11.2 拦挡坝

11.2.1 泥石流拦挡坝的坝型和规模，应根据地形、地质条件和泥石流的规模等因素经综合分析确定。拦挡坝应能溢流，可选用重力坝、格栅坝等。
11.2.2 拦挡坝坝址应选择在沟谷宽敞段下游卡口处，可单级或多级设置。多级坝坝间距可根据回淤坡度确定。
11.2.3 拦挡坝的坝高和库容应根据以下不同情况分析确定：
1 以拦挡泥石流固体物质为主的拦挡坝，对间歇性泥石流沟，其库容不宜小于拦蓄一次泥石流固体物质总量；对常发性泥石流沟，其库容不得小于拦蓄一年泥石流固体物质总量。
2 以依靠淤积增宽沟床、减缓沟岸冲刷为主的拦挡坝，坝高宜按淤积后的沟床宽度大于原沟床宽度的2倍确定。
3 以拦挡泥石流淤积物稳固滑坡为主的拦挡坝，其坝高应满足拦挡的淤积物所产生的抗滑力大于滑坡的剩余下滑力。
11.2.4 拦挡坝基础埋深，应根据地基土质、泥石流性质和规模以及土壤冻结深度等因素确定。
11.2.5 拦挡坝的泄水口应有较好的整体性和抗磨性，坝体应设排水孔。
11.2.6 拦挡坝稳定计算，其计算工况和稳定系数应符合相关标准的规定。
11.2.7 拦挡坝下游应设消能设施，可采用消力槛，消力槛高度应高出沟床0.5m～1.0m，消力池长度可取坝高的2倍～4倍。
11.2.8 拦挡含有较多大块石的泥石流时，宜修建格栅坝。栅条间距可按公式（11.2.8）计算：

式中：
D——栅条间的净距离（m）；
d——计划拦截的大石块直径（m）。

条文说明

11.2.1 拦挡坝是世界各国防治泥石流的主要措施之一，其主要形式有：采用大型的拦挡坝与其他辅助水工建筑物相配合，一般称为美洲型。成群的中、小型拦挡坝，辅以林草措施，一般称为亚洲型。应用于一般水工建筑物上的各种坝体都被应用在泥石流防治上，例如重力或圬工坝、横形坝、土坝等，泥石流防治中还常采用带孔隙的坝，如格栅坝、桩林坝等，格栅坝有金属材料和钢筋混凝土材料等类。
采用什么形式的坝体，要根据当地的材料、地质、地形、技术和经济条件决定。
11.2.2 拦挡坝在一般情况下大多成群建筑，一般2座～5座为一群，但在条件合适时也可单个建筑。成群的拦挡坝往往用下游坝体的淤积来保护上游拦挡坝的基础，拦挡坝的间距由下式计算决定。

式中：
L——拦挡坝的间距（m）；
H——拦挡坝有效高度（m）；
i_c——修建拦挡坝处的沟底坡度（小数计）；
i_o——预期淤积坡度（小数计）。

一般认为：预期淤积坡度与原沟底坡度有一定关系，即：

式中：C为比例系数。作为工程设计，C值可参考表7。

表7 C值表

成群的坝体往往用来防护沟底、侧壁、拓宽沟底，当拦挡坝为停留大石块时，需在一定长度内连续修建，需要修建的全长可参考下式计算：

式中：
L₁——拦截段全长（m）；
f——系数，严重的泥石流沟2.5，一般的泥石流沟2.0，轻微的泥石流沟1.5；
L_o——粒径为d的石块降低到规定速度时所需平均长度（m），见表8。

表8 L值表

不论单个或成群设置的拦挡坝均应考虑有较大的库容和较好的基础。
11.2.3 本条规定了不同目的坝体高度的最低要求。对以拦挡泥石流固体物质为主的拦挡坝淤满了怎么办，一般有两种方法，一是清除，这对间歇性泥石流沟尚可使用，但对常发性泥石流沟则十分困难；另一种方法是将原坝加高，可在原地加高，也可在原坝上游淤积体上加高，这是最常用的方法，并且较为经济。为稳定滑坡的拦挡坝坝高可参考下列公式计算：

