趙 正 果

(中石化西南油氣分公司石油工程技術研究院，四川 德陽　618000)

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井場泥石流災害防治對策

趙 正 果

(中石化西南油氣分公司石油工程技術研究院，四川 德陽618000)

選取M井泥石流防治工程為研究對象，在精確計算泥石流基本特征參數(shù)的前提下，從定量角度計算其動力學參數(shù)，并結合泥石流防護等級要求，開展了防治工程的滑移穩(wěn)定性、傾覆穩(wěn)定性以及地基穩(wěn)定性的驗算，為下一步山區(qū)井場泥石流的防治工程提供依據(jù)。

泥石流，穩(wěn)定性，地基，防治工程

0　引言

泥石流是山區(qū)特有的一種自然地質(zhì)現(xiàn)象，是介于流水與滑坡之間的一種地質(zhì)作用，它是指山區(qū)溝谷中，由暴雨、庫塘潰壩等水源激發(fā)，形成的一種攜帶大量泥砂、石塊等固體物質(zhì)的特殊洪流，是高濃度的固體和液體的混合顆粒。泥石流來勢兇猛，洪水可攜帶大量泥砂、石塊，并以高速前進，具有強大的破壞力，它爆發(fā)突然、來勢兇猛，發(fā)生的全過程一般只有幾個小時，短的只有幾分鐘，因而破壞性極大[1]。

M井井場位于三面環(huán)山的寬度為100 m～120 m的狹長溝谷地帶，2011年7月M井周邊突降50年一遇暴雨，井場上游由于原干枯河道長期土石堆積形成的小規(guī)模堰塞湖潰壩，爆發(fā)特大山洪泥石流。泥石流爆發(fā)后順著溝谷、河道沖向下游，短時間內(nèi)淹沒井場導致部分鉆井設備受損，洪水順著河道淹沒下游位于河岸的井隊生活區(qū)，由于事發(fā)突然，沒能及時發(fā)出安全預警，造成了嚴重的生命及財產(chǎn)損失。

1　泥石流防治工程設計

1.1泥石流防治工程設計標準

根據(jù)M井場所在地周邊氣象站觀測資料，事發(fā)當日周邊降雨量達到200 mm以上的有5次，按照《四川省中小流域暴雨洪水計算手冊》評估，4次為20年一遇，1次為50年一遇，井場上游局部強降雨情況為百年一遇,由洪水突然引發(fā)的主溝泥石流來勢洶洶，其運動特征主要參數(shù)見表1。

1)泥石流災害防治工程設計標準的確定，應進行充分的技術經(jīng)濟比選，既要安全可靠，也要經(jīng)濟合理[2]。

2)泥石流災害防治工程設計標準，應使其整體穩(wěn)定性滿足抗滑(抗剪或抗剪斷)和抗傾覆安全系數(shù)的要求[3]，見表2。

表1　主溝泥石流運動特征參數(shù)統(tǒng)計表

表2　泥石流防治工程設計安全系數(shù)

1.2泥石流防治工程設計

在取得M井泥石流主要特征數(shù)據(jù)后，為防止再次發(fā)生泥石流災害事件，上級部門決定對該井泥石流災害進行治理。本次治理工程主體為扶壁式擋土墻，工程安全等級為一級[4]，根據(jù)該防治工程功能劃分來看，扶壁擋墻除具一般擋土功能外，還兼顧防洪防沖刷功能，其建立的力學計算模型針對100年一遇泥石流最大撞擊力荷載以及擋墻內(nèi)外側水壓力。所以該擋墻設計具備的主要功能有：疏導泥石流溝渠；攔擋泥石流固體物質(zhì)；保證井場側填土的穩(wěn)定性。

1)基本數(shù)據(jù)。

本次計算研究選取主體防治工程典型區(qū)段，依據(jù)本次泥石流最大爬高以及泥石流峰值流量綜合確定，該段扶壁式擋土墻總高9.0 m，擋土墻基礎埋深2.0 m，基礎底面砌置在巖石層上，地基承載力標準值fk=300 kPa，基礎底板地面與水平面的夾角為0°，底板地面與地基土的摩擦系數(shù)μ=0.4，頂寬0.6 m，基底寬度5.1 m，扶臂厚1 m，扶臂中心距5.0 m；墻后用粘土摻碎石回填，填料的標準重度γt=18 kN/m3，內(nèi)摩擦角φ=30°，水頭高差2.0 m，擋墻填土一側為主車道(考慮為大型集裝箱車通道)，地面均布活荷載標準值Pk=30 kN/m2或者按照路基設計規(guī)范車輛荷載換算土柱高度[3]。

