以鸡尾山为例分析堰塞湖应急处置方案设计

朱中烟 黄大江 张 洁

1 工程概况

1． 1 鸡尾山山体崩滑概况

2009年6月5日14时52分，重庆市武隆县铁矿乡鸡尾山发生严重的山体崩滑灾害，造成74人失踪，其中27名矿工在井下下落不明。崩滑体堵塞乌江支流石梁河上游支流铁匠沟(和平沟)。崩滑体顺铁匠沟长约1 870 m，面积约50万m2，总方量约596万m3，形成上游集雨面积约5．1 km2、坝高28 m～35 m、最大库容约49万m3的堰塞湖。滑坡现场概况及堰塞湖概貌见图1，图2。

图1 滑坡现场概况

图2 滑坡上游河道

1． 2 堰塞体特征

崩滑体原基岩为石灰岩形成的陡崖，岩体受两组构造裂隙和层面裂隙控制，坡体受和平沟切割卸荷及降雨影响，结构面的抗剪强度降低，岩体沿岩层面滑动，滑动方向约345°，形成崩滑灾害。

由于崩塌区位置较高，势能大，崩滑体快速滑动解体，冲过坡下铁匠沟后，直接撞击对面山体，造成对岸山体局部垮塌。崩滑堆积物主要堆积于和平沟内及两岸岸坡地带。

2 应急处置工程第二阶段实施的必要性

据武隆县地方政府已确定的直接威胁区域和受威胁区域。直接威胁区内(下游河道5 km的两岸、河床垂直高度50 m范围)70户、204人，受威胁区涉及6个村(15个社)共4 310人。此外，还影响1 095亩水田，4 660亩旱地，民房2 400间(9万m2左右)，威胁另有5座水电站，共3 900 kW。根据《重庆市武隆县鸡尾山堰塞湖应急处置设计施工方案》已有成果和本院现场勘探测量分析，堰塞体有形成泥石流的条件，对下游产生严重威胁，宏观判定堰塞体可能产生泥石流的面积为14万m2，最终可能产生泥石流方量为98．24万m3。鸡尾山堰塞湖影响的铁匠沟、石梁河流域抵御泥石流灾害能力很弱，过洪能力不足，如石梁河沿岸的长坝镇堤防只有2．8 m高、1．4 m宽，很多群众都生活在沿河两岸，一旦出现险情，后果不堪设想。同时泥石流由铁匠沟汇入干流大洞河，将对下游的刘家山电站正常运行产生不利影响。为此，在2010年汛期到来以前完成拦渣坝的修建解除或缓解因堰塞体溃鸡尾坝可能形成泥石流等次生灾害对下游的危害是当务之急。鸡尾山堰塞湖已经形成，要按照安全、科学、快速，确保人民生命安全、降低综合风险的原则，切实做好有关工作。因此，无论从地质灾害处置角度还是兴修水利的角度，实施鸡尾山堰塞湖应急处置工程第二阶段工作是紧迫的，也是非常必要的。

3 应急处置工程第二阶段实施方案及设计

3． 1 堰塞体形成泥石流机理分析

泥石流主要是在暴雨时，在部分流域内形成的，含有大量固体物质的山洪(泥石流的动力成因作用)及重力作用对泥石流的产生形成了巨大的推动力。泥石流的发生通常都是非常突然，流动速度又相当快，而且形成大量独特的沉积物，具有极大的破坏力。因而倾刻间，一旦堰塞体形成泥石流，会造成灾害性的后果。根据前述分析，可能产生次生泥石流区域为坝尾堆积区中的细颗粒，含量约30%。依据市国土局提供的崩滑体航空照片，宏观判定坝尾堆积体可能产生泥石流的面积为13．08万m2。根据本次现场实际测量复核，实际可能产生泥石流的堆积体面积约14万m2，相应堆积体方量327．48万m3。按小于4 cm细颗粒占30%计算，最终可能产生泥石流方量为98．24万m3。

3． 2 工程风险等别及建筑物级别

根据鸡尾山堰塞湖库容为49万m3、物质组成主要以大块石为主、堰塞坝高度28 m～35 m等指标综合判别，堰塞体危险性级别为中危险。堰塞湖以下人口较少，主要为乡村居民点及乡村公路等一般基础设施，堰塞体溃决损失严重性级别为一般。根据SL 450-2009堰塞湖风险等级划分标准，采用查表法和风险分析方法评估堰塞湖风险等级均为Ⅲ级(共分四级，Ⅰ级为最危险)。

鸡尾山堰塞湖等别为Ⅴ等，属于小(二)型水库，主要建筑物为5级。鸡尾山堰塞湖工程设计洪水标准为20年一遇，洪峰流量61．7 m3/s。校核洪水为200年一遇，最大洪峰流量94．5 m3/s。

