控導工程根石走失的原因及防護措施

控導工程根石走失的原因及防護措施

　　控導工程完全避免根石走失,在目前的現實中還是存在一定的難度的,雖然做不到完全避免根石流失,但在原基礎上盡量做到根石流失的最低,能最大限度的 提高防洪工程的安全。

　　控導工程根石走失的原因及防護措施【1】

　　摘要:控導工程完全避免根石走失,在目前的現實中還是存在一定的難度的,雖然做不到完全避免根石流失,但在原基礎上盡量做到根石流失的最低,能最大限度的 提高防洪工程的安全。

　　控導工程壩、垛是由壩身和根石組成的,根石與壩體在水流中互相依托,保持著壩體的穩定,根石走失或大部分被水流沖走或移動,稱“根石”走失。

　　根石是丁壩的基礎,防止根石走失是保證控導工程安全的關鍵。

　　本文圍繞控導工程,深切分析了如何提高控導工程的質量,發揮更好的作用。

　　關鍵詞:黃河控導工程根石原因對策

　　黃河汛期,由于洪水流量大,水位高,流速快,河勢多變,險工壩岸常發生險情。

　　以致威脅堤防安全,乃至灘區群眾生命財產安全。

　　在中小洪水情況下,黃河控導工程經常發生的險情主要是根石走失、坦石坍塌,造成黃河控導工程根石的不斷走失,是導致不同深度基礎的控導工程不斷出險的主要原因。

　　以適應不同來溜方向,各種不同流速的沖刷,因此,就控導工程的結構來說,完全避免根石走失,還有一定難度,從而探索一些盡量減少壩體根石走失的措施,使根石走失達到最低限度,確保防洪工程安全是非常必要的。

　　1.根石走失的原因

　　1.1 水流的因素

　　1.1.1 沖刷坑的形成:在丁壩上下游主溜與回溜的交界面附近,

　　因流速的不連續或流速梯度的急劇變化,產生一系列漩渦,回溜周邊流速較大,在丁壩上下跨角部位沖刷。

　　沖刷坑的形成是造成根石走失的重要原因。

　　壩的上跨角受大溜沖刷的機遇多,著溜重,沖刷深。

　　此部位根石易被湍急水流沖刷走,有的落于沖刷坑內,有的被急溜攜帶順水而下,脫離壩根失去作用。

　　迎水面、下跨角和回溜區的根石多是塌落的沖刷坑內,遠離壩根的少。

　　1.1.2 高含沙水流的影響:由于黃河是多泥沙河流,高含沙水流其流變特性發生了變化,二相流變成均質流。

　　當水流深度增大時,河床質變得容易起動,造成高灘深槽,部分河段主槽縮窄,單寬流量加大,水流集中沖刷力增強,壩前沖刷坑就比較深。

　　1.1.3 彎道環流的影響:由于彎道環流作用,使得凹岸沖刷較重,凸岸淤積,黃河下游大都是受人工建筑物控制的河彎,水流因受離心力作用,對工程沖刷力加強,促進根石走失。

　　1.1.4 橫河斜河影響。

　　橫河斜河使水流頂沖壩垛,造成根石走失,搶險的機遇較多。

　　1.2 工程斷面的因素

　　1.2.1 根石斷面不合理:散拋石大部分堆積在根石上部,形成上寬下窄,頭重腳輕的現象,這種情況對壩體穩定極為不利,很容易出現根石走失。

　　1.2.2 根石外坡凹凸不平:外坡不平會造成水流浪花淘刷,增大水流沖刷度,促使河底淘刷,影響根石穩定。

　　1.2.3 斷面坡度陡:護坡坡度越陡水流的沖刷作用越強,沖刷坑越深,造成根石走失越嚴重。

　　1.3 塊石尺寸的因素:

