T∕CI 054-2023 强震区泥石流防治工程设计规范.pdf
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1、2023-4-24 发布2023-4-24 实施中国国际科技促进会发 布ICS 93.080CCS R00/09强震区泥石流防治工程设计规范Design code of prevention and control engineering fordebris flow in meizoseismal area团体标准T/CI 054-2023T/CI 054-2023I目次前 言.III1 范围.12 规范性引用文件.13 术语和定义.24 强震区泥石流工程设计总则.64.1 防治工程设计阶段划分.64.2 防治工程设计的依据和基础资料.64.3 设计总体思路.64.4 宽缓沟道型泥石流综合防
2、控体系.64.5 窄陡沟道型泥石流综合防控体系.74.6 防治方案制定.75 强震区泥石流防治工程设计标准.85.1 强震区泥石流防治工程安全等级标准.85.2 强震区泥石流防治工程设计安全系数.86 强震区泥石流动力学参数.106.1 泥石流重度.106.2 泥石流流量.116.3 泥石流流速.116.4 泥石流冲击力.126.5 泥石流冲起高度与爬高.126.6 泥石流弯道超高.126.7 坝下冲刷深度.126.8 泥石流磨蚀力.137 强震区泥石流分项工程设计.137.1 拦挡结构设计.137.2 排导结构设计.177.3 固源护坡结构设计.208 本标准绿色环保措施设计.22T/CI
3、054-2023II8.1 绿色环保措施.228.2 动态清淤设计.249 施工组织设计.249.1 施工组织总布置.249.2 施工组织总进度.259.3 施工组织交通布置.259.4 施工措施说明.2510 强震区泥石流治理工程效果监测设计.2610.1 一般规定.2610.2 防治工程施工期监测.2710.3 防治工程效果监测.2810.4 防治工程专项监测.29附录A(资料性附录)泥石流堆积区冲刷深度计算.31附录B(规范性附录)桩基承台结构计算.32附录C(规范性附录)坝下消能防冲工程结构.38附录D(资料性附录)泥石流速排结构.40附录E(资料性附录)泥石流磨蚀力计算方法.47附录
4、F(资料性附录)泥石流耐磨蚀混凝土材料.50附录G(资料性附录)泥石流渡槽、排导槽布设图示.51附录H(资料性附录)泥石流拦挡坝翻坝路.53附录I(规范性附录)强震区泥石流防治工程设计内容.54T/CI 054-2023III前 言本文件按GB/T 1.1-2020标准化工作导则 第1部分:标准化文件的结构和起草规则起草。请注意本文件的某些内容可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别这些专利的责任。本文件附录B、C、I为规范性附录,附录A、D、E、F、G、H为资料性附录。本文件由中国国际科技促进会标准化工作委员会提出。本文件由中国国际科技促进会归口。本文件起草单位:西南交通大学、四川省华地建设
5、工程有限责任公司、枣庄学院、中国地质调查局成都地质调查中心、成都理工大学、中国地质环境监测院、中南大学、西南科技大学、四川大学、中铁第一勘察设计院集团有限公司、中国铁道科学研究院集团有限公司。本文件主要起草人:胡卸文、陈洪凯、高延超、赵松江、王文沛、余斌、徐林荣、李德华、焦朋朋、余志祥、罗刚、刘波、何坤、韩征、张友谊、赵世春、李为乐、苗晓岐、刘清华、姚强、常鸣、丁明涛、齐欣、赵峥、覃亮、郝红兵、蒙明辉、高路、苏娜、张楠、杨涛。T/CI 054-20231强震区泥石流防治工程设计规范1范围本文件适用于震后15-20年内强震区泥石流灾害的防治工程设计,也适用于地震设防烈度高于度地区的泥石流防治工程