H=h+h₁+L₁（i_c-i_o）　　　　　　　（24）

式中：
  H——设计拦挡坝高度（m）；
  h——稳定滑坡所需高度（m）；
  h₁——滑坡滑面距沟底高度平均值（m）；
  L₁——坝距滑坡的平均距离（m）；
  P——滑坡剩余下滑力（kN/m）；
  γ——淤积物容重（kN/m³）；
  φ——淤积物内摩擦角（°）。
11.2.4 拦挡坝的基础设置是个很重要的问题，如处理不好，为保护基础的造价会等于或超过坝体的造价。基础的主要问题是冲刷，拦挡坝的坝下冲刷由侵蚀基面下降、泥沙水力条件改变和坝下冲刷三部分组成。
因此对独立的坝体或群坝中最下游坝体的基础埋深要认真地研究，目前常采用坝下护坦和消力槛的办法加以保护。
11.2.5 泥石流中有大量的石块和漂砾，背水面垂直可避免石块撞击坝身而造成破坏。泄水口磨损非常严重，要采用整体性较好和耐磨的材料修建，根据不同情况采用混凝土、钢筋混凝土、钢筋或钢轨衬砌。对整体性较差的坝体，如干砌块石坝，泄水口附近也需用混凝土浇筑。在泥流等细颗粒泥石流沟道中的拦挡坝，背水面不一定要垂直，泄水口的抗磨性要求可较低。
11.2.6 拦挡坝上每米宽度上的泥沙压力可按下式计算：

式中：
  P_c——坝上的泥沙压力（kN/m）；
  γ_c——泥石流容重（kN/m³）；
  H——拦挡坝高度（m）；
  h——拦挡坝泄流口处泥石流流深（m）；
  φ——泥石流内摩擦角（°），如无实测资料时，可参考表9。

表9 泥石流内摩擦角

泥石流冲击力分浆体动压力和大石块冲撞力两部分，浆体动压力可用动量平衡原理导出：

Ft=mV　　　　　　　　（27）

式中：
  m——泥石流的质量，m=ρQt，Q为泥石流量，ρ为泥流密度；
  F——冲击力；
  t——冲击力作用时间；
  V——为泥石流流速。
  当过流面积为ω时，则单位面积冲击力f为：

式中：
  f——单位面积冲击力（kN/m²）；
  γ_c——泥石流容重（kN/m³）；
  ρ——泥石流的密度（kg/m³）；
  V——泥石流流速（m/s）；
  g——重力加速度（m/s²）。
  1966年在云南东川蒋家沟曾用压力盒进行冲击力测定，平均冲击力为95kN/m²。1973年又用电感压力盒测定，其值与计算值相差不多。
  目前，国内对泥石流冲击力的研究也取得了很大进展，中科院成都所根据弹性碰撞理论推导出以下公式。
将被撞建筑物概化成悬臂梁类型（如墩、台柱、直立跌水井等）和简支梁类型（如闸、格栅堤、软地基上两岸坚实的坝等），公式为：

式中：
  F——个别石块冲击力（kg）；
  A——系数，当构件为悬臂梁时，A=3；当构件为简支梁时，A=48；
  E——被撞构件之杨氏模量（kg/m²）；
  J——被撞构件通过中性轴之截面惯性矩（m⁴）；
  G——石块重量（kg）；
  V——石块流速（通常与流体等速）（m/s）；
  L——构件长（m）；
  α——冲击力方向与法线夹角。
以上计算公式可供设计时参考，有实测或试验资料时，应采用实际值。
泥石流拦挡坝建成后，最危险的时候是泥石流一次充满坝体库容，前部并有大石块撞击坝体，但这种情况不是很多，因此认为这是属于特殊组合。如果泥石流已充满坝体库容，大石块就不会再有巨大的撞击，并且随着泥石流的逐渐固化，摩擦角将逐步增大，所以坝体的最大受力时间是很短暂的，因此拦坝设计时应尽量采用减少前期受力的措施。
11.2.7 消力槛是拦挡坝防冲刷和消能的有效形式之一，如修建护坦也宜在消力槛内，并埋入沟底，以免被过坝的大石块击毁。消力槛的位置应大于射流长度，其距离可参考下式计算。

L=1.25Vc（H+h）1/2　　　　　　　　（30）

式中：
L——消力槛距拦挡坝的距离（m）；
H——拦挡坝高度（m）；
h——拦挡坝顶泥石流过流深度（m）；
V_c——拦挡坝泄流口泥石流泄流速度（m/s）。
11.2.8 格栅坝是泥石流拦挡坝的一种特殊形式，可以采用圬工坝上留窄缝、孔洞等形式，也可用钢杆件或混凝土杆件组装或安置在圬工墩台间，亦可采用桩式或A字形三角架式的桩林坝，还可采用钢索网状坝。格栅坝的主要作用是拦住大石块，而将其他泥石流排出，在流量大时可能暂时蓄满，之后较小颗粒逐渐流出，有调节流量的作用。实际使用时，希望格栅坝不要很快淤满，因此栅距较大，但最终仍将淤平，逐渐与实体坝一致。

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