灵宝市豫灵镇文峪沟地质灾害治理工程实践

杨翼飞 刘宏奎

摘要： 灵宝市豫灵镇文峪沟废弃矿渣堆存量大，堆存体高，易发生崩塌、滑坡等地质灾害，治理过程中遭遇特大暴雨，发生泥石流造成在建挡土墙和防护堤破坏。根据治理区地形地貌及废渣堆位置，治理工程以拦挡工程为主，并与恢复治理工程结合，施工拦渣坝、挡渣墙、肋槛，并进行废渣清理。治理工程取得了较好的效果，实现了固矿渣、固沟床、疏通排洪沟。

关键词： 文峪沟;地质灾害;治理实践;拦渣坝;肋槛

中图分类号：TD7 文献标志码：A

文章编号：1001-1277（2020）11-0080-05 doi：10.11792/hj20201116

河南省灵宝市豫灵镇文峪沟周边矿山经过多年开采，自然平衡状态遭到严重破坏，造成岩体应力场的改变，引起岩体变形和破坏，极易发生崩塌、滑坡等地质灾害。此外，废弃矿渣堆存量大、堆存体高，沿沟无序堆放，不断挤占沟道、道路，严重影响河道泄洪和上下交通，在强降雨等因素的作用下，极易形成泥石流。采用 “疏通沟道+清渣固坡+修复道路+水路分离+覆土绿化”[1]进行综合治理过程中遭遇特大暴雨，引发山洪泥石流灾害，导致部分工程损毁。针对该状况，在治理范围不变的条件下，经实地考察分析，变更治理工程项目和位置。治理工程主要分布在主沟道内，以拦挡工程为主，并与恢复治理工程结合。工程施工后运行数年，未发生地质灾害，实现了矿山地质环境问题的有效治理。

1 工程概况

工程治理区位于文峪主沟道西路将1420坑口至南闯口及南闯支沟，治理面积4.78 km2，高程1 620～1 350 m，总长1204.1 m，沟底纵坡降225 ‰。采用 “疏通溝道+清渣固坡+修复道路+水路分离+覆土绿化”治理过程中遭遇特大暴雨，文峪主沟道由于汇水面积大，发生山洪泥石流，南闯泄洪平硐被堵塞，在南闯口形成堰塞，堰塞溃决后洪水从南闯涌入文峪沟，落差接近30 m。此外，由于文峪沟上游地形坡降较大，导致文峪主沟道泥石流冲刷力增大，大部分已建及在建治理工程龄期不够，未达到设计强度，损毁严重，损毁方式包括基础掏空、墙体冲毁或遭到掩 埋。经调查，文峪主沟道整体以堆积为主，平均堆积厚度约2.0 m，局部最大堆积厚度约6.0 m（见图1）。沟道狭窄处因水流流速增大，引起沟道下切，最大下切深度约4.0 m（见图2）。

山洪泥石流发生后，文峪主沟道及支沟的泥位高度、泥石流过流宽度见表1，废渣堆渣量等参数见表2。

由于灾后文峪沟地形发生了较大变化，因此对治理区地形变化部分进行再测绘，面积约3.3 km2，实测横剖面45条，总长5 362.4 m。 结合原设计底图形成新地形图用于重新冶理设计。

2 工程治理设计

2.1 治理方案确定

根据收集的《双鑫矿业有限公司文峪金矿矿山地质环境保护与恢复治理方案》《河南文峪金矿东闯矿区矿山地质环境保护与恢复治理方案》，各矿山企业对各自矿区范围内的废渣堆主要采取拦挡工程及覆土绿化治理措施，治理工程大多分布在支沟内。结合矿山地质环境保护与恢复治理方案及资金限制，设计治理工程主要分布在主沟道内，以拦挡工程为主，并与恢复治理工程结合[3]。

2.2 设计标准

依据GB 0201—2014 《防洪标准》，工程按照20年一遇暴雨标准（6 h降雨量均值为87.75 mm） 进行设计，50年一遇暴雨标准（6 h降雨量均值为105.75 mm） 进行校核;工程抗滑安全系数：基本荷载组合取 1.20，特殊荷载组合取1.07;工程抗倾覆安全系数：基本荷载组合取1.50，特殊荷载组合取1.14。

