泥石流灾害防治工程设计规范.docx

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泥石流灾害防治工程设计规范

前言

本规范的适用范围

基本符号

1总则

1.1泥石流防治的基本程序

1.2泥石流防治工程设计的特点与特殊性

1.3泥石流防治工程设计的基本技术要求和原则

1.4泥石流防治工程设计的依据和基础资料

1.5泥石流防治工程设计的阶段及其主要任务

1.6泥石流防治工程安全等级划分

1.7泥石流防治工程设计标准和要点

2荷载分析与计算

3泥石流防治工程设计

6.1一般规定

6.2排导槽

6.3拦砂坝

6.4谷坊

6.5格栅坝

6.6停淤场

6.7渡槽

6.8沟道整治工程

6.9坡面治理工程

6.10生物工程

前言

根据中华人民共和国国土资源部令（第4号）颁布的《地质灾害防治管理办法》，国土资源部国际合作与科技司和地质环境管理司组织并主持编制了《地质灾害防治工程设计规范》。

本规范编制的目的是：

减轻或消除某些最常见的突发性地质灾害，如危岩崩塌、滑坡、泥石流、岩溶塌陷等造成的损失，维护人民生命财产的安全，保护地质环境，保障社会主义现代化建设的顺利进行；统一地质灾害防治工程设计的标准，推动防治工程设计向规范化和科学化的方向发展，从整体上提高防治工程设计的技术水平；在地质灾害防治工程设计和施工中贯彻国家技术经济政策，做到技术先进、经济合理、安全适用、确保质量。

在编制过程中，对全国近十余年来开展的地质灾害防治工程进行了广泛的调查研究，搜集了大量国内外资料，并对有关地质灾害防治工程设计的理论和方法作了较系统的分析和论证。

本规范共分八章和五个附录，主要内容有：

总则，总体设计，荷载分析与计算，危岩及崩塌防治工程设计，滑坡防治工程设计，泥石流防治工程设计，岩溶塌陷防治工程设计，以及施工过程中的设计变更等。

本规范的归口单位为中华人民共和国国土资源部。

由国土资源部国际合作与科技司和地质环境管理司组织国土资源部标准化研究中心、四川地矿厅地质环境管理处和成都理工学院地质灾害防治与地质环境保护国家专业实验室等单位起草。

本规范的解释单位为国土资源部环境司。

本规范系首次编制，由于受水平和各种条件的限制，尚存在许多不足，甚至错误之处，请各单位在执行过程中发现的问题、建议和修改意见及时函告国土资源部地质环境司地质灾害处，以便在适当的时候作进一步修改。

