1、山东黄河河段坝垛结构形式研究【摘要】坝垛是黄河下游河道整治工程的重要组成部分，已修建坝垛近万道，在黄河防洪中发挥了巨大作用。本文结合山东黄河河段现有坝体结构及新型护岸结构优缺点进行分析。 【关键词】险工；控导工程；坝垛结构 中图分类号：K928.42 文献标识码： A 小浪底调水调沙运用以来，河道整治工程布局得到了很好的检验和验证，发现了局部工程布局和坝垛结构型式还不能很好地适应水沙条件的变化。为了更好指导河道整治工程建设，并为今后河道整治提供理论依据，对山东黄河艾山以下的险工、控导工程结构形式研究，并对新结构、新材料坝垛的运行观测情况、存在的问题及优缺点评价，并提出新续建、改建工程的结构形式
2、。 一、险工坝体结构分析 目前山东艾山以下险工坝体结构主要有：砌石坝(岸)、扣石坝(岸)、乱石坝(岸)。 砌石坝(岸)为重力式挡土墙结构，分浆砌与干砌两种。坝的外坡为1:0.35 左右，内坡直立，坝顶宽 0.71m，坝面用沿子石砌垒，整齐美观，坚固耐久，整体性好，抗冲能力强。建坝初期，坝高仅有 46m，坝体自身稳定。 扣石坝(岸) 为护坡式结构，坝外坡 l:1，内坡 l:0.75，顶宽0.81.5m。分平扣与丁扣两种，块石大面朝外称为平扣；块石端面朝外称为丁扣。这种坝岸的优点是坝面扣砌严密平整，坡度较缓，稳定性好，坝前水流条件平稳，冲刷坑浅。平扣坚固抗冲性能较丁扣差，六十年代后，一般不再修平扣
3、坝。 乱石坝(岸) 为护坡式结构，坝外坡 l:ll:1.5，内坡1:0.751:1.25，新修坝岸多先修成乱石坝。这种坝优点是坡度缓、稳定性好，基础变动适应性强，险情易于发现，可以随下蛰、随加修；但必须做粘土坝胎，否则坝身发生溃膛、塌陷等险情。适用于河势变化大、基础不稳固、抢险频繁的新险工。 扣石坝和乱石坝的坝体稳定性好，出现整体滑塌的险情少，出险易于抢护，比较适合今后不断改建的特点。重力式砌石坝坝坡陡，难于改建，易发生整体滑塌的大险情，抢护极为困难，因此，坝型改建的原则是：为了充分利用原根石，一般采用退坦改建。砌石坝尽量拆除改建为乱石坝或扣石坝，不得再改建为砌石坝，并应优先考虑改建为乱石坝；
4、如根石基础较好，可以改建为扣石坝。扣石坝不得改建为砌石坝，可根据实际情况改建为乱石坝或扣石坝。乱石坝也不得改建为砌石坝，拆除后仍改建为乱石坝。 二、控导坝体结构分析 为约束主流摆动范围、护滩保堤，引导主流沿设计治导线下泄，在凹岸一侧的滩岸上按设计的工程位置线修建的丁坝、垛、护岸工程。一般以丁坝为主，垛为辅，坝垛之间必要时修筑护岸。根据实践，坝垛均采用下挑式。 丁坝是河道整治工程中最主要的一种建筑物，广泛用于险工、控导工程、护滩工程中。丁坝较长，挑流能力强，保护的岸线长。但产生的回流强，坝前局部冲刷，故适用于来流方向与丁坝的迎水面夹角较小的情况。 垛是丁坝的一种特殊型式，具有丁坝的迎水面、上跨角
5、、前头、下跨角、背水面等部位。但长度较短，一般 1030m。垛，由于垛短，间距小，单垛挑流能力弱，产生的回流小，垛前冲刷坑较浅，因此对来流的方向适应性强。当来流方向与迎水面的夹角大或来流方向变化大的工程段，修垛比较合适。 护岸的外型平顺，是沿着堤防或滩岸修建的防护性工程。单一护岸工程修建的较少。一般多在坝的间距或垛的间距较大时，为防水流淘刷坝裆处的连坝或滩岸而修建。护岸外形平顺，在平面上呈直线型。险工上的护岸一般距堤顶有 520m 宽的存料平台，在平台前沿即临河侧修裹护体。控导护滩工程上的护岸一般直接修在连坝上，无存料平台，料物多存放在连坝上。 三、新型坝岸结构论述 根石作为坝岸的组成部分，与
6、坝身共同抗冲，护根对坝身安全有决定性作用。因根石走失是长期困扰黄河下游防洪安全的难点和症结之一，山东河务局组织有关技术人员对不抢险或少抢险坝型进行了深入探讨，已开展实验研究的坝垛及护岸结构形式主要有：长管袋褥垫护底沉排、铰链式模袋混凝土沉排护底、根石网护、混凝土四脚体等新坝型。 长管袋褥垫沉排坝是利用土工织物的高强度、柔性好、耐冲透水等性能，将排体铺放在坝前受溜部位，排体随排前冲涮坑的发展逐步下沉，自行调整坡度直至稳定坡面，达到护底、护根和防冲刷的目的。长管袋沉排坝具有整体性强，护底作用好，适应坝基变形能力强，施工管理方便，施工工艺简单，造价低等优点。其缺点是：一是一般在枯水期进行施工，选水流
