公路泥石流防治工程设计规范-编制说明

团体标准《公路泥石流防治工程设计规范编制说明2021年12月《一、标准制定的必要性我国是世界上泥石流灾害高发区和重灾区，约150万公里公路受到山洪泥石流威胁，泥石流引发路基桥梁断道灾害点多、面广、频率大、灾情重，严重影响运力发挥、运输安全及抗洪救灾救援。立项初，泥石流断道减灾存在三个主要问题：一是泥石流断道的力学机制认识不清，其对减灾技术研发及其工程应用的理论支撑不够；二是泥石流断道技术针对性不强，减灾效果不佳；三是泥石流断道快速抢修技术瓶颈未取得实质性突破，抗洪救灾救援专用装备保障能力差。尽快提高我国山区公路泥石流断道减灾技术水平，符合党的十九大“提高防灾减灾救灾能力”以及习近平“提高全社会自然灾害防治能力，为保护人民群众生命财产安全和国家安全提供有力保障”等国家需求。从1998年至2021年，历时24年，陈洪凯教授团队在国家重点研发计划“强震区特大泥石流综合防控技术与示范应用”（编号2018YFC15054）、国家科技攻关项目“强降水诱发山体滑坡、泥石流气象预报警报技术”（编号GYHY201006039）、教育部博士点基金“泥石流冲击机理研究”（编号20060618001）、西部交通建设科技项目“西南地区公路洪灾风险评估关键技术及示范应用研究”（编号2009318221035）、交通部重大科技项目“冲淤变动型沟谷泥石流防治结构抗撞关键技术研究”（编号95050508）、四川省科技攻关项目“特大型泥石流淤埋路段公路快速修复技术”（编号2008SG0039）等科技项目资助下，对泥石流引发公路断道减灾理论与技术进行了持续、深入系统研究，授权发明专利30余项，出版专著5部，发表论文200余篇，出版技术指南1部，取得了多项高水平研究成果，其中“山区公路泥石流断道减灾理论与技术”成果总体达到国际领先水平。“防止泥石流损毁公路基础设施、保障泥石流区公路交通有序进行”的公路泥石流减灾指导思想已在业内形成共识，而目前国内外尚无专门针对公路泥石流灾害防治的技术规范，陈洪凯教授团队在公路泥石流减灾领域处于国内最高水平，先后获得国家科技进步二等奖、中国公路学会科学技术奖一等奖、重庆市科技进步一等奖、中国水土保持学会科学技术奖一等奖、中国交通运输协会科技进步一等奖，编撰《公路泥石流防治工程设计规范》责无旁贷，为强力推进“一带一路”、“乡村振兴”、“脱贫攻坚”、“应急救灾救援”等国家战略提供重要科技支撑。标准编制原则及依据1.按照GB/T1.1－2020《标准化工作导则 第1部分：标准化文件的结构和起草规则》要求进行编写。2.参照相关法律、法规和规定，在编制过程中着重考虑了科学性、适用性和可操作性。1、“防止泥石流损毁公路基础设施、保障泥石流区公路交通有序进行”的公路泥石流减灾原则。2、公路穿越泥石流多发地区时，一般情况下路线应尽量绕避。当必须穿过泥石流区域并且受泥石流威胁与危害时，应根据泥石流形成条件、泥石流类型、流动特点及冲淤活动规律，在加强监测和预报的同时，立足就地、以排为主、导排护结合原则，积极采用工程治理。有条件时尽可能利用生物措施进行生态修复，综合治理公路泥石流灾害。3、公路泥石流防治的根本目标是防止或减轻泥石流对公路建构筑物（路基、路面、桥梁与涵洞、挡防结构）的损毁，确保公路交通有序进行，并满足抗洪救灾救援道路交通需求。4、公路泥石流防治的有效限界一般为道路两旁公路养护范围，必要时延伸至公路内侧利于设置泥石流拦挡、导排或控源减灾有效部位。5、公路泥石流防治对象是泥石流断道灾害，包括泥石流冲蚀引发的路基沉陷、路基缺口、路基冲失、钢筋混凝土路面板悬空、泥石流冲击桥涵损毁、泥石流淤埋道路等类型。6、相关技术规范：中华人民共和国国家标准《岩土工程勘察安全规范》（GB50585-2017）、《建筑边坡工程规范》（GB50330-2017）、《混凝土的结构设计要求规范》（GB50010-2018）、《生产建设项目水土保持技术标准》（GB50433-2018）等。三、项目背景及工作情况（一）任务来源国家重点研发计划“强震区特大泥石流综合防控技术与示范应用”（编号2018YFC15054）、国家科技攻关项目“强降水诱发山体滑坡、泥石流气象预报警报技术”（编号GYHY201006039）、教育部博士点基金“泥石流冲击机理研究”（编号20060618001）、西部交通建设科技项目“西南地区公路洪灾风险评估关键技术及示范应用研究”（编号2009318221035）、交通部重大科技项目“冲淤变动型沟谷泥石流防治结构抗撞关键技术研究”（编号95050508）、四川省科技攻关项目“特大型泥石流淤埋路段公路快速修复技术”（编号2008SG0039）等国家和省部级项目。（二）标准起草单位本标准的主要起草单位是枣庄学院、中国科学院、水利部成都山地灾害与环境研究所、交通运输部科学研究院、中国人民武装警察部队研究院、西南交通大学、重庆大学、四川省交通运输厅公路局、贵州省公路局、驻马店市公路事业发展中心、山东理工大学、四川省华地建设工程有限责任公司、深圳市深水兆业工程顾问有限公司、重庆交通大学、华东交通大学、中交基础设施养护集团有限公司、西藏东南建设有限责任公司。