汉源万工7·27滑坡－碎屑流成因分析与灾后综合防治

冉从勇，何 兰，余学明，叶发明，石定国（中国电建集团成都勘测设计研究院有限公司，四川成都 610072）



汉源万工7·27滑坡－碎屑流成因分析与灾后综合防治

冉从勇，何 兰，余学明，叶发明，石定国
（中国电建集团成都勘测设计研究院有限公司，四川成都 610072）

摘 要：本文在论述四川省汉源县万工集镇滑坡～碎屑流基本特征及其致灾原因的基础上，通过地灾宏观判断、地表地质测绘、勘探试验、野外排查、定量分析，得出灾后沿沟堆积的松散物质可能再次引发大规模泥石流以及二蛮山古堆积体的失稳可能形成的碎屑流，从而对万工集镇形成安全隐患。针对该地质灾害，采用了泥石流以排导槽排导为主，靠集镇侧设置拦挡桩群作为二道防线、排导槽上游侧设置分流槽排泄超标泥石流、二蛮山古堆积体采用锚拉抗滑桩进行固源、设置多道截排水措施相结合的综合防治方案，可为其它类似地质灾害治理提供借鉴。

关键词：高位滑坡；滑坡－碎屑流；成因分析；泥石流；堆积体；抗滑桩；排导槽；分流槽；综合防治

1 工程概况

四川省汉源县万工集镇是瀑布沟水电站移民安置迁建集镇，该集镇于2009年5月修建完成后入住。

2010年7月27日，汉源县万工集镇后缘大沟顶部二蛮山（与集镇相对高差约700 m）突发滑坡，滑坡顺山谷而下，向下运动过程中转化为碎屑流，部分碎屑流在滑移途中受左岸凸地形阻挡发生右转，顺沟而下堵塞了原泥石流排导槽后冲向万工集镇。该滑坡－碎屑流（简称7·27灾害）造成了大沟左侧原住居民9户损毁，20名村民失踪；万工集镇107户移民房屋损毁，357户房屋受到不同程度损坏。

灾害发生后，大沟沟内停积了大量松散堆积物，其在汛期强暴雨下可能暴发大规模泥石流；“7· 27”高位滑坡导致大沟沟源二蛮山古堆积体前缘局部稳定裕度不足，一定条件下前缘牵引变形可能转换为推移滑动，进而形成碎屑流，对万工集镇及省道306形成较大威胁。

本文在论述万工集镇滑坡～碎屑流基本特征及其致灾原因的基础上，通过地灾宏观判断、地表地质测绘、勘探试验、野外排查、定量分析，得出灾后沿沟堆积的松散物质可能再次引发大规模泥石流以及二蛮山古堆积体的失稳可能形成的碎屑流，从而对万工集镇形成安全隐患。针对该地质灾害，采用了泥石流以排导为主，并设置拦挡桩群、部分固源及多道截排水措施等相结合的综合防治方案。

2 基本地质条件

区域地质构造上万工集镇位于川滇南北构造带北段东侧，为南北向与北西向、北东向三大构造的复合区，区域内没有大的断裂通过，场地区50年超越概率10%的地震动峰值加速度为0．15 g，相应地震基本烈度为Ⅶ度。

万工集镇所处区域属高山地形，构造剥蚀地貌，区内发育两条季节性冲沟（大沟和润水沟）。其中大沟为主冲沟（万工集镇紧临大沟右侧），发源于二蛮山西南坡，后缘高程约1 960 m，在高程850 m汇入瀑布沟水库。该沟集雨面积1．71 km2，沟长2．6 km，沟床平均纵坡37．3%。

大沟流域处于二叠系上统峨眉山玄武岩组（P2β）和二叠系下统阳新灰岩组（P1y）交界带。“7·27”灾害后大沟上部右岸侧坡出露为峨眉山玄武岩，边坡陡峻，岩体风化卸荷强烈，岩体完整性差；大沟上部左侧“平板状”斜坡为下统阳新灰岩，产状N20°～40°E／NW∠30°～40°。大沟流域中下部场地为第四系冲洪积层（）、坡洪积层（）、坡残积层（）、泥石流堆积层（Qsef）、古堆积体堆积层），其中泥石流堆积层按物质组成自下而上共分四层。

3 “7·27”灾害基本特征、发生过程及成因分析

受2010年7月17日至25日强暴雨的影响，从7月27日凌晨3时～4时开始，汉源县万工乡集镇后山大沟上游水平距离约1．6 km处的二蛮山发生大型覆盖层滑坡，滑坡前部二次运动形成碎屑流，沿沟堆积长约1 720 m，滑坡堆积体前缘高程953 m，后缘高程1 635 m，高差682 m，体积约240万m3。滑坡于7月27日凌晨5～6时基本停止。

3．1 “7·27”灾害基本特征

根据现场调查和对当地村民访问分析，二蛮山滑坡大致可分为滑坡后部崩滑区、滑坡中部缓慢滑移堆积区、滑坡前部碎石流滑移堆积区和滑坡后部左侧牵引滑移区等四个区段，分区见图1。