7、平稳及基本无风浪时水中铺放排布，施工条件要求高；二是在排体出露水面后易老化，影响坝的寿命；三是如果管袋布被刺破，袋内散粒泥沙流出，长管袋沉排将失去防护坝基的作用。 铰链式模袋砼沉排坝，分上部坝体及下部沉排组成，模袋砼沉排埋入坝基内 4m，袋内充土以代替砼，并有利于坝体内孔隙水的排出。铰链式模袋砼沉排坝既适宜于旱地施工，也可用船和浮筒配合在水上施工。该结构能适应地基的不均匀沉陷，较好地适应河床变形，由于可以在工厂制作模袋，工效较高。其缺点是：一是一次性投资费用略高，二是受施工水深和水流流速的影响，模袋不易充填密实，三是铰链式模袋砼沉排幅与幅之间下沉不均匀造成汛期工程出险。建议在今后设计时，在水深
8、小于 1.5m、非大溜顶冲时采用，并增加模袋幅与幅之间的搭接处长度。根石网护也是黄河下游试验较多的一种坝型，根石网护试验工程是为减少坝岸根石走失，提高抗洪能力，推广运用新材料、新工艺、新技术，优化工程设计，结合险工坝垛改建，在根石加固中进行了耐特龙网护根试验项目。该技术网罩用在大溜顶冲，中小水时回溜淘刷的坝岸，能紧贴坝头根石及河床，随河床冲刷变形在网内相应作位移调整，除坝前产生冲刷坑，使护网按设计坡度自然蜇实外，根石达到稳定坡度，不再向下游移动。具有整体性强、适应局部变形能力强、防止根石走失效果显著、便于施工、造价低廉等优点。其缺点是：一是防护网易遭到破坏，管理难度大，出险次数多，运行成本较高
9、。 混凝土四脚体属混凝土四面体的变形体。由于单个块体在任何情况下总能维持 3 个脚贴河床表面，重心较低，避免了砼四脚锥体属砼四面体的变形体。由于单个块体在任何情况下总能维持 3 个脚贴河床表面，重心较低，避免了四面体因床面不平整而导致稳定性降低的现象，特别是由于它受水流冲击面小，用材少，透水率高，具有较好的消能防冲作用，在水流强度较小的情况下还有一定的缓冲落淤效果。在根石表面铺盖一定数量的砼四脚锥体可以防止粒径较小的块石在水流冲击下启动走失，另外，由于四脚锥体的稳定性较好，当锥体位于根石坡脚时，能对坝岸裹护体起到止滑作用，有利于坝岸的抗滑稳定。多个砼四脚锥体的组合具有一定的缓溜防冲作用，有利于
10、坝岸的抗滑稳定,减少工程出险几率，提高工程抗冲刷和消能防冲作用；用于抢险具有速度快、控制险情发展能力强的特点；砼四脚锥体能较好防止根石走失，对有一定基础的老坝效果更为显著；对用于砂卵石河床防冲效果显著。其缺点：一是砼四脚锥体造价成本较高；二是对根石探测数据精度影响较大。 四、新建、改建工程应采用的结构形式 1.险工坝体应采用的结构形式 乱石坝(岸)坡度缓、稳定性好，基础变动适应性强，险情易于发现，可以随下蛰、随加修。扣石坝 (岸)整齐美观，抗冲能力强，稳定性好，出现整体滑塌的险情少，出险易于抢护。重力式砌石坝整齐美观，坚固耐久，整体性好，抗冲能力强；缺点是坝坡陡，坝前冲刷坑深，高坝稳定性差，依
11、靠较大的根石断面维护坝的安全，不经济，险情不易发现，难于改建，易发生整体滑塌的大险情，抢护极为困难。因此，新建、改建工程选择结构形式的原则是： 新建工程： 新建险工坝岸坝体结构形式优先考虑为柳石坝和乱石粗排坝。 改建工程： 为了充分利用原根石，一般采用退坦改建。砌石坝尽量拆除改建为乱石坝或扣石坝，不得再改建为砌石坝，并应优先考虑改建为乱石坝；如根石基础较好，可以改建为扣石坝。扣石坝不得改建为砌石坝，可根据实际情况改建为乱石坝或扣石坝。乱石坝也不得改建为砌石坝，拆除后仍改建为乱石坝。 2.控导坝体应采用的结构形式 柳石坝具有抗冲、就地取材、便于施工、进度快、节省投资等优点，仍被选定为控导工程主要坝型结构。对于因地形条件所限，抢险比较困难的坝岸，可采用钢筋混凝土板桩坝。 3.护坡、护根应采用结构形式 护根即保护坝岸的下半部分坝身和基础下的河床土壤免被冲塌，根石是坝岸的重要部分，与坝身共同抗冲，护根对坝身安全有决定性作用。为了减轻工程维护和抢险加固的负担，新建工程尽量采用少抢险或不抢险坝。根据工程所处的位置不同可分别采用以下结构形式： 大溜顶冲的坝岸，建议采用合金钢网石箱、混凝土四脚体护根型式或铅丝笼沉排坝。 着大边溜的坝岸，建议采用铰链式模袋混凝土沉排坝。 根石加固首先按设计标准一次修够根石坡度、顶部高程、顶宽，深度修至床面。
