一种适用于泥石流沟道型渣场的挡排防护系统及施工方法与流程

本发明属于泥石流治理与工程弃渣场防护工程，具体涉及一种适用于泥石流沟道型渣场的挡排防护系统及施工方法。

背景技术：

1、水电站工程建设过程中会产生大量工程弃渣，受山区河道地形地貌限制，部分弃渣场只能布设于泥石流发育沟道内，致使渣场长期面临泥石流灾害风险。当沟道暴发泥石流时，高速运动的泥石流体会裹挟大量砂石、土体直接冲击沟道内弃渣场，一方面破坏弃渣场整体结构稳定性，引发渣体滑移、垮塌失稳；另一方面，受冲击扰动的松散弃渣会成为全新的泥石流物源，在汛期洪水或后续泥石流作用下诱发二次泥石流灾害，直接威胁下游水电站厂房、输电线路、村镇居民区等重要建（构）筑物安全。

2、目前，国内外针对泥石流沟道的防护技术多以单一实心拦挡坝、简易排洪渠等传统结构为主，将其应用于泥石流沟道型弃渣场防护场景时存在显著技术缺陷：

3、（1）实心拦渣坝仅具备固体拦截功能，无法同步疏导汛期洪水，洪水在坝前快速淤积抬升，极易发生漫坝、溢洪现象，进而冲刷淘蚀渣场坡体引发渣场失稳；

4、（2）单纯排洪疏导方案缺乏前置拦砂、沉砂设施，泥石流裹挟的大块石、细颗粒淤砂极易堵塞渠身，导致排洪结构快速丧失泄洪能力，防护体系整体失效；

5、（3）传统防护体系缺乏末端消能、沉淀防护结构，经排导后的高速水流持续冲刷下游沟道，引发沟道水土流失、岸坡垮塌，衍生次生地质灾害；

6、（4）现有防护措施采用碎片化、割裂式布置模式，上游拦挡、渣场内部排水、下游防护系统无协同联动设计，存在工程重复建设、资源浪费问题，且整体防护可靠性、抗灾稳定性较差。

7、有鉴于此，特提出本发明。

技术实现思路

1、为了解决现有技术中存在的上述技术问题，本发明提供一种适用于泥石流沟道型渣场的挡排防护系统及施工方法，解决现有泥石流沟道型渣场防护技术采用单一实心拦挡坝或简易排洪渠的碎片化布置模式，无法同时实现源头拦砂导排、场内疏水与末端消能防护的协同联动，导致泥石流冲击渣场、弃渣次生泥石流、排导结构淤堵及下游沟道冲刷等问题难以得到系统性解决。

2、为实现上述目的，本发明的技术方案如下：

3、第一方面，一种适用于泥石流沟道型渣场的挡排防护系统，包括设于天然泥石流沟道内的渣场4，所述渣场4的上游侧设有挡水导流墙3，所述挡水导流墙3的墙身开设有泄洪口；

4、所述挡水导流墙3的上游侧设有集砂坑2，所述集砂坑2的上游侧设有多级拦渣透水坝1；

5、沿所述渣场4的外侧岸坡布置有排洪渠5，所述排洪渠5的进水口与所述挡水导流墙3的泄洪口连通，所述排洪渠5的下游末端连接有消力池8，所述消力池8的下游出口衔接有护坦9；

6、所述渣场4的沟道底部铺设有排水垫层6，所述渣场4的下游沟道设有挡墙7，所述排水垫层6的下游端通过排水孔10贯穿所述挡墙7，所述排水孔10将所述排水垫层6与所述挡墙7外侧的沟道连通。

7、进一步地，所述多级拦渣透水坝1为至少一道间隔布置的钢筋石笼透水坝体，所述坝体由钢筋笼架内充填大块径块石砌筑形成；

8、单道所述拦渣透水坝的高度为1.5～3.0m，相邻两道所述拦渣透水坝沿沟道的间距为15～30m，所述坝体底部嵌入沟道基岩的深度不小于0.8m。

9、进一步地，所述集砂坑2为开挖式矩形沉砂沟槽，所述集砂坑2的坑底低于原沟道0.6～1.0m，所述集砂坑2的坑壁铺设有格宾石笼护面。

10、进一步地，所述挡水导流墙3为混凝土挡墙，所述挡水导流墙3的墙身中部预留有矩形泄洪口，所述泄洪口的底部高程与所述排洪渠5的渠底齐平。

11、进一步地，所述排洪渠5为矩形现浇混凝土渠道，所述排洪渠5的渠内设置有糙条，所述排洪渠5的渠身陡段设置有齿墙。

12、进一步地，所述排水垫层6的填筑料采用洞挖新鲜弱风化岩石，所述排水垫层6的上部依次铺设有砂砾石反滤层和土工布；

13、所述排水垫层6的开挖深度不小于0.5m，所述排水垫层6的断面总面积不小于14m²，所述填筑料的最大粒径为600mm，粒径小于5mm的含量不大于20%，粒径小于0.075mm的含量不大于5%，不均匀系数大于10，渗透系数不小于10-¹cm/s。

