以拦蓄山洪或泥石流沟道(荒溪)中固体物质为主要目的的高于5米的挡拦建筑物。拦沙坝的主要作用:①拦蓄山洪或泥石流中的泥石(包括岩屑),以减轻山洪,泥石流对下游的危害;②抬高坝址处的侵蚀基准,减缓坝上游淤积段河床比降,加宽沟底,减少流速及流深,减弱山洪的冲刷能力;③拦蓄的泥沙掩埋了山坡体的剪出口,对滑坡体运动产生阻力,促使滑坡体稳定。拦沙坝可分重力坝及拱坝两大类。
以拦蓄山洪或泥石流沟道(荒溪)中固体物质为主要目的的高于5米的挡拦建筑物。拦沙坝的主要作用:①拦蓄山洪或泥石流中的泥石(包括岩屑),以减轻山洪,泥石流对下游的危害;②抬高坝址处的侵蚀基准,减缓坝上游淤积段河床比降,加宽沟底,减少流速及流深,减弱山洪的冲刷能力;③拦蓄的泥沙掩埋了山坡体的剪出口,对滑坡体运动产生阻力,促使滑坡体稳定。
拦沙坝可分重力坝及拱坝两大类。重力拦沙坝可分为干砌石坝、浆砌石坝、土石混合坝、木石混合坝、铁丝石笼坝、格栅坝、缝隙坝,大孔口坝等。
拦沙坝坝高的确定 应考虑以下因素:①拦淤效益:坝高愈高、拦沙量愈多,单位土石方量的拦淤库容也愈大,对坝上游滑坡体的稳定作用愈大;②工程量及施工期限:工程量愈大,施工期限愈长。应根据施工力量、施工条件及允许的施工期限合理确定坝高;③由于过坝山洪的消能设施费用随着坝高增大而增大,一般拦沙坝坝高以不超过15米为宜。
浆砌石坝 中国常用的拦沙坝坝型。坝址应选择在沟谷狭窄、沟床和两岸基石完整、坚固的沟段。在荒溪沟底淤积层厚的沟段,坝基无法筑在基岩上。为防止因坝基沉陷不均匀而使坝体产生裂缝应沿坝轴线方向每隔10~15米预留一条2~3厘米宽的构造缝。浆砌石拦沙坝断面一般为梯形。上游边坡一般为1∶0.5,下游边坡为1∶0.2。为了避免山洪或泥石流对下游坝面的磨损,下游坝坡可为1∶0。
浆砌石拦沙坝的溢流口可修成梯形。在常流水的沟道中可以修成复式断面,以减少停积在溢流口底部的石砾。在有发生泥石流危险的沟道,浆砌石拦沙坝溢流口应修成弧形。在沟道转弯处,凹形沟岸一侧的坝肩应高于凸岸,以顺应山洪,泥石流在弯道处壅高的特性。浆砌石拦沙坝坝体内应设排水孔,用以排泄坝前积水或淤积物内渗透水。排水孔的布置,在水平面上,每隔3~5米设一道,在垂直面上,每隔2~3米设一道。排水孔的直径为15~30厘米。
拱形拦沙坝 在荒溪中修筑的向上游弯曲的弧形坝称为拱形拦沙坝。拱形拦沙坝可用浆砌石料或混凝土、钢筋混凝土修成。在沟谷狭窄,沟床及两岸山坡的岩石比较坚硬完整的地形与地质条件下,适于修拱坝。中国在荒溪治理工作中常采用拱坝。
拱坝两端嵌固在基岩上,拱坝上游的泥沙压力和山洪、泥石流作用力,大部分通过坝体传递到两岸的岩石上,另一部分通过坝体传到坝基。拱坝受的力以压力为主,断面应力分布均匀,它可以充分利用浆砌石和混凝土材料抗压强度大的特点,减小坝体厚度,节省筑坝材料,与同样高度的重力坝相比,拱坝的石方量可以减少1/2~1/3。拱形拦沙坝多采用便于施工的同圆心、同外半径的圆弧。拱圈的中心角一般为110°~120°,在沟道狭窄的条件下,中心角应不小于80°。
铁丝石笼坝 坝体由铁丝石笼和堆石组成。铁丝笼作成箱形。尺寸为0.5×1.0×3.0米。先用钢筋(φ12~15毫米)焊制成钢筋架,然后用10号铅丝编制网孔。网孔大小一般6~10厘米。然后在铁丝笼内装石。为了增强石笼的整体性,可在铁丝石笼之间再用铅丝加固。铁丝石笼坝适用于小荒溪,其优点是便于就地取材,修建简单,施工期短,其缺点是使用期短,坝的整体性和稳定性较差。铁丝石笼坝在中国多见于西南山区。
格栅拦沙坝 一种新型的挡拦泥石流的拦沙坝。坝体由一组水平横梁组成,横梁被固定或装配在支墩上。根据坝长不同,可分为单格式格栅坝及多格式格栅坝。与整体坝相比,这种坝型可节省30~50%的建筑材料。该坝型结构简单,施工进度快,使用期限长。格栅坝可用各种不同的材料筑成。常见的有钢筋混凝土格栅坝及金属格栅坝。金属格栅坝可用钢轨或钢管作横梁。
当沟道中泥石流挟带的大石块比较多时,可采用格栅拦沙坝。为了使水、细粒物质及小块石泄入下游,只把大石块拦蓄在坝上游,可根据沟谷或荒溪冲积扇上的块石尺寸来确定横梁的尺寸和间距。横梁的垂直净距(D)也可用下列公式求得。即D=1.4ds%,其中:D为横梁间净距离(厘米);ds%为占重量5%的最大块石直径(厘米)。为了增强横梁的强度,在沟宽大于8米的沟谷内,应增设混凝土或钢筋混凝土支墩。
生危险的沟道内,用以拦挡泥石流中的大块石,防止泥石流危害下游居民区或重要建筑物。为了预留拦挡泥石流的库容,库内不应蓄水、小粒径的泥沙和石砾。缝隙拦沙坝及大孔口拦沙坝多用浆砌块石或钢筋混凝土修成。
拦沙坝的稳定计算和应力计算 拦沙坝的稳定计算和应力计算因坝型不同而异。对于中国常用的浆砌石重力拦沙坝。应首先计算作用在坝上的力。作用在拦沙坝上的力按其性质可分为坝的自重、坝体上游面的淤积物重、坝前泥沙压力。坝基土压力、泥石流冲击力以及坝基扬压力等。坝体自重及上游面的淤积物重、坝前泥沙压力、坝基土压力及扬压力等与一般挡水建筑物的作用力计算基本相同。泥石流的冲击力是在有发生泥石流危险的荒溪中修建拦沙坝时必须考虑的因素。在拦沙坝未淤满以前,泥石流冲击力是拦沙坝的主要作用力之一。其计算公式如下:
拦沙坝
式中 P冲为泥石流冲击力(吨/米2),K为泥石流冲击力系数,一般为2.5~4.0,取值大小决定于荒溪的特征;ρ为泥石流密度,;γ。为泥石流容重(吨/米3);g为重力加速度,9.81米/秒2,Vc为泥石流流速(米/秒);α为泥石流流向与坝轴线交角。
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