一種防治溝道泥石流起動(dòng)的結(jié)構(gòu)體及其設(shè)計(jì)方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種結(jié)構(gòu)體及設(shè)計(jì)方法。針對(duì)現(xiàn)有泥石流主動(dòng)治理技術(shù)方案存在需要在大量實(shí)地測(cè)量測(cè)繪基礎(chǔ)上方能實(shí)施的技術(shù)缺陷，本發(fā)明首先提供一種設(shè)置在泥石流溝道中用于防治泥石流起動(dòng)的結(jié)構(gòu)體。本結(jié)構(gòu)體由至少一個(gè)防治結(jié)構(gòu)單體構(gòu)成，防治結(jié)構(gòu)單體包括框架梁、鋼管樁、石籠；框架梁布置在泥石流溝床上，是由位于同一平面、相互垂直的縱梁與橫梁構(gòu)成的框體，鋼管樁與所述縱梁、橫梁靜聯(lián)接，沿縱梁、橫梁的軸向排列，位于框架梁下方，埋置在泥石流溝床內(nèi)；石籠填充在框架梁平面空間內(nèi)。本發(fā)明還公開(kāi)了該結(jié)構(gòu)體的設(shè)計(jì)方法。本發(fā)明產(chǎn)品能有效弱化泥石流沿程侵蝕破壞力及對(duì)承災(zāi)體的沖擊破壞力，結(jié)構(gòu)體施工速度快，便于搶險(xiǎn)救災(zāi)應(yīng)用。設(shè)計(jì)方法科學(xué)簡(jiǎn)便。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種防治溝道泥石流起動(dòng)的結(jié)構(gòu)體及其設(shè)計(jì)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種結(jié)構(gòu)體及其設(shè)計(jì)方法，特別是涉及一種防治溝道泥石流起動(dòng)的結(jié)構(gòu)體及其設(shè)計(jì)方法，屬于水利工程領(lǐng)域與泥石流防治工程領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]泥石流大都從溝道上游初始起動(dòng)，起動(dòng)時(shí)規(guī)模不大，破壞力也不強(qiáng)，在其流動(dòng)過(guò)程中侵蝕、裹挾沿途溝道中的松固體物質(zhì)發(fā)展成災(zāi)害性泥石流。泥石流起動(dòng)是泥石流全過(guò)程中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，只要不起動(dòng)就不會(huì)形成泥石流，因此通過(guò)調(diào)節(jié)或控制泥石流起動(dòng)條件進(jìn)行泥石流防治能夠達(dá)到防患于未然的目的。該技術(shù)思想在泥石流防治工程領(lǐng)域被稱(chēng)為“主動(dòng)防治”。在泥石流防治工程中，已有溝道泥石流災(zāi)害工程防治措施主要包括跨越工程、穿過(guò)工程、防護(hù)工程、排導(dǎo)工程和攔擋工程等幾類(lèi)，特別是攔擋工程因直接可靠而使用最為普遍。但這些防治工程直接針對(duì)防護(hù)對(duì)象的“被動(dòng)”措施，不能“主動(dòng)”對(duì)泥石流的起動(dòng)與發(fā)展進(jìn)行防治，導(dǎo)致工程投入巨大，防治效果有限。
[0003]《風(fēng)景區(qū)泥石流防治特點(diǎn)與技術(shù)》(崔鵬等，地學(xué)前緣，2007年第14卷第6期)公開(kāi)了一套對(duì)泥石流形成區(qū)主動(dòng)治理的技術(shù)方案，包括導(dǎo)水截流、攔擋土體、破壞起動(dòng)面三種技術(shù)手段。該技術(shù)方案主要的技術(shù)缺陷在于:整套防治工程的設(shè)計(jì)需要嚴(yán)格結(jié)合既定泥石流溝道的具體地形地質(zhì)環(huán)境條件進(jìn)行，無(wú)論是構(gòu)筑體本身設(shè)計(jì)方案還是施工方案都需要在大量實(shí)地測(cè)量測(cè)繪的基礎(chǔ)上進(jìn)行，因此，整體防治工程設(shè)計(jì)施工周期長(zhǎng)、費(fèi)用高、工程量大。