浅谈黄河下游河道整治工程根石走失的原因及对策

   2023-09-13 互联网2310
核心提示: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

 

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。

(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。

(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,往外重新抛投根石。即使过去已经稳定的根石,也会重新坍塌出险。

(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,造成进一步的坍塌。

(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。

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

河道整治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。

三、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。


 
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