本标准的主要起草人陈洪凯、王全才、王先进、林雨、胡卸文、赵松江、王圣娟、谢俊刚、王春华、贾致荣、耿东生、褚春超、崔志波、王宝亮、刘丽、何晓英、郑明新、秦明、邓华勇、周瑜、李铁强、陈思祺、王代兵、陈涛、庄明、焦朋朋、刘彬、罗爽、黄永发、王鑫、王立龙。（三）标准研制过程及相关工作计划1.从2000年以来，陈洪凯教授团队在系列国家和省部级科技项目资助下，对公路泥石流减灾问题进行了持续、深入、系统研究，获得了系列创新性研究成果，研究成果示范应用取得了显著经济效益和社会效益，为了更好发挥研究成果服务国民经济建设作用，助推“一带一路”、“脱贫攻坚”、“乡村振兴”、“应急救灾救援”等国家战略，编制本技术规范，有重要实用价值。2.规范编制过程中，深入系统梳理了团队先进的研究成果，提取了技术比较成熟、先进、示范应用价值较大的新技术新方法，用于编制该技术规范。3.规范编制中，主编陈洪凯教授首先拟定编制纲要，成立规范编制专家组，线上线下相结合，讨论规范编制提纲，并分头开始撰写规范初稿。4.规范初稿完成后，主编对初稿进行了整体完善，把握编制原则，形成规范的统一初稿。5.编制专家组对规范同一处高进行了多次研讨，形成了“送审稿”。标准制定的基本原则1.交通行业共识原则：防止泥石流损毁公路基础设施、保障泥石流区公路交通有序进行。2.治理限界控制原则：将泥石流治理工程设置在公路两侧有限范围，而非泥石流沟全流域综合治理，以排为主，拦导排结合。3.传统技术与新技术相结合原则：对于多年来用于防治公路泥石流灾害行之有效的传统技术予以采用，积极采用有效的先进技术。五、标准主要内容1总则1.0.1公路穿越泥石流多发地区时，一般情况下路线应尽量绕避。当必须穿过泥石流区域并且受泥石流威胁与危害时，应根据泥石流形成条件、泥石流类型、流动特点及冲淤活动规律，在加强监测和预报的同时，立足就地、以排为主、导排护结合原则，积极采用工程治理。有条件时尽可能利用生物措施进行生态修复，综合治理公路泥石流灾害。1.0.2公路泥石流防治的根本目标是防止或减轻泥石流对公路建构筑物（路基、路面、桥梁与涵洞、挡防结构）的损毁，确保公路交通有序进行，并满足抗洪救灾救援道路交通需求。1.0.3公路泥石流防治的有效限界一般为道路两旁公路养护范围，必要时延伸至公路内侧利于设置泥石流拦挡、导排或控源减灾有效部位。1.0.4公路泥石流防治对象是泥石流断道灾害，包括泥石流冲蚀引发的路基沉陷、路基缺口、路基冲失、钢筋混凝土路面板悬空、泥石流冲击桥涵损毁、泥石流淤埋道路等类型。1.0.5公路泥石流防治应遵循泥石流断道灾害物理演进规律，采用工程措施有效调控泥石流运动与冲击作用，并应考虑防治结构的服役耐久性问题。1.0.6对于新建、改建或受灾路段重建的公路工程，泥石流防治工程应纳入公路建设工程一并考虑，并进行综合设计。1.0.7泥石流防治工程必须精心设计、精细施工、全程质量监控，确保工程质量、环境友好和景观协调。1.0.8泥石流防治工程设计应在相关质量标准允许的条件下积极采用经过技术鉴定或专利授权的新材料、新技术、新方法、新工艺。1.0.9为使公路泥石流防治工程设计符合技术先进、经济合理、安全适用、质量可靠和环境生态的要求，结合对公路泥石流防灾减灾深入的前期研究，撰写本规范。1.0.10公路泥石流防治除应遵守本规范外，尚应符合中华人民共和国国家标准《岩土工程勘察安全规范》（GB50585-2017）、《建筑边坡工程规范》（GB50330-2017）、《混凝土的结构设计要求规范》（GB50010-2018）、《生产建设项目水土保持技术标准》（GB50433-2018）等现行国家标准及行业标准的有关规定。2术语、符号（略）3基本规定3.1公路泥石流防治工程设计原则3.1.1泥石流防治工程有效使用期限应与公路等级相适应，一般不低于20年，防治工程营运期间应加强防治结构的损毁状况监测，及时采取相关补救措施，有效发挥防治结构服役功能。3.1.2冲击和磨蚀是影响泥石流防治工程设计的控制因素，公路泥石流防治工程设计荷载为泥石流最大冲击力，渡槽设计应考虑泥石流低频冲击动荷载。3.1.3从构造措施和材料抗磨蚀性能两方面考虑泥石流防治结构抗磨蚀耐久性问题，提高防治结构服役年限。3.1.4泥石流防治工程基础埋置深度应根据泥石流冲刷深度予以确定。3.1.5泥石流防治结构设计应与公路建构筑物有效衔接，充分发挥泥石流防治工程对泥石流的防护作用，保障公路交通有序进行。3.2公路泥石流防治工程等级3.2.1根据泥石流对公路建构筑物及道路交通安全的威胁及破坏程度，把公路泥石流防治工程等级分为三个等级：1一级：危及高速公路、一级公路、二级公路、国道、国家4A级及以上风景名胜区道路、军事道路及高速公路服务区等基础设施，致灾后果特别严重。2二级：危及县道、重要矿区及3A级及以下风景名胜区道路，致灾后果严重。3三级：危及除一、二级以外的道路及其基础设施，致灾后果一般。3.3公路泥石流防治工程设计一般要求3.3.1泥石流冲刷深度按照最大冲刷深度确定，公路泥石流拦挡结构基础埋置深度置于最大冲刷线以下不小于50cm。3.3.2在公路泥石流防治结构迎冲面设置抗冲击消能面层或构造，在泥石流排导槽及渡槽的底部设置耐磨蚀层或构造。3.3.3公路泥石流防治结构抗冲击耐磨蚀部位的棱角应圆滑过度，减少泥石流体对结构的冲击和磨蚀作用。