井场泥石流灾害防治对策

赵 正 果

(中石化西南油气分公司石油工程技术研究院，四川 德阳　618000)



井场泥石流灾害防治对策

赵 正 果

(中石化西南油气分公司石油工程技术研究院，四川 德阳618000)

选取M井泥石流防治工程为研究对象，在精确计算泥石流基本特征参数的前提下，从定量角度计算其动力学参数，并结合泥石流防护等级要求，开展了防治工程的滑移稳定性、倾覆稳定性以及地基稳定性的验算，为下一步山区井场泥石流的防治工程提供依据。

泥石流，稳定性，地基，防治工程

0　引言

泥石流是山区特有的一种自然地质现象，是介于流水与滑坡之间的一种地质作用，它是指山区沟谷中，由暴雨、库塘溃坝等水源激发，形成的一种携带大量泥砂、石块等固体物质的特殊洪流，是高浓度的固体和液体的混合颗粒。泥石流来势凶猛，洪水可携带大量泥砂、石块，并以高速前进，具有强大的破坏力，它爆发突然、来势凶猛，发生的全过程一般只有几个小时，短的只有几分钟，因而破坏性极大[1]。

M井井场位于三面环山的宽度为100 m～120 m的狭长沟谷地带，2011年7月M井周边突降50年一遇暴雨，井场上游由于原干枯河道长期土石堆积形成的小规模堰塞湖溃坝，爆发特大山洪泥石流。泥石流爆发后顺着沟谷、河道冲向下游，短时间内淹没井场导致部分钻井设备受损，洪水顺着河道淹没下游位于河岸的井队生活区，由于事发突然，没能及时发出安全预警，造成了严重的生命及财产损失。

1　泥石流防治工程设计

1.1泥石流防治工程设计标准

根据M井场所在地周边气象站观测资料，事发当日周边降雨量达到200 mm以上的有5次，按照《四川省中小流域暴雨洪水计算手册》评估，4次为20年一遇，1次为50年一遇，井场上游局部强降雨情况为百年一遇,由洪水突然引发的主沟泥石流来势汹汹，其运动特征主要参数见表1。

1)泥石流灾害防治工程设计标准的确定，应进行充分的技术经济比选，既要安全可靠，也要经济合理[2]。

2)泥石流灾害防治工程设计标准，应使其整体稳定性满足抗滑(抗剪或抗剪断)和抗倾覆安全系数的要求[3]，见表2。

表1　主沟泥石流运动特征参数统计表

表2　泥石流防治工程设计安全系数

1.2泥石流防治工程设计

在取得M井泥石流主要特征数据后，为防止再次发生泥石流灾害事件，上级部门决定对该井泥石流灾害进行治理。本次治理工程主体为扶壁式挡土墙，工程安全等级为一级[4]，根据该防治工程功能划分来看，扶壁挡墙除具一般挡土功能外，还兼顾防洪防冲刷功能，其建立的力学计算模型针对100年一遇泥石流最大撞击力荷载以及挡墙内外侧水压力。所以该挡墙设计具备的主要功能有：疏导泥石流沟渠；拦挡泥石流固体物质；保证井场侧填土的稳定性。

1)基本数据。

本次计算研究选取主体防治工程典型区段，依据本次泥石流最大爬高以及泥石流峰值流量综合确定，该段扶壁式挡土墙总高9.0 m，挡土墙基础埋深2.0 m，基础底面砌置在岩石层上，地基承载力标准值fk=300 kPa，基础底板地面与水平面的夹角为0°，底板地面与地基土的摩擦系数μ=0.4，顶宽0.6 m，基底宽度5.1 m，扶臂厚1 m，扶臂中心距5.0 m；墙后用粘土掺碎石回填，填料的标准重度γt=18 kN/m3，内摩擦角φ=30°，水头高差2.0 m，挡墙填土一侧为主车道(考虑为大型集装箱车通道)，地面均布活荷载标准值Pk=30 kN/m2或者按照路基设计规范车辆荷载换算土柱高度[3]。

