控导工程根石走失的原因及防护措施

控导工程根石走失的原因及防护措施

　　控导工程完全避免根石走失,在目前的现实中还是存在一定的难度的,虽然做不到完全避免根石流失,但在原基础上尽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。

　　控导工程根石走失的原因及防护措施【1】

　　摘要:控导工程完全避免根石走失,在目前的现实中还是存在一定的难度的,虽然做不到完全避免根石流失,但在原基础上尽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。

　　控导工程坝、垛是由坝身和根石组成的,根石与坝体在水流中互相依托,保持着坝体的稳定,根石走失或大部分被水流冲走或移动,称“根石”走失。

　　根石是丁坝的基础,防止根石走失是保证控导工程安全的关键。

　　本文围绕控导工程,深切分析了如何提高控导工程的质量,发挥更好的作用。

　　关键词:黄河控导工程根石原因对策

　　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。

　　以致威胁堤防安全,乃至滩区群众生命财产安全。

　　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。

　　以适应不同来溜方向,各种不同流速的冲刷,因此,就控导工程的结构来说,完全避免根石走失,还有一定难度,从而探索一些尽量减少坝体根石走失的措施,使根石走失达到最低限度,确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 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的冲刷坑内,远离坝根的少。

　　1.1.2 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。

　　1.1.3 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。

　　1.1.4 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。

　　1.2 工程断面的因素

　　1.2.1 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。

　　1.2.2 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。

　　1.2.3 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。

　　1.3 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。

　　1.4 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。

　　1.5 施工方法的因素

　　1.5.1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。

　　1.5.2 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。

　　1.5.3 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,一旦着流,根石易走失。

　　2.根石走失部位及方向

　　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的冲刷坑内,远离坝根的极少。

　　3.防止根石走失的方法

　　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1:1.3-1:1.5,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。

　　3.1 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。

　　枯水位以下经常没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。

　　其中铅线笼压护较好,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重而久,用铅丝网压盖根石虽然用料投资较节省,但网上容易挂草拥水,不够安全,铅丝网包石也有用料多投资大,遇有垫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,基本不再下垫的坝埽上。

　　新修的和根石基础较浅的丁坝不适用。

　　3.2 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,根石缺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,采取不同的补根方法。

　　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。

　　关于黄河河道整治工程根石走失的分析与措施【2】

　　[摘要]：河道整治工程经过多年的日常管理及达标整修，尤其是近几年随着管理养护水平日益提高，工程面貌发生了很大变化，抗洪能力得到了进一步提高，工程效益得到了较好的发挥。

　　目前，存在的一个突出问题是根石走失从上表可以看出，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设计、防汛抢险及日常管理养护中亟待解决的一个问题，历来受到水利专家和基层广大管护人员的重视。

　　[关键词]：河道整治 根石走失 分析与措施

　　黄河河道整治工程一般包括险工和控导工程，其整治建筑物主要有坝、垛、护岸三种形式。

　　修建这些建筑物的目的主要是控制主溜、稳定河势，确保工程安全。

　　河道整治建筑物的坝垛主要有坝体(土胎)、护坡、护根三部分组成。

　　由于黄河下游河床沙粒组成较细，抗御水流的冲刷能力很弱，因此坝前会形成很深的冲刷坑。

　　为了保护坝的安全，必须采取措施，及时用块石、柳石(淤)枕、铅丝笼等抛护。

　　就坝的横断面而言，护根是坝的防护重点，也是用料最多的部位。

　　由于护根的主要料物是石料，因此习惯上称为“根石”。

　　河道整治工程经过多年的日常管理及达标整修，尤其是近几年随着管理养护水平日益提高，工程面貌发生了很大变化，抗洪能力得到了进一步提高，工程效益得到了较好的发挥。

　　目前，存在的一个突出问题是根石走失从上表可以看出，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设计、防汛抢险及日常管理养护中亟待解决的一个问题，历来受到水利专家和基层广大管护人员的重视。

　　1.根石走失原因分析

　　根据有关试验及原形观测可知，根石走失主要有三种形式：一是在折冲水流的作用下沿坝面向冲刷坑底滚动，这部分块石一般块体较大，使丁坝根基加深加厚，下部坡度变缓;二是沿回流冲刷深槽分布，且在走失量和体积上沿程递减。

　　上述两种形式均有利于坝体的稳定，因此称为根石的有效位移;三是在水流冲击下沿丁坝挑流方向顺流而下，远离坝体和冲刷坑，已失去原有的护根防冲作用，故称为根石的无效位移。