3.3.4公路泥石流防治工程设计前所需技术基础资料（1）地质资料：治理区比例尺不小于1:1000的地质图，详细记录治理区的地质构造、地层岩性、第四纪松散土体等相关地质信息。（2）地震资料：包括震级、烈度、地震频率等，提出泥石流防治工程设计必须满足的抗震设防要求。（3）地形资料：治理区比例尺不小于1:1000的地形图，治理工程布设地段的地形图比例尺不小于1:500，明确勾绘泥石流流域的形态，提供流域面积、流域内多条纵横断面图，其中治理工程所在部位断面图比例尺不小于1:200。（4）气象资料：治理区及邻近区的历年降雨量及不同降雨频率的降雨强度，重点记录“中雨”、“大雨”、“暴雨”及“特大暴雨”等强降水的出现频率和发生时间。（5）沟内植被状况：植被类型及覆盖率。（6）流域地质灾害发育现状：治理区水土流失、危岩崩塌、滑坡等地质灾害的详细分布、规模大小及活动程度。（7）泥石流物源：形成泥石流的物源类型、分布情况、储量，明确给出泥石流沟内不同强降水条件下物源可能失稳补给泥石流的数量。（8）人类工程活动：明确给出泥石流沟内土地资源利用类型，包括林地、耕地、矿山开采、道路修建、水利工程兴建、工程弃渣，指出人类工程活动对泥石流沟地貌条件的影响情况。（9）泥石流相关参数：泥石流种类（粘性泥石流、稀性泥石流（水石流）或过渡性泥石流），泥石流体的固相比及固相颗粒粒径大小及级配组合，泥石流活动程度、发生频率（高频、低频、潜在），冲击地貌形迹，泥痕高度，最大冲刷深度，对公路建构筑物的危险性，泥石流流速、冲击力、磨蚀力，明确泥石流演化趋势。3.4公路泥石流防治方案设计3.4.1针对泥石流毁损公路建构筑物及行车安全防护问题，调控泥石流运动方向，防止泥石流冲击磨蚀作用，从拦挡、导排、防护三方面综合拟定公路泥石流灾害防治方案，优选以排为主、导排结合的治理方案。3.4.2公路泥石流防治技术类型（1）拦挡结构：重力式拦渣坝、护坎防冲刷型拦渣坝、格栅坝、梳齿坝、柔性栏渣网。（2）导流结构：丁坝、丁坝群。（3）排导结构：渡槽、排导槽、水石分离排导结构。（4）防护结构：挡土墙、桥梁墩台泥石流防撞墩、固床结构。（5）应急通行结构：淤埋路段战备浮桥、路基冲蚀段自承载结构。3.4.3公路泥石流防治方案模式中小型泥石流灾害防治或抗洪救灾救援道路应急通行，以采用单一防治技术为主；大型及特大型泥石流灾害防治，应采用多技术组合进行综合治理，综合治理模式有四种：模式一：一级或多级拦挡结构+导流结构+排导结构模式二：单个或多个防护结构模式三：重力式拦渣坝+水石分离排导结构模式四：导流结构+固床结构+排导结构模式一主要针对一般沟谷形泥石流，模式二主要针对沿河路基和桥梁墩台防护，模式三和模式四主要针对特大型宽缓沟道型泥石流。4泥石流拦挡结构设计4.1重力式拦渣坝4.1.1重力式拦渣坝宜布置在泥石流沟流通区地形颈口、上游窄下游宽的喇叭形入口处、支沟汇口下方、跌坎上游且无冲坎和集水槽危害处。4.1.2拦渣坝坝高应按有效使用期累积拦砂库容和地形地质条件确定，单坝高度宜为5m~20m；同一流域宜修建成梯级坝系。4.1.3多级拦渣坝设计时，坝体内的泄水孔断面积从上游坝到下游坝逐渐减小，利于逐级拦截泥石流体内粒径较小的固相块石。4.1.4作用在重力式拦渣坝上的基本荷载应包括坝体自重Wd、坝迎冲面斜面上的泥石流沉积物及泥石流体重Ws、溢流泥石流体重Wf、坝迎冲面前期泥石流沉积物土压力Ea、坝迎冲面泥石流冲击力Fi、处于运动状态的泥石流静压力Ff（如图4.1.1所示）。图4.1.1重力式拦渣坝基本荷载4.1.5重力式拦渣坝设计应进行抗滑移稳定性、抗倾覆稳定性、地基承载力和坝体强度验算，按国内相关挡土墙设计规范进行。4.1.6重力式拦渣坝坝体横断面宜为梯形，上游面坡率宜为1:0.50~1:0.80，下游面坡率宜为1:0.05~1:0.20。4.1.7重力式拦渣坝坝顶宽度宜为2.5m~6.0m，具体取值应考虑运营管理、交通及应急抢险的需要。中高坝的坝顶应设置扶手栏杆和上、下梯步。4.1.8岸坡为松散堆积层时，重力式拦渣坝坝肩嵌入岸坡内的长度不应小于2.5m；岸坡为基岩时，岸坡嵌入岸坡的长度不应小于1.0m，且应避免坝体与岸坡交接区域渗漏水。4.1.9重力式拦渣坝坝基底板宜适当加长并做成整体式；底板下游一侧可加齿墙，齿墙宽度宜为0.10~0.15倍基础宽度，齿墙断面宜采用下窄上宽的梯形或折线形。4.1.10溢流坝段的溢流口宽度应根据设计流量和限制单宽流量计算确定。坝高小于15m时，单宽流量应小于25m2/s；坝高为15m~20m时，单宽流量应小于15m2/s；坝高大于20m时，单宽流量应小于10m2/s。4.1.11溢流坝段的溢流口深度应取最大泥深加设计安全超高，设计安全超高宜取0.5m~1.0m。4.1.12溢流坝段的溢流口过流部分宜用内埋坚石、钢轨的钢筋混凝土整体浇筑，或用料石、钢板衬砌或抗磨蚀混凝土，并做表层耐磨处理。4.1.13非溢流坝段顶部在横向上宜设坡度，自溢流口向坝肩逐渐加高，高差宜取0.8m~1.5m。4.1.14坝身排水孔应布置在溢流坝段，按“品”字形交错排列，断面宜为宽高比为0.6~0.8的矩形，纵比降宜为0.05~0.10。4.1.15重力式拦渣坝应在垂直荷载差别大、地形高差悬殊、基岩软硬突变处应设置沉降缝，缝间距不应超过20m~25m（溢流坝段应作为一个独立单元），缝宽宜为20mm~30mm，缝内填人沥青浸渍的木板条、沥青砂浆板条或油毛毡。