對(duì)于大多數(shù)經(jīng)濟(jì)水平低、基礎(chǔ)設(shè)施不足的偏遠(yuǎn)地區(qū)，不可能采用這樣的技術(shù)方案進(jìn)行泥石流發(fā)生的“主動(dòng)防治”。而大多數(shù)泥石流的起動(dòng)區(qū)又恰好位于這樣的偏遠(yuǎn)地區(qū)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的就是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種設(shè)置在泥石流溝道中用于防治泥石流起動(dòng)的結(jié)構(gòu)體，該結(jié)構(gòu)體能夠在施工現(xiàn)場(chǎng)快速構(gòu)筑，從起動(dòng)源頭對(duì)泥石流危害加以主動(dòng)防治。
[0005]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下:
[0006]一種防治溝道泥石流起動(dòng)的結(jié)構(gòu)體，布置在泥石流溝床上，其特征在于:由至少一個(gè)防治結(jié)構(gòu)單體構(gòu)成；所述防治結(jié)構(gòu)單體包括一片框架梁、多根鋼管樁、石籠；所述框架梁布置在泥石流溝床上，是由位于同一平面、相互垂直的縱梁與橫梁構(gòu)成的框體；所述鋼管樁與所述縱梁、橫梁靜聯(lián)接，沿縱梁、橫梁的軸向排列，位于框架梁下方，埋置在泥石流溝床內(nèi)；所述石籠填充在框架梁平面空間內(nèi)。
[0007]上述泥石流石籠防治結(jié)構(gòu)體由一個(gè)或數(shù)個(gè)結(jié)構(gòu)單體組成。結(jié)構(gòu)單體利用下部鋼管樁群固定在泥石流溝道內(nèi)，作為結(jié)構(gòu)單體的“根基”，鋼管樁群不僅通過(guò)抗拔力為結(jié)構(gòu)單體上部框架梁提供充足的抗滑移力，而且也對(duì)溝床“加筋”加固，增強(qiáng)了溝床的整體穩(wěn)定性和抗蝕能力。結(jié)構(gòu)單體上部框架梁平鋪在溝床底面上，框架梁與鋼管樁間靜聯(lián)接，并且通常是不可拆靜聯(lián)接?？蚣芰旱目v梁與橫梁的圍闔空間內(nèi)布置石籠。框架梁與石籠配合，起到平整溝床底面、加固松散堆積顆粒、緩和水流流態(tài)、降低混合流侵蝕能力的作用。上述泥石流石籠防治結(jié)構(gòu)體通常布置在泥石流溝道內(nèi)形成區(qū)和/或流通區(qū)的松散堆積體溝床上。
[0008]本發(fā)明防治結(jié)構(gòu)體的技術(shù)原理在于:一方面，在流域降雨條件下，當(dāng)上游大規(guī)模來(lái)水流經(jīng)防治區(qū)溝道時(shí)，因框架梁與石籠的防護(hù)，溝床面得到了平整硬化，溝道堆積體可免受溝道水流的直接侵蝕，阻斷了泥石流形成的物源補(bǔ)給。同時(shí)，失去物源增容擴(kuò)能作用，溝道水流的侵蝕破壞力大大下降，對(duì)下游承災(zāi)體的沖擊破壞力有效削弱，進(jìn)一步形成發(fā)展成泥石流災(zāi)害的可能性也得到有效遏制。另一方面，防治結(jié)構(gòu)體不僅截?cái)嗔四嗍餍纬傻奈镔|(zhì)來(lái)源，降低了泥石流的侵蝕力，同時(shí)也增大了松散堆積體溝床的整體性和穩(wěn)定性，穩(wěn)定溝道侵蝕基準(zhǔn)面，緩和側(cè)蝕和溯源侵蝕強(qiáng)度，保證溝道兩側(cè)邊坡和松散堆積體溝床的穩(wěn)定。由此能夠?qū)崿F(xiàn)“源頭治理”，防治泥石流。
[0009]上述防治溝道泥石流起動(dòng)的結(jié)構(gòu)體，對(duì)于單根鋼管樁，外部為地質(zhì)管，地質(zhì)管中心有沿軸向布置三根與地質(zhì)管等長(zhǎng)的鋼筋，鋼筋呈等邊三角形布置。地質(zhì)管管內(nèi)壁與鋼筋間灌注水泥砂漿。鋼管樁下部樁身制成花管，采用花管注漿以便壓力注漿形成管壁防蝕層。鋼管樁樁身埋置在溝床內(nèi)，上部樁頂露出溝床底面。一般而言，上部樁頂出露的高度應(yīng)當(dāng)不小于框架梁的高度，以保證其與框架梁穩(wěn)固聯(lián)接。