图1 万工滑坡运动分区示意

第①块滑坡后部崩滑区：滑坡后部崩滑区的高程为1 420～1 630 m，后缘分布二叠系峨眉山玄武岩，于陡崖临空面之上部出露，形成玄武岩陡崖，崩滑后形成高50～70 m的陡坎。玄武岩柱状节理十分发育，表层强度风化，风化裂隙发育，整体属强—中度风化，是该滑坡主要的崩塌物源。

第②块滑坡中部滑移堆积区：滑体在重力的作用下向下滑动，在下滑的过程中，刨蚀沟谷谷底和两侧的坡残积堆积物，并填充沟谷，堆积体在沟谷中堆积厚度达20 m。部分滑坡物质冲向前方沟谷左侧的台地上，造成房屋的损毁和掩埋，导致人员伤亡。堆积区长约440 m，宽约60 m，平均堆积厚度约14 m，堆积体积约37万m3。

第③块滑坡前部碎屑流滑移堆积区：滑坡在滑动过程中受到前缘大沟的阻挡，堆积后形成高位的堆积体，并迅速失稳向下滑动，受到地形的影响，滑动的方向发生转向，主滑方向转为270°，直抵万工集镇，造成房屋掩埋和损毁。滑坡运动过程中，刨蚀和冲蚀原有的表部坡洪积层和粘土层，并将其推移至滑坡前缘和两侧。滑坡还造成原有的泥石流排导槽、截排洪沟和村级公路被掩埋。碎屑流滑移堆积体长约800 m，上窄下宽，上部宽约50～80 m，下部宽约110～130 m，厚度约6～14 m，体积约为63× 104 m3。

第④块滑坡后部左侧牵引滑移区：根据现场调查，位于滑坡后部的左侧分布有一块未完全解体的滑坡。滑动的前缘高程约1 450 m，后缘高程为1 610 m，滑坡长约300 m，滑坡平面形态呈梯形，上部窄，下部较宽，平均宽度40 m，滑坡厚度自上而下逐渐增加，下部形成一高约35 m的陡坎，覆盖在第①块后部，平均厚度约25 m，体积约30×104 m3。

3．2 “7·27”灾害发生过程分析

“7·27”灾害的发生过程可分为4个阶段【1】：

（1）坡体缓慢变形阶段。据现场调查访问，大沟后坡高陡山坡上在本次滑坡前就出现了多条横向裂缝，并曾被当地政府防汛部门列为监测范围，监测几年后无明显加快现象，就自动停止了。这说明山坡表部还处在蠕变缓慢变形阶段，斜坡应力向坡脚缓慢转移集中。

（2）抗剪强度衰减、坡体加速变形阶段。经历了持续的降雨过程，斜坡进入加速变形阶段。降落的雨水渗入地下，增加坡体的重量和动水压力，少量水渗入地下深部滑动带，对滑动带土层进行浸润软化，滑动带土层因此强度开始降低，滑动面加快发育。到7月25日下暴雨，大沟两侧山坡产生径流，汇于主沟，发生山洪和多次阵性泥石流。由于降雨量较大，使斜坡表部土层几乎成饱和状态，除坡体重量和动水压力快速增加外，还使滑动带土层的抗剪强度迅速下降，滑动面加速发育。由于山洪泥石流的剧烈冲刷切割，使大沟中下游两岸坡脚土体被山洪、泥石流冲走，大沟中游右岸坡体出现大规模失稳的趋势。

（3）整体滑移阶段。大沟中部坡体抗剪强度达到临界状态，变形继续发展，开始出现大规模失稳，率先起动并牵引后部滑块高速崩滑，撞击前方滑块并形成碎屑流。

（4）侧向滑移停止阶段。滑坡第②块中速滑移，填满前方冲沟，并爬上左侧土坡后稍作停留，滑体前部碎屑流右侧折向西30°沿冲沟向前流动，并推动表土层前进滑移，直抵万工集镇最上一排居民住地。终因滑垫面坡度变缓，摩擦阻力较大，加上房屋阻碍而停止了滑动。

3．3 “7·27”灾害发生机理分析

根据现场调查分析，万工滑坡－碎屑流从上到下可分为4块（见图1），2次滑动，第②块先起动，牵动第①块崩滑，滑坡后部左侧第④块受第①和②块牵引产生滑动，由于①和②块的堆积体对第④块的滑动产生阻止作用，只发生了短距离的滑移。第①块赶上第②块，并撞击第②块，前部转化成碎屑流，直到前方冲沟，爬上沟对岸土坡受阻停止滑动产生堆积；待堆积体失稳后，发生二次运动产生第③块，其在运动过程中滑坡解体转化为碎屑流，并沿途刨蚀坡体表部土层，碎屑流前缘冲向集镇堆积形成长达约800 m的堆积区。

3．4 “7·27”灾害成因分析

万工滑坡－碎屑流是由于大沟上游二蛮山高陡坡和特定地质条件在高强度、长时间持续降雨的诱发下，叠加5·12地震影响产生的突发滑坡—碎屑流自然地质灾害。万工滑坡的形成主要有以下几个因素：

（1）陡峻的地形。大沟为陡峻的宽槽谷地形，长1 800 m，宽100～150 m；上部地形坡度26°～27°，中部25°左右，下部24°～25°；槽谷右侧坡度35°～40°，左侧坡度30°～35°。如此地形条件极利于滑坡的形成。

