本發(fā)明涉及地質(zhì)領(lǐng)域，特別涉及一種泥石流攔砂壩壩下防沖加固方法。

背景技術(shù)：

攔砂壩是泥石流治理工程的主要類型之一，也是目前攔截泥石流固體物質(zhì)、降低泥石流流速、穩(wěn)固溝床物源的常用治理工程形式。然而，攔砂壩滿庫后容易形成壩后沖刷，即在巨礫沖撞和流體沖刷作用下，以護(hù)坦、副壩、潛壩為主的常規(guī)壩下防沖結(jié)構(gòu)逐漸損毀失效，溝道溯源對沖刷區(qū)上游的侵蝕破壞加劇了破壞進(jìn)程，易造成壩基懸空而導(dǎo)致主壩失穩(wěn)破壞的安全隱患。在攔砂壩主體完好的情況下，通過修復(fù)加固防沖結(jié)構(gòu)以維持防治工程的設(shè)計(jì)功能，將節(jié)省大量工程治理工期和建設(shè)資金。

目前，壩下防沖修復(fù)加固技術(shù)方法主要有以下五類方法：一、拋填塊石；二、增加護(hù)坦厚度、質(zhì)量或增鋪巨石層；三、護(hù)坦鋪設(shè)廢舊輪胎；四、護(hù)坦置入鋼軌或厚鋼板；五、鋼筋或格賓石籠。

經(jīng)大量工程案例證實(shí)，上述五類方法僅通過提高材質(zhì)的抗沖性能，防沖結(jié)構(gòu)仍會發(fā)生因壩下泥石流集中沖刷破壞而失效。

發(fā)明人發(fā)現(xiàn)：通過提高防沖結(jié)構(gòu)材質(zhì)的抗沖性能達(dá)到壩下防沖加固的功能有限，需采取有效措施防止攔砂壩基礎(chǔ)范圍內(nèi)松散層不被沖刷或掏蝕才是修復(fù)加固防沖結(jié)構(gòu)確保攔砂壩安全的關(guān)鍵。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種泥石流攔砂壩壩下防沖加固方法，以解決現(xiàn)有技術(shù)中防沖結(jié)構(gòu)會發(fā)生因壩下泥石流集中沖刷破壞而失效的問題。

本發(fā)明提供了一種泥石流攔砂壩壩下防沖加固方法，包括：在壩下攔砂壩壩趾至集中沖刷區(qū)段之間的松散層埋設(shè)鋼管樁，且所述鋼管樁的樁身上開設(shè)有注漿孔眼；通過所述鋼管樁進(jìn)行注漿從而將松散層和鋼管樁結(jié)合形成固結(jié)體。

優(yōu)選地，所述鋼管樁的埋置區(qū)域的橫向長度、縱向長度滿足以下關(guān)系：

bh≥b+1

bv＝v0×(2hd/g)^1/2

其中，bh為所述橫向長度，b為溢流口寬度，且所述埋置區(qū)域的中心線與攔砂壩的溢流口對齊；bv為所述縱向長度，v0是泥石流溢流口流速，hd是攔砂壩壩高，g是重力加速度9.8m/s²。

優(yōu)選地，所述鋼管樁的埋設(shè)行數(shù)m＝3，列數(shù)n＝int(bh/l)，采用梅花樁布局。

優(yōu)選地，當(dāng)所述鋼管樁埋置后，在所述鋼管樁的埋置區(qū)域澆筑厚度為0.5米的混凝土承臺，且所述鋼管樁的樁頭嵌入所述混凝土承臺0.5米。

優(yōu)選地，所述鋼管樁的埋置深度由下式確定：

h＝max(泥石流流體沖刷深度，落石沖刷深度，洪流沖刷深度)

