專利名稱：一種消能式排導(dǎo)攔擋結(jié)合的泥石流攔砂壩的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種泥石流防治技術(shù)，特別是涉及一種基于支墩攔粗排細(xì)、臥式格欄消能排導(dǎo)的消能式排導(dǎo)攔擋結(jié)合的泥石流攔砂壩。
背景技術(shù)：
泥石流具有比水流高得多的容重，其包含碎屑土的流體二元結(jié)構(gòu)具有特殊性，表現(xiàn)出慣性高、輸移力強(qiáng)、沖擊力巨大等特點(diǎn)。泥石流運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的強(qiáng)烈沖刷，導(dǎo)致溝床發(fā)生劇烈改變，引起溝床揭底和溝岸崩塌，增加了補(bǔ)給泥石流的固體物質(zhì)來(lái)源，增大了泥石流的危害，對(duì)兩岸危險(xiǎn)區(qū)內(nèi)的城鎮(zhèn)、村莊、道路、水渠、電力、通訊線路等基礎(chǔ)設(shè)施，以及農(nóng)田、森林等造成嚴(yán)重危害。因此，開(kāi)發(fā)有效攔擋泥石流、減小泥石流沖擊力的攔砂壩，對(duì)于減小泥石流的破壞力，提高下游防護(hù)對(duì)象的安全性，具有重大的社會(huì)經(jīng)濟(jì)意義和生態(tài)環(huán)境意義。泥石流攔砂壩是泥石流工程防治中的重要工程，根據(jù)不同地區(qū)泥石流流通區(qū)的地形地貌條件并結(jié)合泥石流自身的特點(diǎn)，可選用包括傳統(tǒng)的窗口式重力壩、拱壩、梳齒壩、格柵壩、剛性格子壩、鋼索網(wǎng)格壩等各種經(jīng)濟(jì)適用的攔砂壩。但是這些現(xiàn)有的攔砂壩均是采用充分?jǐn)r擋模式，主要依靠大壩自身庫(kù)容對(duì)泥石流產(chǎn)生攔擋作用。由于許多地區(qū)泥石流松散物質(zhì)極為豐富，地震災(zāi)區(qū)重災(zāi)區(qū)尤其如此，泥石流發(fā)生規(guī)模和頻率變化難以準(zhǔn)確預(yù)測(cè)，而攔擋型大壩的庫(kù)容往往有限，一次大型泥石流就可能導(dǎo)致其很快被淤滿，從而喪失對(duì)后續(xù)泥石流的攔擋作用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，避免現(xiàn)有攔擋型泥石流攔砂壩易于被淤滿的缺陷，提供一種消能式排導(dǎo)攔擋結(jié)合的泥石流攔砂壩，既能對(duì)泥石流進(jìn)行攔擋又能對(duì)泥石流進(jìn)行排導(dǎo)、消能綜合調(diào)控，防止泥石流攔砂壩滿庫(kù)運(yùn)行的潰壩風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)有效控制泥石流對(duì)下游的沖刷破壞作用。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是:本發(fā)明提出的一種消能式排導(dǎo)攔擋結(jié)合的泥石流攔砂壩，包括壩體基礎(chǔ)及設(shè)于壩體基礎(chǔ)之上的壩體主體。所述壩體主體包括若干按一定間距分布的支墩，每?jī)蓚€(gè)支墩間設(shè)有臥式格欄；支墩較臥式格欄向上游延伸，臥式格欄地面上高度H為0.5-1.0m,臥式格欄內(nèi)部中空形成排水孔，排水孔中設(shè)有支撐用的橫向梁和縱向梁。為了使臥式格欄不受到巨石的沖擊，支墩較臥式格欄向上游方向延伸一定的距離，支墩較臥式格欄向上游延伸的距離L為0.3-0.5m。排水孔的大小視泥石流中含水量而定。臥式格欄的上游面和下游面設(shè)有坡度，其坡降l:n為1:1 ;支墩的上游面和下游面也設(shè)有坡度，其坡降1: t為1: 0.25-1:0.2 ;一方面防止巨石掏刷臥式格欄或支墩底角，另一方面使臥式格欄斜坡和支墩斜坡一起承擔(dān)一定的泥石流負(fù)重，加強(qiáng)臥式格欄和支墩的穩(wěn)定性。