　　1.1水流条件的影响

　　黄河下游丁坝大多是非淹没的下挑式丁坝。

　　当水流遇坝受阻后，一般便一分为三：一股由于坝的挑流作用沿坝前下泄(顺坝溜);一股由于坝的挡水作用沿坝体逆流而上(回溜);另一股则垂直坝体下切(搜根溜)。

　　其中后二者相遇便形成一种具有强大牵引力的螺旋流，导致横向输沙的不平衡。

　　当螺旋流与河床土质不能维持均衡时，河床即遭受破坏而变形，形成不规则的冲刷坑。

　　当冲刷坑的深度超过工程根石的埋置深度时，根石即下蛰，亦即根石走失。

　　湾道内，由于水流横向环流的作用，将泥沙推向凸岸，则出现“湾退则滩进，撇湾则失滩”的现象。

　　一旦主溜入湾，则河面缩窄，流速加大而河床下切，形成所谓“河脖”。

　　如湾道下嘴有胶泥潜滩，则极易形成“入袖”河势，(俗称“秤勾河”)。

　　这种河势使湾道内工程吃溜较重，对坝基冲刷力较强，极易发生根石走失。

　　综上所述，笔者认为水流条件的影响是引起根石走失的一个主要原因。

　　1.2根石埋置深度的影响

　　根据《黄河下游1996至2000年防洪工程建设可行性研究报告》计算结果知，当乱石坝结构的坝高为20m，坦顶宽1 m，坦高5 m，坦石内外坡均为1：1.0，根石台宽2 m，根石深15 m，根石外坡1：1.3，内坡1：0.7时，坝体整体滑动系数为1.02，护坡安全系数为1.15。

　　由此可以认为，当根石外坡达到1：1.3时，根石是基本稳定的。

　　模型试验及原型观测均表明：坝体的稳定主要取决于根石与其上部的土石压力是否相适应。

　　当根石上部土石压力一定时，稳定性主要取决于根石的厚度、坡度、深度，其中以深度和坡度对坝体的稳定影响最大。

　　而根石的坡度受制于其深度，也就是说根石达到一定深度后，根石坡度才能保持相对稳定，坝体出险几率才会相应减少。

　　由上述计算成果知，1：1.3 稳定坡度是根据设计根石深度15 m计算得出，而由历年来原阳控导工程根石探测资料知，根石深度大于15 m的断面占探测总断面数的比例很小。

　　总之，根石埋置深度较浅是引起根石走失的又一个主要原因。

　　2.防护措施

　　2.1加强工程管理，做到“五知五会”

　　工程管理要严格执行班坝人坝责任制，做到分工明确、任务落实具体、责任到人、奖惩结合。

　　其具体任务为：观察河势、巡查险情、检坦固根、整修沿子石、、维护查河桩、根石探测断面桩等。

　　工程管理班在制定每周工作计划时，应将上述任务列为一项重要内容，给予个人一定的工作时间，以保证其所承担的任务能顺利完成，使工程处于良性运行状态，以提高其抗洪能力。

　　管护人员应对所管工程做到“五知五会”。

　　即知工程概况、知重大历史河势变化及坝岸着溜情况、知抢险及用料情况、知根石状况、知备料数量;会查险报险、会抢险、会整修、会探测根石、会观察河势。

　　会查险主要是指检查坝岸有没有发生险情。

　　对吃溜较重的坝岸应固定专人检查，必要时应昼夜轮班检查。

　　检查的内容主要有：坝顶裂缝、坦石坍塌下蛰情况、根石下蛰情况。

　　检查方法主要有看、听、测三种。

　　一看，是指观看坝岸各部位，尤其是拐点迎水面至上跨角重要部位有无出险迹象;二听，如果水下根石有连续响声，则说明根石在走失，声音越强说明走失越严重，这时要警惕会出现大的险情;三测，是指用探水杆探测水下根石有无陡坡陡坎险象发生。

　　如坡度过陡，应及时抛石加固，以免突发较大险情。

　　查险次数应根据坝岸吃溜轻重及时间长短来安排，对吃溜较重时间较长的坝岸应多看、多听、多测，发现有根石走失现象及时抢护。

　　坝岸出险的一般规律是峰前峰后比洪峰期间出险多，峰后比峰前出险多。

　　会报险是指报险时应该遵循“及时、全面、准确、负责“的原则，发现险情立即上报，重大险情应边抢护边报告。

　　险情的发生多由于河势变化引起，因此管护者要勤于观察，善于分析，总结河势变化规律。

　　一般情况下本段河势的变化与上游河势的变化有关，如上弯河势上提，本弯河势亦上提;上弯河势下挫，本弯河势亦下挫，或者是相反的关系等。

　　故工程出险后，应实地查勘上一弯乃至数弯的河势及滩岸变化情况，只有这样，才能积累经验，掌握河势变化规律，提高分析水平，准确预测河势发展趋势，使防守和抢险做到心中有数。

　　溜势变化对翟里孙控导工程的影响及应对措施【3】

　　【关键词】 溜势 翟里孙 险情 措施

　　1 工程概况

　　翟里孙控导位于滨州市河道，始建于1957年，滩桩号67+600-68+780，工程长度1180米，护砌长度1117米，平面布局形式为凹形，14段坝，其中，11号坝始建于1968年，圆形，坝长16米，护砌长度93米，坝顶高程18.11米，12号坝始建于1968年，圆形，坝长36米，护砌长度103米，坝顶高程18.41米，13号坝始建于1957年，圆形，坝长37米，护砌长度127米，坝顶高程17.94米，该工程属控导导溜工程，对稳定下游张肖堂险工和大道王险工2处工程的溜势有着重要作用。