（2）充分的物质基础。据现场调查，大沟右侧为二叠系玄武岩地层，表部为强风化残坡积破碎石土，厚10～15 m；左侧为二叠系下统阳新灰岩，产状310°∠35°，为顺向坡，上覆表土层厚1～5 m，槽谷内堆积有较厚的坡积碎石土夹块石。沟源地区松散层局部厚达30 m。灰岩与玄武岩间为平行不整合接触。据估算槽谷内堆积有松散碎屑土层近400万m3。因此，槽谷内已有充分的物质基础，对滑坡形成有利。

（3）“5·12”强烈地震影响。2008年5月12日四川盆地西部龙门山区汶川－北川一带发生8．0级强地震，对地表产生了强烈的破坏作用。汉源县为汶川地震的重灾区，汉源县城至万工一带地震影响烈度为VII度。万工集镇后坡大沟及两侧坡体受地震的影响必然出现了较多的地表裂缝，为雨水入渗提供了有利条件。

（4）持续高强度降雨。降雨是诱发滑坡的主要因素，尤其是持续高强度降雨。从气象记录来看，万工滑坡发生前10天有三次明显的降雨过程，累计降水量245．3mm。其中7月25号凌晨1点至9点的8小时强暴雨过程，累计降雨量达到89．8 mm，超过了50年一遇的8小时设计暴雨。

4 “7·27”灾后潜在危害分析

通过地表地质测绘、勘探试验与排查综合分析，对万工集镇安全存在较大威胁的地质灾害有2个：一是“7．27”自然灾害沿沟堆积的松散物质可能形成大规模泥石流；二是二蛮山古堆积体的失稳可能形成的碎屑流。

4．1 灾后大沟泥石流发展趋势及基本特征

由于“7·27”后大沟沟道内堆积了大量的松散物源，目前部分处于临界稳定状态。从水源、物源条件与失稳破坏机制分析，大沟内不具备产生堵溃型泥石流的条件。在暴雨洪水的冲刷掏蚀等作用下，将以泥石流的方式再次对大沟沟口的万工集镇产生危害。

4．1．1 泥石流形成条件分析及发展趋势

（1）物源条件。综合考虑地形地貌、物质组成及分布高程等因素，将大沟物源分为四个区，见图2。

图2 松散物源分区示意

“7·27”沟道堆积物（Ⅰ区）：根据“7．27”发生过程及成因分析，该区主要以浅表土滑、沟床揭底冲刷与沟壁淘刷、形成临空面造成上部松散物源局部垮的形式形成泥石流启动物源。该区覆盖层平均厚度6～30 m，面积约15．68×104m2，松散物源总量为408．6×104m3。按照50年一遇的暴雨频率，预测可启动松散物源总量为79．9×104m3。

左侧坡坡残积堆积物（Ⅱ区）：沿大沟长度约为249 m，高度约565 m，为钙化态堆积和坡积堆积块碎石土。该区稳定性总体较好，总量为31．8×104m3。按照50年一遇的暴雨频率，预测可启动物源厚度为3 m，方量约为17．4×104m3。

沟源古堆积体（Ⅲ区）：即二蛮山古堆积体，该区总面积6．7×104m2，总方量约140×104m3。其破坏形式及发展趋势见第4．2节。

右侧坡坡残积堆积物（Ⅳ区）：位于大沟右侧与玄武岩基岩出露之间，高程965～1 380 m，结构松散。

最宽可达168 m，根据现场地质调查，该区为大沟右侧残坡积的块碎石土，该区覆盖层总面积14．4 ×104m2，松散可启动物源方量为43．2×104m3，潜在崩塌方量约为5．7×104m3。

综合以上分析，Ⅰ～Ⅳ区的松散物源或转化为大沟泥石流的潜在物源量，其总方量约为735．4×104m3，按照50年一遇暴雨频率计算，可启动松散物源总方量为199．9万m3。

（2）水源条件。大沟泥石流启动的水源主要来源于大气降雨和入渗，暴雨形成的地表径流是引发泥石流的主要水源。根据汉源县气象站统计资料，多年均降水量730．4 mm，6～8月降水占全年降水量的92．89%。夏季降水集中、降水量大，是泥石流、滑坡等灾害的多发季节。

（3）沟道条件。大沟流域平均纵向长度2．6 km，平均宽度150 m，沟域面积1．71 km2，相对高差1 113 m。根据泥石流形成条件、运动机制以及物源分布，分为沟源形成区、中部流通区和下部堆积区。形成区位于高程1 300～1 640 m，长约620 m，平均沟床纵比降548‰，沟宽94～150 m，沟谷略呈“U”字型，平面面积约7．8×104m2。流通堆积区位于高程1 000～1 300 m之间，平面形态呈前缘宽、沟源窄扁平型，主沟长度约642 m，主沟呈“U”形，平均沟床纵比降467‰，平面面积约5．0×104m2。下部堆积区位于万工集镇后部，前缘高程950 m，后缘高程1 000 m，长220 m，平均沟床纵比降227‰；形态为舌头形，舌头的前端较平缓，约13°。