2.3 参数及工况确定

浆砌石自重22 kN/m3（花岗岩、片麻岩）;墙后回填土重度取19 kN/m3。

墙基底与地基的摩擦系数：碎石土取0.5，表面粗糙的硬质基岩取0.65～0.70。

土压力：按库仑主动土压力公式计算。

水压力：由于碎石土地基透水性好，墙后填土一般不存水。考虑工程安全，墙后填土水位依据排水孔位置计算。

地震作用：抗震设防烈度为7度（0.15g），按地震作用组合设计，除采取抗震构造措施外，计算考虑地震作用。

2.3.1 挡渣墙及拦渣坝

1）荷载。基本荷载：墙体自重、墙顶有效荷载、填料及表面超载引起的主动土压力、水压力、基底摩擦力（被动土压力不考虑）;特殊荷载：地震作用力。

2）工况。工况1（基本荷载组合）：自重+主动土压力+水压力+摩擦力;工况2（基本荷载+特殊荷载组合）： 自重+主动土压力+水压力+摩擦力+地震作用力。

2.3.2 防护堤

1）荷载。基本荷载：防护堤自重、主动土压力、水压力、基底摩擦力（被动土压力不考虑）;特殊荷载：地震作用力。

2）工况。工况1（基本荷载组合）：自重+主动土压力+水压力+摩擦力;工况2（基本荷载+特殊荷载组合）： 自重+主动土压力+水压力+摩擦力+地震作用力。

2.4 岩土工程

依据勘查成果及工程损坏调查情况，结合本地区建筑经验，确定场区各地层地基承载力特征值及基底摩擦系数，结果见表3。

3 工程治理实践

3.1 拦渣坝

为保证治理工程的稳固性及安全性，在文峪主沟道施工8座拦渣坝，防止沟道底部废渣启动。 拦渣坝长、坝高、基础埋深按工况验算确定，顶宽1.8～3.5 m， 内、外坡比分别为1.0 ∶ 0.2、1.0 ∶ 0.3， 基础及坝体均采用C15毛石混凝土结构;墙体中部溢流口以下预留圆形泄水洞，内置3排40 mm预制混凝土管， 水平间距4 m，垂直间距3 m;墙体中部的上部留深1.5 m、宽12.0 m的倒梯形溢流口。为保证拦渣坝的坚固性，提高抗冲击力，在拦渣坝中部加2层钢筋网，钢筋横、竖间距均为0.3 m。每隔10～20 m或地形变化较大地段预留伸缩缝。拦渣坝工程情况见表4、表5。

3.2 挡渣墙

施工4座挡渣墙，南闯1号挡渣墙墙体未受损坏，保持不变，其余3座位于文峪沟上游，工程受损严重且地形变化较大处。挡渣墙长、墙高、基础埋深按工况验算确定，背坡垂直，面坡坡比1.0 ∶ 0.3，墙体均采用C15毛石混凝土结构，墙体地表以上0.5 m按照2 m间距留直径10 cm的泄水孔。每隔20 m或地形变化较大地段预留伸缩缝。挡渣墙工程情况见表6、表7。

3.3 肋 槛

为约束沟道主流，防止主流冲刷两侧挡渣墙基础，保护挡渣墙工程安全，在沟道两侧挡渣墙工程易受冲刷地段，施工肋槛工程。

3.3.1 水流冲刷深度

沟道内水流冲刷计算采用 GB 50286—2013 《堤防工程设计规范》推荐的计算公式，为：

hB=hP+ vcp v允n-1 （1）

式中：hB为水流冲刷深度（m），从水面起算;hP为冲刷处的水深（m），以近似设计水位最大深度代替;vcp为平均流速（m/s），根据山洪泥石流实测，取值8.6 m/s; v允为河床面上允许不冲流速（m/s）;n为与防护岸坡在平面上的形状有关，一般取1/4。

v允依据GB 50288—2018 《灌溉与排水工程设计规范》中渠道允许不冲流速计算，河床组成物质为100～200 mm的块石，深度约2.0 m，水力半径R=1 m时，v允=3.4～4.9 m/s，本次取4.5，按下式进行修正：

v′允=v允R 1 3 （2）

式中：v′允为经修正河床面上允许不冲流速（m/s）。

实際工程R取值1.57 m，则v′允=5.23 m/s，hB=2.18 m。

根据调查结果，治理区河道以堆积为主， 考虑到治理区复杂的地质环境现状及治理工程的安全性，结合挡渣墙及防护堤工程的埋深，水流冲刷深度取2.0 m。

3.3.2 肋槛埋深及间距

肋槛工程设计依据DZ/T 0239—2004 《泥石流灾害防治工程设计规范》，肋槛间距计算公式为：

s= h-Δh I0-I′ （3）

式中：s为防冲肋板间距（m）;h为防冲肋板埋深（m），一般取1.5～4.0 m，本次取2.0 m;Δh为防冲肋板安全超高，一般取0.5 m;I0为排导槽设计纵坡降（‰），取123 ‰;I′为肋板下冲刷后的排导槽纵坡降（‰），一般取（0.5～0.25）I0，本次取0.5I0。