6、设计,其他区域沟道内松散物源丰富的泥石流灾害防治工程设计可参照本标准执行。凡铁路、公路、水路、水利、电力、矿 山、油气管线等生命线工程,对泥石流防治工程设计有特殊要求时可作专门研究。本文件规定了强震区泥石流防治工程的术语和定义、符号、基本规定、工程设计标准、设计参数确定、分项工程设计、工程监测设计、施工组织设计与施工措施说明等。2规范性引用文件下列文件对于本标准的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件,仅注日期的版本适用于本标准。凡是不注日期的引用文件,其最新版本(包括所有的修改单)适用于本标准。GB 50007 建筑地基基础设计规范GB 50021 岩土工程勘察规范GB 50286 堤防工程
7、设计规范GB 50863 尾矿设施设计规范GB 50011-2016 建筑抗震设计规范GB 50010-2020 混凝土结构设计规范GB 55002 建筑与市政工程抗震通用规范GB 55003 建筑与市政地基基础通用规范GB 55008 混凝土结构通用规范GB/T 38509-2020 滑坡防治设计规范DL 5077 水工建筑物荷载设计规范DL 5108 混凝土重力坝设计规范DZT0239-2004 泥石流灾害防治工程设计规范JGJ 94 建筑桩基技术规范JTGD 30 公路路基设计规范SL 44 水利水电工程设计洪水计算规范T/CI 054-20232T/CAGHP 021-2018 泥石流
8、防治工程设计规范(试行)DL/T 5828-2021 水电水利工程抗滑桩施工规范3术语和定义下列术语和定义适用于本文件。3.1泥石流debris flow山区沟谷或坡面在降雨、冰雪融化、水库溃决等自然和人为因素作用下发生的一种挟带大量泥砂、石块或巨砾等固体物质的特殊洪流。3.2泥石流灾害debris flow hazard对人类生命财产和生存环境已经造成危害或损失的泥石流活动过程。3.3潜在泥石流沟potential debris flow valley震前没有泥石流活动记录,震后具备形成泥石流条件(震后崩塌滑坡物源增多),且一旦发生泥石流可能造成人类生命财产损失或生存环境破坏的沟谷。3.4泥
9、石流灾害防治工程prevention and control engineering for debris flow hazard采取恰当的工程措施消除或减弱泥石流的形成条件,控制震后泥石流的形成规模,约束或引导泥石流的路径,使泥石流活动避免或减轻对受威胁区域造成危害的人类工程活动。3.5泥石流监测debris flow monitoring采用人工测量、仪器观测等技术方法,对震后泥石流活动过程的相关参数进行现场观测,查明泥石流的活动特征,为泥石流勘查设计、防灾预警和防治工程效果评价提供直接证据资料的工作过程。3.6窄陡型泥石流沟 narrow-steep debris flow valley
10、T/CI 054-20233指沟道纵坡坡降大于250、沟底宽小于40m、流域面积一般小于5km2的泥石流沟,具有沟谷狭窄、纵坡陡峻,多呈“V”谷。3.7宽缓型泥石流沟 wide-gentle debris flow valley指沟道纵坡坡降小于250、沟底宽大于40m、流域面积一般大于5km2的泥石流沟,具有沟谷较宽、纵坡较缓,多呈“U”谷。3.8堵溃型泥石流沟 block-outburst debris flow valley沟道因大型滑坡、崩塌堆积物发生堰塞,山洪或泥石流在该段雍塞堆积,进而发生溃决导致流量放大的泥石流。3.9滑坡型泥石流 landslide-debris flow地震后