4．1．2 泥石流特征参数分析计算

泥石流运动特征和动力特征的定量分析是认识泥石流和进行泥石流防治设计的基本工作。“7· 27”灾后大沟泥石流暴发具有独特的沟域特性，主要结合沟域特征、调查资料，类比其它泥石流特征研究成果对大沟灾后泥石流进行预测分析计算【2】，计算成果见表1。

4．2 二蛮山古堆积体稳定安全隐患

通过对古堆积体的勘查、计算分析表明，古堆积体Ⅲ3区存在局部失稳与古堆积体Ⅲ1、Ⅲ2区的整体失稳的可能性，总方量约为48．9×104m3，由于古堆积体与万工集镇间的相对高差约700 m，存在较大的势能，如果失稳，将会产生较大的破坏力，也有可能转化为碎屑流，影响万工集镇的安全运行。二蛮山古堆积体平面地质见图3。其中：

Ⅲ1区为牵引破坏区，该区位于沟道内，地形坡度较缓。由含孤块碎石土组成，块碎石多为玄武岩，结构松散，厚度一般为5～10 m。

Ⅲ2区为蠕动变形区，该区位于古堆积体左侧，斜坡坡向N77°W，地形总体坡度约23°，该段覆盖层厚7～10 m，组成物质为灰岩的块碎石土，均匀性较差，平均厚度约8．00 m，呈灰褐色。碎块石含量75%～80%，粒径1～3 cm为主，块碎石主要为灰岩，部分为玄武岩，结构松散。下覆基岩为弱风化的灰岩，强卸荷水平埋深为8～10 m，层面产状为N20°～40°E／NW∠30°～40°，灰岩的地基系数为0．3× 106kPa／m，容许侧压力为（2～3）×103kPa，前缘因受大沟冲刷掏蚀形成临空，在1 570 m高程左右可见灰岩光壁N20°～40°E／NW∠30°～40°，覆盖层与基岩间有70 cm的泥化带，沿基覆界面有地下水渗出。

表1 大沟泥石流运动特征成果

Ⅲ3区为基本稳定区，属古堆积体主体部分，斜坡坡向SW17°，地形总体坡度约16°～21°，该段覆盖层厚15～20 m，平均厚度约15．0 m，组成物质为玄武岩的块碎石土，呈黄色、黄褐色。块碎石含量60%～70%，粒径以0．5～3 cm为主，其余为角砾及黄褐色粘土，块碎石岩性多为玄武岩，结构稍密。下覆基岩为弱风化的灰岩，强卸荷水平埋深为8～10 m，层面产状为N20°～40°E／NW∠30°～40°，灰岩的地基系数为0．3×106kPa／m，容许侧压力为（2～3）×103kPa。

经过排查和稳定分析认为，“7·27”高位滑坡导致大沟沟源二蛮山古堆积体前缘局部稳定裕度不足，一定条件下前缘牵引变形可能转换为推移滑动，进而形成碎屑流，对万工集镇及省道306形成较大威胁。后缘古堆积体的Ⅲ2区和Ⅲ3区物源集中、分布高程高、存在较大的势能，如果失稳，不仅将成为泥石流的物源，而且失稳堆积体将会产生较大的动能，甚至横扫大沟内存在的大量松散“7·27”堆积物，最后转化为碎屑流，对万工集镇产生直接的冲击破坏。

图3 二蛮山古堆积体平面地质

5 灾后综合防治措施研究

5．1 灾后综合防治措施研究思路

5．1．1 综合防治研究思路

灾害发生后，为了保障万工集镇安全和省道306安全通行，须采取措施进行综合防治，使受灾民众早日安居乐业。主要考虑如下思路和原则：

（1）针对性原则：根据勘查成果，针对“7·27”灾害的形成发育规律、密切结合威胁对象、兼顾周边其他潜在灾害，因地制宜地制定技术可靠、经济合理、结构简单、切实可行的综合防治工程方案。

（2）分期实施、两阶段相结合原则：由于灾后综合防治方案工程量大、施工期较长，在2011年汛前无法完成万工集镇地质灾害综合防治方案的设计和施工，且汛期施工安全隐患较大，将防治工程分为应急治理和综合防治二个阶段。

（3）工程措施与行政、生态防治结合性原则：灾后综合防治应贯彻工程措施与行政措施相结合，工程防治与生态防治相结合。

（4）动态维护原则：泥石流防治是一个长期的过程，在防治区内灾害体规模也较大，后期需要根据泥石流的发展情况，对排导槽及时清淤、对防治工程设施进行必要的维护。

5．1．2 综合防治措施适应性分析

针对两个主要地质灾害类型，从泥石流治本的角度需要对大沟物源进行固源防治，但考虑到大沟泥石流物源分散，大沟泥石流物源形成区纵坡较大，原沟床已被堆积物淤填，固体物源非常松散，从工程角度进行固源处理难度较大；沟床纵坡陡，在流通区设置拦渣坝，库容小拦挡效果差，实施难度亦较大；大沟泥石流流通区附近是万工集镇，对该区段泥石流宜排不宜拦。宜采用综合防治措施，其防治工程泥石流以排导槽排导为主，靠集镇侧设置拦挡桩群作为二道防线、排导槽上游侧设置分流槽排泄超标泥石流、二蛮山古堆积体采用锚拉抗滑桩进行固源、大沟上部右岸玄武岩边坡表层防护、设置多道截排水措施相结合的综合防治方案。应急阶段施工时间短，主要采取开挖和截排水措施。