　　使用的石料體積和重量不足,壩前的流速大于根石起動流速時,流速大抗沖能力差,不能保持自身穩定,塊石從根石坡面上,就會被一塊一塊地揭走,造成揭坡。

　　石塊被急溜沖動走失。

　　1.4 工程布局的因素

　　工程布局不合理,壩檔過大造成上游壩掩護不了下游壩形成回溜,甚至出現主溜鉆擋,甚至窩水兜溜,加劇根石走失,沖刷壩尾出現大險。

　　還有個別壩位突出,形成獨壩抗大溜,造成水流翻花,淘根刷底,壩前流速增大,水流沖擊力超過根石起動流速,被大溜沖走塊石,造成根石走失,出現大險。

　　1.5 施工方法的因素

　　1.5.1在控導加高改建時,把原有的根石基礎埋在壩基下,往外從新拋投根石。

　　即使過去已經穩定的根石,也會從新坍塌出險。

　　1.5.2 加拋根石不到位。

　　在工程受大溜頂沖發生險情時,居高臨下在壩頂上投拋散石,會造成大量塊石被急流卷走,一部分則堆積在根石上部,也不穩定。

　　這樣不但造成浪費,很難有效緩解險情,很可能會增加險情,造成大的坍塌。

　　1.5.3 旱地施工,在挖根石槽時,沒有清理好槽底就拋固根石,泥土石塊混合,一旦著流,根石易走失。

　　2.根石走失部位及方向

　　根石走失的部位與來溜方向,布局均有一定關系,根據整編控導工程探摸根石資料,根石走失部位主要是上跨角和壩前頭,其次是壩迎水面和下跨角及上下回溜區。

　　因為壩的上跨角和壩前受大溜沖刷的機遇多,著溜重,沖刷深,所謂水深溜急者多表現在這些部位。

　　此部位根石易被湍急水流沖掀而走,有的落于沖刷坑內,有的被急溜攜帶順水而下,脫離壩根失去作用。

　　迎水面,下跨角和回溜區的根石多是塌落的沖刷坑內,遠離壩根的極少。

　　3.防止根石走失的方法

　　根石走失,是險工壩岸出險的主要原因之一。

　　而根石坡度過陡又是造成根石走失的主要原因。

　　根石的坡度決定于流速的大小和石塊的重量,根石的穩定坡度約為1:1.3-1:1.5,根石坡度愈緩,沖刷坑愈淺,同時沖刷坑距根石坡腳也愈遠。

　　應采用較大的塊石和采用新的固根技術。

　　3.1 因險而宜 合理搶護

　　防止根石走失的方法,在實際搶險則用鉛絲籠壓護,鉛絲網護,枕護,大塊石拋根等方法都有不同程度的作用。

　　枯水位以下經常沒入水中的根石無法扣砌,可拋壓鉛絲籠壓蓋鉛絲網,鉛絲網包面,柳石枕圍根等。

　　其中鉛線籠壓護較好,但是,要把現有壩體根石普遍壓護,短期內是不可能的,應在主要壩或迎溜吃重部位上重點進行。

　　柳石枕護適用于圍護基腳,用以護坡防沖不夠穩重而久,用鉛絲網壓蓋根石雖然用料投資較節省,但網上容易掛草擁水,不夠安全,鉛絲網包石也有用料多投資大,遇有墊動還易于破網漏石降低作用。

　　以上方法各有優缺點,如果單項使用不盡適宜時,可根據壩體受溜輕重不同的部位混合使用,如壩下跨角后背水面回溜部位使用大塊石護根,上跨角及壩前頭迎水面拋籠墩,阻止根石走失較遠,又可減緩水流上回下沖的能力。

　　以上方法,限于用在根石達到適當深度,基本不再下墊的壩埽上。

　　新修的和根石基礎較淺的丁壩不適用。

　　3.2 加強管理,科學搶險

　　為爭取防守主動,各控導工程要加強日常工程管理,及時探摸根石,適時予以補充。

　　從掌握的資料分析,根石斷面形態多為上陡,下部較緩,中間凹,即斷面中間部分坡度最陡,根石缺失嚴重部位位于中常水位以下3-4米處。

　　加固根石應注意以下幾點:首先,應根據缺石部位,采取不同的補根方法。

　　對于老工程已經有相當根基,應首先穩腳補坡。

　　圍護根石底部,應用鉛絲籠鎮腳,補坡拋根時用大塊石,按先遠后近,先深后淺,先上游后下游的順序進行。

　　其次,應拋石到位。

　　在拋石過程中要邊拋邊探摸,一次到位。

　　最后,是在枯水季節,對水上根石部分要全面進行整修,清理浮石,粗排整平。

　　關于黃河河道整治工程根石走失的分析與措施【2】

　　[摘要]：河道整治工程經過多年的日常管理及達標整修，尤其是近幾年隨著管理養護水平日益提高，工程面貌發生了很大變化，抗洪能力得到了進一步提高，工程效益得到了較好的發揮。