　　始建于2001年的滨博高速公路大桥自12号坝上方横跨左右两岸。

　　2 河势变化对工程影响情况

　　(1)1968年汛末至1975年汛期，此时段由于刘春家险工主溜外移，埝里贾控导挑溜作用减弱，主溜甩开埝里贾控导，直冲翟里孙控导以上，导致控导上首坍塌110米形成陡滩，上首坐弯顶冲，为确保翟里孙已建工程的安全，避免张肖堂险工和大道王险工溜势发生变化，1976年汛前在上首续建10段(1-10号坝)。

　　(2)1976年大洪水至1981年汛末，1976年大洪水后，翟里孙控导溜势上提，由往年的14-17号坝上提到1-16号坝。

　　1981年汛末，工程上首继续坍塌近50米，使该工程1号坝位置突出在河中，1981年第15次洪峰期间，该坝上垮角至坝尖完全被冲毁，为此，1982年汛前又增建石堆3段(新1-3号)。

　　(3)1982年至1999年，该时段工程溜势较为稳定，4-17号坝抗主溜，96.8洪水时，9-12号坝靠主溜。

　　(4)1999年至2013年，随着每年调水调沙，河槽逐渐冲刷，翟里孙控导溜势变化较大。

　　特别是2012年调水调沙期间和2013年调水调沙期间又为明显，2012年，调水调沙初期，大河流量1900m3/s，翟里孙控导12号坝、13号坝吃主溜，12号坝上垮至11号坝、12号坝坝裆吃回溜，12号坝上垮长时间受到回溜冲刷，坦石下蛰，坝身出现纵向1-30cm裂缝，长12米，12号坝前头发生坦石走失、坍塌，13号坝下垮发生坦石走失险情，区局进行抛铅丝笼、抛块石抢护控制了险情，2013年调水调沙期间溜势上提，7月3日，大河流量2490m3/s，11号坝吃主溜，11号坝下垮至11号、12号坝裆因河水持续上涨，回流淘刷，出现坝身坍塌下滑，抛石抢护长度117米。

　　7月8日大河流量3220m3/s，11号坝前头大溜顶冲，发生坦石走失，坝身坍塌险情，进行抛铅丝笼抛石抢护，随后此坝又进行了5次抢险共抛石2000余方。

　　3 近期河势变化分析

　　(1)调水调沙运行后，河道全线冲刷，强调了保住生产堤安全，主槽宽度变化不大，随着小浪底水库不同流量级洪水排泄，翟里孙控导河段溜势变化趋于靠右岸。

　　(2)2001年修建的滨博高速公路大桥从翟里孙控导12号坝上面横贯南北，主桥墩位于左岸河道主槽内，距右岸12号坝坝身不足200米，缩窄了该处河道过水断面，当大河流量超过3000m3/S时，此断面水上下差在0.5m左右，形成卡口，阻碍行洪顺畅，给12号坝及以上11号坝、10号坝导溜产生影响，同时也给桥以下的13号坝送溜产生影响，形成大桥上下溜势不稳局面，成为此河段溜势变化的主要因素。

　　(3)近期工程建设中的刘春家险工改建及埝里贾控导根石加固项目，在不同程度上也对翟里孙控导河段的溜势改变造成一定的影响。

　　4 稳定翟里孙控导河段溜势的应对措施

　　针对滨博高速公路大桥主桥墩居左缩窄河道行洪能的状况，可从两方面考虑，一是在主桥墩以北开挖过水断面，让主槽中的洪水从主桥墩以北分流部分来增大过水断面，达到增强过洪能力来减轻翟里孙控导抗洪压力。

　　此方案受主桥墩挑流和来水流量影响因素较大。

　　二是根据主桥跨度300米设计，将翟孙控导工程10号、11号、12号、13号坝后退改变治导线，将主桥墩与控导工程过水断面增加到280米(即在现有过水断面基础上向右扩展90米)来达到增强过流能力的目的。

　　基本原则是在各级流量下，水流沿现有治导线到达9号坝后，水流与10号坝迎水面形成较小交角，以平顺引流引水入弯，通过10号、11号、12号、13号坝呈现一条复合圆弧线，上平下缓，中间略带微弯，使水流入弯后，出流方向稳，导流能力强，坝前淘刷轻，从13号坝出溜后恢复原溜势和原工程的原有功能，此方案除进行理论计算外，更主要的是结合实际现场确定，弯曲系数、河弯形态、导流能力，已有工程工程的利用程度，进而依照治导线确定整治位置线及长度，并由此计算工程量。

　　参考文献：

　　[1]滨州黄河防洪基本资料手册.

　　[2]滨州黄河志.

　　[3]滨城黄河志资料长编.

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