本规范的主要起草人有：

刘汉超、柴贺军、晏鄂川、邓荣贵、葛文彬、徐志文、李良淦等。

国内一些知名专家，如刘广润、孙广忠、孙培善、梁炯、曲兴元、殷跃平、刘传正等，对规范的起草提出了许多宝贵的意见。

国土资源部地质环境司李烈荣司长和柳源处长，自始至终在关心和指导本规范的起草和修改工作。

本规范的适用范围

本规范适用于中华人民共和国境内危及人民生命和财产安全，主要由泥石流地质灾害防治工程设计。

在执行本规范时，尚应参照执行国家现行的有关规范、规程、标准的要求。

凡铁路、公路、水路、水利、水电、矿山、国防工程等对泥石流防治工程设计有特殊要求时，应按有关的各专门规定执行。

基本符号

锚杆筋的截面面积、沟道过水断面面积；

Ey对墙趾的力臂、地震平均加速度；

a、b

钻孔间距、排距；

受拉、受压区纵向非预应力钢筋的截面面积；

切口坝切口的宽度、网格坝网格宽度、桩的排距和行距、G对墙趾的力臂、矩形桩正面边比；

溢流口宽度、墙底宽度、验算截面宽度；

排导槽泥面宽度；

渡槽槽宽；

排导槽宽度；

流通区沟道宽度；

桩的计算宽度；

验算截面宽度；

地层岩土体粘聚力；

注浆强度系数；

第n块滑体沿滑动面的内察力；

折减系数；

岩石与胶结体的胶结系数；

钢绞线直径、圆形桩直径、受力钢筋直径；

排泄孔直径、渗流体积；

锚杆钢筋直径；

锚杆孔直径；

泥石流石块平均粒径；

排泄孔间壁厚；

沟床质最大粒径；

荷载在墙基面上的偏心距；

荷载作用于验算截面上的偏心距；

桩的弹性模量、工程构件弹性模量；

荷载作用于验算截面上的偏心距；

Ea1

验算截面以上的主动土压力；

被动土压力合力；

Ex,Ey

主动土压力、小压力、地重力等合力的水平（空间）分量；

地基承载力设计值；

fcm

混凝土弯曲抗压强度设计值；

fcr

砂浆与孔壁岩石间的设计粘结强度；

泥石流大块石冲击力；

Fdl

稀性泥石流体水平压力；

地震作用力；

泥石流整体冲击压力；

第n块，第n－1块滑体的剩下下滑力；

fptk

钢丝、钢绞线、钢筋强度标准值；

滑坡推力安全系数；

fst

钢筋的设计抗拉强度；

Fvl

粘性泥石流体水平压力；

Fwl

粘性泥石流体水平水压力；

普通钢筋的抗拉强度设计值；

坝底水的扬压力；

墙重；

验算截面以上墙体重；

第n块滑体自重沿滑动面、垂直滑动面的分力；

验算截面以上墙体重（kN/m）；

坡高、排导槽深度、防冲肋板埋深、谷坊有效高度、拦砂坝副坝和主坝的重叠高度、强夯影响深度、台阶高度；

切口坝切口的深度、桩林地面外露部分桩高、Ex对墙趾的力臂、落距；

截面有效高度；

排导槽设计泥深，溢流坝段泥深；

排导槽淤积高度；

设计溢流体厚度；

拦砂坝溢流坝段坝高，网格坝网格体的高度；

Hdl

拦砂坝坝顶到冲刷坑底的高度（m）；

泥石流的淤积厚度；

泥石流最大龙头高度；

沟底以上需淤埋的深度；

排导槽弯道深度；

载体截面惯性矩、平均水力坡度；

排导槽设计纵坡降；

沟道平均天然坡降；

渡槽槽底纵坡降；

排导槽纵坡降；

流通区沟道纵坡降；

沟道淤积坡降；

肋板下冲刷后的排导槽纵坡降；

工程构件截面中心轴的惯性矩；

安全系数、弹性抗力系数、换算系数、地基系数；

挡土墙抗滑稳定系数；

挡土墙抗倾覆稳定系数；

抗倾覆安全系数；

防冲肋板间距、拦砂坝主、副坝间距，谷坊间距、钢索在河床上的敷设长度；

L1,L2

锚索锚固长度；

焊接时的搭接长度；

锚杆有效锚固长度；

钢筋搭接延伸长度；

第n块滑体沿滑动面的长度；

上游坡掩埋处到拦砂坝顶上游距离；

地基系数随深度变化的比例系数；

夯锤重；

抗滑力矩；

滑动力矩;

