黃河防洪工程土工織物沉排壩運行探討

齊愛民 李佩超 張文德

(新鄉(xiāng)黃河河務局封丘黃河河務局，河南 新鄉(xiāng) 453300)

治黃以來，黨和國家對黃河治理給予了極大的重視和關注，始終把保障黃河防洪工程安全作為黃河治理的首要任務。作為黃河工程的建設與保護者，更應堅持不懈地把建設黃河防洪工程、維持黃河健康生命作為重中之重，尤其是地處重要防洪地段的黃河下游，修建了大量的險工、控導、護岸等防洪工程，其中大部分是以土料、塊石為主要材料的整治建筑物。

此類建筑物材料在過去有著廣泛的來源，隨著國民經濟的高速發(fā)展，耕地占用十分嚴重，土地相對緊缺，土源危機;為保護有限的礦產資源與生態(tài)植被，附近礦山禁止開采，石料相對緊張;若水中進占施工，需使用樹枝等軟料閉氣，砍伐樹木直接影響生態(tài)環(huán)境。為保證黃河水流態(tài)勢良好運行，水利專家通過實體實驗，利用土工織物的反濾功能與原河床有相同變形模量的特性，和強度高、柔性好、使用壽命長等特點，采用土工織物作為新材料的新技術和新工藝來建造水利整治建筑物，并在江、河等大型水利工程建設中得到了應用。

1 土工織物沉排壩的建造與運行效果分析

封丘禪房控導工程。禪房控導工程始建于1973年，1988年共修建丁壩34道，其中34號壩為土工織物褥墊長管袋防洪壩，是黃河防洪工程中首次進行的新材料、新技術、新工藝應用。

1988年6～7月，黃委、河南省局領導非常重視，組建專家團隊坐鎮(zhèn)指揮“試驗壩”的建設。該壩修建時為水中進占:土工織物大布鋪底，土袋、塊石穩(wěn)固;長管袋充填黃河泥沙形成壩體;迎水面至下跨角由散石裹護。

該壩于1989年7月16日大溜頂沖時部分根石下蟄，經搶護拋散石約100m3，險情及時控制。與之相臨的33、35號土石結構壩則出險情況嚴重，使用料物較多，搶護時間較長。該壩常年主溜頂沖，目前運行良好。

封丘禪房控導工程37號壩運行情況。該壩于1989年6月水中進占修建，壩體內部結構與34號壩相同，唯一不同的是壩坡設計為混凝土面板裹護。當年由于大溜頂沖，迎水面0+55～0+70處根石下蟄，混凝土坡面下滑入水，因回流與大溜頂沖掏刷，直至混凝土壩坡面板大部斷裂、損壞，搶護后壩坡變?yōu)樯⑹Y構。

該壩雖常年主溜頂沖，未發(fā)生坍塌等險情，至今運行良好。

封丘順河街控導工程32～34號潛壩運行情況。為穩(wěn)定該河段流勢，1998年5月開始建設順河街控導工程的16～31號壩。1999年12月修建該工程的32～34號潛壩(設計為3000m3/s流量以下時“潛”水)，結構為:大布鋪底，長管袋充填泥沙鋪排，壩頂、壩坡外裹護鉛絲石籠。

施工時為冬季，黃河流量較小，0+000～0+220段為低灘施工，0+220～0+300段為水中進占。由于冬季施工，天氣寒冷，雖大布鋪設穩(wěn)固較好，灘面基礎開挖雖合乎標準，但在長管袋內充填的泥土出現(xiàn)冰凍跡象;在鉛絲石籠裹護壩體時又出現(xiàn)撞破管袋現(xiàn)象。受以上因素影響，給該壩的穩(wěn)定運行埋下了安全隱患，直接導致該工程出險幾率增大。