4.1.16重力式拦渣坝下副坝的高度应取坝高、冲刷坑深度、溢流口泥深之和的1/3~1/4，且应大于1.5m。主、副坝间的距离应取坝高、冲刷坑深度、溢流口泥深之和的1.5~2.0倍。4.1.17重力式拦渣坝下游宜设护坦，护坦的长度应取坝高的1.0~2.0倍，护坦厚度应按弹性地基梁或板计算，且宜在1.0m~3.0m范围内。4.1.18当重力式拦渣坝地基承载力不满足要求时，宜在坝体基础下部设置竖向承载桩，桩与坝体浇筑成整体，形成桩林-坝复合结构。4.2护坎防冲刷型拦渣坝4.2.1护坎防冲刷型拦渣坝是在传统重力式拦渣坝的溢流面设置排导槽的一种改进型重力式拦渣坝，如图4.2.1。4.2.2护坎防冲刷型拦渣坝的排导槽顶端与拦渣坝溢流口连接，底端在拦渣坝护坎外侧，拦渣坝每排泄水孔出口端均与排导槽的槽底连接。4.2.3护坎防冲刷型拦渣坝排导槽的过流断面为所有泄水孔断面积（不包括溢流口断面积）总和的1.2倍。排导槽宽度b取5m~8m，排导槽侧墙高度由排导槽过流断面积和排导槽宽度确定。排导槽采用承载支架支承。4.2.4护坎防冲刷型拦渣坝排导槽的出口端是实现拦渣坝护坎防冲刷的关键部位，应设置成反翘段，弧形结构。反翘段起点距离地面的高度h取150~200cm，反翘段平均倾角β取8°~12°。该结构使排导槽内的泥石流体快速向泥石流沟下游抛出，保障拦渣坝护坎不被泥石流冲蚀破坏。4.2.5护坎防冲刷型拦渣坝几何尺寸根据泥石流沟内泥石流冲击力大小确定，一般顶宽取3m~4m、底宽取5m~8m、长度不小于80m。4.2.6护坎防冲刷型拦渣坝泄水孔与排导槽的连接部位要光滑、不渗漏水，泄水孔与排导槽主体结构连接段槽底光滑、采用弧形结构平缓过度，保障泥石流爆发期间槽内泥石流体流态平稳。4.2.7护坎防冲刷型拦渣坝的泄水孔布置在拦渣坝长度的中部区域，根据泥石流流量布设泄水孔排数及每排泄水孔的数量，至少设置3排，如图4.2.1中、、。同一层泄水孔布设数量宜为3~4个。排水孔设置成正方形断面，边长取30~50cm，泄水孔排距取300cm~400cm，泄水孔倾角取20°~30°，拦渣坝内最高层泄水孔上游入口处距坝顶的高度取250cm~300cm。图4.2.1防止护坎冲刷的泥石流新型拦渣坝1为拦渣坝上游泥石流沟床，2为重力式拦渣坝，3为泄水孔，4为排导槽，5为排导槽侧墙，6为第层泄水孔排导槽底板，7为第层泄水孔排导槽底板，8为第层泄水孔排导槽底板，9为排导槽承载支架，10为拦渣坝下游泥石流沟床，A为拦渣坝顶宽（m），B为拦渣坝底宽（m），H为拦渣坝高度（m），a为拦渣坝内最高层泄水孔上游入口处距坝顶的高度（m），h为排导槽反翘段起点距离水平面的高度（m），e为拦渣坝泄水孔排距（m），β为排导槽反翘段平均倾角（°），θ为泄水孔倾角（°）。4.3格栅坝4.3.1对含有大量粗颗粒物质的稀性泥石流和水石流可使用格栅坝进行拦挡，是在传统重力式拦渣坝的溢流口部位切口或布置过流格栅演变而成，可采用切口坝、缝隙坝、梁式坝、梳齿坝、耙式坝和筛子坝等型式。4.3.2格栅坝的溢流口流量设计可根据格栅坝横梁间距，适度降低溢洪流量的设计标准。溢流口过流能力可按经验公式确定（4.3.1）式中，为溢流口高度（m）；为设计泥深（m）；hΔs为安全超高（m），一般取0.5-1.0m。4.3.3采用缝隙坝时，宜将开口布置在坝顶，并采用窄深的矩形、梯形或三角形断面。4.3.4缝隙坝开口宽度应根据设计拦截粒径与闭塞条件选定，宜取设计拦截粒径的1.5~2.0倍；开口高度宜取开口宽度的1~2倍；开口密度宜为0.2~0.6。4.3.5泥石流流域内从上游至下游缝隙坝的开口宽度和梁式坝的横梁间距应依次减小。4.3.6缝隙坝的荷载计算、荷载组合及稳定性验算可按重力式拦渣坝的相关规定执行。4.3.7梁式坝结构如图4.3.1所示，横梁间距应根据设计拦截粒径（0.30m~0.50m）设定，宜取0.50m~0.80m；横梁长宜取4.0m~8.0m。4.3.8梁式坝梁的间距：对于颗粒较小的泥石流，梁的间隔不宜过大，可用梁间的空隙净高h1与梁高的关系控制，即（4.3.1）对于颗粒较大（大块石、漂砾等）的泥石流，将会因大块石的阻塞，使本可流走的小颗粒也被淤积在库内，加速库内淤积。则式（4.3.1）调整为：（4.3.2）式中，Dm为泥石流体积堆积物中所含固体颗粒的最大粒径。4.3.9梁式坝的水平横梁应伸入两侧支墩内10cm~20cm，不宜采取刚性连接，梁之间用压块支撑、定位。靠近坝顶的横梁用压块（梁）及地脚螺栓固定。考虑到受力条件，梁的净跨不宜大于4m。布设时，梁的高度应与流体方向一致，梁的宽度及长度则与流体方向垂直。4.3.10支梁式坝墩分为有斜撑和无斜撑两种情况。按不同横梁间距，无斜撑的混凝土支墩间距为3.6m~4.8m；有斜撑的间距为4.8m-6.0m。支墩和基础按整体浇筑，墩身配有竖向抗弯工字钢，基础配有水平抗剪工字钢。采用螺栓组装连接，利用库前泥石流压重可改善格栅坝的稳定性。4.3.11采用梁式坝时，墩台应进行稳定性分析，横梁应作强度、变形验算。支墩为钢构支墩时，横梁可按连续梁进行受力验算；支墩为圬工结构时，横梁可按固端梁进行受力验算。