体物质的量、整体冲击力及单块最大冲击力等泥石流治理设计所需要的基本参数；

C、开展泥石流治理设计：包括拦挡结构平面位置、轴线布置、纵向长度、高度及结构材料等具体尺寸、型号等；

D、进行基础放样：按泥石流治理设计图纸进行基础放样，确定拦挡轴线位置、锚杆基础锚孔位置等；

E、钻孔：根据地质条件，在D步骤中放好的锚孔位置，采用钻机或潜孔钻进行钻孔，钻孔至设计高程后终孔；

F、放入锚杆：向锚孔内下放锚杆(顶部端头预先进行螺杆加工)至设计高程，采取临时稳固措施；

G、灌浆：向孔内从下至上灌入砂浆，灌满至设计顶高程，并养护一定时间；

H、安装锚板：锚杆砂浆经过一定时间凝结硬化后，清平放置锚板的位置，在锚杆端头置放锚板(四个角预先开好孔)，并采用螺母紧固；

I、安装连接钢板：锚板安装好后，每块锚板上安装一块连接钢板，连接钢板四周采用角焊缝进行焊接，使其与基础锚板连接；

J、安装上部结构(部件

K、安装上部结构(部件

L、拆除回收再利用。对于应用于泥石流临时或应急防护，泥石流拦挡结构发挥临时防护或应急防护作用后，可依次拆除上部构件，实现资源回收利用，并保护环境。