5．2 应急防治分析

“7·27”自然灾害发生后，由于大量松散堆积物堆存在原沟床中，使泥石流发生的概率大大提高，为了防止万工大沟泥石流的发生或减轻其危害程度，在永久治理设计基础上，进行分期、分序治理，为确保2011年度汛安全，避免万工集镇再次受到二次地质灾害的影响，在汛期前须进行应急治理：

（1）堆积体清挖（见图4）：堆积体清挖后形成1号排导槽、2号导向槽，主要疏通集镇外围截水沟，同时为集镇尽早恢复重建创造条件。

（2）设置截排水系统（见图5）：在大沟高程1 710 m、1 320 m、1 165 m通村公路内侧及集镇外围设置了多条水平和纵向的截排水沟，控制地表洪水径流，削弱水动力条件，使水土分离，达到减小泥石流规模的作用。

图4 应急阶段清除范围及分区示意

图5 应急阶段截排水系统示意

5．3 泥石流排导槽及分流槽设计研究

针对大沟可能形成大规模泥石流，采用了以排导槽排导为主，并设置排泄超标泥石流的分流槽。主要在下部利用左岸高程1 025 m的有利地形条件，与应急排导槽结合设置钢筋混凝土泥石流排导槽，用以排导设计标准内的泥石流；利用高程1 200 m至润水沟的地形条件开挖形成分流槽，用以将可能发生的超标泥石流及碎屑流提前引排至远离万工集镇的润水沟，避免对万工集镇造成危害（见图6）。

图6 排导槽、拦挡桩群及分流槽平面布置示意

5．3．1 泥石流排导槽设计标准研究

由于泥石流防治在我国尚未设立专门标准，参照《防洪标准》（GB50201）及《城市防洪工程设计规范》（GJJ50），万工集镇为乡村Ⅳ级或Ⅳ等集镇，集镇的泥石流的防洪标准为20年一遇。鉴于《国务院关于加强地质灾害防治工作的决定》（国发〔2011〕20号），“适当提高山区城镇、乡村的地质灾害设防标准”，同时考虑到移民工作的重要和复杂性，本工程设计标准按降雨强度50年一遇进行设计。根据《堤防工程设计规范》（GB50286）及《城市防洪工程设计规范》（GJJ50），泥石流排导槽为2级建筑物，泥石流防护堤的安全加高为0．8 m；考虑到万工集镇的重要性及万工集镇灾后综合防治的复杂性、泥石流翻墙后影响较大，本工程泥石流排导槽适当加高，取1．5 m。

5．3．2 排导槽及分流槽布置及结构分析

（1）排导槽及分流槽的基本型式选择。根据排导槽部位的地形地质条件，并通过工程类比确定排导槽进口段纵坡为23%～30%，分流槽最小纵坡为33%，与原大沟沟床纵坡基本一致，满足《中国泥石流》中泥石流排导槽合理纵坡的要求。

根据大沟泥石流的特点，并通过工程类比确定排导槽的横断面采用“V”型断面，断面横向坡比为20%～30%。束流段（导流段）长456 m，底宽20～7 m，边墙高11．4～7 m，左侧采用贴坡式边墙，右侧采用重力式挡墙。排导段长419 m，底宽7 m，边墙高6．5 m，两侧采用贴坡式边墙。分流槽平面上成直线，槽底宽32 m，为梯形槽，最小纵坡33．1%。

（2）排导槽的水力计算。由于泥石流防治在我国尚未设立专门标准，本文主要根据《泥石流灾害防治工程勘查规范》（DZ／T 0220－2006）、《泥石流防治工程技术》（王继康．中国铁道出版社，1996）等进行计算。由于泥石流有很多不可预测的因素影响泥石流泥位，因此在导流墙高度设计时，除考虑冲起爬高，弯道超高、安全超高、束水后涌高等，还计算了泥石流的淤积高度及淤积纵坡。喇叭口段采用V底梯形断面，其各断面计算结果见表2；排导槽直线段采用平底梯形断面，其计算结果见表3。大沟泥石流50年一遇泥石流设计流量为138．51 m3／s，由计算可知，满足泥石流排导要求。

表2 喇叭口段各断面设计参数计算

表3 排导槽直线段典型断面设计参数计算

（3）排导槽的结构设计。桩号0＋000～0－456．63 m为排导槽喇叭形导向段，转弯半径为400．16 m，断面为V形槽，底宽16～7 m，纵坡30．2% ～23%，横坡为20%。左侧导墙为C25钢筋混凝土贴坡式，长362．31 m，贴坡高度7．6～11．4 m，贴坡厚度0．6 m，坡度为1∶1．2；右侧导墙为C20钢筋混凝土重力式结构，长207．13 m，高度7．6～11．4 m，顶宽2 m，临水面边坡采用1∶0．25，背水侧采用1∶0．25，挡墙基础埋深1．5 m，挡墙建在泥石流堆积第①层和泥石流堆积第②层上；底板采用钢筋混凝土衬砌，厚0．6～1．0 m；为了防止泥石流对导槽起始段的冲刷，在底板前端基础下设2 m深齿墙。同时对底板每间隔10 m设置混凝土勒，以防止底板局部冲刷后产生较大规模的破坏。典型剖面见图7。