　　目前，存在的一個突出問題是根石走失從上表可以看出，河道整治工程因根石走失而搶險用石占全年搶險用石總量比例相當大。

　　因此，如何有效地防止根石走失一直是河道整治工程設計、防汛搶險及日常管理養護中亟待解決的一個問題，歷來受到水利專家和基層廣大管護人員的重視。

　　[關鍵詞]：河道整治 根石走失 分析與措施

　　黃河河道整治工程一般包括險工和控導工程，其整治建筑物主要有壩、垛、護岸三種形式。

　　修建這些建筑物的目的主要是控制主溜、穩定河勢，確保工程安全。

　　河道整治建筑物的壩垛主要有壩體(土胎)、護坡、護根三部分組成。

　　由于黃河下游河床沙粒組成較細，抗御水流的沖刷能力很弱，因此壩前會形成很深的沖刷坑。

　　為了保護壩的安全，必須采取措施，及時用塊石、柳石(淤)枕、鉛絲籠等拋護。

　　就壩的橫斷面而言，護根是壩的防護重點，也是用料最多的部位。

　　由于護根的主要料物是石料，因此習慣上稱為“根石”。

　　河道整治工程經過多年的日常管理及達標整修，尤其是近幾年隨著管理養護水平日益提高，工程面貌發生了很大變化，抗洪能力得到了進一步提高，工程效益得到了較好的發揮。

　　目前，存在的一個突出問題是根石走失從上表可以看出，河道整治工程因根石走失而搶險用石占全年搶險用石總量比例相當大。

　　因此，如何有效地防止根石走失一直是河道整治工程設計、防汛搶險及日常管理養護中亟待解決的一個問題，歷來受到水利專家和基層廣大管護人員的重視。

　　1.根石走失原因分析

　　根據有關試驗及原形觀測可知，根石走失主要有三種形式：一是在折沖水流的作用下沿壩面向沖刷坑底滾動，這部分塊石一般塊體較大，使丁壩根基加深加厚，下部坡度變緩;二是沿回流沖刷深槽分布，且在走失量和體積上沿程遞減。

　　上述兩種形式均有利于壩體的穩定，因此稱為根石的有效位移;三是在水流沖擊下沿丁壩挑流方向順流而下，遠離壩體和沖刷坑，已失去原有的護根防沖作用，故稱為根石的無效位移。

　　1.1水流條件的影響

　　黃河下游丁壩大多是非淹沒的下挑式丁壩。

　　當水流遇壩受阻后，一般便一分為三：一股由于壩的挑流作用沿壩前下泄(順壩溜);一股由于壩的擋水作用沿壩體逆流而上(回溜);另一股則垂直壩體下切(搜根溜)。

　　其中后二者相遇便形成一種具有強大牽引力的螺旋流，導致橫向輸沙的不平衡。

　　當螺旋流與河床土質不能維持均衡時，河床即遭受破壞而變形，形成不規則的沖刷坑。

　　當沖刷坑的深度超過工程根石的埋置深度時，根石即下蟄，亦即根石走失。

　　灣道內，由于水流橫向環流的作用，將泥沙推向凸岸，則出現“灣退則灘進，撇灣則失灘”的現象。

　　一旦主溜入灣，則河面縮窄，流速加大而河床下切，形成所謂“河脖”。

　　如灣道下嘴有膠泥潛灘，則極易形成“入袖”河勢，(俗稱“秤勾河”)。

　　這種河勢使灣道內工程吃溜較重，對壩基沖刷力較強，極易發生根石走失。

　　綜上所述，筆者認為水流條件的影響是引起根石走失的一個主要原因。

　　1.2根石埋置深度的影響

　　根據《黃河下游1996至2000年防洪工程建設可行性研究報告》計算結果知，當亂石壩結構的壩高為20m，坦頂寬1 m，坦高5 m，坦石內外坡均為1：1.0，根石臺寬2 m，根石深15 m，根石外坡1：1.3，內坡1：0.7時，壩體整體滑動系數為1.02，護坡安全系數為1.15。