钢纹线根数、渡槽梯形或矩形的边坡坡比、随岩土体类别有关的无量纲数、孔隙率；

锚杆的设计轴向拉力值；

设计锚杆力,基础底面处的平均压力设计值；

墙基底面边缘最小和最大压应力；

浅孔台阶爆破正常松动药包的正常用药量；

地震系数；

挡墙体抗拉强度设计值；

溢流坝段泥石流单宽流量；

挡墙体抗剪强度设计值；

单个炮孔装药量；

水平荷载（地震惯性力的水平分力）；

挡墙体抗压强度设计值；

岩体的重度；

γb

筑坝材料重度；

γd

设计溢流重度；

干砂重度；

Rmin

最小允许半径；

γw

地下水的重度；

岩石带轴抗压强度；

排导槽弯道半径；

单根锚杆的抗拔力；

地层y处的水平位移值；

水扬压力；

第n块底滑面的孔隙水压力；

张裂缝水压力、沟道过水流流速；

单宽坝体体积；

泥石流流速；

滑坡或崩塌体的重力；

坝体自重；

浅孔台阶爆破底板抵抗线；

地层y处的水平位移值；

滑面至计算点的深度（m）；

滑坡或崩塌后缘裂缝深度；

滑坡或崩塌后缘裂缝水柱高；

∆H

排导槽安全超高，防冲肋板安全超高、泥石流冲起高度；

∆Hw

排导槽弯道超高；

折减系数、坡角；

滑面倾角；

第n块、第n-1块的滑动面倾角；

α、β

桩比变形系数、渡槽断面宽深比；

地基岩土体重度；

γc

泥石流重度；

地层岩土体内摩擦角（度）；

ϕa

粘性泥石流体内摩擦角；

第n块滑体沿滑动面的内摩擦角；

ϕys

浮砂内摩擦角；

基底摩擦系数、超钻系数；

μ1

墙体材料抗剪断系数；

σmax

墙体抗压强度；

，

最大地基应力；

最小地基应力；

σmax

地层侧壁最大压应力；

σy

弹性抗力；

抗剪强度；

传递系数；

∑MN

抗倾力矩的总和；

∑MP

倾覆力矩的总和；

[σ]

地基容许承载力；

1总则

1.1泥石流防治的基本程序

第泥石流防治程序是指泥石流防治项目从决策、设计、施工到竣工验收全过程中的各个阶段及其先后次序。

为保证获得最佳的社会效益、经济效益和环境效益，泥石流防治应遵循下列基本程序。

第预可行性研究通过初步勘察、监测、稳定性分析，危险性评估等工作，对是否需要进行防治，以及防治的范围和重点区域等，提出预可行性分析，上报各省（直辖市、自治区）国土资源厅和国务院国土资源部，作为领导机关决策的依据。

第立项与编制设计任务书根据可行性研究报告，区别防治项目的重要性、危害性与规模，按防治项目的批准权限，提出立项报告。

立项批准后，应立即组织编写设计任务书。

第工程勘察主要包括工程测量，水文地质、工程地质和岩土工程勘察等内容。

针对防治区域进行测量、测绘、测试、勘探、试验、鉴定、研究与综合分析评价工作。

目的是为防治工程设计和施工提供科学依据。

工程勘察必须由具有地质灾害勘察资质的单位承担。

第防治工程设计这是一门涉及科学、技术、经济和方针政策等各个方面的综合性的应用科学技术。

设计单位必须具有相应的资质。

第防治工程施工这是实现领导决策与设计文件的重要阶段。

应做到计划、设计、施工三个环节互相衔接，投资、工程内容、施工图纸、设备材料、施工力量五个方面落实，保证全面完成计划。

第竣工验收这不仅是检查施工单位是否按设计文件、施工合同完成任务，同时，还要移交固定资产、交付当地政府或专职单位进行使用与维护管理。

1.2泥石流防治工程设计的特点与特殊性

第对自然条件的依赖性泥石流防治工程与自然地质条件的关系极为密切，设计时必须全面考虑气象、水文、地形、地质、水文地质条件及其复杂变化，包括可能发生的自然灾害及因兴建工程改变了自然地质环境条件而引发新的灾害。

同时，防治工程迄今还是一门不严谨、不完善、不成熟的科学技术，必然存在着相当大的风险性。

第岩土性质的不确定性泥石流体及工程岩图体多是非均质、多向异性介质，其岩土参数是随机变量，变异性大。

防治设计时不仅应掌握岩土性质及其概率分布，而且要了解测试方法及其与工程原型之间的差异。

第注重工程经验的重要性鉴于防治工程计算方法的不严谨和不完善，因此在设计时对工程经验，特别是地方类似工程的实践经验应予以高度重视。

第原型观测的特殊重要性由于设计参数和计算方法的不精确性，原型观测对于检验泥石流防治工程设计的合理性和监测施工的质量和安全，具有特殊的重要意义。

1.3泥石流防治工程设计的基本技术要求和原则

第应以最少的投资、最短的工期，达到设计基准期内安全运行，并满足所有预定功能。

即在设计基准期内在预定功能、安全性和耐久性、工期和投资的经济性三个方面达到要求。

具体而言，应满足以下要求：

（1）在特殊荷载条件下，仍能保证防治工程整体稳定性，不致造成危及人员生命等重大的灾害。

（2）在正常荷载条件下，应能保证防治工程不发生明显的破坏，不会造成危及建筑物安全的灾害。

（3）泥石流防治工程的设计基准期（寿命）一般可按50年至100年考虑，特殊工程应进行专门论证。

（4）防治工程设计时，应充分考虑设计基准期内预定的功能，场地条件、岩土性质及其可能变化，工程结构类型与特点，荷载组合情况，施工环境、相邻工程的影响，施工技术条件，设计实施的可行性，当地材料资源、工期和投资等各种因素。

