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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。