图4.3.1梁式坝基本结构H1、H2和H3分别为翼墙、工字钢和支墩的高度；h1和h2分别为翼墙和支墩迎冲面内侧泥石流前期沉积物厚度；a1和a2分别翼墙和支墩的顶宽；b1、b2和b3分别为翼墙、工字钢和支墩的底宽度；t为工字钢腹板厚度；H'1和H'2分别为翼墙和支墩的溢流口高度；A1和A2分别为翼墙和支墩迎冲面内侧处于运动状态的泥石流体；B1和B2分别为翼墙和支墩迎冲面内侧前期泥石流沉5泥石流导流结构设计5.1丁坝5.1.1丁坝是建在泥石流岸边用于调节泥石流流向或将泥石流体归并到排导结构内的圬工结构，迫使泥石流绕过坝头、挑离沟岸，起到束河归槽，改善沟内泥石流流态的作用。5.1.2丁坝长度应根据防护长度、导治线、丁坝与水流方向的交角、河段地形、水文条件及河床地质情况等综合确定，不要过多压缩泥石流水流断面，垂直于泥石流流向的投影长度不宜超过稳定沟床的1/4。5.1.3从丁坝轴线与泥石流流向的关系不同，可将丁坝设置成正挑式、下挑式和上挑式三种，优选下挑式。5.1.4丁坝由坝头、坝身和坝根三个基本部分组成，其横断面为梯形。坝身：坝身断面的拟定，包括坝顶宽度及上、下游边坡坡度。丁坝的坝身为不对称梯形断面，其顶宽一般不小于2.0m。对于边坡，迎水面的边坡缓于背水面、坝头边坡缓于坝身。整个坝顶轴线，由坝头向着坝根，具有1/40～1/80的纵向缓和升坡。丁坝顶面的高程与坝的种类及其在河段中的具体位置有关，设计中应结合具体情况来确定。坝头：在坝头的背面加大坝顶宽度（总宽度为坝身的1.5～2.0倍）并做成圆滑的曲线形，将坝头边坡坡度放缓至1:3。坝头顶面高程，按设计水位，加上壅水高、流体侵袭高和0.25m的安全高度来确定。坝根：坝根是与河岸岸坡（或边滩）的连接部位，当岸坡土体体较易冲刷或渗透系数较大时，坝根处应开挖基槽，将坝根嵌入岸内，其深度为坝体实际长度的0.15～0.20倍，但不长于2.0m，并在上、下游铺设护岸；当岸坡土体不易冲刷或渗透系数较小时，仅在上、下游适当铺设护坡，坝根不必嵌入岸内，若坝根处于淤积区时，亦可不采取护根护坡的措施。几种常用丁坝断面尺寸及边坡坡度参数如表5.1.1所示。表5.1.1常用丁坝断面尺寸及边坡坡度参数坝的类别坝头顶宽（m）坝身顶宽（m）坝头边坡迎水边坡背水边坡备注渗水土坝2~42~31:2.5~1:41:2~1:2.51:1.5~1:2.5当坝高低于3m，流速较大时，坝顶宽应由计算确定。石坝1:1~1:31:0.5~1:21:0.5~1:2坝顶宽由计算确定（不包括浆砌片石）。石梢坝2~42~31:2~1:41:1.5~1:2.51:1.5~1:2.5坝顶宽由计算确定。5.1.5丁坝的坝顶应做成坝根斜向河心的纵坡，一般为0.25%~2%，可根据洪水时水面坡降来确定。当地形不利或坝头坝尾高差过大时，可将坝顶沿纵向分设几个坡段，靠近坝根若干米（不小于岸前水深的两倍）可做成4~10％的纵坡。如坝尾与坝头标高相差不大，为使坝顶能具有一定的纵坡，可调整坝头标高，使之略低于泥石流流位。5.1.6丁坝的基础埋置应在最大冲刷线以下不小于1m。5.1.7丁坝的建坝用料应力求就地取材，优先考虑采用石坝，宜选用质地坚硬、浸水不裂、耐冻抗磨、未经风化、容重较大及适宜加工的石料来砌筑坝体。5.2丁坝群5.2.1在丁坝的坝头附近冲刷严重，而群坝之间形成淤积，在公路桥渡泥石流灾害防治和路基冲刷防护中，特别是在弯曲河段上，多采用群坝防护，如表5.2.1和图5.2.1所示。5.2.2丁坝群中单体丁坝参数：1#坝长为下游各坝长度的一半，而2#坝与下游各坝长度相等，即LD1=0.5LD2=0.5LD3=……=0.5LDn。2#坝和下游各坝长度，最大不应超过河槽宽度的15%；用于沿河路基防护的丁坝，对于山区河流，一般坝长不宜超过10m。5.2.3各个丁坝，一般取正挑，即α＝90°。根据河岸地形条件，为了保证1#坝水流平顺地与下游各坝衔接，1#坝可设为下挑，即α＜90°，可取α≈60°，但应使坝长在垂直水流方向的投影长度LD1=0.5LD2。5.2.4各坝之间的距离，在水流平顺的条件下，可取为相等，即偏安全地取各坝间距离为1号坝是单坝时下游回流长度LH1的0.8倍：1#坝头的冲刷深度h′s1等于其单坝时冲刷深度的0.82倍，即h′s1=0.82hs1，亦可偏安全地取两者相等。2#坝头的冲刷深度h′s2，取其单坝冲刷深度的0.62倍，即h′s2=0.62hs2。3#坝及下游各坝的冲刷深度，在2#坝及下游各坝长度相等的条件下，取2#坝为单坝时冲刷深度的0.4倍。即h′s3＝h′s4＝…＝h′sn＝0.4hs2。5.2.5最下游丁坝的回流区长度：若丁坝群由两个坝体组成，且LD1=0.5LD2，则取L′H2=0.6LH2。若丁坝群由2个以上的丁坝组成，且2#坝及下游各坝长度相等，则取L′Hn＝0.8LHn，LHn是当最下游丁坝（n#坝）为单坝时的回流区长度。l#坝上游回流区长度与单坝时无明显变化，一般LHS=（1.2～1.5）LD，近似取LHS=1.35LD。上述设计原则和计算方法，可以归纳为表5.2.1。