王文光

（山西省交通规划勘察设计院，山西 太原 030012）

G55高速公路K581+500—K733+000段是国家高速公路G55高速公路的一部分，北起于朔州市新广武，接大（同）新（光武）高速公路，南止于阳曲镇与太原东山高速公路相连，路线全长151.5 km。同时是纵贯山西省南北的重要通道，对山西省的经济建设和人民生活起着至关重要的作用。石峡沟泥石流的发生对安全行车形成了隐患。为了改善服务水平，消除安全隐患[1]，同时为了保障G55高速公路K597+302石峡沟大桥下游约1.2 km新庄村村民生命财产安全，有必要对其做出相应的有效处治。

1 工程地质条件及评价

1.1 地形条件

石峡沟流域地处恒山山脉地带，沟谷总体沿西北向东南方向延伸展布，沟口直抵新庄，地势由西北向东南倾斜，西北高，东南低。石峡沟山高沟深，地势陡峻，沟床纵横坡度较大，流域的形状便于水流的汇集（图1）。本项目影响范围内泥石流流域形态近似河谷型，流域分布大致对称，最高点高程2 091.3 m，最低点高程1 379.2 m，相对高差712.1 m，流域面积2.9 km2，主沟延伸长度2.9 km，属高山地形。石峡沟泥石流属于沟谷型流域，流域呈狭长型，形成区不明显，松散物质主要来自中游地段。形成区河床比降37.2%～45.5%，沟岸坡度150°～70°，流通区河床比降12.4%～19.3%，平均宽80～150 m。沟谷有堆积也有冲刷、搬运形成逐次搬运的“再生式泥石流”。

1.2 地质条件

a）地层组成特征 泥石流流域广泛出露上太古界五台群金刚库组和店房台组片麻岩、下古生界寒武—奥陶系馒头组—三山子组酸性入侵及吕梁期变质辉绿岩。

b）岩性 以斜长角闪岩、含榴斜长角闪岩夹含榴角闪黑云变粒岩、磁铁石英岩及含榴蓝晶二云斜长片麻岩为主。

c）岩层产状132°～152°∠30°～70°，结构疏松软弱、表层强风化、节理发育（图2）。

图1 石峡沟

图2 流域两岸岩层结构

1.3 水文气象条件

a）代县区域 属北暖温带半干旱大陆性季风气候，四季分明，冬季严寒，春、秋凉爽，夏季无酷暑，年平均气温7℃，七月份平均气温22.2℃，一月份平均气温-10℃。平均降水量390.6 mm，无霜期147 d，标准冻结深度150 cm。该地区属寒冷地区。

b）石峡沟小气候 由于石峡沟山高沟深，地势陡峻地形条件，在迎风坡迫使山脉南侧温暖、潮湿气流很强地上升运动，从而垂直运动加大，暴雨增大。

2 现状调查及结论

经勘察设计人员深入现场实地查看并结合忻州高速公路有限责任公司相关段养护人员提供信息与资料，从物质特征与工程两方面对石峡沟泥石流进行分类。

2.1 物质特征分类

a）石峡沟泥石流物质组成主要以长10～50 cm、宽5～30 cm、厚3～20 cm不等的石块、砂为主，黏性土含量较少（图3），定义为水石流。

图3 泥石流物质组成

b）石峡沟泥石流物质状态主要成分为水，黏性土含量少，固体物质约占30%，有很大分散性，水是搬运介质，石块以滚动或跳跃方式向前推进，定义为稀性[2]。

因此石峡沟泥石流按物质特征分类为稀性水石流[3]。

2.2 工程分类

a）流域面积为2.9 km2，分布形状见图4。

图4 石峡沟泥石流流域面积

b）石峡沟泥石流固体物质一次冲出量及流量。

（a）据《工程地质手册》（第四版）[4]表6-3-2及泥石流物质特征分类结论取泥石流体密度。

（b）由实地勘察1∶10000地形图及相关资料取流通区泥石流流面纵坡比降I=0.124，泥石流流体水力半径（近似取泥位深度）Rm=1.5 m，固体颗粒物相对密度ds=2.5，泥石流过流断面面积Fm=54.4 m2，泥石流历时T=1 850 s。

（c）结合以上数据，据《工程地质手册》（第四版）式 6-3-3、6-3-4、6-3-5 得：

泥石流固体物质密度ρs：

泥石流泥砂修正系数φ：

阻力系数α：

（d）据《工程地质手册》（第四版）表6-3-5、I=0.124≥0.015及相关收集资料取河床外阻力系数mw=3.8。

（e）据《工程地质手册》（第四版）北京地区经验公式（据北京市市政设计院）式6-3-7得泥石流断面平均流速vm：

（f）据《工程地质手册》（第四版）式6-3-10得泥石流断面峰值流量Qm：

（g）据《工程地质手册》（第四版）式6-3-15得通过断面的一次泥石流总量wm：

石峡沟泥石流在2002年石峡沟中桥建设期间爆发过，时至2013年再次爆发。结合以上数据，据《工程地质手册》（第四版）表6-3-1石峡沟泥石流按工程分类属于Ⅱ2泥石流沟谷。

3 石峡沟泥石流处治方案

方案构成：a）清除石峡沟右线中桥至3号坝上游150 m范围内泥石流堆积体；b）沿沟心线在据石峡沟中桥40 m处修筑1号谷坊坝（坝体均采用C15片石混凝土），沿沟心线与1号坝分别相距150 m、300 m修筑2、3号谷坊坝；c）修筑养护便道。谷坊坝的主要作用：回淤压脚、稳定崩坡积物及固定河床；通过谷坊坝有效库容，阻拦或减少过坝泥石流物。

谷坊坝坝体材料采用C15片石混凝土，三道坝坝顶轴线全长累计180 m，圬工用量合计4 384.1 m3，清除主河槽的固体堆积物9 765 m3，修筑便道400 m。谷坊坝坝顶宽为1.5 m，上游坡面为1∶0.6，下游坡面1∶0.1。在坝顶隔15 m设置溢流口，宽度6 m，深度1.0 m。在谷坊坝中下部位布置单排泄水孔，孔高0.5～2.0 m，直径0.3 m，间距2.0 m。坝体边部嵌入边坡宽度不小于50 cm。

图5 谷坊坝平面布置图

图6 1号谷坊坝立视图

图7 1号谷坊坝剖面图

图8 2号谷坊坝立视图

图9 2号谷坊坝剖面图

图10 3号谷坊坝立视图

图11 3号谷坊坝剖面图

4 结论

a）尽管本方案能有效延缓石峡沟泥石流侵蚀速度，防治泥石流对G55高速公路及下游新庄的潜在危害，但也必须在上游坡面植树造林，加快森林植被和草被生长。工程措施与生物措施密切结合才能更有效地防治泥石流。

b）自2002年石峡沟中桥建设期间爆发过，时至2013年再次爆发，因此建议养护期间每10年清理一次坝后泥石流堆积物。