其中，h為所述埋置深度。

優(yōu)選地，所述鋼管樁的單根長度為所述埋置深度與所述鋼管樁嵌入所述混凝土承臺的樁頭之和。

優(yōu)選地，所述鋼管樁的樁徑的取值范圍為60-250mm，其中，當(dāng)工作環(huán)境差時樁徑取較小值，反之樁徑取較大值。

優(yōu)選地，所述鋼管樁的樁間距為所述鋼管樁的樁徑的7-12倍。

優(yōu)選地，所述注漿孔眼的孔徑不超過20mm，所述鋼管樁上的注漿孔眼對穿且空間角度呈90°，所述注漿孔眼以約2倍所述鋼管樁樁徑的間距沿所述鋼管樁的軸線布置。

優(yōu)選地，所述注漿采用常注漿方式，注漿水灰比1：1。

本發(fā)明可避免壩下泥石流對防沖結(jié)構(gòu)的集中沖刷破壞，同時提高攔砂壩基礎(chǔ)承力范圍內(nèi)松散層的固結(jié)程度和抗沖刷能力，可有效控制壩下泥石流溯源侵蝕對基礎(chǔ)的掏蝕破壞，確保攔砂壩主體結(jié)構(gòu)的安全運(yùn)行，達(dá)到延長泥石流壩下防沖結(jié)構(gòu)使用壽命和攔砂壩主體結(jié)構(gòu)安全服役期限的目的。

附圖說明

圖1是泥石流攔砂壩壩下防沖加固技術(shù)結(jié)構(gòu)立體示意圖；

圖2是泥石流攔砂壩壩下防沖加固技術(shù)結(jié)構(gòu)正視圖；

圖3是泥石流攔砂壩壩下防沖加固技術(shù)結(jié)構(gòu)俯視圖；

圖4是鋼管樁注漿孔眼設(shè)計(jì)圖。

圖中附圖標(biāo)記：

1、鋼管樁；2、混凝土承臺；3、壩趾；4、鋼管樁加固段；5、鋼花管注漿固結(jié)分界線；6、溢流口；7、泥石流集中沖刷區(qū)域；8、注漿孔眼。

具體實(shí)施方式

發(fā)明人通過對泥石流壩下沖刷誘發(fā)溯源侵蝕破壞基礎(chǔ)范圍松散層的機(jī)理分析，結(jié)合在實(shí)際工程中攔砂壩壩下沖刷形成的沖刷坑特征得知，壩下泥石流在集中沖刷區(qū)沖刷作用強(qiáng)度最大，在巨礫沖撞和流體沖刷共同作用下，沖刷掏蝕和磨蝕破壞作用嚴(yán)重，極易導(dǎo)致護(hù)坦等防沖結(jié)構(gòu)損毀失效，影響攔砂壩主體結(jié)構(gòu)的安全和長期運(yùn)行；在攔砂壩壩趾至集中沖刷區(qū)段，壩下泥石流的沖刷作用強(qiáng)度較低，受損程度相對較低。

基于上述分析，本發(fā)明針對壩下泥石流集中沖刷區(qū)極易遭到泥石流沖刷磨蝕而導(dǎo)致整個防沖結(jié)構(gòu)損毀失效的缺陷問題，提出一種在攔砂壩壩趾至集中沖刷區(qū)段應(yīng)用小口徑鋼管樁修復(fù)缺陷的壩下防沖加固技術(shù)方法。

本發(fā)明提供了一種泥石流攔砂壩壩下防沖加固方法，包括：在壩下攔砂壩壩趾至集中沖刷區(qū)段之間的松散層埋設(shè)鋼管樁1，且所述鋼管樁1的樁身上開設(shè)有注漿孔眼8；通過所述鋼管樁1進(jìn)行注漿從而將松散層和鋼管樁1結(jié)合形成固結(jié)體。