第应充分收集场地的气象、水文、地形、地质、水文地质等资料，作为防治工程设计的依据。

同时，应考虑到场地可能发生的自然灾害（如暴雨、洪水、崩塌、滑坡等）和工程建设可能引起的新的泥石流，对这些灾害应在勘察、评价、预测的基础上，采取有效的预防措施。

第应注意岩土体的非均质性、各向异性，参数测定的方法及测定条件与工程原型之间的差异，参数随时间和环境的改变以及工程实施后可能的变化等，合理的选用岩土参数。

第应定性和定量分析相结合。

两种分析都应在详细占有资料的基础上，运用成熟的理论和类似工程经验或经验证行之有效新技术和新方法，进行充分论证，并宜提出多方案进行比较。

第应以防为主，躲避与治理相结合；同时也应注意与当地社会、经济和环境发展相适应，与市政规划、环境保护、土地管理和开发相结合，并在安全、经济、适用的前提下尽量做到美观。

第在防治工程中，勘察工程师、岩土工程师与结构工程中应密切配合，使岩土工程设计与结构工程设计协调一致。

1.4泥石流防治工程设计的依据和基础资料

第设计工程师进行泥石流防治工程设计工作必须有法定的依据。

主要包括：

（1）可行性研究报告；

（2）设计任务书；

（3）工程勘察报告等。

第防治工程设计的基础资料，主要包括以下方面：

（1）地形资料：

地形图及平面、高程控制；

（2）气象水文资料：

气温、降雨、冻结深度、暴雨；水文、流量、淹没、冲淤等；

（3）防治工程勘察资料：

泥石流的基本特征、工程区岩土的类型、年代、成因、产状、分布；岩土的工程性质及变异性；地质构造的性质、展布及对工程的影响；自然或人为不良地质现象及对工程的影响；地下水类型、水位及埋深、动态、补给排泄条件及地层渗透系数；水与土对建筑材料的腐蚀性；地震基本烈度，地震动参数；特殊岩土的测试与评价。

（4）其它资料：

施工场地的水、电、交通条件；排水、排污条件；对噪声、振动的限制；防治工程勘察、设计及施工的地方经验；地方的材料及劳务价格等；

1．5泥石流防治工程设计阶段及其主要任务

第泥石流防治工程可分为防治工程、治理工程和应急治理工程三类。

第防治工程应按三阶段设计，即可行性方案设计、初步设计和施工图设计；治理工程宜按两个阶段设计，即初步设计和施工图设计；应急治理工程可按一阶段设计，即根据现场勘察，立即进行施工图设计，视情况也可边勘察、边设计、边施工、边监测。