11、沟道内或坡面形成的滑坡体,遭遇强暴雨后迅速转化成泥石流的灾害。3.10强震区meizoseismal area地震震级一般大于等于7级、实际地震烈度大于VIII度的区域。3.11高烈度区high intensity area地震基本烈度大于VIII度的区域。3.12物源 source material受降雨洪水、溃决洪水(堰塞湖、水库、冰湖)、冰雪融化等水流冲刷启动,可能参与泥石流活动并构成泥石流固体物质的地质体。包括沟域内分布的滑坡、崩塌堆积体、人工弃渣堆积体,沟道松散堆积物,斜坡风化岩土体、震裂破碎岩体等可能成为松散物质的地质体。3.13震裂物源 shattered source mate
12、rialT/CI 054-20234由于强烈地震作用在山体分水岭附近因震动裂开的松弛岩土体(潜在不稳定坡体),以岩体为主,震后常因地震震动或降雨作用失稳作为泥石流补给物源,属于强震区特殊类型物源。3.14小口径组合桩群 micropile group单桩桩径小于半米的两排或多排桩群结构。3.15桩林坝 pile dam在泥石流流通区利用桩、桩顶连梁组合结构垂直流向布置两排或多排、横向交错呈三角形或梅花形排列的拦挡工程。3.16桩基承台坝 Pile foundation dam在泥石流流通区或堆积区,当基础持力层无法满足坝体承载力要求或者防止坝下细颗粒流失导致的基础不均匀沉降,采用端承桩或者摩擦
13、桩作为桩基础、以筏板为承台来修筑拦挡坝。3.17拦挡坝 check dam在泥石流形成区或形成流通区,以拦蓄泥石流固体物质为主要目的,并兼有调节洪峰流量、调控泥石流规模与重度等功能的大中型拦蓄工程,常用坝型有实体重力坝和格栅坝。3.18格栅坝 grid dam具有横向、竖向或网格等形状格栏,能够拦蓄泥石流中粗颗粒同时能排泄水流及细颗粒的泥石流拦挡坝,可以分为刚性格栅坝和柔性格栅坝。3.19缝隙坝 slit dam泥石流工程治理措施中的一种通过坝体缝隙拦粗排细的透过式坝,一般具有单排或两排缝隙、布设于坝体底部,且缝隙高宽比一般大于2,而缝隙宽要据最大粒径D进行设计,缝宽为1.5-2.0D。T/C
14、I 054-202353.20谷坊坝 check dam在窄陡沟道型泥石流流通区控制沟床侵蚀、保持沟道及岸坡稳定的小型拦挡坝,有效坝高一般低于5m。3.21排导槽 drainage channel采用人工开挖、填筑过流断面,或利用天然沟道、砌筑具有规则平面形状和横断面的一种开敞式槽型过流构筑物。3.22潜槛 submerged sill在窄陡沟道型泥石流沟道内具有防止沟床下切、固床功能的低槛防冲工程,也可布设于拦挡坝坝下消能工程或排导出入 口的附属工程。3.23护坦 apron在拦挡坝下游冲剧区具有铺底护床、固基功能的保护工程。3.24停淤场 sediment deposition field
15、在泥石流运动线路上,利用宽阔洼地或平缓地带停蓄泥石流的工程,一般布设在沟口堆积区。3.25防护堤 embankment在泥石流流通区及堆积区顺流向布置,改变泥石流运动线路,防止泥石流冲毁或掩埋保护对象的线型墙类工程。3.26丁坝 spur dike与沟岸正交或斜交伸入沟道中的减缓或减弱泥石流侧向侵蚀的构筑物。T/CI 054-202364强震区泥石流工程设计总则4.1防治工程设计阶段划分4.1.1强震区泥石流防治工程按泥石流所属项目的基本建设程序划分进行分阶段设计,一般分为可行性研究、施工图设计和变更设计三个阶段。4.1.2可行性研究应在工程全面勘查成果基础上,根据防治目标、保护对象和治理范围
