黃河根石走失搶險措施淺談

張愛軍

(濟陽黃河河務局 山東 濟陽 251400)

黃河河道整治工程一般包括險工和控導工程,其整治建筑物主要有壩、垛、護岸三種形式。其中壩、垛主要由壩體(土胎)、護坡、護根三部分組成。黃河險工壩岸是抵御洪水、確保黃河安全的重要河工建筑物。壩岸從總體結構來看,可分根石部分和壩身兩部分,其中根石是壩岸稱定的基礎。根石也叫護根石,是壩的下部保護石,分有根石臺、無根石臺兩種。無根石臺時,以設計枯水位劃分,枯水位以上為坦石,以下為根石;有根石臺時,以根石臺頂劃分,以上為坦石,以下為根石。根石是坦石乃至整個壩身安全穩(wěn)定的基礎,根石在水流沖刷下,一部分石塊容易離開壩體,被沖刷揭走,這種現象稱根石走失。如何防止根石走失,對確保工程安全至關重要。

1 根石走失的原因

一是，新建的塌壩工程,尚未遇到過大水或搶過險的塌壩,由于根石少,根基多數座落在淤積的泥沙上,一旦著溜淘刷,因根石埋深不足,發(fā)生坍塌下陷。

二是，黃河下游丁壩大多是非淹沒的下挑式丁壩。當水流遇壩受阻后,一般便一分為三:一股，由于壩的挑流作用沿壩前下泄;一股，由于壩的擋水作用沿壩體逆流而上；另一股，則垂直壩體下切(搜根溜)。其中后二者相遇便形成一種具有強大牽引力的螺旋流。當螺旋流與河床土質不能維持均衡時,河床即遭受破壞而形成不規(guī)則的沖刷坑。當沖刷坑的深度超過根石的埋置深度時,根石即下蟄,亦即根石走失。

三是，根石斷面形態(tài)不穩(wěn)定。歷年來的根石探測資料均表明,根石斷面形態(tài)大致分為平順型、凸出型和凹入型。后兩類易導致壩體斷面失穩(wěn),亦即根石較容易走失。原因為凸出型根石斷面大都為上寬下窄,塊石堆積在根石上部,頭重腳輕,遇水流沖刷后,由于上部根石突出,因此將發(fā)生強烈的紊流,在這種情況下極易發(fā)生根石走失。四是搶險及根石加固的塊石無法拋到根石底部,大多都堆積在邊坡中上部,使中間坡度相對較陡,這種情況在險工壩段尤為突出。處于根石最下部的塊石,由兩部分組成:一部分，是沖刷坑發(fā)展到一定程度,丁壩根石局部失穩(wěn)滑入坑中;另一部分，是折沖水流沖刷塊石運動至根石底部。其中以第一部分占絕大多數,下部的根石主要起抗滑穩(wěn)定作用,故坡度較緩。

2 根石穩(wěn)定的條件

丁壩的穩(wěn)定主要取決于根石與其上部的土石壓力是否相適應,當根石上部土石壓力一定時,穩(wěn)定性主要取決于根石厚度、深度和坡度;其中以深度和坡度對丁壩穩(wěn)定的影響最大,而根石的坡度受制于其深度。當沖向丁壩某一部位的水流強度大于丁壩該部位曾受過的最大水流強度時,原來相對穩(wěn)定的坡度隨壩前局部沖刷坑的形成和發(fā)展以及根石的走失而變陡,丁壩穩(wěn)定性降低,隨時可能出險,因此只有當丁壩受過較強水流沖刷,根石達到一定深度后,根石坡度才能保持相對穩(wěn)定,丁壩出險幾率才會相應減小。

3 防止根石走失的措施

一是，加強管理。由統(tǒng)計資料看出,凡小流量出險的壩岸,根石均單薄,因河勢發(fā)生變化而易發(fā)生險情,所以日常維修養(yǎng)護壩岸,及時補拋根石是非常重要的。在日常的維修管理中應著重注意探摸根石。及時探摸根石,了解壩岸基礎動態(tài),是管理中的重要工作。尤其對著溜情況發(fā)生變化的壩岸要根據情況隨時進行探摸,發(fā)現問題立即采取固根措施。

二是，對險情預測心中有數。正確判斷險情,是確定搶護方法的基礎。險情的正確判斷來源于勤觀察,工程出險都有一個從漸變到突變的過程,勤于觀察才能防微杜漸。要堅持常年查檢,特別是在漲水、落水、下雨、夜晚時,更要嚴密巡查。對重點壩岸要勤探摸根石,掌握水下根石狀況。水上巡查一要眼看,如發(fā)現壩身裂縫時要做好標記,查找原因,并增加水上觀察和水下探測根石斷面次數,密切監(jiān)視險情的發(fā)展變化,分析出險原因,及時上報處理。一經發(fā)現根石蟄動,需及時拋石補根,若等根石坍塌到很陡時再填補,會有大量塊石被埋在壩下或被沖走,造成浪費,如搶護不及時,還可能造成整個壩身滑塌。

三是，為了爭取防守的主動,在每年汛前或汛期洪峰到來之前,應根據根石探測情況,對缺根石的壩垛適時進行加固。因此,適時對缺根石的壩垛進行根石加固以避免險情的發(fā)生就顯得尤為必要。實踐證明,這種加固方法是行之有效的,既經濟又實用。對新老工程應分別采取不同的加固方法。

四是，險情搶護中的根石加固沙質河床，險情多為慢蟄，可拋大塊散石；如蟄動走失面積較大，低水位以下大塊石整體性好，不易被水流沖失或發(fā)生位移，可實現加固根石在壩垛根基部位累計護根的良好效果。大塊石根石加固以機械化施工為主，是當前根石加固的發(fā)展方向。由于大塊石較重，施工離不開機械，而目前挖掘機、裝載機、多功能拋石機、滑石板等機具已在黃河基層河務部門廣泛應用，大塊石根石加固的出現可為這些機具提供用武之地。另外，機械化施工不但能減少人工勞動強度、有效地提高施工效率，而且還可體現出當代治黃人的治黃水平。

五是，改建或拆除重力式壩岸。河道防護工程出現的險情多是以前修建的重力式結構壩岸。重力式結構壩岸后的土胎發(fā)生一般潰膛不易發(fā)現，一但發(fā)現壩岸塌陷，已成為不可收拾的局面，甚至有跑壩之危。據黃河下游出險統(tǒng)計，重力式結構壩岸出險遠遠超過扣石壩和亂石壩。這說明目前許多重力式壩岸已處于極限平衡壯態(tài)，而扣石壩或亂石壩仍較穩(wěn)定。因此，對已發(fā)生塌陷、滑塌險情的重力式壩岸在搶險或在今后改建加高時，應盡可能采用扣石或亂石護坡結構。