1、桃花峪控导工程丁坝根石走失的原因及抢护方法比较分析摘要：2006 年2011 年 6年间，黄河荥阳段桃花峪控导工程累计出险达 345次之多，多次出现重大险情，经过郑州河务局、荥阳河务局、兄弟单位及当地群众的努力，分析工程出险原因、制定抢护方法、及时完成了各类险情抢护任务，确保了工程及人民群众生命财产安全。本文根据六年间桃花峪控导工程出险险情，系统分析了此工程根石走失及出险原因，并对在抢险中应用的几种抢护方法进行了分析比较，为今后工程抢险提供参考依据。 关键词：根石走失现状原因抢护方法分析 中图分类号：TV 文献标识码：A 黄河坝岸工程保护基础的块石俗称“根石” ，根石与坝体在水流中互相依托，保
2、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。 控导工程丁坝是由坝身和根石组成的，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。丁坝根石一旦走失，坝基失稳。 1 桃花峪控导工程现状及根石走失险情特点 桃花峪控导工程位于荥阳市广武镇境内，鸿沟谷口处。工程上距孟津铁谢 88km，下距京广铁桥 4km，毗邻邙山提灌站，北岸有沁河注入。工程上迎对岸东安控导工程来溜，下送溜至对岸老田庵控导工程。 工程始建于 1999年，目前，工程已建成 45道丁坝（-639 坝） ，护岸 300m,工程全长 4.81km。-614 坝工程设防标准为当年当地4000m/s洪水超高 1m，15
3、39 坝工程设防标准为当年当地 5000 m/s，洪水超高 1m。1524 坝为新结构充沙长管袋褥垫沉排结构坝，其余坝为传统结构坝，裹护段采用乱石粗排结构。丁坝顶宽 15m，坝裆间距 100m，迎水面裹护段采用散抛石护坡。 由于桃花峪控导丁坝根基浅、大部分属于新修丁坝、又属于干滩施工，造成桃花峪工程极易出现险情。据统计，2006 年桃花峪丁坝出险 97次；2007 年出险 81 次；2008 年出险 58次；2009 年出险 56次；2010 年出险 36次；2011 年出险 17次。 2 根石走失原因 21 水流作用的影响 “根石走失”是水流和坝体互相作用的产物。惯性流体遇坝体受阻后，发生变
4、化，一般可分为三部分：其一是主流沿坝前端下泄；其二是逆流向上形成回溜；其三是水流过坝后离解形成下回溜。上回溜与主流相遇，形成向上的螺旋溜；下回溜与主流相遇，形成另一股螺旋溜。螺旋流对坝坡迎水面产生强裂脉动冲击，使坝岸附近的河床与螺旋溜不能维持平衡，产生横河输沙，导致横向输沙不平衡，河床遭到破坏，在坝根形成不规则的河床冲坑，若根石深度高于冲刷坑时，至使坝垛根石临空下蛰而走失，则大量根石向冲刷坑坍塌，最终造成坝垛出险。 22 根石深度的影响 丁坝的稳定主要取决于根石与其上部土压力是否相适应，当根石上部土压力一定时，根石深度、厚度、坡度对丁坝的稳定影响最大，而根石的坡度又取决于根石深度，根石的深度即
5、可认为是坝前冲刷坑的深度。丁坝工程前沿冲刷坑的深度与水流流速、根石坡度、水流及坝岸的夹角以及河床质粒径等因素有关。而每道坝垛工程不同部位的根石深度、坡度又不一样，一般来讲，控导工程根石深度达到 15m，坡度达到1：1.31：1.5 时坝基才能稳定。 当根石达不到足以使工程保持稳定的深度，且同一坝的迎水面根石深度不一样具有一定的差值时，一旦坝前冲刷坑低于某一部位根石的深度，局部根石就会出现一定塌陷。由于根石深度不一，易发生连带几个部位发生险情的现象。 23 水流挟沙能力的影响 当水流挟沙能力达到一定程度时，即水流条件下的起动临界粒径大于块石粒径时，在水流的挟带力作用下表层部分块石向下游或坑底滚动
