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浅谈河道工程洪水中出险的原因及对策

 

来源: 本站原创   录入人员: 郝相莲 时间: 2016-06-14 [ ] [ 打印 ] [ 关闭 ] [ 收藏 ]

 

 要:黄河河道整治工程一般包括险工和控导两部分,主要有坝、垛、护岸三种形式。在汛期,由于险工坝岸的上跨角和坝前受大溜冲刷的机遇多,着溜重,冲刷深,经常发生根石走失、坦石坍塌,造成黄河险工、控导工程根石的不断走失。河道整治工程因根石走失而抢险用石占全年抢险用石总量比例相当大。因此,如何有效地防止根石走失一直是河道整治工程防汛抢险及日常管理养护中亟待解决的一个问题。

关键词:河道整治 工程  根石走失  对策

黄河汛期,由于洪水流量大,水位高,流速快,河势多变,险工坝岸常发生险情。在中小洪水情况下,黄河控导工程经常发生的险情主要是根石走失、坦石坍塌,造成黄河控导工程根石的不断走失,是导致不同深度基础的控导工程不断出险的主要原因。针对黄河河道整治工程根石走失严重这一问题,探索出了一些尽量减少坝体根石走失的措施,使根石走失险情降低到最低限度,确保防洪工程安全是非常必要的。

一、根石走失的原因。

水流集中冲刷,将河道整治工程的丁坝、垛、护岸的基础或坡脚淘空,引起坝岸发生裂缝、沉陷或局部坍塌,坝身失稳而出险。

1、水流的因素

①冲刷坑的形成。在丁坝上下游主溜与回溜的交界面附近,因流速的不连续或流速梯度的急剧变化,产生一系列漩涡,回溜周边流速较大,在丁坝上下跨角部位冲刷。冲刷坑的形成是造成根石走失的重要原因。

坝的上跨角受大溜冲刷的机遇多,着溜重,冲刷深。此部位根石易被湍急水流冲刷走,有的落于冲刷坑内,有的被急溜携带顺水而下,脱离坝根失去作用。迎水面、下跨角和回溜区的根石多是塌落在冲刷坑内,远离坝根的少。

②高含沙水流的影响。由于黄河是多泥沙河流,高含沙水流其流变特性发生了变化,二相流变成均质流。当水流深度增大时,河床质变得容易起动,造成高滩深槽,部分河段主槽缩窄,单宽流量加大,水流集中冲刷力增强,坝前冲刷坑就比较深。

弯道环流的影响。由于弯道环流作用,使得凹岸冲刷较重,凸岸淤积,黄河下游大都是受人工建筑物控制的河弯,水流因受离心力作用,对工程冲刷力加强,促进根石走失。

④横河斜河影响。横河斜河使水流顶冲坝垛,造成根石走失,抢险的机遇较多。

2、工程断面的因素

①根石断面不合理。散抛石大部分堆积在根石上部,形成上宽下窄,头重脚轻的现象,这种情况对坝体稳定极为不利,很容易出现根石走失。

②根石外坡凹凸不平。外坡不平会造成水流浪花淘刷,增大水流冲刷度,促使河底淘刷,影响根石稳定。

③断面坡度陡。护坡坡度越陡水流的冲刷作用越强,冲刷坑越深,造成根石走失越严重。

3、块石尺寸的因素

   使用的石料体积和重量不足,坝前的流速大于根石起动流速时,流速大抗冲能力差,不能保持自身稳定,块石从根石坡面上,就会被一块一块地揭走,造成揭坡。石块被急溜冲动走失。

4、工程布局的因素

   工程布局不合理,坝档过大造成上游坝掩护不了下游坝形成回溜,甚至出现主溜钻挡,甚至窝水兜溜,加剧根石走失,冲刷坝尾出现大险。还有个别坝位突出,形成独坝抗大溜,造成水流翻花,淘根刷底,坝前流速增大,水流冲击力超过根石起动流速,被大溜冲走块石,造成根石走失,出现大险。

5、施工方法的因素

①施工改建。在控导加高改建时,把原有的根石基础埋在坝基下,往外从新抛投根石。即使过去已经稳定的根石,也会从新坍塌出险。

②加抛根石不到位。在工程受大溜顶冲发生险情时,居高临下在坝顶上投抛散石,会造成大量块石被急流卷走,一部分则堆积在根石上部,也不稳定。这样不但造成浪费,很难有效缓解险情,很可能会增加险情,造成大的坍塌。