表5.2.1丁坝群设置尺寸推荐值丁坝编号1#坝2#坝3#坝n#坝（最下游）丁坝长度（LDi）LD1＝0.5LD2LD2＝2LD1LD2＜0.15B山区LD2＜10mLD3=LD2LDn=LD2=LD3＝……=LDn-1坝头最大冲深（h′si）h′s1＝0.82hs1h′s2＝0.6hs2h′s3＝0.4hs2h′sn＝0.4hs2丁坝间距或回流长度l1，2＝0.8LH1l2，3＝l1，2l3，4＝l1，2L′Hn＝0.8LHn坝轴挑角（α）90°或60°～90°90°90°90°注：表中的各坝距离为顺直河段中水流方向与河岸平行的情况。表中，h′s1表示丁坝群中1#坝的坝头冲深，hs1表示1#坝作为单丁坝时的坝头冲深；l1，2表示1#坝和2#坝的距离；LH1表示1#坝作为单坝时的下游回流长度；B是河槽宽度，下游各坝符号以此类推。防护长度防护长度LHS11号2号3号4号l1,2=0.8LH1l2,3=l1,2L′H4=0.8LH4l3,4=l2,3LD1=0.5LD2LD2LD3=LD2LD4=LD2h′S1=0.82hS1h′S2=0.6hS2h′S3=0.4hS2h′S4=0.4hS2图5.2.1丁坝群防护设计图式6泥石流排导结构设计6.1渡槽6.1.1渡槽适用于泥石流暴发较频繁，高含沙水流、洪水或与常流水交替出现，有冲刷条件的沟谷泥石流排泄，不宜用于排泄高粘度、高重度的塑性或蠕动性泥石流体。6.1.2设置渡槽处应有足够的高差，进、出口顺畅，地基有足够的承载力并具有较强的抗冲刷能力。6.1.3对处在急剧发展阶段的泥石流沟或由崩塌、滑坡、阻塞溃决等成因形成的泥石流沟，在上游未采取措施使泥石流发育得到控制或不具有渡槽布设的立面条件时，不宜采用渡槽。6.1.4渡槽设计应将对应于设计标准流量的断面面积增大30%作为验算满槽过流能力的校核依据。6.1.5渡槽的布置可参考图6.1.1与图6.2.2。图6.1.1泥石流渡槽立面图图6.2.2泥石流渡槽平面图6.1.6渡槽平面布置应符合下列要求：1渡槽进口段采用上宽下窄的梯形或圆弧形状的喇叭口型，连续渐变，渐变段长大于5倍渡槽宽度且不短于20m，渐变段收缩角小于8°~15°。2槽身为均匀的直线段，在跨越障碍物时,跨越后延伸长度取1.0~1.5倍槽宽。3出口段的出流口设悬跌或增加人行上下梯道。6.1.7排泄水石流、稀性泥石流的渡槽纵坡按下式计算：（6.1.1）式中，为渡槽槽底纵坡；为石块平均粒径（m）；为平均泥深（m）。排泄水石流、稀性泥石流的渡槽纵坡也可按表6.1.1取值。表6.1.1纵坡与的关系1.52.53.54.55.5纵坡范围（%）24.6~21.421.4~18.018.0~14.814.8~11.411.4~8.0纵坡中值（%）23.019.516.513.010.0注:为平均泥深（m），为按石块个数计90%的石块粒径比其小或与其相等的粒径（m）。6.1.8排泄粘性泥石流的渡槽纵坡不宜小于15%，并应大于泥石流流通段的平均沟床纵坡。6.1.9渡槽横断面可采用梯形、矩形、三角形、圆弧形，槽底宽度应大于排泄泥石流体中最大颗粒的2.0倍，横断面积应取对应于设计流量的面积与对应于安全超高的面积之和。6.1.10渡槽纵、横断面均宜设置成弧形，出口段反翘，反翘角度8°~14°，使渡槽内泥石流体排泄抛射到公路外侧深沟或河流中泓线附近。1.6.10渡槽细部构造应符合下列要求：1槽体下方用排架或墩、桩支承。2进口段和出口段与槽身之间或简支梁-排架支承端均设置沉伸缝，渡槽单节长度应小于20m，接缝作防渗处理。3出口段的边墩采用重力式结构，并设置止推墩台。4槽底和侧墙过流面采用钢板、钢轨、钢筋混凝土或钢纤维混凝土作防磨蚀处理。6.2排导槽6.2.1排导槽宜建在泥石流流通区末端并穿越泥石流堆积区，应能使泥石流沿规定路线排泄并与邻近的主要排泄通道衔接。6.2.2排导槽结构应具有较好的抗冲击和耐磨蚀能力，不得因冲刷、冲击作用而危及自身安全。6.2.3排导槽可单独使用，也可与拦挡工程联合使用。6.2.4排导槽平面布置宜符合下列要求（图6.2.1和图6.2.2）：1排导槽由自上而下的进口段、急流段和出口段三部分组成。2排导槽路线宜顺直，同时与沟道主流中心线宜一致。3布置排导槽进口段时应利用上游的拦渣坝、溢流堰、低槛等控流设施。4进口段两侧的导流堤布设成上游宽、下游窄并成收缩渐变的喇叭口外形。5排导槽全长范围内采用宽度一致的直线形平面布置或以缓弧相接的大钝角相交的折线形布置；需变化宽度时，宽度采用渐宽或渐窄的联接方式，渐变段的长度不小于5倍槽宽，扩散角不小于10°。6沿程支沟汇人处，顺流向小锐角相交，夹角不大于30°，汇口下方扩宽过流断面或增加过流深度。7出口段尾部选在主河即输移能力较强处，出口主流轴线走向与下游大河主流方向以小锐角斜交，交角不超过45°。图6.2.1排导槽进口段形式及平面布置图6.2.2排导槽急流弯道及汇口布置6.2.5排导槽纵断面设计宜符合下列要求：1以顺直、狭窄、形状尺寸稳定的泥石流沟流通段作为泥石流排导槽设计类比，排导槽纵坡宜略大于泥石流流通段的纵坡。2排导槽纵断面均宜设置成弧形，出口段反翘，反翘角度8°~14°，使排导槽内泥石流体排泄抛洒到公路外侧深沟或河流中泓线附近，防止泥石流在排导槽出口部位淤积回灌，淤塞公路。3排导槽纵坡和宽度不变或仅有小幅变化。4平均纵坡按表6.2.1取值。表6.2.1排导槽平均纵坡取值泥石流性质稀性黏性重度（kN/m3）1.3-1.51.5-1.61.6-1.81.8-2.02.0-2.2纵坡（%）33-53-55-75-77-105-158-1210-185排导槽纵、横断面按照结构计算结果配筋，结构计算精确计算采用弹性地基梁理论，三级治理工程可采用简化计算方法进行结构计算，地基反力系数按表6.2.2取值。