桩号0＋000～0＋428．41 m排导槽泄槽段及出口段，为平底槽，底宽7 m，纵坡27．5%。泄槽段两侧坡采用C25钢筋混凝土贴坡式，长339．21 m，贴坡高度6．5 m，贴坡厚度0．6 m，坡度为1∶1．0；底板采用C25钢筋混凝土衬砌，厚0．8 m；根据冲刷深度计算成果，为了防止泥石流对起泄槽尾坎下部的冲刷，在底板末端基础下设8 m深齿墙。典型横剖面图见8。

图7 排导槽喇叭口段典型断面示意

图8 排导槽泄槽段典型断面示意

排导槽抗冲磨设计：根据工程经验，当12 m3／s＞泥石流流速＞8 m3／s时，需要对底板进行抗冲磨设计。本工程根据工程经验，底板全采用C25混凝土护底措施。

排导槽两侧安全防护网：由于排导槽两侧均为万工集镇居民的生产用地，人类活动较多，为了消除安全隐患，在排导槽两侧设置高2 m的安全防护网，总工程量为3 600 m2。

排导槽喇叭口段右挡墙稳定验算成果见表4。

表4 喇叭口段右挡墙应力及稳定计算结果

由计算结果可知，挡土墙在各工况下抗滑稳定及抗倾覆稳定均满足要求，基底未出现拉应力，最大基底应力小于地基允许承载力（400～500 kPa）的1．2倍。

（4）分流槽设计。分流槽在平面上与大沟中上部的沟槽方向一致，通过挖除阻挡“7·27”滑坡～碎屑流运动方向的山脊，使可能产生的较大规模的泥石流或塌滑体平顺引导至润水沟。由于泥石流计算和防治的不确定性，分流槽的设置有利于排泄超标泥石流，可减少1 200 m以上部位可能的塌滑体对万工集镇的直接冲击，进而减小对万工集镇的影响。

分流槽主要用于排泄超标泥石流（50年一遇以上）及上部有可能产生的高速下滑体。分流槽平面上成直线，槽底宽32 m，导流段深8～10 m，为梯形槽，最小纵坡33．1%，泄槽侧向开挖坡比为1∶1．5。分流槽主要排泄大于50年一遇的超标泥石流，该标准已经大于S306公路的设计标准，下部可不修建专门的公路拦挡墙。

5．4 拦挡桩群布置及结构分析研究

由于大沟纵坡较陡，虽然大沟沟槽内各段堆积物均整体稳定，但局部段可能产生土滑；加之万工集镇后边坡地理地质环境复杂，其地质灾害仍难以准确评价和量化，极端情况下可能产生高位垮塌、存在直接翻越泥石流右挡墙的可能。为了减缓和减弱超标准的灾害对万工集镇的影响，在排导槽转弯段外侧设置2排拦挡桩群作为第二道防线以增加被动防灾能力。地质勘察报告认为“可能以碎屑流的方式再次对万工集镇产生危害，但其规模较“7·27”小”，在设置了泥石流排导槽和分流槽后，有一定的排泄能力，综合分析后确定在排导槽转弯段外侧碎屑流正冲位置布置2排拦挡桩群，拦挡桩群顶部高度伸至“7·27”堆积物顶部，桩群深度按进入泥石流堆积第②层不小于5 m。拦挡桩截面均为1．5 m×2．4 m，桩长L＝11～35 m，间排距均为7．5 m，共布置36根。

5．4．1 作用荷载分析研究

考虑泥石流或其它地质灾害前部冲击体深度为5．0 m，其流速为天然沟床泥石流流速计算。荷载计算成果见表5。

表5 单米荷载计算成果

5．4．2 拦挡桩群结构分析研究

由于拦挡桩群部位覆盖层深厚（大于60 m），仅能采用覆盖层内的拦挡桩群。将锚固段选取为地质物理力学参数相对较好的泥石流堆积第②层，压缩模量50～60 MPa，承载力特征值500～600 kPa。

根据排导槽外侧的地质条件，结合作用荷载计算成果，采用在覆盖层内的拦挡桩群以抵挡顶端的冲击荷载等合力。拦挡桩群由两排组合，桩体高出地面10．0 m，上部纵横向采用连系梁连接，使两排桩成为一个整体。在前排桩上部10 m范围设置拦挡板，拦挡可能翻越排导槽右挡墙的冲击物，以减缓和减弱灾害对万工集镇的影响。

由于两排桩紧临布置，且桩顶采用连系梁相互连接，考虑两排桩体联合抗力，两排桩体按1∶1的比例分摊荷载。根据地基土层的分布情况，桩群上部采用挖除松散覆盖层后采用混凝土明浇桩，开挖面以下桩体采用人工挖孔桩。