③基础清理不彻底。旱地施工,在挖根石槽时,没有清理好槽底就抛固根石,泥土石块混合,一旦着溜,根石易走失。

二、防止根石走失的原因

   根石走失的部位与来溜方向、布局均有一定关系,根据整编控导工程探摸根石资料,根石走失部位主要是上跨角和坝前头,其次是坝迎水面和下跨角及上下回溜区。因为坝的上跨角和坝前受大溜冲刷的机遇多,着溜重,冲刷深,所谓水深溜急者多表现在这些部位。此部位根石易被湍急水流冲掀而走,有的落于冲刷坑内,有的被急溜携带顺水而下,脱离坝根失去作用。迎水面,下跨角和回溜区的根石多是塌落在冲刷坑内,远离坝根的极少。

三、防止根石走失的方法及对策

   根石走失,是险工坝岸出险的主要原因之一。而根石坡度过陡又是造成根石走失的主要原因。根石的坡度决定于流速的大小和石块的重量,根石的稳定坡度约为11.3-11.5,根石坡度愈缓,冲刷坑愈浅,同时冲刷坑距根石坡脚也愈远。应采用较大的块石和采用新的固根技术。

1、因险而宜 合理抢护。防止根石走失的方法,在实际抢险则用铅丝笼压护,铅丝网护,枕护,大块石抛根等方法都有不同程度的作用。枯水位以下经常投入水中的根石无法扣砌,可抛压铅丝笼压盖铅丝网,铅丝网包面,柳石枕围根等。其中铅丝笼压护较好,但是,要把现有坝体根石普遍压护,短期内是不可能的,应在主要坝或迎溜吃重部位上重点进行。柳石枕护适用于围护基脚,用以护坡防冲不够稳定持久,用铅丝网压盖根石虽然用料投资较节省,但网上容易挂草雍水,不够安全,铅丝网包石也有用料多投资大,遇有蛰动还易于破网漏石降低作用。以上方法各有优缺点,如果单项使用不尽适宜时,可根据坝体受溜轻重不同的部位混合使用,如坝下跨角后背水面回溜部位使用大块石护根,上跨角及坝前头迎水面抛笼墩,阻止根石走失较远,又可减缓水流上回下冲的能力。以上方法,限于用在根石达到适当深度,基本不再下蛰的坝体上。新修的和根石基础较浅的丁坝不适用。

2、加强管理,科学抢险。为争取防守主动,各控导工程要加强日常工程管理,及时探摸根石,适时予以补充。从掌握的资料分析,根石断面形态多为上陡,下部较缓,中间凹,即断面中间部分坡度最陡,根石走失严重部位位于中常水位以下3-4米处。加固根石应注意以下几点:首先,应根据缺石部位,采取不同的补充根石方法。对于老工程已经有相当根基,应首先稳脚补坡。围护根石底部,应用铅丝笼镇脚,补坡抛根时用大块石,按先远后近,先深后浅,先上游后下游的顺序进行。其次,应抛石到位。在抛石过程中要边抛边探摸,一次到位。最后,是在枯水季节,对水上根石部分要全面进行整修,清理浮石,粗排整平。

3、加强工程自身安全,提高工程抗冲能力。控导工程修建时应充分考虑小浪底运用后河道演变新形势,加强工程新结构、新工艺、新材料研究,多建不抢险坝或减少抢险结构的坝垛。如大力修建护底沉排坝,增强工程基础,并在修建传统结构坝垛时,利用新材料,旱地要增强防护土工布,使坦石与坝基隔离开,以土工网笼代替柳石枕或铅丝笼;水工进占时先在底勾绳上铺设土工布,采用护底进占,或土工合成材料装土管袋进占形式,既利用了传统工艺操作简便的优势,又能使其结构改进得更合理,能减少坝基土流失,减轻坝前冲刷,节约进占料物。 

四、结束语

河道整治工程的根石是坝体的基础,一旦根石走失,就会造成坦石滑动,坝体基础失去稳定而坍塌。根石走失是目前河道整治工程出现险情的主要原因。减少根石走失,及时抛石护根,是保障河道整治工程安全的关键。(陈继安)

责任编辑:陈宁  
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