16、,对多种设计方案进行全面的技术、经济、社会和环境效益论证,通过比选提出推荐设计方案。设计文件应包括设计报告、设计方案图纸及工程投资估算。4.1.3施工图设计应在审定的全面勘查报告、可行性研究的基础上,确定各分项工程的设计要求与边界、实现目标的可行性、工程可靠性与实现步骤和有关工程参数,编制施工图设计报告、施工图设计图册、监测方案及工程投资预算。提出施工技术、施工组织和安全措施,使之满足实施要求;监测方案应给出准确的布点位置及要求,以利于定位实施。4.1.4施工开挖后揭露的地质条件发生重大变化,或因震后泥石流暴发、极端暴雨洪水冲刷等特殊情况,造成沟道地形、物源等条件发生重大变化,应根据补充勘查成
17、果进行变更设计。4.1.5应急治理工程可按照一阶段设计,即根据现场勘查,立即进行施工图设计,视情况进行动态设计、信息化施工,并加强施工期间的监测。4.2防治工程设计的依据和基础资料4.2.1防治工程设计的依据应包括立项任务书、防治工程勘查报告、可行性研究报告等。4.2.2防治工程设计的基础资料应满足各设计阶段要求,主要包括地形资料、气象水文资料、勘查成果资料及其他水电条件等。4.3设计总体思路基于强震区宽缓与窄陡沟道型泥石流不同动力学特性与流量下泄及动力学控制,针对宽缓沟道型泥石流采用“拦挡+排导”、窄陡沟道型泥石流采用“沟内固源固床+沟口拦挡停淤+排导”治理理念进行综合防控。防治工程设计应充
18、分考虑抗冲击、耐磨蚀的结构型式与施工工艺;对强震区沟道型、高位滑坡型泥石流灾害链应进行全过程动态指标监测。强震区震后泥石流设计总体思路,应参考强震区泥石流防治工程勘查规范B.1,并充分考虑不同烈度区、不同地震加速度对泥石流规模与频率的影响。4.4宽缓沟道型泥石流综合防控体系T/CI 054-20237宽缓沟道型泥石流应基于泥石流流量下泄控制,开展“拦挡坝+导流堤+汇流槽+排导槽”的综合防控。a)修建多级拦挡坝,根据适用条件在流通区修建多级实体坝、缝隙坝、格栅坝、梳齿坝等。b)导流堤墙体采用钢筋混凝土或素混凝土结构防冲耐磨,导流堤端部及堤身每隔一定距离设置嵌固桩防治基础冲刷,以及导流堤内侧设置部
19、分翼型导流结构防冲击破坏。c)采用底越式排导槽排泄泥石流体并防止在出口部位淤埋堵塞,将排导槽设置成纵横断面均为弧形、出口段设置成反翘,利于泥石流在排导槽里快速排泄。4.5窄陡沟道型泥石流综合防控体系窄陡型泥石流束流冲蚀调控措施应充分考虑最大冲刷深度,基于泥石流流量下泄控制的“沟内固源固床+沟口拦挡停淤+排导”的综合防控成套技术,采用“固坡挡土结构+固床结构+拦挡坝或停淤场+防冲护底型排导槽”等结构。a)固坡挡土结构。强震形成的大规模崩滑体堵塞窄陡沟道,重点对此类起动物源进行固源固坡,考虑施工条件可进行轻型支挡结构或者就地利用崩滑体大块石的格宾石笼挡墙对比,择优选用。b)固床结构。基于窄陡沟道型
20、束流冲刷、强烈揭底特点,实施固床防冲结构,采用混凝土、浆砌片石圬工以及格宾石笼等为材质的多级固床潜槛或多道谷坊坝结构防冲揭底。c)拦挡坝坝型。该类泥石流沟道纵坡陡、施工条件差,不宜采用大体量多级拦挡坝,且拦挡坝尽可能采用轻型结构,可采用谷坊坝、桩林坝等不同类型。d)停淤场结构。基于窄陡沟道型泥石流沟口堆积扇较为宽缓,在出口处布设停淤场,防止泥石流漫流淤埋居民区或交通要道乃至堵塞主河道,结构型式可以采用素混凝土或浆砌片石材质。e)防冲护底型排导槽。考虑窄陡沟道型泥石流地形特点及出沟口部位高流速、强冲刷揭底特点,沟口排导槽如果设计公路、铁路部位,建议采用明洞型渡槽,渡槽横剖面形态上宽下窄、底部弧形
