河津小石咀護岸工程結(jié)構(gòu)斷面存在的問題及改進建議

王海峰 柴俊芳

（河津黃河河務(wù)局，河津 043300）

1 工程概況

小石咀工程位于河津市陽村鄉(xiāng)蒼頭村西，黃淤66～67斷面之間，上接大石咀工程，下鄰汾河口工程。工程聯(lián)壩全長2 160m，有丁壩22條。1～5號壩段為護岸工程，防御標準為2005年水平龍門站20 000m3/s洪水，6～22號壩段為控導(dǎo)工程，防御標準為2005年水平龍門站12 700m3/s洪水。

2 工程出險情況

2008年10月份，河津河段小石咀工程壩前河勢發(fā)生變化，小石咀工程8～22號壩段靠黃河主流。自2008年10月6日至2009年1月12日，受橫河、斜河頂沖淘刷，小石咀工程16～22號壩段的丁壩及壩檔相繼發(fā)生根石、坦石坍塌險情。累計出險長度588m，出險24壩次，損失石方3 694m3。具體為：

2008年10月份，小石咀工程16～21號壩段相繼發(fā)生根石坦石坍塌險情，出險10壩次，出險長度195m，損失石方1 204m3。

11月份，小石咀18～21號壩段發(fā)生根石坦石坍塌、土壩基墩蟄入水險情，出險7壩次，出險長度200m，損失石方1 206m3。

12月份，小石咀21～22號壩段發(fā)生坦石坍塌險情，出險4壩次，出險長度122m，損失石方330m3。

2009年1月份，小石咀工程20～21號壩段發(fā)生根石坦石坍塌險情，出險3壩次，出險長度71m，損失石方954m3。

在近三個月的時間里，小石咀工程16～22號壩段相繼發(fā)生水毀險情，且出險部位基本是自上而下，逐段發(fā)生。水毀險情由小險情逐漸發(fā)展至重大險情，致使小石咀工程16～22號壩段損失慘重，出險長度占石方裹護長度的69.4%，裹護斷面石方最大損失率100%，致使部分工程壩基土方墩蟄外露。

3 險情原因分析

2008年汛期，黃河中游沒有發(fā)生大范圍的強降雨過程，洪峰和洪量較小，屬枯水少沙年份。2008年汛期（7-9月份），黃河中游龍門站徑流總量為51.71億m3，較多年均值減少60.4%；輸沙總量為0.18億t，較多年均值減少97.5%。

黃河龍門站汛期最大流量為1 670m3/s，（9月14日8時）；最大含沙量為15.1 kg/m3（8月15日18時30分）；最小流量為108m3/s，（7月24日8時）。

整個伏秋大汛期間大于1 000m3/s以上流量的僅有16天，其中9月份大于1 000m3/s以上流量的僅有15天。出險期間，最大流量為2008年10月13日8時龍門站流量1 060m3/s，最小流量為2008年12月27日8時龍門站流量130m3/s，且自2008年11月份至2009年元月份，黃河流量持續(xù)減小，最大流量為2009年元月6日龍門站445m3/s。是什么原因?qū)е略谛×髁康那闆r下發(fā)生了如此嚴重的險情呢？經(jīng)過認真的研究分析，筆者認為險情發(fā)生的原因主要有以下幾點：

1）河勢變化的影響

2008年伏秋大汛期間，小石咀工程8～22號壩段一直靠流，10月份，黃河流勢發(fā)生變化，主流以三股流路下行，一股居中而行，其余兩股沿兩岸工程而行，居中而行的黃河主流在經(jīng)過候禹高速公路大橋后呈橫河、斜河之勢頂沖小石咀工程17號壩，受橫河、斜河頂沖淘刷影響，2008年10月9日早8時許，17號壩壩頭下部石方坍塌，至10時壩頭裹護石方整體坍塌入水，壩體土方幾乎全部外露。隨后，河勢分別上提下挫至16號壩、18～22號壩，以同樣的手法襲擊了壩頭、壩檔石方裹護部位。