本發(fā)明的泥石流攔砂壩是一種基于泥石流攔粗排細(xì)、水土分離原理的臥式格欄支墩攔砂壩，具有攔擋巨石和消能式排導(dǎo)泥石流的功能。通過(guò)具有一定間距的支墩攔擋巨石，并由支墩斜坡承擔(dān)一部分巨石壓重，一方面防止巨石掏刷支墩底角，另一方面加強(qiáng)支墩的穩(wěn)定性。通過(guò)臥式格欄提高泥石流過(guò)流斷面的糙率，消減過(guò)壩泥石流的動(dòng)能，同時(shí)利用臥式格欄低矮(臥式格欄地面上高度H僅為0.5-1.0m)的特性利于泥石流翻壩，實(shí)現(xiàn)消能式排導(dǎo)。通過(guò)臥式格欄的間隙將過(guò)壩泥石流水土分離，然后利用排水孔排泄水流，破壞泥石流的結(jié)構(gòu)性，使得部分泥石流停淤在臥式格欄上，另一部分翻壩后因速度降低而緩慢鋪至下游溝道上；排水孔的設(shè)計(jì)一方面破壞泥石流的結(jié)構(gòu)性，防止結(jié)構(gòu)性淤堵，另一方面透水消能，防止攔砂壩支墩間隙壩基底部的沖刷。根據(jù)不同溝道中的泥石流松散物源量，以及物源中的大顆粒尺寸，支墩間間距B為1.2-3.0m ;由于間距較大，過(guò)壩泥石流不易淤堵支墩開(kāi)口斷面，比泄流窗口容易淤堵的窗口式重力壩的攔粗排細(xì)的長(zhǎng)期使用效果更為顯著。根據(jù)加糙程度的需求不同，臥式格欄的欄間距BO為0.03-0.05m。在實(shí)際工程中可通過(guò)下游河道過(guò)流能力，初步確定泥石流的過(guò)壩物源量和過(guò)壩流速，由支墩間間距B及臥式格欄的欄間距BO來(lái)分別調(diào)節(jié)泥石流的過(guò)壩流量和過(guò)壩糙率。本發(fā)明的泥石流攔砂壩中的臥式格欄與支墩是分離式組合結(jié)構(gòu)，并非直接連接，臥式格欄與支墩之間容許產(chǎn)生變形，不影響壩體的整體穩(wěn)定性，因此本發(fā)明的攔砂壩可適用于較寬闊的溝道。過(guò)壩泥石流先由支墩攔擋巨石，可通過(guò)支墩間距的泥石流顆粒才可以經(jīng)過(guò)下排水式的臥式格欄，停淤在臥式格欄上，若第二場(chǎng)泥石流過(guò)壩時(shí)，之前在臥式格欄上的底床可以起到減阻停淤作用，若過(guò)壩流量超過(guò)負(fù)荷，過(guò)壩的較細(xì)顆粒泥石流將漸次輸導(dǎo)到下游溝床。對(duì)于粘性較低(如含砂水流及稀性泥石流)、溝床比降較大(大于10%)的泥石流，通過(guò)支墩攔擋巨石，能夠消去泥石流中的大部分能量，使之具有較高的消能率；對(duì)于粘性較高(如粘性泥石流)、溝床比降較小(小于等于10%)的泥石流，通過(guò)臥式格欄底部排水孔排水，使得泥石流淤積停滯，在消能的同時(shí)泄流，減小粘性泥石流的過(guò)流速度，從而防止粘性泥石流的結(jié)構(gòu)性淤堵情況，有效地解決粘性泥石流的快速淤壩而使攔砂壩失效的問(wèn)題。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是:利用支墩支撐壩體和攔擋粗粒；利用排水孔排導(dǎo)過(guò)壩泥石流的水分，破壞泥石流結(jié)構(gòu)性，防止結(jié)構(gòu)性淤堵；利用臥式格欄進(jìn)行消能式排導(dǎo)，增大壩體過(guò)流能力，使得整個(gè)攔砂壩不易淤堵，增大一次過(guò)流泥石流后再次抵御泥石流的能力，同時(shí)不至于危及下游安全。


圖1是本發(fā)明的壩體主體立體圖。圖2是本發(fā)明的壩體主體俯視圖。圖3是本發(fā)明的壩體主體主視圖。圖4是本發(fā)明的壩體主體橫截面示意圖。圖5是本發(fā)明的壩體主體側(cè)視圖。圖6是過(guò)流工況側(cè)視圖。圖7是過(guò)流工況橫截面示意圖。圖中標(biāo)號(hào)如下:
I支墩2臥式格欄3排水孔4橫向梁5縱向梁B支墩間間距BO欄間距Bd支墩厚度LO支墩頂邊長(zhǎng)H臥式格欄地面上高度L支墩較臥式格欄向上游延伸的距離l:n格欄坡降l:t支墩坡降