2)荷载计算。

根据上述条件设计扶壁式钢筋混凝土挡土墙，计算该扶壁式挡土墙高度为9.000 m处的库仑主动土压力[5]。

a.第1破裂角：23.652°；Ea=355.337 kN；Ex=235.756 kN；Ey=265.865 kN；作用点高度Zy=2.916 m；

b.根据力学计算模型，扶壁式挡土墙第二破裂面不存在；

c.扶壁式挡土墙墙身截面面积为10.113 m2；重量252.820 kN；

d.地下水作用力及合力作用点坐标(相对于墙面坡上角点)。

理正计算计算结果如下：墙背受填土及车辆荷载的水平推力为45 kN，竖向力为60 kN，墙面受泥石流水平冲击力5 kN，无竖向力分布。

3)稳定性验算。

运用北京理正软件对滑移稳定性验算、倾覆稳定性验算以及墙底地基承载力验算三部分进行计算，计算结果如下：

a.滑移稳定性验算：滑移力为275.756 kN， 抗滑力为524.217 kN，滑移验算满足：抗滑移稳定系数Kc=1.901>1.300。b.倾覆稳定性验算：倾覆力矩为944.782 kN·m，抗倾覆力矩为2 254.007 kN·m，倾覆验算满足：抗倾覆稳定系数K0=2.386>1.500。c.地基应力及偏心距验算。基底压应力：踵部为50.183 kPa，趾部为201.632 kPa；最大应力与最小应力之比为201.632/50.183=4.017，作用于基底的合力偏心距验算满足：e=0.511≤0.250×5.100=1.275 m；墙趾处地基承载力验算满足：压应力为201.632 kPa≤360.000 kPa；墙踵处地基承载力验算满足：压应力为50.183 kPa≤390.000 kPa；地基平均承载力验算满足：压应力为125.910 kPa≤300.000 kPa。理正计算计算结果如下：抗滑移稳定系数Kc=1.901>1.300，抗倾覆稳定系数K0=2.386>1.500，地基平均承载力验算满足：压应力为125.910 kPa≤300.000 kPa，以上三种验算结果均满足规范要求(100年一遇泥石流设计标准)。

在上述验算基础上，开展了扶壁式钢筋混凝土挡土墙的结构配筋验算工作，形成了扶壁式挡土墙结构设计文件，与此同时根据设计图纸开展了扶壁式挡土墙现场施工。

2　防治效果评价

1)施工过程中效果评价。

M井泥石流灾害防治工程工期为110 d，期间经历泥石流冲击3次，规模小于1 100 m3，洪水流淘蚀3次，位于防治工程内侧的施工机械及人员均未受损，防治工程的初步效果已经体现。

2)后期效果评价。

自防治工程投入使用以来历时5年，共计经历5个雨季的考验，根据后期调查研究，井场共计发生大于5 000 m3流量泥石流4频次，小于1 000 m3流量泥石流8频次，从遭遇的12次泥石流过程来看，防治工程挡墙整体稳定，无任何变形及沉降迹象，有效的阻止了泥石流对井场的冲击破坏，保证了该井在灾后的钻完井及采输工作的顺利进行。

3　结语

1)井场选址应避免在山谷、河道及附近有大量松散堆积物等泥石流易发地区。

2)在设计标准确定的基础上，治理设计主要考虑设防工程应满足整体稳定性抗滑(抗剪或抗剪断)、抗倾覆稳定性以及地基承载力稳定性三方面要求。

3)泥石流治理过程中抗滑移稳定系数Kc建议选取1.300，抗倾覆稳定系数K0建议选取1.500。

4)M井泥石流防治工程挡墙整体稳定，有效的阻止了泥石流对井场的冲击破坏，保证了该井在灾后的钻完井及采输工作的顺利进行。

[1]DT/T 0220—2006,泥石流灾害防治工程勘查规范[S].

[2]GB 50330—2002,建筑边坡工程技术规范[S].

[3]DZ/T 0219—2006,滑坡防治工程设计与施工技术规范[S].

[4]李远耀,殷坤龙,柴波,等.三峡库区滑带土抗剪强度参数的统计规律研究[J].岩土力学,2008,29(5):1419-1425.

[5]陈祖煜.土质边坡稳定分析——原理、方法程序[M].北京:中国水利水电出版社,2003.

On prevention strategies for mudslide disasters at well fields

Zhao Zhengguo

(Oil Engineering Technique Institute, Southwest Oil and Gas Branch of Sinopec, Deyang 618000, China)

Selecting the mudslide prevention project of M well as the research object, undertakes the calculation of the sliding stability, overturning stability and foundation stability of the prevention projects from the quantitative calculation of its dynamic parameter based on the accurate calculation of the basic featured parameter of the mudslide, provide some reference for the prevention of the mudslide of the mountainous well fields.

mudslide, stability, foundation, prevention project

1009-6825(2016)25-0064-03

2016-06-28

赵正果(1980- )，男，高级工程师

P642.23

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