6、；当水流挟沙能力逐渐加大时，又会有块石起动，坝坡上的块石发生向下或侧向的位移，这种现象的连锁反应，将导致坡面或坡脚根石发生位移而局部失稳出险。因此，水流挟沙能力与块石粒径和坡度有直接的关系。实验表明，在相同水流条件下，坡率越小，不被水流冲走所需的块石粒径就越大。 24 其它情况的影响 除以上几种情况外，根石数量、大河流量及工程靠河情况也是根石走失的原因。在坝体的某一部位，由于根石数量的分配不均，相邻的上下游根石形成差值时，就会出现蛰动。在洪水演进过程中，洪水水压力对坝具有顶冲作用，当水流强度大于坝垛强度时，就会使坝体基础坍塌而造成险情。反之，在洪水落水时，由于洪水流量大幅度减小，落水速度快，河
7、势多变，小流变得弯曲，主溜一般上提入湾而冲刷工程，也能造成根石滑塌而使工程出险。因此，无论是在大洪水时、落水时，只要受水流冲刷及河床下切的影响，导致根石发生位移，使厚度变薄或坡度变陡，坝体即会失支平衡而发生险情。反之，当大河流量在一个时间段落水时，洪水对工程顶冲作用减弱，由于洪水流量减少，落水速度加快，河势多变，工程大角度迎溜，易形成“横河” 、 “斜河”顶冲工程使根石走失而发生险情。此外，对某一丁坝而言，坝头着流机遇多，抢险机率多，根石就深。愈靠近坝根，根石越薄弱，根基愈浅。当丁坝坝体全靠大河时，坝身着溜长度增加，坝迎水面易发生蛰动下滑而发生险情。 3 抢护方法比较分析 3.1 散抛石护根
8、散抛石是传统的护根抢险措施，由于体积较小，散状体互不连结，不易产生大幅度的猛墩猛蛰。一般在护根石被急流冲刷走失的情况下，坝垛坡脚被淘空，引起局部蛰动坍塌，在未露出土胎的情况下，可抛石。散抛石护根效果与抛石量和水流强度、来流方向有一定的关系。在顺溜情况下抛散石，坡度达到 1：1.11：1.3 时，此时，走失量较少，散石抛护量也较少；当来流方向与丁坝轴线夹角为 60左右时，将会有一部分根石走失，一部分根石随水流位移至远离坝头的冲坑中，需加大抛块石数量，才能保证坝基础的相对稳定；当坝受到大溜顶冲，顶冲部位下挫上提时，将会引起受冲部位的根石位移走失，此时不但要加大散抛石数量，更重要的是要保证石料的粒径
9、要求在 4045cm、重量在 75Kg以上方能保证在大溜顶冲时不被冲走。散抛石护根在近年桃花峪控导工程抢险中作为最主要的抢护手段，其发挥了重要作用。 值得一提的是，抛石护根使丁坝基础保持的稳定是相对的，即使抛石护根能稳脚固根，使丁坝免遭冲刷破坏，但局部坝坡上的较粘粒径的块石仍有位移，特别是在河势发生变化时，位于根石坡面上的块石的起动流速小于坝前水流的平均流速时即会被一块块揭走，仍将威胁丁坝坝体的安全。 3.2 铅丝笼护根 在丁坝上跨角部位，一般受溜直接顶冲，此处溜急，根石走失严重，抛铅丝笼护根镇脚效果较好。因为铅丝入水不易锈断，石笼能实应水流淘刷而变形，而且能够依靠自重下沉，次抛掷到位，增强其
10、抗冲能力，且无前爬现象。对于粒径较小的块石，可装入笼内，加以应用，发挥其作用。因其整体重量大，抗冲和稳定性强，比较适用于基础较深的坝、垛抢护，尤其对光滑的淤土河床，容易抓底，因其糙率大，不易前爬，同时，由于其局部变形，又便于与散石相结合。但它施工进度慢，空隙度较大，透水性大等缺陷。 3.3 柳石枕、土袋枕护根 对于基础较浅的工程，易出现墩蛰，此时多采用柳石枕、土袋枕上大压块抢护。围护根石底脚，以防止蛰塌走失。若坝身迎水面蛰动面积较大时，水下可根据险情情况抛直径为 1m长 510m 的柳石枕围护，上压土袋枕或铅丝笼、大块石压护。柳石枕、土袋枕护根是一种较好的水下护根措施，适用范围较广。若柳料不足，可掺杂其它软料代替，块石不足时可用砖块或淤泥代替，具有就地取材，造价较低，透水性较小等优点。但因比重较轻，再加上根石坡度陡缓不一，凸凹不平，抛入水后难以平稳下沉，在偎根抗冲方面远不及铅丝笼。 4. 结语 正确判别防洪工程险情，才能进行科学、有效的抢护，取得抢险成功。在防汛抢险中，对于险情处理所采取的措施，应科学准确，恰如其分。因此有必要对险情进行恰当的分类，对防洪工程进行安全评估，区别险情的种类，按照抢护原则，分类抢险，才能取得事倍功半，有效抢护险情，维护防洪工程安全。