采用北京理正软件设计研究院的抗滑桩（挡墙）设计软件进行计算。

（1）变形及配筋计算成果。根据桩群荷载计算，桩群可能的荷载合力为477 kN／m。结合桩体布置，考虑受力桩长10 m。推力按矩形分布进行计算，在该推力作用下长25 m、锚固长度15 m的抗滑桩最大位移29．64 mm，侧向最大压应力为555 kPa。变形及配筋计算成果见图9、表6。

图9 25 m拦挡桩计算成果

表6 拦挡桩群结构配筋计算成果

（2）地基水平承载力。地基水平承载力的计算：参照《重庆市地方标准地质灾害防治工程设计规范》（DB50 5029－2004）第3．4．2．4节的公式3．4．2．4－2进行计算。计算成果见表7。

表7 基础水平承载力计算成果

对比表6及表7可见，在476 kN／m的推力作用下，锚固段最大侧向压应力小于地基的侧向水平承载力的1．2倍。在更大推力的作用下，地基可能产生部分屈服、桩体产生较大变形。但考虑到该拦挡桩群的主要设置目的在于减缓和减弱地质灾害对万工集镇的影响，即使产生大变形也能发挥减缓和减弱地质灾害的目的。

（3）桩群顶部连接设计。为了使上部荷载全部传递到拦挡桩上，使两排拦挡桩能够联合受力，在拦挡桩顶部明浇段之间设置连系梁，具体为：前排拦挡桩之间明浇段全部采用钢筋混凝土挡板墙封闭，梁宽1．5 m、高10 m；前后排拦挡桩之间采用2根钢筋混凝土连系梁连接，梁高2 m、宽1 m；后排拦挡桩之间采用2根钢筋混凝土连系梁连接，梁高2 m、宽1 m。

5．5 二蛮山古堆积体加固研究

针对二蛮山古堆积体的失稳可能形成的碎屑流，对古堆积体进行详细勘察、并对各区域进行计算分析后，采用了部分清挖＋锚拉抗滑桩主动加固的方案；为了防止边坡雨水、风化等对上部高陡玄武岩边坡稳定性的影响，对该边坡在清除松动岩石后，采取系统锚杆、挂网喷护和系统排水的措施；同时在高程1 710 m设置截排水沟，以减小水源对边坡的不利影响。

5．5．1 古堆积体现状稳定性复核

依据《滑坡防治工程设计与施工技术规范》（DZ／T 0219－2006）中一般滑坡防治工程分级表规定，二蛮山古堆积体危害对象为主要集镇，为Ⅱ级边坡防治工程。

（1）Ⅲ3区稳定性分析。计算采用北京水科院陈祖煜编写的“土质边坡稳定计算程序STAB2009”进行。根据《滑坡防治设计与施工规范》（DZ／T0219 －2006），对折线滑面推荐采用传递系数法进行分析。边坡物理力学参数见表8。

表8 二蛮山古堆积体物理力学参数采用值

计算工况分三种工况：（1）工况1－自重＋地下水；（2）工况2－自重＋地震＋地下水；（3）工况3－自重＋暴雨＋地下水

选取纵1剖面进行二维平面极限平衡稳定分析，剖面见图10，纵1剖面的主要滑移模式及计算结果见表9。

由上表可以看出，纵1剖面滑面1（整体滑弧）、滑面2（中部大滑面）、滑面3（中部稍小滑面）在各工况下的安全系数均能满足规范要求。滑面4（小滑面）在工况2、3下的安全系数均不满足规范要求，需要对其进行局部治理。

图10 Ⅲ3区纵剖面稳定计算滑面位置示意

表9 纵1剖面未加固计算成果

（2）Ⅲ2区稳定性分析。选取纵2剖面进行二维平面极限平衡稳定分析，剖面见图11，该剖面主要存在的失稳模式为：沿基覆界线附近相对软弱的潜在滑带（泥化带）滑移的整体滑移模式。计算结果见表10。

图11 Ⅲ2区纵2稳定计算剖面

表10 纵2剖面未加固计算成果

由上表可以看出，纵2剖面各计算工况下Ⅲ2区边坡的稳定安全系数均不满足规范要求，需进行加固设计。

5．5．2 古堆积体加固后稳定分析

采用削坡＋抗滑桩（抗力2 000 kN／m）加固后各工况计算成果见表11、12。

表11 纵1剖面加固计算成果

由上表可以看出，在削坡同时采用抗力2 000 kN／m的抗滑桩加固后，满足规范要求。

表12 纵2剖面加固计算成果

5．5．3 滑坡推力复核

纵1剖面最危险滑面安全系数为1．045，笔者采用《滑坡防治工程设计与施工技术规范》（DZ／T 0219－2006）对堆积体控制性工况进行滑坡推力复核计算。计算表明：K＝1．05（工况3）时剩余下滑力为1 550 kN，采用P＝2 000 kN的滑坡推力进行抗滑桩设计是可靠的。

5．5．4 抗滑桩结构分析

本边坡加固采用《理正抗滑桩（挡墙）设计软件，用有限元方法分析桩的变形、内力及配筋。

（1）控制标准分析。Ⅲ2区和Ⅲ3区覆盖层厚7 ～22 m，下覆基岩为弱风化的灰岩，强卸荷水平埋深为8～10 m，层面产状为N20°～40°E／NW∠30°～40°，灰岩的地基系数为0．3×106kPa／m，容许侧压力为（2～3）×103kPa。覆盖层与基岩间有0．7～2．0 m的泥化带。