表6.2.2地基反力系数推荐值土的种类k（N/cm3）扰动砂土，未经压实的新填土1~5流塑黏性、淤泥质土、有机质土5~10粘土及粉质粘土软塑10~20可塑20~40砂土松散或稍密的10~15中密的15~25密实的25~40碎石土稍密的15~25中密的25~40黄土及黄土类粉质黏土40~50硬塑性粘性及粉质粘土40~100密实碎石土50~100人工压实的粉质粘土、硬粘土100~200冻土层200~1000注：地基反力系数推荐值应根据防治工程的重要性进行选取，即重要工程取小值，次要工程取大值。6.2.6排导槽长度超过30m后，每隔15m设置一个锁固桩，增强排导槽的整体刚度和稳定性。锁固桩设置在排导槽侧墙，与侧墙一并浇筑。6.2.7排导槽横断面设计宜符合下列要求：1排导槽的过流能力大于设计流量。2排导槽的设计流速小于允许流速，对天然沟床，允许流速取3m/s~5m/s。对浆砌石结构，允许流速取6m/s~8m/s，对混凝土结构，允许流速取10m/s~12m/s。3排导槽横断面形状取梯形、矩形、三角形、复式断面。取梯形或矩形断面时，宽深比取2~6；取三角形断面时，宽深比取1.5~4.0；取复式断面时,宽深比取3~10。4排导槽宽度的上限按式（6.2.1）计算：Bmax式中，Bmax为排导槽的上限宽度（m）；If为排导槽设计纵坡（%）；Bb为流通段沟道宽度（m）；I5排导槽宽度的下限按式（6.2.2）计算：Bmin式中，Bmin为排导槽的下限宽度（m）；Dm为6排导槽的高度取设计泥深、常年淤积厚度和安全超高三者之和。安全超高取0.5m~1.0m，有弯道时，还应加上弯道超高。6.2.8排导槽细部构造宜符合下列要求：1采用侧墙加防冲肋板或全衬砌两种结构。2防冲肋板与墙基砌成整体，肋板顶部与沟底平齐。边墙按挡墙进行设计，基础深度取1.0m~1.5m，底用混凝土或浆砌块石铺砌。肋板用钢筋混凝土，厚取1.0m，其间距可按式（6.2.3）进行计算：L=式中，L为防冲肋板间距（m）：H为防冲肋板埋深（m）取H=1.5m~2.0m；∆H为防冲肋板安全超高（m），取0.5m；I0为排导槽设计纵坡（%）；I'为肋板冲刷后的排导槽内沟槽纵坡（%），3锁固桩一般采用方桩，其断面长度与排导槽侧墙厚度相同。锁固桩箍筋或弯起钢筋与排导槽侧墙配筋绑扎。锁固桩顶端与侧墙顶面齐平，底端埋置在排导槽底板以下3m~5m。4全衬砌排导槽的侧墙及槽底均用浆砌石护砌，槽宽不大于5.0m，比降较大的小型槽，横断面可采用V型，槽底横向斜坡取300%~150%。6.2.9排导槽底表层设置抗磨蚀耐久性辅助构造措施：1当采用面层抗冲磨消能材料时，面层的厚度不得小于20.0cm，宜采用粒径为1.0~2.0cm的硬质碎石作为混凝土粗骨料，面层施工以前需用强度不小于面层结构强度的水泥浆涂抹主体结构表面，增强面层材料与主体结构粘结性。2当采用钢轨排抗磨措施时，钢轨的布置方向应与速流槽轴线方向一致，且钢轨必须同主体结构上的预埋件焊接，每个联结点需双侧施焊，每条焊缝长度不得小于10.0cm。3当采用铺砌大理岩等硬质岩石抗冲磨面层时，石材宜采用长方形状，宽度不得小于20.0cm、厚度不得小于宽度的5cm，长度不得小于60.0cm，砌筑砂浆强度不得低于M7.5，缝宽不得大于2.0cm，条石的长度方向需与速流槽的轴线方向一致。砌筑抗冲磨面层以前，主体结构表面应凿毛、清洁，用标号不小于M15的水泥砂浆涂抹主体结构表面，增强面层材料与主体结构粘结性。6.3水石分离排导结构6.3.1水石分离排导结构适用于特大型泥石流沟内的水石流或稀性泥石流灾害治理，由重力式拦渣坝、排导结构和水石分离系统三部分组成，如图6.3.1所示。6.3.2重力式拦渣坝布置在排导结构上游30~50m，按照第4.1节相关要求进行设计。6.3.3排导结构由导流堤和排导槽组成，其中排导槽为直线槽，槽底设置水石分离结构排水孔出水口，如图6.3.2所示。排水管出流口在排导槽底板的间距取5m~10m。排导槽按照第6.2节相关要求进行设计。6.3.4水石分离系统由水石分离区、水石分离篦和排水管组成，如图6.3.2所示。水石分离区一般设置为矩形区域，宽度取20m~30m，长度取6m，如图6.3.1和图6.3.3。6.3.5水石分离篦为加盖的凹陷半球空间，如图6.3.4和图6.3.5所示。凹陷半球空间内铺设一个排水管，排水管周围现场浇筑混凝土填料，防止管壁渗漏水。水石分离篦盖为预制带孔钢筋混凝土球冠，球冠上按行列式排列设置多个篦孔，直径取100cm~120cm，篦盖矢高取30cm~50cm，篦孔直径取5cm~10cm，篦孔间距取20cm~30cm。6.3.6排导槽底部的排水管布设比降不小于5%。6.3.7水石分离区做好防渗处理，避免泥石流对水石分离篦周边泥石流沟床的掏蚀作用，宜采用高标号砂浆进行砌石铺底，或铺设高标号素混凝土或钢筋混凝土，厚度不小于30cm。图6.3.1水石分离排导结构平面图1为泥石流沟，2为重力式拦渣坝，3为导流堤，4为排导槽，5为泥石流水石分离篦，6为排水管，7为排水口出流口，8为拦渣坝上游泥石流运动方向，9为泥石流沟岸，B为泥石流沟宽度（m），a为排水管出流口在排导槽底板的间距（m），b为排导槽宽度（m），e为泥石流水石分离区宽度（m），h为泥石流水石分离区长度（m）。图6.3.2水石分离排导结构纵断面图10为拦渣坝上游泥位，11为泥石流沟床，12为排导槽底板。图6.3.3水石分离区图6.3.4水石分离篦立面图图6.3.5水石分离篦平面图