[0010]上述結(jié)構(gòu)體，框架梁框體是矩形框體和/或井字型框體和/或網(wǎng)格框體，縱梁與橫梁間有圍闔空間用于安放石籠。在實(shí)際使用中，框架梁一般采用鋼筋混凝土澆筑體，鋼管樁樁頂出露部分分別穿過(guò)縱梁、橫梁并用混凝土澆筑成一體。
[0011 ] 上述結(jié)構(gòu)體，石籠通常加工成立方體，石籠與框架等高，使石籠安放后石籠上頂面與框架梁上平面基本齊平，以減少作用溝道水流在結(jié)構(gòu)體上產(chǎn)生的拖拽力，保證結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定。
[0012]為了增加結(jié)構(gòu)體上部石籠加固松散堆積顆粒、緩和水流流態(tài)的能力，本發(fā)明防治結(jié)構(gòu)體的優(yōu)化設(shè)計(jì)方案在于將石籠分解為多個(gè)石籠連接構(gòu)成，具體是:石籠規(guī)格縮小，加工成小型立方體，多個(gè)石籠填充在框架梁平面空間內(nèi)，并與縱梁、橫梁的內(nèi)側(cè)面石籠面緊貼。每一框架梁框體內(nèi)的石籠彼此緊鄰，并采用聯(lián)接件聯(lián)接。一般地，石籠采用防銹鐵絲編制，大密度不易風(fēng)化的塊石填充。優(yōu)化設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)體具有三點(diǎn)技術(shù)效果，一、采用彼此連接的小規(guī)格石籠鋪設(shè)框架梁，使鋪設(shè)層成為網(wǎng)點(diǎn)連接形式的柔性結(jié)構(gòu)體，可在保證結(jié)構(gòu)安全運(yùn)行的條件下通過(guò)系統(tǒng)變形與耗能來(lái)攔擋泥石流大塊石沖擊，能夠有效提高結(jié)構(gòu)體抗沖擊能力，降低被沖擊損傷的概率；二、采用小型石籠，可以在工廠中完成小型石籠的前期規(guī)格設(shè)計(jì)，并預(yù)先加工成標(biāo)準(zhǔn)件，在施工現(xiàn)場(chǎng)直接使用，能夠著提高泥石流防治結(jié)構(gòu)體修筑現(xiàn)場(chǎng)施工進(jìn)度；三、“模塊化”的石籠結(jié)構(gòu)有利于局部維護(hù)與修復(fù)，能夠極大降低防治結(jié)構(gòu)體的運(yùn)行維護(hù)成本。
[0013]在實(shí)際應(yīng)用中，本發(fā)明防治溝道泥石流起動(dòng)的結(jié)構(gòu)體通常包括至少二防治結(jié)構(gòu)單體，各防治結(jié)構(gòu)單體緊接排列布置在泥石流溝床上，沿溝道縱向的各防治結(jié)構(gòu)單體縱梁相互平行，且錯(cuò)位排列，沿溝道橫向的各防治結(jié)構(gòu)單體橫梁相互沿直線(xiàn)延伸；石籠呈網(wǎng)格狀對(duì)齊排列填充在框架梁的平面空間內(nèi)以及相鄰框架梁組成的平面空間內(nèi)。
[0014]本發(fā)明防治溝道泥石流起動(dòng)的結(jié)構(gòu)體的現(xiàn)場(chǎng)施工的基本過(guò)程是:在選定的泥石流溝床位置，鋼管樁在平面上沿框架梁各排各列縱梁與橫梁的設(shè)計(jì)位置中心線(xiàn)等間距布置，鋼管樁樁身埋入溝床。樁頂出露溝床底面，出露高度不低于框架梁設(shè)計(jì)高度。鋼管樁采用鉆機(jī)成孔，地質(zhì)管跟管鉆進(jìn)，M30水泥砂漿壓力灌注成型；樁身錨固段鋼管制成花管，以便壓力注漿形成管壁防蝕層，同時(shí)鋼管內(nèi)設(shè)呈三角形綁扎的三根鋼筋以提高鋼管樁的抗沖擊力?？蚣芰河涩F(xiàn)澆鋼筋混凝土橫梁與縱梁構(gòu)成，內(nèi)設(shè)縱筋增強(qiáng)梁的抗彎抗剪能力。出露的鋼管樁樁頂穿過(guò)縱梁與橫梁，使框架梁與鋼管樁嵌固連接而與溝床堆積體形成統(tǒng)一整體。石籠采用防銹鐵絲編織，充填密度大不易風(fēng)化塊石。石籠整齊緊密排列，石籠相互間用鐵絲連接固定。