運行過程中，2005年6月19～29日，當時黃河流量為1860m3/s，該壩共發(fā)生壩面局部下蟄入水的險情6次，共拋散石與石籠1870m3。

該壩雖常年做“中流砥柱”，搶護后至今未發(fā)生險情，運行狀況良好。

2 土工織物沉排壩出險機理分析

經過多年運行，雖然土工織物沉排壩出險幾率較少，搶護時間較短，但亦有險情發(fā)生，造成出險的原因主要有:?底布鋪設未到位，長管袋不能全部坐落在護底褥襯大布上，長管袋脫離底布，進行游離，直接造成二者整體結合性與穩(wěn)定性欠佳;?長管袋縫接質量較差，底層長管袋承重強烈，尤其是管袋末端易形成應力集中，重壓時極易開(斷)裂，失去整體穩(wěn)固作用;?長管袋充填質量較差，如在冬季施工，長管袋內充填的土料凍結，反濾孔因冰凍失去過濾作用，形成管袋充填外盈內虧，待氣溫上升后，長管袋充填的冰塊解凍融化，局部出現(xiàn)空洞現(xiàn)象;?長管袋搭接間隙較大，長管袋搭接應緊密相連，交叉相接，不出現(xiàn)節(jié)理斷面，俯視成無隙排狀，側視為平行相交狀;?土工織物遭人為破壞，如:在壩體外裹護石料時長管袋被砸損傷;根石探測時被錐桿穿破等人為因素影響，造成水流直接掏刷，使長管袋處于空腹、游離狀態(tài)，失去了整體的支撐、穩(wěn)固作用;?長管袋末梢應力集中未消除，當長管袋充填固化后，長管袋末端處于充盈狀態(tài)，易形成應力集中，一旦石料裹護重壓，長管袋將會折斷或破裂，應增加反濾孔，消除應力集中;?土工織物長期裸露暴曬，土工織物一般情況下裸露、暴曬壽命僅為1年，將失去原有的抗壓、抗拉、抗沖等高強特性;若在密閉狀態(tài)下，性能可保持數(shù)十年。

3 土工織物防洪壩出險形式分析

土工織物沉排壩的施工，如:樓房建設，自下而上層層疊加，整體性能相對穩(wěn)定。在水中進占時施工的土石結構壩為“填海式”平排推進，結合部易形成節(jié)理裂隙，土工織物沉排壩的出險形式與土石結構防洪壩有明顯區(qū)別。?出險前根石與壩坡無明顯松動、下蟄痕跡，眉子石、壩面、迎水面等部位無明顯裂隙等險情特征;?出險時局部猛墩猛蟄，突發(fā)性強;?出險后相對穩(wěn)定，險情發(fā)展緩慢;?搶護時間較短，搶護用料較少，搶護成本較低;?搶護后工程比較穩(wěn)定，不易再次發(fā)生險情。

4 土工織物沉排壩施工情況分析

根據(jù)土工織物沉排壩的運行情況，為使該類型結構壩持久穩(wěn)定，在施工時應注意以下因素的影響:?底布鋪設一定要展開，避免報團、褶皺現(xiàn)象的發(fā)生;土袋、石塊蓋壓要均勻，保證褥墊大布基礎的穩(wěn)固性和平展性;?避開寒冷期間工程施工帶來的冰凍危害，造成工程穩(wěn)定隱患;?長管袋搭接合理，管尾部位折疊縫接，嚴防開裂、斷裂;?長管袋末端添加反濾窗口，消除應力集中，嚴防斷裂;?在裹護石料時防止損傷長管袋，保證其完整性;?隨著調水調沙的不斷進行，黃河河床逐年下降，土工織物逐漸顯露，應及時覆蓋，避免裸露暴曬，降低壽命。

5 結語

土工織物是一種水利工程施工的新型材料，具有強度高、重量輕、抗沖耐磨、易購置等優(yōu)點，利用河床內的泥沙進行充填，可減少占、挖耕地以及河道淤積。實踐表明:土工織物沉排壩與傳統(tǒng)結構壩相比，運行時出險次數(shù)少，出險規(guī)模小，搶險投資少，根石加固用量少，尤其在水中進占時使用，可避免軟料進占后年久腐爛出現(xiàn)的二次(坍塌)險情，經濟效益與社會效益顯著。