7泥石流防护结构设计7.1挡土墙7.1.1沿河公路路基防护宜采用挡土墙，包括防护型挡土结构和承受泥石流冲击磨蚀型挡土结构，后者可进一步分成重力式挡土墙和组合式曲面挡土墙两类。7.1.2防护型挡土结构宜采用不低于M15的水泥砂浆砌石沿遭冲刷的坡脚附近进行表面护砌（图7.1.1），护坡高度不应低于设计最高泥位。背水面坡度宜与岸坡平行，迎水坡度可略缓，护砌厚度在顶部不宜小于50cm，在底部不宜小于100cm，埋入基础深度应大于冲刷深度且不应小于100cm。图7.1.1水泥砂浆砌石护坡图示（单位：cm）7.1.3重力式挡土墙按照国内相关技术规范设计。7.1.3组合式曲面挡土墙是一种通过双曲面造型双向调节水流流向的路基抗冲击磨蚀防护结构，如图7.1.2所示。1由多个砌块组成，各砌块间通过齿纹咬合并用销钉连接。单个砌块形似长方体，迎水面为双曲面构造，背水面为平面，砌块上、下水平面设计有销钉孔，左右铅直面设计有咬合齿销。2双曲面砌块长度2m，高度3m，曲面半径5.25m，为预制构件。3砌块上、下水平面均匀设计有多个销钉孔，销钉孔尺寸与插销尺寸相匹配，销孔直径取200mm，销孔长度取500mm，销孔间距取850mm。（a）双曲面砌块（b）砌块组合图7.1.2组合式曲面挡土墙图示1为水流，2为齿销，3为销孔7.2泥石流防撞墩7.2.1泥石流防撞墩一般设置在桥墩的上游，用于抵挡泥石流对桥墩的冲击作用。防撞墩墩型可分成矩形、圆端形、圆形和尖角形。7.2.2防撞墩边缘距离桥墩基础外围的距离在5~10m。7.2.3防撞墩嵌入河床深度：桥渡附近的河床变形分为河道自然变化引起的自然冲刷、桥渡束狭水流增加单宽流量引起的一般冲刷、由桥墩阻水使水流结构在桥墩周围发生的局部冲刷，防撞墩嵌入河床深度应取自然冲刷深度、一般冲刷深度和局部冲刷深度最大值以下不少于2m。7.2.4撞墩位于河床上部高度：以泥石流最大龙头高度作为防撞墩上部计算高度。（7.2.1）式中，h为防撞墩河床上部高度值（m）；hΔs为根据不同设计等级所必须的安全超高（取0.5~1.0m）；Hc为桥墩前部最大泥石流深度（m）。7.2.5作用在防撞墩上的荷载为泥石流冲击力，包括固相块石冲击力和液相浆体冲击力，据此按照悬臂梁理论进行防撞墩结构计算，并据此进行防撞墩抗倾、抗滑稳定性、抗剪断及地基承载力验算，当抗剪断验算不满足相关技术要求时，需对结构进行配筋。7.2.6防撞墩表层宜通过浇筑10cm~20cm耐磨蚀混凝土层或安设废旧钢轨，弱化泥石流对墩身的磨蚀作用。7.3固床结构7.3.1固床结构用在泥石流拦挡结构上游端及拦挡结构与排导结构之间的沟床防护，防止泥石流掏蚀沟床。7.3.2固床结构宜采用水泥砂浆砌块石铺砌，砂浆强度等级不低于M15，铺砌厚度不小于0.5m（图7.3.1）。在非重要的沟段，也可采用干砌块石，用丁砌法铺砌，厚度不小于0.5m（图7.3.2）。图7.3.1水泥砂浆砌块石固床结构示意图图7.3.2干砌石固床结构示意图7.3.3固床结构肋板（图7.3.3）可采用M15水泥砂浆砌块石或C15混凝土，在重要地段宜采用钢筋混凝土，其宽度不应小于1m，埋深应超过最大冲刷线,且不应小于1.5m，顶面应与沟底齐平或不超过沟底0.5m，必要时可埋设竖筋。肋板应垂直于流向布设，间距宜为沟底宽的2~3倍。图7.3.3肋板平面布置及剖面示意图（单位：cm）Bb—河底宽;L—肋板间距8泥石流断道应急通行结构设计8.1淤埋路段战备浮桥8.1.1泥石流淤埋路段战备浮桥属于抗洪救灾救援道路抢修专用设备，适用于淤埋厚度超过3m的特大泥石流灾害路段道路交通快速抢修。8.1.2泥石流淤埋路段战备浮桥采用构件预制、灾后现场组装方式，实现道路交通应急修复。8.1.3泥石流淤埋路段战备浮桥构件包括承载墩、连系杆和承载路面板三部分（图8.1.1），其中承载墩是关键。1承载墩由充气室和稳定柱组成，承载墩顶部有锁固栓和充气阀门，底部为四根稳定柱，如图8.1.2所示。充气室为密闭的车胎质橡胶制品，稳定柱为轻质实心铝合金制品。2承载墩尺寸：宽50~100cm，长100~150cm，高50~80cm，分不同型号。3稳定柱直径10~15cm，长度30~50cm，顶部固定在充气室底部。4连系杆为高强金属制品如钢轨，有3m、4m和5m三种尺寸，端部开孔，孔径与承载墩顶部的螺芯相匹配。图8.1.1泥石流淤埋路段战备浮桥（a）构造图（b）1−1'剖面图（c）2−2'剖面图（d）3−3'剖面图图8.1.2承载墩结构图示8.1.4现场搭建泥石流淤埋路段战备浮桥时，应确定泥石流爆发后已停止明显流动，泥石流沉积物表层承载力不小于80kPa。8.1.5现场搭建泥石流淤埋路段战备浮桥时，应确保充气室三分之二进入泥石流体内，充气室气体充满并达到2~3个大气压后才关闭充气阀门。8.1.6泥石流淤埋路段战备浮桥搭建完成后，通行车辆荷载宜不超过公路-Ⅱ级荷