[0015]對(duì)于既定的泥石流溝道而言，針對(duì)泥石流溝道現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)地形特征條件，設(shè)計(jì)適用的防治溝道泥石流起動(dòng)的結(jié)構(gòu)體的主要參數(shù)包括鋼管樁埋置深度H、框架梁設(shè)計(jì)面積S等，其中關(guān)鍵性技術(shù)參數(shù)是鋼管樁埋置深度H。因?yàn)槁裆顩Q定了鋼管樁抗拔承載力大小，繼而直接影響到受鋼管樁錨固的結(jié)構(gòu)單體的穩(wěn)定性。因此，本發(fā)明進(jìn)一步提供上述防治溝道泥石流起動(dòng)的結(jié)構(gòu)體的設(shè)計(jì)方法，具體是防治溝道泥石流起動(dòng)的結(jié)構(gòu)體鋼管樁埋置深度H設(shè)計(jì)方法，其技術(shù)方案如下:
[0016]一種防治溝道泥石流起動(dòng)的結(jié)構(gòu)體的設(shè)計(jì)方法，其特征在于:依照如下步驟確定鋼管樁埋置深度H設(shè)計(jì)參數(shù):
[0017]步驟S1、調(diào)查泥石流溝道現(xiàn)場(chǎng)，確定防治溝道泥石流起動(dòng)的結(jié)構(gòu)體所在泥石流溝道的基礎(chǔ)參數(shù)，包括
[0018]現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量測(cè)繪確定溝道需防治面積、溝床傾角Θ，
[0019]依歷史測(cè)量數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)確定或根據(jù)調(diào)查數(shù)據(jù)理論推導(dǎo)確定需防治溝道泥石流的最大流深h、依歷史測(cè)量數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)確定泥石流重度Ym、依歷史測(cè)量數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)確定流深h時(shí)的泥石流平均流速Vm ;
[0020]原位抗拔試驗(yàn)確定微型鋼管樁側(cè)阻力qs、室內(nèi)土工試驗(yàn)確定框架梁與溝床的摩擦系數(shù)μ a、溝床摩擦系數(shù)μ b ；
[0021]步驟S2、依I計(jì)算確定鋼管樁埋置深度H
【權(quán)利要求】
1.一種防治溝道泥石流起動(dòng)的結(jié)構(gòu)體，布置在泥石流溝床上，其特征在于:由至少一個(gè)防治結(jié)構(gòu)單體(1)構(gòu)成；所述防治結(jié)構(gòu)單體(1)包括框架梁(11)、鋼管樁(12)、石籠(13);所述框架梁(11)布置在泥石流溝床上，是由位于同一平面、相互垂直的縱梁(111)與橫梁(112)構(gòu)成的框體；所述鋼管樁(12)與所述縱梁(111)、橫梁(112)靜聯(lián)接，沿縱梁(111)、橫梁(112)的軸向排列，位于框架梁(11)下方，埋置在泥石流溝床內(nèi)；所述石籠(13)填充在框架梁(11)平面空間內(nèi)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的結(jié)構(gòu)體，其特征在于:所述框架梁(11)框體是矩形框體和/或井字型框體和/或網(wǎng)格框體。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的結(jié)構(gòu)體，其特征在于:所述鋼管樁(12)與溝床法向夾角30。。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的結(jié)構(gòu)體，其特征在于:所述框架梁(11)是鋼筋混凝土澆筑體；所述鋼管樁(12)與縱梁(111)、橫梁(112)經(jīng)混凝土澆筑聯(lián)接。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的結(jié)構(gòu)體，其特征在于:所述石籠(13)是多個(gè)立方體，石籠(13)與框架梁(11)等高，填充在在框架梁(11)平面空間內(nèi)，石籠(13)間彼此緊鄰并通過(guò)聯(lián)接件(31)聯(lián)接。