21、断面,纵断面采用弧形结构并在出口部位反翘,增大泥石流冲出排导槽后的抛程。4.6防治方案制定4.6.1防治工程等级一、二级以及工程规模大于 1000 万元的应同时制定 2-3 个泥石流综合防治方案,进行全面的技术经济比较,推荐其中最优方案。4.6.2防治工程等级三、四级以及工程规模小于 1000 万元的应同时制定 2 个泥石流综合防治方案,进行全面的技术经济比较,推荐其中最优方案。4.6.3对于分阶段实施的防治方案,应特别说明各阶段所釆取的具体措施、预期目标所、需经费等。4.6.4治理工程实施后,宜进行工程后评价,与补充勘查一致,加强防治工程动态设计。T/CI 054-202385强震区泥石流防
22、治工程设计标准5.1强震区泥石流防治工程安全等级标准5.1.1依照受威胁对象的险情或受灾对象的灾情将泥石流防治工程安全等级标准分为四个级别。5.1.2泥石流灾害防治工程的设计使用年限根据其安全等级确定,一、二级安全等级可按 50 年一遇考虑,三、四级安全等级按不低于 20 年一遇考虑。当遭遇超设计标准灾害或者使用条件改变时应进行安全性鉴定,特殊工程应进行专门论证。表 1 强震区泥石流灾害防治工程安全等级标准分级标准防治工程安全等级一级二级三级四级城镇等级省会级城市地市级城市县级城市乡、镇及重要居民点威胁或受灾对象高速公路、一级公路及特大桥、大桥、中隧道及以上,铁道、航道二级公路及中桥、短三级公
23、路及其桥梁、隧道四级公路及其桥梁、隧道大型的能源、水利、通信、邮电、矿山、国防工程、学枝等专项设施中型的能源、水利、通信、邮电、矿山、国防工程等专项设施小型的能源、水利、通信、邮电、矿山、国防工程等专项设施乡、镇 级 的 能 源、水利、通信、邮电、矿山等专项设施建筑耐久性等级一级建筑物二级建筑物三级建筑物四级建筑物及以下受威胁人数/人10001000100100103030101033注:参考 GB50068,表中一级建筑物为耐久年限 100 年的重要建筑物和高层建筑物;二级建筑物为耐久年限 50 年的一般性性建筑物;三级建筑物为耐久年限 25 年的次要建筑物;四级建筑物为耐久年限 5 年的临
24、时性建筑物,满足其中一项即为相应安全等级,按最髙等级确定。5.2强震区泥石流防治工程设计安全系数5.2.1泥石流防治工程应按照防治工程安全等级、降雨强度标准、荷载组合,选择对应的泥石流防治工程设计标准。5.2.2泥石流防治工程设计基本组合安全系数和偶然组合安全系数的确定,应进行充分的技术、经济比较,既要安全可靠,也要经济合理。5.2.3泥石流拦挡坝设计工况按满库、半库和空库过流三种特征结合地震因素,共有以下六种工况组合(图 1):T/CI 054-20239a.满库过流状态b.半库过流状态c.空库过流状态图 1 拦挡坝荷载组合示意图5.2.3.1工况 I 为满库过流状态(不考虑地震),荷载组合
25、为:坝体自重+土体重+溢流体重+坝体土压力;5.2.3.2工况为满库过流状态(考虑地震),荷载组合为:坝体自重+土体重+溢流体重+坝体土压力+地震力;5.2.3.3工况为半库容过流状态(不考虑地震),荷载组合为:坝体自重+土体重+坝前泥石流体重+溢流体重+坝体土压力+坝基扬压力+泥石流冲击力;5.2.3.4工况为半库容过流状态(考虑地震),荷载组合为:坝体自重+土体重+坝前泥石流体重+溢流体重+坝体土压力+坝基扬压力+泥石流冲击力+地震力;5.2.3.5工况为空库过流状态(不考虑地震),荷载组合为:坝体自重+坝前泥石流体重+溢流体重+坝基扬压力+泥石流冲击力;5.2.4工况为空库过流状态(考虑
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