抗滑桩采用矩形截面的人工挖孔桩，布置间距为7．5 m，截面宽为3 m，长为4．5 m，嵌固段长度一般取为桩身全长的1／3。抗滑桩的截面设计主要由桩顶位移和桩底锚固段侧向应力进行控制，结合工程经验确定主要控制指标：正常工况桩顶位移不超过100 mm；桩前基岩压应力不超过1．5 MPa。

（2）桩底的约束条件。抗滑桩及桩板墙桩底支撑可采用自由端、固定端或铰支端。本工程嵌固段土层均为强风化泥质粉砂岩，桩底可视作自由端，即桩底弯矩M＝0、剪力Q＝0，有水平变位x及角变位φ。

（3）抗滑桩设计。抗滑桩是一种大截面的侧向受荷桩，桩的内力、位移一般采用弹性计算方法，结合本项目工程地质特点，滑动面以下土反力计算采用“K”法。

为确保桩体以上稳定，在抗滑桩顶1．5 m位置布置2根锚索，锚索吨位为2 000 kN，锚索倾角20°，锚索垂直距离1．5 m。

加固布置平面见图12，纵剖面见图13。

5．6 其他综合防治措施

5．6．1 大沟上部右岸玄武岩边坡浅层防护

右岸（上游）侧坡为玄武岩逆向坡，地形坡度变化较大，坡度一般为30°～35°，局部为50°～60°，经现场地质调查，该侧坡边坡整体稳定，不具备发生较大规模崩塌破坏的地形地质条件，但在高程1 380～1 640 m玄武岩出露段，因受“7·27”自然灾害影响沿大沟形成了长约260 m，高约100～150 m滑坡后壁。该玄武岩陡壁，岩体中柱状节理发育，表部岩体风化卸荷强烈（推测强卸荷水平深度为15～20 m），岩体完整性差，加之受第①组柱状节理的控制，浅表层岩体稳定性差。在暴雨工况下有产生小规模崩塌破坏的可能，但因规模较小、距万工集镇较远，不会对万工集镇产生直接威胁，但会增加泥石流可启动物源。

图12 古堆积体加固布置

图13 抗滑桩典型剖面示意

由于浅表部的玄武岩风化较强，且柱状节理发育，属强风化，深度一般2～4 m，最深不大于5 m。

为了防止边坡雨水、风化等对上部高陡玄武岩边坡稳定性的影响，对该边坡在清除松动岩石后，采取系统锚杆、挂网喷护和系统排水的措施。通过古堆积体及玄武岩边坡的加固既避免了碎屑流的发生，同时也减少了大沟泥石流的物源量。

5．6．2 截排水措施

在大沟高程1 710 m、1 320 m、1 165 m、通村公路内侧及集镇外围设置了多条水平和纵向的截排水沟，进一步增加了泥石流治理的安全裕度，减少了泥石流启动的可能性和启动规模；对拦挡桩外侧的堆积体进行清除，作为万工集镇的安全缓冲区域。

5．6．3 其它措施

综合防治除了采取工程措施外，还采取了其他非工程措施，如安全监测措施、生态防治及水土保持措施、行政措施等。

6 结论及认识

（1）汉源万工“7·27”滑坡－碎屑流是由于大沟上部二蛮山高陡坡及丰富物源、在5·12地震影响后、在高强度、长时间持续降雨的诱发下，沿特定地质条件（沟床陡纵坡）产生的突发地质灾害。

（2）通过地表地质测绘、勘探试验与排查综合分析，“7·27”灾后对万工集镇安全存在较大威胁的潜在地质灾害有2个：一是“7·27”自然灾害沿沟堆积的松散物质可能形成大规模泥石流；二是二蛮山古堆积体的失稳可能形成的碎屑流。

（3）运行表明：采用以泥石流排导为主，二蛮山古堆积体固源、拦挡桩群作为二道防线、分流槽排泄超标泥石流及截排水措施相结合的综合防治方案是合适的。

（4）移民安置选点规划（特别是高山峡谷地区的移民安置点）应充分论证周边的环境地质问题（必要时应扩大论证范围），必要时应采取合理的避让或适当的综合防治措施。

（5）结合万工“7·27”滑坡后二蛮山古堆积体的不同剖面在不同工况下的稳定性进行分析评价，采用抗滑桩＋局部削坡减载等措施进行工程治理，合理确定抗滑桩尺寸及分布形式，提高滑坡处理效果，也为其它类似滑坡治理提供借鉴。

参考文献：

［1］ 地质灾害对汉源万工集镇及居民区影响专题研究［R］．中国水电顾问集团成都勘测设计研究院，中国科学院水利部成都山地灾害与环境研究所，2011．

［2］ 汉源县万工集镇灾后综合防治初步设计报告［R］．中国水电顾问集团成都勘测设计研究院．成都，2012．

作者简介：冉从勇（1979－），男，四川汉源人，高级工程师，硕士，从事水工结构及地质灾害防治设计工作。

收稿日期：2014-05-15

中图分类号：P642．22

文献标志码：B

文章编号：1003－9805（2016）01－0010－09