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的結(jié)構(gòu)體，其特征在于:所述鋼管樁(12)外部為地質(zhì)管(121)，所述地質(zhì)管(121)中心有沿軸向布置三根與地質(zhì)管(121)等長(zhǎng)的鋼筋(122)，所述鋼筋(122)呈等邊三角形布置；所述地質(zhì)管(121)管內(nèi)壁與鋼筋(122)間灌注水泥砂漿。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的結(jié)構(gòu)體，其特征在于: 所述框架梁(11)是由4根縱梁(111)與3根橫梁(112)構(gòu)成的網(wǎng)格框體，所述縱梁(111)長(zhǎng)X寬X高=900cmX80cmX80cm ;所述橫梁(112)長(zhǎng)X寬X高=1600cmX80cmX80cm ;框架梁(11)由C25鋼筋混凝土澆筑； 所述鋼管樁(12)埋置深度H不小于5m，向上穿過(guò)縱梁(111)/橫梁(112)，與框架梁(11)經(jīng)混凝土澆筑聯(lián)接；所述地質(zhì)管(121)直徑146_，鋼筋(122)直徑32_，水泥砂漿強(qiáng)度不小于M30，注漿壓力不小于0.3Mpa ； 所述石籠(13)是長(zhǎng)方體,長(zhǎng)X寬X高=55cmX80cmX80cm。
8.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3或7所述的結(jié)構(gòu)體，其特征在于:包括至少二防治結(jié)構(gòu)單體(I )，各防治結(jié)構(gòu)單體(1)緊接排列布置在泥石流溝床上，沿溝道縱向的各防治結(jié)構(gòu)單體(I)縱梁(111)相互平行，且錯(cuò)位排列，沿溝道橫向的各防治結(jié)構(gòu)單體(1)橫梁(112)相互沿直線(xiàn)延伸；石籠(3 )呈網(wǎng)格狀對(duì)齊排列填充在框架梁(11)的平面空間內(nèi)以及相鄰框架梁(II)組成的平面空間內(nèi)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的結(jié)構(gòu)體，其特征在于:布置在泥石流溝道形成區(qū)和/或流通區(qū)內(nèi)的松散堆積溝床上。
10.權(quán)利要求1或9所述的防治溝道泥石流起動(dòng)的結(jié)構(gòu)體的設(shè)計(jì)方法，其特征在于:依照如下步驟確定鋼管樁埋置深度H設(shè)計(jì)參數(shù): 步驟S1、基礎(chǔ)參數(shù)獲取，包括: 調(diào)查泥石流溝道現(xiàn)場(chǎng)，確定防治溝道泥石流起動(dòng)的結(jié)構(gòu)體所在泥石流溝道的基礎(chǔ)參數(shù)，包括 現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量測(cè)繪確定溝道需防治面積、溝床傾角Θ，依歷史測(cè)量數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)確定或根據(jù)調(diào)查數(shù)據(jù)理論推導(dǎo)確定需防治溝道泥石流的最大流深h、依歷史測(cè)量數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)確定泥石流重度Ym、依歷史測(cè)量數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)確定流深h時(shí)的泥石流平均流速Vm ; 原位抗拔試驗(yàn)確定微型鋼管樁側(cè)阻力qs、室內(nèi)土工試驗(yàn)確定框架梁與溝床的摩擦系數(shù)μ a、溝床摩擦系數(shù)μ b ； 步驟S2、依I計(jì)算確定鋼管樁(12)埋置深度H
【文檔編號(hào)】E02B3/10GK103556602SQ201310595246
【公開(kāi)日】2014年2月5日 申請(qǐng)日期:2013年11月21日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月21日
【發(fā)明者】吳永, 何思明, 王東坡, 祝其麗, 李新坡 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