考虑泥石流沿河床淤积情况，最终按70万m3库容设计。根据《防洪标准》，拦渣坝等别为Ⅴ等，主要建筑物为5级。

3． 3 应急处置工程实施方案设计

1)筑坝防渗，拦挡洪水渗透堰塞体。在堰塞体的顶部，修筑大坝，将堰塞体上游修建挡水坝防渗。在堰塞体上游采用碎石土斜墙石渣坝防渗蓄水，坝顶高程 1 116．50 m，栏杆顶高程1 117．60 m，最低建基面高程 1 082．00 m，坝高 34．50 m(从坝顶高程至心墙建基面高程)，坝顶宽10 m，坝轴线长269．0 m。上游在 1 110．0 m 设置马道，宽 2．0 m，马道上段坝面坡比 1∶2．5，下段1∶3．0。下游与堰塞体衔接。2)挖渠引流，在堰塞体左岸垭口处挖渠引流，顺堰塞体引流至堰塞体下游泄洪。为防止洪水漫顶，根据鸡尾山堰塞体的形态和地质条件，利用堰塞体左岸的低洼凹槽处布置泄流渠，泄流渠进口设在坝轴0+167．44与轴0+182．79处与坝轴线成82．20°。泄流渠由进口段、渐变段、泄槽段、消力池段和渠道段组成，总长1 771．27 m，进口底板高程1 112．0 m，出口底板高程780．10 m。3)尾部防护，防止堰塞体下游产生滑坡。堰塞体尾部护脚采用格宾石渣护坡。堰塞体尾部护脚沿铁匠沟方向护坡长度为67．0 m，护坡坡顶高程为782．50 m。护坡宽度12 m～41．4 m，最大护坡高度约24．0 m。在高程770．50 m 处设一平台，宽10．0 m。上段护坡面坡坡比1∶3，下段护坡面坡坡比1∶2。在护坡顶部设2．5 m高的梯形遮挡体，顶宽4 m，上下游坡比1∶1。底部设置深2 m，底宽10 m齿槽镇脚。坡面、镇脚均采用格宾石渣，厚度 3．0 m，制作尺寸长 6．0 m ×0．5 m ×2．0 m。下为碎石反滤层，厚0．50 m。4)修筑拦渣坝，充分利用河谷地形，将泥石流产生的石渣拦在和平沟，洪水透坝而流走，这些岩石就会逐渐形成稳定的坝底，护坝阻石，使后来的泥石流停止前行进入大洞河，从而阻断泥石流的产生。混凝土格栅坝设在离堰塞湖下游河床5 km处大洞两河口处，坝轴线长度33．60 m。坝顶高程394．00 m，坝基最低高程 347．10 m，坝高46．90 m。坝顶宽 6 m，最大坝底宽度138．50 m，上、下游坝坡均为1∶1．5，采用钢筋混凝土梁柱框格，外包格宾石渣内填堆石的结构，坝体上、下游外部格宾石渣3．0 m、底部1．0 m，内部填筑堆石，堆石体顶高程390．0 m。格宾采用金属线材编织的角形网制成网箱，内装粒径为100 mm～300 mm的较完整石料。钢筋混凝土柱正方形布置，间排距均为6 m，长度9．0 m ～54．0 m 不等，嵌入基岩 4．5 m，采用矩形断面，尺寸1．50 m×0．90 m。柱子间设长方形连系梁，尺寸0．60 m×0．40 m。连系梁嵌入两岸基岩1．0 m。柱子和梁均采用C20混凝土浇筑。在漫坝的情况下，由于水流较高，可能影响坝背水面的冲刷稳定。防冲按20年一遇洪水设计。本工程下游采用高1 m，宽1．5 m的阶梯式格宾石渣护坡。下游坝脚设置12．0 m格宾海漫。从厚2 m渐变到1 m。5)土地复垦，绿化保水。在堰塞体下游护坡以上植树种草，使得表面土不向下流失，地表面水缓慢渗透，通过植物的吸收、蒸发和根须的固结作用，保持水土，减少汇水洪流，减少粘土的吸水膨胀、滑腻的润滑作用。

4 结语

1)无论从地质灾害处置角度还是兴修水利的角度，鸡尾山堰塞湖应急处置工程第二阶段工作是紧迫的，也是非常必要的。2)采用碎石土斜墙石渣坝与泄流渠结合，较为合理的宣泄洪水，尾部采用格宾护坡、下游设置拦渣坝，减弱了次生灾害的形成条件。3)根据拦渣坝对泥石流的防治功能，将拦渣坝进行分期实施。本工程目前已修建一期工程，坝顶高程为365．0 m。分期施工的效果较为合理。4)采用柔性透水钢筋混凝土格栅坝拦渣坝防治堰塞体引起的次生灾害——泥石流，具有一定的借鉴意义。

［1］ GB 50201-94，防洪标准［S］．

［2］ SL 450-2009，堰塞湖风险等级划分标准［S］．

［3］ SL 451-2009，堰塞湖应急处置技术导则［S］．

［4］ DB 50/5029-2004，地质灾害防治工程设计规范［S］．

［5］ DZ/T 0239-2004，泥石流灾害防治工程设计规范［S］．

［6］ 刘希林．泥石流危害区划探讨［J］．灾害学，1989(12):93-95．

［7］ 王继康．泥石流防治工程技术［M］．北京:中国铁道出版社，1996．