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例作進(jìn)一步的描述。實(shí)施例一如圖1、圖2、圖3、圖4、圖5、圖6、圖7所示。某泥石流溝流域面積0.5km2，溝道寬20m,泥石流溝床比降為20%，在P2st的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)下，泥石流流量為20m3/s。為了控制泥石流災(zāi)害，規(guī)劃在該泥石流溝道修建消能式排導(dǎo)攔擋結(jié)合的泥石流攔砂壩。所述攔砂壩包括壩體基礎(chǔ)及設(shè)于壩體基礎(chǔ)之上的壩體主體；所述壩體主體包括12根按一定間距分布的鋼筋混凝土支墩1，每?jī)蓚€(gè)支墩I間設(shè)有臥式格欄2。由于溝床比降較大，泥石流下泄勢(shì)能較大，泥石流搬運(yùn)巨石能力強(qiáng)且流速大，為了增加對(duì)巨石的攔擋作用，在修建攔砂壩時(shí)，支墩I間間距B為1.2m ;支墩I高9m，支墩I厚度Bd為0.4m,支墩I頂邊長(zhǎng)LO為1.5m ;支墩I的上游面和下游面設(shè)有坡度，支墩I坡降l:t為1:0.25。由于溝床比降較大，泥石流中較細(xì)顆粒部分動(dòng)能較大，需要將其能量消耗于臥式格欄2內(nèi)，通過(guò)加密格欄增加臥式格欄2的表面積，加大泥石流過(guò)流底面的糙率，因此臥式格欄2的欄間距BO為0.03m ;臥式格欄2地面上高度H為1.0m。由于溝床比降較大,泥石流運(yùn)動(dòng)動(dòng)能較大,對(duì)攔擋結(jié)構(gòu)物的沖擊力也較大，為了防止臥式格欄2受到巨石的沖擊，支墩I較臥式格欄2向上游延伸，且支墩I較臥式格欄2向上游延伸的距離L為0.5m。臥式格欄2內(nèi)部中空形成排水孔3，排水孔3中設(shè)有支撐用的橫向梁4和縱向梁5。由于流域面積相對(duì)較小，泥石流流量及流體中的含水量較少，因此排水孔3高度設(shè)計(jì)為0.Sm。臥式格欄2的上游面和下游面設(shè)有坡度，格欄坡降1: η為1:1。實(shí)施例二如圖1、圖2、圖3、圖4、圖5、圖6、圖7所示。某泥石流溝流域面積3.5km2，溝道寬50m，泥石流溝床比降為6%，在P2st的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)下，泥石流流量為60m3/s。為了控制泥石流災(zāi)害，規(guī)劃在該泥石流溝道修建消能式排導(dǎo)攔擋結(jié)合的泥石流攔砂壩。所述攔砂壩包括壩體基礎(chǔ)及設(shè)于壩體基礎(chǔ)之上的壩體主體；所述壩體主體包括14根按一定間距分布的鋼筋混凝土支墩1，每?jī)蓚€(gè)支墩I間設(shè)有臥式格欄2。由于溝床比降較小，流域?qū)掗煟嗍飨滦箘?shì)能較小，泥石流流速較小，泥石流搬運(yùn)巨石能力較弱，因此支墩I間間距B設(shè)計(jì)為3.0m ;支墩I高6m，支墩I厚度Bd為0.4m,支墩I頂邊長(zhǎng)LO為1.5m ;支墩I的上游面和下游面設(shè)有坡度，支墩I坡降l:t為1:0.2。由于溝床比降較小，泥石流較細(xì)顆粒部分動(dòng)能較小，一方面需要將其部分能量消耗于臥式格欄2內(nèi)，另一方面需通過(guò)增加泥石流過(guò)流底面的糙率來(lái)增加泥石流過(guò)壩的排導(dǎo)能力，因此臥式格欄2的欄間距BO為
0.05m ;臥式格欄2地面上高度H為0.5m。由于溝床比降較小，泥石流運(yùn)動(dòng)動(dòng)能較小，對(duì)攔擋結(jié)構(gòu)物的沖擊力也較小，為了防止臥式格欄2受到巨石的沖擊，支墩I較臥式格欄2向上游延伸，且支墩I較臥式格欄2向上游延伸的距離L為0.3m。臥式格欄2內(nèi)部中空形成排水孔3，排水孔3中設(shè)有支撐用的橫向梁4和縱向梁5。由于流域面積相對(duì)較大，泥石流流量及流體中的含水量較多，因此排水孔3高度設(shè)計(jì)為1.5m。臥式格欄2的上游面和下游面設(shè)有坡度，格欄坡降l:n為1:1。