第可行性方案设计阶段应根据防治目标，对多种设计方案进行全面的技术与经济论证，提出优化的推荐设计方案。

此阶段的设计文件应以文字表述为主，辅以必需的方案图和计算表。

第初步设计阶段应针对项目的分解，对各子项目确定设计参数与边界，对实现目标的可行性、工程的实现步骤和有关工程参数，编制以地质为主体的工程图件，进行工程概算。

此阶段的设计文件宜文字说明与图表并重。

第施工图设计阶段应对工程措施进一步具体化，包括工程措施的具体结构、工程图件，并进行工程预算。

此阶段的设计文件宜以图表为主，辅以简要的文字说明。

编写方式以条款式为宜。

第在泥石流工程安全等级为三级和四级的情况下，可将可行性方案设计与初步设计合并，编制能达到初设要求的可行性方案设计。

第各阶段的设计图表一般包括平面图、剖面图、结构详图，以及工程项目一览表、计算成果表、材料统计表、概、预算表等。

设计说明书一般应阐述下列内容：

①工程目的及任务来源；②设计依据；③设计的基础资料和基本数据；④防治工程设计标准；⑤设计方案；⑥计算；⑦施工注意事项；⑧检验与监测；⑨概、预算；⑩工程效益分析。

计算书一般作为存档备查技术文件，可不对外提交。

其内容应包括计算公式（或数学模型）、计算参数的选取、计算结果及评价等。

1.6泥石流防治工程安全等级划分

第根据泥石流的活动程度（体积或面积），可将其灾变等级划分为特大型、大型、中型和小型四个级别（表1.6-1）。

第根据一次泥石流造成（或可能造成）的破坏后果（死亡人数和直接经济损失），可将其灾度等级划分为特大灾、大灾、中灾和小灾四个级别（表1.6-2）。

第根据泥石流的灾变等级和灾度等级，可将其防治工程的安全等级划分为四个安全等级（表1.6-3）。

表1.6-1泥石流的灾变等级划分

活动程度

灾变等级

特大型

大型

中型

小型

体积（104m3）

>100

100~10

10~1

体积（104m3）

>1000

1000~100

100~10

<10

堆积物体积（104m3）

>50

50~20

2~1

影响面积（km2）

>20

20~10

10~1

表1.6-2泥石流的灾度等级划分

破坏后果

灾度等级

特大灾

大灾

中灾

小灾

死亡人数（人）

>1000

1000~100

100~10

<10

直接经济损失（104元）

>1000

1000~100

100~10

<10

*两个指标不在同一级次时，按从高的原则确定灾度等级。

表1.6-3泥石流防治工程安全等级划分

泥石流

防治工程安全等级

一级

二级

三级

四级

灾变等级

特大型

大型

中型

小型

灾度等级

特大灾

大灾

中灾

小灾

*两个指标不在同一级次时，按从高的原则确定防治工程安全等级。

1.7泥石流防治工程设计标准和要点

第泥石流防治工程设计标准应使其主体工程（拦挡坝）的整体稳定性符合抗滑和抗倾覆安全系数的要求（表1.7-1）。

表1.7-1泥石流防治主体工程设计标准

防治工程安全等级

降雨强度

拦挡坝抗滑安全系数

拦挡坝抗倾覆安全系数

基本荷载

特殊荷载

基本荷载

特殊荷载

一级

100年一遇

1.20

1.05

1.60

1.30

二级

50年一遇

1.15

1.03

1.50

1.25

三级

30年一遇

1.10

1.02

1.40

1.20

四级

10年一遇

1.05

1.01

1.30

1.15

同时，坝体内或地基的最大压应力σmax不超过筑坝材料的允许值，最小压应力σmin不允许出现负值。

第1.7.2条泥石流防治方法要点

（1）以流域为单元进行生物措施与工程治理相结合的综合治理。

根据泥石流活动的时、空特点，采用不同的防治工程，以减轻或化解泥石流的成灾因素。

（2）在形成区以抑制泥砂产生为主，阻滞泥沙输移，常用的措施有：

恢复植被、建造多树种多层次的立体防护林、坡面截水沟、沟谷区的拦沙坝、导流堤、护岸、护底工程等。

（3）在流通区和泥石流通过地段以疏导为主，保证流路通畅。

主要措施是导流和护岸、护底、清障。

在地形较好的地区，则采用可靠的拦挡措施，以达到减沙、减势、控制水沙下泄量、控制流路的效果。

拦挡工程有：

实体重力坝和格栅坝、停淤场、导流堤、坝下的护岸、护底等。

（4）对规模巨大、势能大的泥石流，宜采取避让措施或防冲措施。

如平面绕避改道、立面绕避（渡槽、明峒渡槽、高桥、大跨、沟底隧道等）。

（5）利用停淤、分流化解泥石流水、沙集中的矛盾。

主要措施有停淤场、分流导流工程。

（6）改建或迁移防护设施。

（7）视地形条件，在堆积区停淤减沙或停淤束水攻沙，增大搬运能力，使泥沙顺利直接排入大河。

（8）汇入大河段，应加大大河排沙能力，稳定主流切割扇缘，降低泥石流沟侵蚀基准面。

采取的主要工程措施为导流堤、挑流坝等。

（1）水土保持措施在泥石流形成区宜采用截、排水沟、导流堤、植树造林、种植草皮等措施，以减少水和固体物质来源。

（2）拦挡措施在泥石流流通区宜采用各种拦砂坝、格栅坝、谷坊坝、护坡、挡墙等措施，以固定沟床，防止沟岸冲刷，并减少固体供给量。

（3）排导停淤措施在泥石流堆积区宜采用导流堤、排水沟、渡槽、急流槽、束流堤、停淤场等措施，以约束泥石流的流向、流速，限制其漫流，引导泥石流安全排泄或停积于固定位置。