通过计算，s=24.39 m，本次取20 m。

施工肋槛18道，肋槛断面为等腰梯形，高度均为2.0 m，顶宽1.0 m，底宽1.8 m;肋槛内部沿纵向加4根直径12 mm的钢筋，每隔15 cm加一道直径8 mm 的箍筋。肋槛工程必须和与之相接的挡渣墙或防护堤工程同时施工，以保证肋槛工程和挡渣墙或防护堤工程的整体性。肋槛工程情况见表8。

3.4 废渣清理

为了保证沟道通畅，在治理区内设置4个清渣区。1号清渣区位于文峪沟1524坑口上部， 清渣范围从标高1 530 m至1 558 m，清渣区面积约3 756 m2， 清渣量为37 580 m3;2号 清渣区位于西路将沟口下游文峪主沟道内，清渣范围从标高1 417 m至1 428 m， 清渣区面积约1 658 m2，清渣量为13 270 m3;3号清渣区位于支沟西路将沟内，清渣范围从标高1 508 m至1 526 m， 清渣区面积约1 567 m2，清渣量为11 760 m3;4号清渣区位于支沟西路将沟内， 清渣范围从标高1 442 m 至1 464 m，清渣区面积约1 702 m2，清渣量为12 790 m3。根据沟道设计地面线，将废渣清运到沟道低凹处，并进行平整。清渣工程情况见表9。

此外，对高边坡的矿渣堆和岩体进行削坡减荷，之后再覆土，植树及种草，减少边坡的冲刷并兼顾绿色环境。

3.5 治理效果

拦渣坝工程起到了很好的拦渣、固渣作用，有效防止了主沟道泥石流的发生，至今未发生大的冲刷。挡渣墙、防护堤等墙体结构采用混凝土或钢筋混凝土结构，提高了墙体结构的刚性和抗冲刷能力。对高边坡的矿渣堆和岩体进行削坡减荷，再覆土，植树及种草，减少边坡的冲刷并兼顾绿色环境。治理工程已运行数年，期间也遇到超强降雨等极端天气，但没有发生工程冲毁、基础掏空等损毁，真正起到了防灾减灾的作用。治理后效果见图3。

4 结 论

1）河南省灵宝市豫灵镇文峪沟临山边坡堆放的废弃矿渣易引发崩塌、滑坡等地质灾害，治理工程以拦挡工程为主，并与恢复治理工程结合。

2）拦渣坝工程有效防止了沟道底部废渣的启动，保证了工程的稳固性及安全性。施工时拦渣坝坝肩或基础须嵌入到周围坚固的岩体中，提高了坝体的抗剪和抗冲刷能力;挡渣墙、防护堤等墙体为混凝土或钢筋混凝土结构，提高了墙体结构的刚性和抗冲刷能力。

3）肋槛的设置防止或减缓了主流对挡渣墙的冲击，对于汇流面积小、坡降低的沟道能起到很好的防治泥石流的效果。

4）对高边坡的矿渣堆和岩体进行削坡减荷，之后覆土，植树及种草，减少泥石流发生物源的同时兼顾绿色环境。

5）河南省灵宝市豫灵镇文峪沟地质灾害治理工程以固矿渣、固沟床、疏通排洪沟为主，其成功治理经验为大型露天尾矿地质灾害治理提供了借鉴。

[参 考 文 献]

[1]河南省地质环境规划设计院有限公司.灵宝市资源枯竭型城市矿山地质环境治理重点工程项目（2011年度）施工图设计[R].郑州：河南省地质环境规划设计院有限公司，2012.

[2]河南省地质环境规划设计院有限公司.灵宝市资源枯竭型城市矿山地质环境治理重点工程项目（2011年度）施工图设计变更[R]. 郑州：河南省地质环境规划设计院有限公司，2013.

[3] 三門峡市国土资源局.灵宝市资源枯竭型城市矿山地质环境治理重点工程项目（2011年度）施工“7·9”洪灾调查专家意见及建议[R].三门峡：三门峡市国土资源局，2013.

Engineering practice of geological disaster treatment in Wenyugou，Yuling Town，Lingbao City

Yang Yifei1，Liu Hongkui2

（1. No.2 Institute of Geological Environment Survey of Henan ;

2.The Fourth Geological Exploration Institute of Henan Geology and Mineral Bureau ）

Abstract： The waste ore residue stockpile in Wenyugou，Yuling Town，Lingbao City is in large amount，the stockpile body is high and susceptible to geological disasters such as collapse and landslide.During the treatment，a heavy storm struck，damaging the constructing retaining wall and protection dam due to the debris flow followed.According to the terrain of the treatment area and the position of waste ore residue，the treatment project is dominated by obstruction project，followed by restoration project where obstruction dams，retaining walls and transverse sills are constructed，and the residue is cleared.The treatment project achieved good effect and realized ore residue consolidation，gully bed consolidation，and flood drainage trench dredging.

Keywords： Wenyugou;geological disaster;treatment practice;obstruction dam;transverse sills