2)荷載計算。

根據(jù)上述條件設計扶壁式鋼筋混凝土擋土墻，計算該扶壁式擋土墻高度為9.000 m處的庫侖主動土壓力[5]。

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

b.根據(jù)力學計算模型，扶壁式擋土墻第二破裂面不存在；

c.扶壁式擋土墻墻身截面面積為10.113 m2；重量252.820 kN；

d.地下水作用力及合力作用點坐標(相對于墻面坡上角點)。

理正計算計算結果如下：墻背受填土及車輛荷載的水平推力為45 kN，豎向力為60 kN，墻面受泥石流水平?jīng)_擊力5 kN，無豎向力分布。

3)穩(wěn)定性驗算。

運用北京理正軟件對滑移穩(wěn)定性驗算、傾覆穩(wěn)定性驗算以及墻底地基承載力驗算三部分進行計算，計算結果如下：

a.滑移穩(wěn)定性驗算：滑移力為275.756 kN， 抗滑力為524.217 kN，滑移驗算滿足：抗滑移穩(wěn)定系數(shù)Kc=1.901>1.300。b.傾覆穩(wěn)定性驗算：傾覆力矩為944.782 kN·m，抗傾覆力矩為2 254.007 kN·m，傾覆驗算滿足：抗傾覆穩(wěn)定系數(shù)K0=2.386>1.500。c.地基應力及偏心距驗算?；讐簯Γ乎嗖繛?0.183 kPa，趾部為201.632 kPa；最大應力與最小應力之比為201.632/50.183=4.017，作用于基底的合力偏心距驗算滿足：e=0.511≤0.250×5.100=1.275 m；墻趾處地基承載力驗算滿足：壓應力為201.632 kPa≤360.000 kPa；墻踵處地基承載力驗算滿足：壓應力為50.183 kPa≤390.000 kPa；地基平均承載力驗算滿足：壓應力為125.910 kPa≤300.000 kPa。理正計算計算結果如下：抗滑移穩(wěn)定系數(shù)Kc=1.901>1.300，抗傾覆穩(wěn)定系數(shù)K0=2.386>1.500，地基平均承載力驗算滿足：壓應力為125.910 kPa≤300.000 kPa，以上三種驗算結果均滿足規(guī)范要求(100年一遇泥石流設計標準)。

在上述驗算基礎上，開展了扶壁式鋼筋混凝土擋土墻的結構配筋驗算工作，形成了扶壁式擋土墻結構設計文件，與此同時根據(jù)設計圖紙開展了扶壁式擋土墻現(xiàn)場施工。

2　防治效果評價

1)施工過程中效果評價。

M井泥石流災害防治工程工期為110 d，期間經(jīng)歷泥石流沖擊3次，規(guī)模小于1 100 m3，洪水流淘蝕3次，位于防治工程內(nèi)側的施工機械及人員均未受損，防治工程的初步效果已經(jīng)體現(xiàn)。

2)后期效果評價。

自防治工程投入使用以來歷時5年，共計經(jīng)歷5個雨季的考驗，根據(jù)后期調(diào)查研究，井場共計發(fā)生大于5 000 m3流量泥石流4頻次，小于1 000 m3流量泥石流8頻次，從遭遇的12次泥石流過程來看，防治工程擋墻整體穩(wěn)定，無任何變形及沉降跡象，有效的阻止了泥石流對井場的沖擊破壞，保證了該井在災后的鉆完井及采輸工作的順利進行。

3　結語

1)井場選址應避免在山谷、河道及附近有大量松散堆積物等泥石流易發(fā)地區(qū)。

2)在設計標準確定的基礎上，治理設計主要考慮設防工程應滿足整體穩(wěn)定性抗滑(抗剪或抗剪斷)、抗傾覆穩(wěn)定性以及地基承載力穩(wěn)定性三方面要求。

3)泥石流治理過程中抗滑移穩(wěn)定系數(shù)Kc建議選取1.300，抗傾覆穩(wěn)定系數(shù)K0建議選取1.500。

4)M井泥石流防治工程擋墻整體穩(wěn)定，有效的阻止了泥石流對井場的沖擊破壞，保證了該井在災后的鉆完井及采輸工作的順利進行。

[1]DT/T 0220—2006,泥石流災害防治工程勘查規(guī)范[S].

[2]GB 50330—2002,建筑邊坡工程技術規(guī)范[S].

[3]DZ/T 0219—2006,滑坡防治工程設計與施工技術規(guī)范[S].

[4]李遠耀,殷坤龍,柴波,等.三峽庫區(qū)滑帶土抗剪強度參數(shù)的統(tǒng)計規(guī)律研究[J].巖土力學,2008,29(5):1419-1425.

[5]陳祖煜.土質(zhì)邊坡穩(wěn)定分析——原理、方法程序[M].北京:中國水利水電出版社,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

趙正果(1980- )，男，高級工程師

P642.23

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