2）工程根石較淺，抗洪能力較弱

2002年3月，小石咀工程16～22號壩段開工建設(shè)，2002年9月全面完成，2003年8月正式交付使用。工程運行期間，雖一直靠流，但未發(fā)生過大的險情，工程根石沉深較淺。經(jīng)探測，該段根石沉深僅為3～5m。由于工程根石較淺，遇橫河、斜河頂沖淘刷，工程出險在所難免。

3）結(jié)構(gòu)斷面是導(dǎo)致工程發(fā)生重大險情的主要原因

小石咀工程16～22號壩段的結(jié)構(gòu)斷面為：土壩基頂寬10m，坦石頂寬 2m，內(nèi)坡比 1：1.3，外坡比 1：1.5。見圖 1。

圖1 小石咀16～22號壩段結(jié)構(gòu)斷面

4 工程結(jié)構(gòu)斷面存在的問題及建議

1）工程結(jié)構(gòu)斷面存在的問題

縱觀小石咀工程的整個出險過程，造成工程險情加劇的主要原因在于工程結(jié)構(gòu)斷面存在的問題主要為：

（1）小石咀工程的結(jié)構(gòu)斷面為無根石臺設(shè)計，影響了壩體的穩(wěn)定性。小石咀工程結(jié)構(gòu)斷面中無根石臺設(shè)計，施工時采取柳石樓廂水中進占，自柳石樓廂外邊線后退1m進行坦石施工，柳石樓廂受施工時水深限制僅為3.4m。經(jīng)實地觀測預(yù)估，壩前最大沖刷深度約為5m。由于壩前根石嚴重不足，無法彌補根石深度與實際最大沖刷深度的差距，降低了坦石及整個壩身的穩(wěn)定性，受水流沖刷，極易發(fā)生坍塌險情。

（2）小石咀工程的結(jié)構(gòu)斷面無根石臺設(shè)計，加速了險情發(fā)展速度。受工程根石量不足影響，受水流沖刷后，壩前及壩底石方坍塌走失，致使工程底部壩前部位懸空，上部坦石在自身重力作用和水流沖刷下，快速坍塌入水，加速了險情發(fā)展速度。

（3）小石咀工程的結(jié)構(gòu)斷面不利于險情的搶護。工程搶險貴在及時，一旦發(fā)現(xiàn)險情要立即采取措施，搶險不及時，會使小險發(fā)展成大險，搶護更加困難。小石咀工程結(jié)構(gòu)斷面中，壩前沒有根石臺，搶險裝拋鉛絲籠只能在壩頂進行，但在壩頂拋鉛絲籠直接加速了護坡石下沉的速度，加劇了險情發(fā)展，嚴重影響了搶護工作的開展。

2）建議

根據(jù)小石咀工程出險情況分析，結(jié)合黃河河津河段多年來險情發(fā)生情況，對工程設(shè)計提出以下幾點建議：

（1）在工程結(jié)構(gòu)斷面設(shè)計過程中增加根石設(shè)計。根石，也叫“護根石”，是壩體下部的保護石。根石是坦石乃至整個壩身安全穩(wěn)定的基礎(chǔ)，坡度以1：1～1：1.5為佳，以壩前頭及上跨角為最深。增加根石設(shè)計，可以極大地提高工程穩(wěn)定性。

（2）在工程結(jié)構(gòu)斷面設(shè)計過程中增加根石臺設(shè)計。根石臺為根石頂部的平臺，增加根石臺能夠起到如下作用：一是便于上部坦石護坡埋腳，防止破壞；二是便于及時發(fā)現(xiàn)根石出險，便于迅速搶修加固；三是為工程搶險提供裝拋鉛絲籠場地和增加坦石的穩(wěn)定性。建議根石臺寬度確定在3m以上，利于在根石臺上開展搶險裝籠等工作。見圖2。

圖2 建議改進的結(jié)構(gòu)斷面