權(quán)利要求
1.一種消能式排導(dǎo)攔擋結(jié)合的泥石流攔砂壩，包括壩體基礎(chǔ)及設(shè)于壩體基礎(chǔ)之上的壩體主體，其特征在于:所述壩體主體包括若干按一定間距分布的支墩(1)，每?jī)蓚€(gè)支墩(I)間設(shè)有臥式格欄(2);支墩(I)較臥式格欄(2)向上游延伸，臥式格欄(2)地面上高度H為0.5-1.0m，臥式格欄(2)內(nèi)部中空形成排水孔(3)，排水孔(3)中設(shè)有支撐用的橫向梁(4)和縱向梁(5)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的消能式排導(dǎo)攔擋結(jié)合的泥石流攔砂壩，其特征在于:臥式格欄(2)的上游面和下游面設(shè)有坡度。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的消能式排導(dǎo)攔擋結(jié)合的泥石流攔砂壩，其特征在于:臥式格欄(2)上游面和下游面的格欄坡降l:n為1:1。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的消能式排導(dǎo)攔擋結(jié)合的泥石流攔砂壩，其特征在于:支墩(I)的上游面和下游面設(shè)有坡度。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的消能式排導(dǎo)攔擋結(jié)合的泥石流攔砂壩，其特征在于:支墩(I)上游面和下游面的支墩(I)坡降1: t為1: 0.25-1:0.2。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-5任一所述的消能式排導(dǎo)攔擋結(jié)合的泥石流攔砂壩，其特征在于:支墩(I)間間距B為1.2-3.0m。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-5任一所述的消能式排導(dǎo)攔擋結(jié)合的泥石流攔砂壩，其特征在于:臥式格欄(2)的欄間距BO為0.03-0.05m。
8.根據(jù)權(quán)利要求1-5任一所述的消能式排導(dǎo)攔擋結(jié)合的泥石流攔砂壩，其特征在于:支墩(I)較臥式格欄(2)向上游延伸的距離L為0.3-0.5m。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種消能式排導(dǎo)攔擋結(jié)合的泥石流攔砂壩。所述攔砂壩包括壩體基礎(chǔ)及設(shè)于壩體基礎(chǔ)之上的壩體主體；所述壩體主體包括若干按一定間距分布的支墩，每?jī)蓚€(gè)支墩間設(shè)有臥式格欄，支墩較臥式格欄向上游延伸，臥式格欄地面上高度H為0.5-1.0m，臥式格欄內(nèi)部中空形成排水孔，排水孔中設(shè)有支撐用的橫向梁和縱向梁。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明利用支墩支撐壩體和攔擋粗粒；利用排水孔排導(dǎo)過(guò)壩泥石流的水分，破壞泥石流結(jié)構(gòu)性，防止結(jié)構(gòu)性淤堵；利用臥式格欄進(jìn)行消能式排導(dǎo)，增大壩體過(guò)流能力，使得整個(gè)攔砂壩不易淤堵，增大一次過(guò)流泥石流后再次抵御泥石流的能力，同時(shí)不至于危及下游安全。
文檔編號(hào)E02B8/06GK103088791SQ20131006183
公開(kāi)日2013年5月8日 申請(qǐng)日期2013年2月27日 優(yōu)先權(quán)日2013年2月27日
發(fā)明者鄒玉華, 陳曉清 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院 水利部成都山地災(zāi)害與環(huán)境研究所