　　由此可以認為，當根石外坡達到1：1.3時，根石是基本穩定的。

　　模型試驗及原型觀測均表明：壩體的穩定主要取決于根石與其上部的土石壓力是否相適應。

　　當根石上部土石壓力一定時，穩定性主要取決于根石的厚度、坡度、深度，其中以深度和坡度對壩體的穩定影響最大。

　　而根石的坡度受制于其深度，也就是說根石達到一定深度后，根石坡度才能保持相對穩定，壩體出險幾率才會相應減少。

　　由上述計算成果知，1：1.3 穩定坡度是根據設計根石深度15 m計算得出，而由歷年來原陽控導工程根石探測資料知，根石深度大于15 m的斷面占探測總斷面數的比例很小。

　　總之，根石埋置深度較淺是引起根石走失的又一個主要原因。

　　2.防護措施

　　2.1加強工程管理，做到“五知五會”

　　工程管理要嚴格執行班壩人壩責任制，做到分工明確、任務落實具體、責任到人、獎懲結合。

　　其具體任務為：觀察河勢、巡查險情、檢坦固根、整修沿子石、、維護查河樁、根石探測斷面樁等。

　　工程管理班在制定每周工作計劃時，應將上述任務列為一項重要內容，給予個人一定的工作時間，以保證其所承擔的任務能順利完成，使工程處于良性運行狀態，以提高其抗洪能力。

　　管護人員應對所管工程做到“五知五會”。

　　即知工程概況、知重大歷史河勢變化及壩岸著溜情況、知搶險及用料情況、知根石狀況、知備料數量;會查險報險、會搶險、會整修、會探測根石、會觀察河勢。

　　會查險主要是指檢查壩岸有沒有發生險情。

　　對吃溜較重的壩岸應固定專人檢查，必要時應晝夜輪班檢查。

　　檢查的內容主要有：壩頂裂縫、坦石坍塌下蟄情況、根石下蟄情況。

　　檢查方法主要有看、聽、測三種。

　　一看，是指觀看壩岸各部位，尤其是拐點迎水面至上跨角重要部位有無出險跡象;二聽，如果水下根石有連續響聲，則說明根石在走失，聲音越強說明走失越嚴重，這時要警惕會出現大的險情;三測，是指用探水桿探測水下根石有無陡坡陡坎險象發生。

　　如坡度過陡，應及時拋石加固，以免突發較大險情。

　　查險次數應根據壩岸吃溜輕重及時間長短來安排，對吃溜較重時間較長的壩岸應多看、多聽、多測，發現有根石走失現象及時搶護。

　　壩岸出險的一般規律是峰前峰后比洪峰期間出險多，峰后比峰前出險多。

　　會報險是指報險時應該遵循“及時、全面、準確、負責“的原則，發現險情立即上報，重大險情應邊搶護邊報告。

　　險情的發生多由于河勢變化引起，因此管護者要勤于觀察，善于分析，總結河勢變化規律。

　　一般情況下本段河勢的變化與上游河勢的變化有關，如上彎河勢上提，本彎河勢亦上提;上彎河勢下挫，本彎河勢亦下挫，或者是相反的關系等。

　　故工程出險后，應實地查勘上一彎乃至數彎的河勢及灘岸變化情況，只有這樣，才能積累經驗，掌握河勢變化規律，提高分析水平，準確預測河勢發展趨勢，使防守和搶險做到心中有數。

　　溜勢變化對翟里孫控導工程的影響及應對措施【3】

　　【關鍵詞】 溜勢 翟里孫 險情 措施

　　1 工程概況

　　翟里孫控導位于濱州市河道，始建于1957年，灘樁號67+600-68+780，工程長度1180米，護砌長度1117米，平面布局形式為凹形，14段壩，其中，11號壩始建于1968年，圓形，壩長16米，護砌長度93米，壩頂高程18.11米，12號壩始建于1968年，圓形，壩長36米，護砌長度103米，壩頂高程18.41米，13號壩始建于1957年，圓形，壩長37米，護砌長度127米，壩頂高程17.94米，該工程屬控導導溜工程，對穩定下游張肖堂險工和大道王險工2處工程的溜勢有著重要作用。

　　始建于2001年的濱博高速公路大橋自12號壩上方橫跨左右兩岸。

　　2 河勢變化對工程影響情況

　　(1)1968年汛末至1975年汛期，此時段由于劉春家險工主溜外移，埝里賈控導挑溜作用減弱，主溜甩開埝里賈控導，直沖翟里孫控導以上，導致控導上首坍塌110米形成陡灘，上首坐彎頂沖，為確保翟里孫已建工程的安全，避免張肖堂險工和大道王險工溜勢發生變化，1976年汛前在上首續建10段(1-10號壩)。