針對泥石流攔砂壩壩下沖刷破壞形成的防沖結(jié)構(gòu)工程缺陷、易導(dǎo)致攔砂壩主體結(jié)構(gòu)失穩(wěn)破壞的安全隱患，從而降低攔砂壩的安全服役期限的問題，本發(fā)明在壩下攔砂壩壩趾至集中沖刷區(qū)段松散層埋設(shè)小口徑鋼管樁，同時樁身開孔制作注漿孔眼，然后采用常注漿將樁間松散層和鋼管樁結(jié)合形成固結(jié)體，避免了壩下泥石流對防沖結(jié)構(gòu)的集中沖刷破壞，同時提高了攔砂壩基礎(chǔ)承力范圍內(nèi)松散層的固結(jié)程度和抗沖刷能力，可有效控制壩下泥石流溯源侵蝕對基礎(chǔ)的掏蝕破壞，確保攔砂壩主體結(jié)構(gòu)的安全運(yùn)行，達(dá)到延長泥石流壩下防沖結(jié)構(gòu)使用壽命和攔砂壩主體結(jié)構(gòu)安全服役期限的目的。

優(yōu)選地，所述鋼管樁1的埋置區(qū)域的橫向長度、縱向長度滿足以下關(guān)系：

bh≥b+1

bv＝v0×(2hd/g)^1/2

其中，bh為所述橫向長度，b為溢流口寬度，且所述埋置區(qū)域的中心線與攔砂壩的溢流口對齊；bv為所述縱向長度，v0是泥石流溢流口流速，hd是攔砂壩壩高，g是重力加速度9.8m/s²。

優(yōu)選地，所述鋼管樁1的埋設(shè)行數(shù)m＝3，列數(shù)n＝int(bh/l)，采用梅花樁布局。

優(yōu)選地，當(dāng)所述鋼管樁1埋置后，在所述鋼管樁1的埋置區(qū)域澆筑厚度為0.5米的混凝土承臺，且所述鋼管樁1的樁頭嵌入所述混凝土承臺0.5米。

優(yōu)選地，所述鋼管樁1的埋置深度h由下式確定：

h＝max(泥石流流體沖刷深度h，落石沖刷深度hs，洪流沖刷深度h局)

其中，(1)泥石流流體沖刷深度h由下式計(jì)算：

其中d90——床質(zhì)砂的標(biāo)準(zhǔn)粒徑(mm)；v——壩下流速(m/s)；q——單寬流量(m³/(s·m))。

(2)落石沖刷深度hs由下式計(jì)算：

其中γh——泥石流中落石容重(kn/m³)；hd——壩上下水位差(m)；hc——溢流口泥深(m)；[δc]——壩下游床質(zhì)允許承載力(kpa)。

(3)洪流沖刷深度h局由下式計(jì)算：

其中q——單寬流量(m³/(s·m))；hd——壩上下水位差(m)；d90——床質(zhì)砂的標(biāo)準(zhǔn)粒徑(mm)；h——壩下水深(m)。

優(yōu)選地，所述鋼管樁1的單根長度為所述埋置深度與所述鋼管樁1嵌入所述混凝土承臺2的樁頭之和。

優(yōu)選地，所述鋼管樁1的樁徑的取值范圍為60-250mm，其中，當(dāng)工作環(huán)境差時樁徑取較小值，反之樁徑取較大值。

優(yōu)選地，所述鋼管樁1的樁間距為所述鋼管樁1的樁徑的7-12倍。

優(yōu)選地，所述注漿孔眼的孔徑不超過20mm，所述鋼管樁1上的注漿孔眼對穿且空間角度呈90°，所述注漿孔眼以約2倍所述鋼管樁1樁徑的間距沿所述鋼管樁1的軸線布置。

優(yōu)選地，所述注漿采用常注漿方式，注漿水灰比1：1。

下面結(jié)合附圖，對本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)例作進(jìn)一步的描述。

實(shí)施例一

如圖1、圖2、圖3、圖4所示。某泥石流攔砂壩服役期限超過設(shè)計(jì)年限，攔砂壩庫區(qū)泥沙淤滿但主體結(jié)構(gòu)完好，壩下沖刷嚴(yán)重，原防沖護(hù)坦結(jié)構(gòu)損毀。攔砂壩主體結(jié)構(gòu)壩高8m，溢流口寬度5m。在20年一遇的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)下，攔砂壩溢流口斷面流速為2.2m/s，壩下最大沖刷深度5m，施工條件比較困難。