14、进一步地，所述挡墙7为重力式挡墙，所述挡墙7的墙身内侧铺设有双层反滤料，所述挡墙7的墙身预埋有多根所述排水孔10，所述排水孔10连通所述排水垫层6。

15、进一步地，所述消力池8的池内布设有多级消力墩，所述消力池8的池底铺设有大块石；所述护坦9采用双层格宾石笼铺设，所述护坦9的长度不小于15m。

16、第二方面，一种适用于泥石流沟道型渣场的挡排防护系统的施工方法，包括以下步骤：

17、s1、上游源头拦砂导流结构施工：在渣场上游沟道内由上游至下游依次施工多级拦渣透水坝、集砂坑和挡水导流墙，在所述挡水导流墙的墙身预留泄洪口；

18、s2、场外排洪导排与末端防护结构施工：沿渣场外侧岸坡施工排洪渠，使所述排洪渠的进水口与所述挡水导流墙的泄洪口连通，在所述排洪渠的下游末端依次施工消力池和护坦；

19、s3、场内疏水与下游挡渣结构施工：在渣场沟道底部铺设排水垫层，在渣场下游沟道施工挡墙，并在所述挡墙内预埋排水孔，使所述排水垫层通过所述排水孔与所述挡墙外侧的沟道连通。

20、进一步地，步骤s1中，根据渣场设计洪水位确定挡水导流墙高度，根据排洪渠过流能力采用宽顶堰溢流公式核算泄洪口总过流宽度；

21、步骤s2中，以挡水导流墙泄洪口底板高程为排洪渠起始高程，沿渣场外岸坡布设渠道轴线与设计纵坡，采用明渠均匀流公式校核渠道过水断面尺寸，式中：为渠道过流流量，为渠道过水断面面积，为谢才系数，为水力半径，为渠道设计纵坡；根据排洪渠最终下泄流量参数，匹配核算消力池结构尺寸、消力墩布设数量及护坦长度与防护厚度。

22、进一步地，步骤s3中，排水垫层的施工包括：清除渣场范围内杂草、树根、腐殖土及松散堆积物，开挖整平基坑，按预定级配参数填筑透水石料并分层碾压6～8遍，边角区域采用手扶式振动碾压实；

23、碾压完成后依次铺设30cm厚砂砾石反滤层和400g/m²土工布；对挡墙地基进行夯实或换填30cm碎石垫层处理，使基底承载力不小于180kpa，浇筑重力式挡墙并同步预埋排水孔，在挡墙墙身内侧铺设反滤料

24、本发明至少具有如下有益效果：

25、（1）本技术通过在渣场上游依次设置多级拦渣透水坝和集砂坑，多级拦渣透水坝拦截泥石流大块石而洪水与细颗粒泥沙可通过坝体孔隙下泄，集砂坑进一步沉淀透水坝遗漏的细颗粒泥沙，能够实现拦砂不拦水、分级拦污与有序沉砂，有利于减少进入渣场的固体物源，避免传统实心拦渣坝坝前淤积抬升导致漫坝溢洪的问题，同时降低单纯排洪方案中渠身被大块石与淤砂堵塞的风险；

26、（2）本技术通过挡水导流墙与沿渣场外侧岸坡布置的独立排洪渠相配合，挡水导流墙分隔上游洪流与渣场本体并将洪水通过泄洪口导入排洪渠，排洪渠全程避开渣场堆渣区域，能够实现洪水与渣场本体的物理隔离，有利于避免洪水直接冲刷、浸泡渣体，提升渣场整体稳定性；

27、（3）本技术通过在渣场沟道底部全线铺设排水垫层并在下游挡墙内预埋排水孔，排水垫层汇集渣体内部孔隙渗水后通过排水孔排出至下游沟道，能够构建渣体内部完整排水通道，有利于持续降低渣体含水率与孔隙水压力，减少渣场内部积水、软化、滑移、垮塌等失稳风险；

28、（4）本技术通过在排洪渠下游末端设置消力池和护坦，消力池内多级消力墩消减下泄水流能量，护坦防护下游沟道岸坡，能够降低经排导后的高速水流对下游沟道的冲刷作用，有利于减少下游沟道水土流失与岸坡垮塌；

29、（5）本技术将源头拦砂导流、场外排洪导排、场内疏水、末端消能防护四个模块沿沟道协同布置、上下游衔接，能够形成从源头到末端的完整防护链，有利于避免现有技术碎片化、割裂式布置导致的工程重复建设与整体防护可靠性不足的问题。