　　(2)1976年大洪水至1981年汛末，1976年大洪水后，翟里孫控導溜勢上提，由往年的14-17號壩上提到1-16號壩。

　　1981年汛末，工程上首繼續坍塌近50米，使該工程1號壩位置突出在河中，1981年第15次洪峰期間，該壩上垮角至壩尖完全被沖毀，為此，1982年汛前又增建石堆3段(新1-3號)。

　　(3)1982年至1999年，該時段工程溜勢較為穩定，4-17號壩抗主溜，96.8洪水時，9-12號壩靠主溜。

　　(4)1999年至2013年，隨著每年調水調沙，河槽逐漸沖刷，翟里孫控導溜勢變化較大。

　　特別是2012年調水調沙期間和2013年調水調沙期間又為明顯，2012年，調水調沙初期，大河流量1900m3/s，翟里孫控導12號壩、13號壩吃主溜，12號壩上垮至11號壩、12號壩壩襠吃回溜，12號壩上垮長時間受到回溜沖刷，坦石下蟄，壩身出現縱向1-30cm裂縫，長12米，12號壩前頭發生坦石走失、坍塌，13號壩下垮發生坦石走失險情，區局進行拋鉛絲籠、拋塊石搶護控制了險情，2013年調水調沙期間溜勢上提，7月3日，大河流量2490m3/s，11號壩吃主溜，11號壩下垮至11號、12號壩襠因河水持續上漲，回流淘刷，出現壩身坍塌下滑，拋石搶護長度117米。

　　7月8日大河流量3220m3/s，11號壩前頭大溜頂沖，發生坦石走失，壩身坍塌險情，進行拋鉛絲籠拋石搶護，隨后此壩又進行了5次搶險共拋石2000余方。

　　3 近期河勢變化分析

　　(1)調水調沙運行后，河道全線沖刷，強調了保住生產堤安全，主槽寬度變化不大，隨著小浪底水庫不同流量級洪水排泄，翟里孫控導河段溜勢變化趨于靠右岸。

　　(2)2001年修建的濱博高速公路大橋從翟里孫控導12號壩上面橫貫南北，主橋墩位于左岸河道主槽內，距右岸12號壩壩身不足200米，縮窄了該處河道過水斷面，當大河流量超過3000m3/S時，此斷面水上下差在0.5m左右，形成卡口，阻礙行洪順暢，給12號壩及以上11號壩、10號壩導溜產生影響，同時也給橋以下的13號壩送溜產生影響，形成大橋上下溜勢不穩局面，成為此河段溜勢變化的主要因素。

　　(3)近期工程建設中的劉春家險工改建及埝里賈控導根石加固項目，在不同程度上也對翟里孫控導河段的溜勢改變造成一定的影響。

　　4 穩定翟里孫控導河段溜勢的應對措施

　　針對濱博高速公路大橋主橋墩居左縮窄河道行洪能的狀況，可從兩方面考慮，一是在主橋墩以北開挖過水斷面，讓主槽中的洪水從主橋墩以北分流部分來增大過水斷面，達到增強過洪能力來減輕翟里孫控導抗洪壓力。

　　此方案受主橋墩挑流和來水流量影響因素較大。

　　二是根據主橋跨度300米設計，將翟孫控導工程10號、11號、12號、13號壩后退改變治導線，將主橋墩與控導工程過水斷面增加到280米(即在現有過水斷面基礎上向右擴展90米)來達到增強過流能力的目的。

　　基本原則是在各級流量下，水流沿現有治導線到達9號壩后，水流與10號壩迎水面形成較小交角，以平順引流引水入彎，通過10號、11號、12號、13號壩呈現一條復合圓弧線，上平下緩，中間略帶微彎，使水流入彎后，出流方向穩，導流能力強，壩前淘刷輕，從13號壩出溜后恢復原溜勢和原工程的原有功能，此方案除進行理論計算外，更主要的是結合實際現場確定，彎曲系數、河彎形態、導流能力，已有工程工程的利用程度，進而依照治導線確定整治位置線及長度，并由此計算工程量。

　　參考文獻：

　　[1]濱州黃河防洪基本資料手冊.

　　[2]濱州黃河志.

　　[3]濱城黃河志資料長編.

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