為了修復(fù)泥石流壩下沖刷誘發(fā)的結(jié)構(gòu)缺陷問題，采用在壩下攔砂壩壩趾至集中沖刷區(qū)段松散層埋設(shè)小口徑鋼管樁和花管注漿。根據(jù)實(shí)際施工條件，鋼管樁直徑r選取108mm，鋼管樁樁間距l(xiāng)＝10×108mm＝1.08m≈1m。鋼管樁埋置深度h＝5m。橫向埋置長度bh＝5+1＝6m，列數(shù)n＝int(6/1)＝6，縱向埋置長度bv＝2.2×(2×8/9.8)^1/2＝2.81m，行數(shù)m＝3，梅花樁布局。鋼管注漿孔徑r＝20mm，注漿孔眼沿軸線間距l(xiāng)＝2×108mm＝216mm≈22cm。采用常注漿方式，注漿水灰比1：1。在泥石流攔砂壩壩下鋼管樁埋置區(qū)域(橫向bh＝6m和縱向bv＝2.81m)澆筑c20混凝土承臺，厚度0.5m，合計(jì)c20混凝土8.43m³，鋼管樁樁頭嵌入承臺0.5m。單根鋼管樁小計(jì)長度為埋置深度與嵌入承臺的樁頭之和為5.5m，合計(jì)數(shù)量m×n＝3×6＝18根，總長度為5.5×18＝99m。

實(shí)施例二

如圖1、圖2、圖3、圖4所示。某泥石流攔砂壩服役期限超過設(shè)計(jì)年限，攔砂壩庫區(qū)泥沙淤滿但主體結(jié)構(gòu)完好，壩下沖刷嚴(yán)重，原防沖護(hù)坦結(jié)構(gòu)損毀。攔砂壩主體結(jié)構(gòu)壩高10m，溢流口寬度8m。在20年一遇的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)下，攔砂壩溢流口斷面流速為3.5m/s，壩下最大沖刷深度6.5m，施工條件較好。

為了修復(fù)泥石流壩下沖刷誘發(fā)的結(jié)構(gòu)缺陷問題，采用在壩下攔砂壩壩趾至集中沖刷區(qū)段松散層埋設(shè)小口徑鋼管樁和花管注漿。根據(jù)實(shí)際施工條件，鋼管樁直徑r選取245mm，鋼管樁樁間距l(xiāng)＝7×245mm＝1.72m≈1.7m。鋼管樁埋置深度h＝6.5m。橫向埋置長度bh＝8+1＝9m，列數(shù)n＝int(9/1.7)＝6，縱向埋置長度bv＝3.2×(2×10/9.8)^1/2＝4.57m，行數(shù)m＝3，梅花樁布局。鋼管注漿孔徑r＝20mm，注漿孔眼沿軸線間距l(xiāng)＝2×245mm＝490mm≈50cm。采用常注漿方式，注漿水灰比1：1。在泥石流攔砂壩壩下鋼管樁埋置區(qū)域(橫向bh＝9m和縱向bv＝4.57m)澆筑c20混凝土承臺，厚度0.5m，合計(jì)c20混凝土20.57m³，鋼管樁樁頭嵌入承臺0.5m。單根鋼管樁小計(jì)長度為埋置深度與嵌入承臺的樁頭之和為7.0m，合計(jì)數(shù)量m×n＝3×6＝18根，總長度為7×18＝126m。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：通過在壩下攔砂壩壩趾至集中沖刷區(qū)段松散層埋設(shè)小口徑鋼管樁，同時樁身開孔制作注漿孔眼，采用常注漿將樁間松散層和鋼管樁結(jié)合形成固結(jié)體，提高攔砂壩基礎(chǔ)承力范圍內(nèi)松散層的固結(jié)程度和抗沖刷能力，控制壩下泥石流溯源侵蝕對基礎(chǔ)的掏蝕破壞；避免了壩下泥石流對防沖加固結(jié)構(gòu)的集中沖刷和磨蝕破壞，從而延長泥石流攔砂壩主體結(jié)構(gòu)的安全服役期限。