（4）支挡措施为抵御泥石流对已建工程的冲击、侧蚀、淤埋等危害，宜采用护坡、挡墙、顺坝、丁坝等措施。

（5）对活动性很强、规模很大的泥石流，宜采取躲避的措施。

2荷载分析与计算

第2.1条作用于拦砂坝的基本荷载有：

坝体自重、泥石流压力、堆积物的土压力、过坝泥石流的动水压力、水压力、扬压力、冲击力等。

（1）坝体自重Wd取决于单宽坝体体积Vb和筑坝材料重度γb，即：

（2-1）

一般浆砌块石坝的γb可取24kN/m3。

（2）泥石流竖向压力包括土体重Ws和溢流重Wf。

土体重Ws是指拦砂坝溢流面以下垂直作用于坝体斜面上的泥石流体积重量，重度有差别的互层堆积物的Ws应分层计算。

溢流重Wf是泥石流过坝时作用于坝体上的重量，按下式计算：

（2-2）

式中：

hd为设计溢流体厚度（m）；γd为设计溢流重度（kN/m3）。

（3）作用于拦砂坝近水面上的水平压力有稀性泥石流体水平压力Fdl、粘性泥石流体水平压力Fvl，以及水平水压力Fwl。

Fdl可采用朗肯主动土压力公式求得：

（2-3）

式中：

浮砂重度

；

为干砂重度；γw为水体重度；n为孔隙率；hs为稀性泥石流体堆积厚度；ϕys为浮砂内摩擦角。

Fvl也采用朗肯主动土压力计算：

（2-4）

式中：

为粘性泥石流重度；Hc为粘性泥石流体泥深；ϕa为粘性泥石流体内摩擦角，ϕa一般取值4°~10°。

Fwl按下式计算：

（2-5）

式中：

为水体的重度；Hw为水的深度。

（4）过坝泥石流的动水压力σ为过坝泥石流水平作用在坝体上泥石流动压力，用下式计算：

式中：

Uc为泥石流的平均流速（m/s），γc为泥石流的重度。

（5）作用在迎水面坝踵处的Fy按下式计算：

（2-6）

式中：

Fy为扬压力（kPa）；H1为坝上游水深（m）；H2为坝下游水深（m）；B为坝底宽度（m）；K为折减系数，可根据坝基渗透性参见有关规范而定。

（6）冲击力Fc包括泥石流整体冲压力Fδ和泥石流中大块石的冲击力Fb。

泥石流整体冲压力用下式计算：

（2-7）

式中：

Fg为泥石流整体冲击压力（kPa）；γc为泥石流重度（kN/m3）；

为泥石流流速（m/s）；g为重力加速度（m/s2），g=9.8m/s2；α为建筑物受力面与泥石流冲压方向的夹角（度）；λ为建筑物形状系数，圆形建筑物λ=1.0，矩形建筑物为λ=1.33，方形建筑物λ=1.47。

若受冲击工程建筑物为墩、台或柱时，泥石流大块石冲击力计算公式为：

（2-8）

式中：

Fb为泥石流大块石冲击力（kPa）；E为工程构件弹性模量（kPa）；J为工程构件截面中心轴的惯性矩（m4）；L为构件长度（m）；V为石块运动速度（m/s）；W为石块重量（kN）；g为重力加速度，取g=9.8m/s2；α为块石运动方向与构件受力面的夹角。

若受冲击建筑物为坝、闸或拦栅等，Fb按下式计算：

（2-9）

式中符号意义同上。

第2.2条对于稀性泥石流，作用于拦砂坝上的荷载组合应如下考虑

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