三棱柱鋼管桁架在沁河決口封堵中的應(yīng)用

□白慶只 □張曉芹 □張校彬（河南省人民勝利渠管理局 新鄉(xiāng)市紅旗區(qū)職教中心 許昌水利建筑工程有限公司）

0 引言

沁河是黃河左岸三門峽以下一條最大支流。發(fā)源于山西省太岳山脈南麓的二郎神溝，干流流經(jīng)山西省的沁源、安澤、沁水、陽城、澤州等縣，穿越太行山于河南省濟源市的五龍口出山谷進入平原，流經(jīng)濟源市、沁陽市、博愛縣、溫縣、武陟縣，于武陟縣方陵村匯入黃河灘區(qū)，沁河左右堤防分別至武陟白馬泉、武陟方陵與黃河左堤銜接。黃河灘區(qū)沁河主槽后因黃河主槽南移，特別是受新中國成立后修建的人民勝利渠長期引水的影響，從1962年起，沁河自方陵下延10km,與人民勝利渠引水渠相連，至京廣鐵路附近匯入黃河。河道全長485.50km，平均比降3.80‰，流域面積13532 km2,占黃河三門峽至花園口區(qū)間41615 km2的32.52%，占黃河小浪底至花園口區(qū)間27000km2的50.12%。沁河洪水約有60%～70%來自五龍口以上地區(qū)。洪水的特點是∶峰高量小，來猛去速，含沙量小。1950年以來，小董站最大洪峰流量4130m3/s。黃河灘區(qū)沁河主槽防洪標(biāo)準(zhǔn)低，洪水流量＞150m3/s時就會造成決口。2000年以來在武陟縣西營村沁河曾經(jīng)多次決口，一是淹沒下游上百公頃農(nóng)田，阻斷了黃河灘區(qū)的生產(chǎn)道路；二是當(dāng)洪峰退去，沁河流量＜30m3/s時，沁蟒河污水順著左岸串溝而下，繞開了導(dǎo)污系統(tǒng)工程而直接流到人民勝利渠、武嘉渠首閘前，使人民勝利渠、武嘉灌區(qū)的水源遭到嚴(yán)重污染，直接影響到以上兩個灌區(qū)工農(nóng)生產(chǎn)的用水需求，新鄉(xiāng)市100萬城市居民生活用水安全受到威脅。因此必需對西營沁河決口進行封堵。經(jīng)過幾次堵口，總結(jié)出堵口技術(shù)主要有如下幾個方面：

1 決口封堵時機的選擇

恰當(dāng)?shù)姆舛聲r機選擇，將有利于順利的實現(xiàn)封堵復(fù)堤，減少封堵?lián)岆U的經(jīng)費和減少決口災(zāi)害的損失。主要根據(jù)以下條件綜合考慮，做出封堵時機的決策。一是決口口門附近河道地形及土質(zhì)情況，估計決口口門發(fā)展變化趨勢；二是近一段時間內(nèi)的上游來水情況及天氣情況，包括洪水流量、水位等水文預(yù)報情況；三是決口封堵料物的準(zhǔn)備情況，施工人員組織情況，施工場地和施工設(shè)備的情況；四是灌區(qū)灌溉及城市生活用水情況。

2 決口封堵的組織設(shè)計

2.1 水文觀測和河勢勘察

在進行決口封堵施工前，必須要實測口門的寬度，繪制簡易的縱橫斷面圖，并實測水深、流速和流量等。

2.2 堵口堤線及龍口位置確定

堵口堤線主要考慮堵復(fù)所需工程量大小、施工道路交通等情況。龍口位置主要考慮決口口門橫斷面、河底土質(zhì)、取土場地、上土道路等情況。

2.3 堵口輔助工程的選擇

西營村沁河的多次決口后，主流順著決口而下，在堵口時，原河槽已斷流，基本上屬于“懸河決口”，并且決口處下游原河槽還有一定的淤積。為了降低堵口附近的水位差和減小流量和流速，在堵口前采用開挖疏通原河槽的措施，以引導(dǎo)水流偏離決口處，并能順流下泄，以降低堵口施工的難度。

2.4 決口封堵材料及合龍技術(shù)的選擇

由于本決口封堵工程處于平原地區(qū)的黃河灘區(qū)，遠(yuǎn)離山區(qū)，長途運輸堵口合龍所需石料，不管是時間上還是數(shù)量上都難以滿足堵口合龍的需要，而只有考慮如何使用當(dāng)?shù)厝劳羴磉M行決口封堵。經(jīng)過反復(fù)思考，發(fā)明利用了三棱柱鋼管桁架配合尼龍網(wǎng)包裝土袋合龍技術(shù)，從而使新材料、新技術(shù)與當(dāng)?shù)夭牧希ㄈ劳粒┩昝澜Y(jié)合，應(yīng)用于決口封堵工程中。

2.5 堵口施工準(zhǔn)備

在實施封堵前，要根據(jù)實測的決口處地形，以及堵復(fù)后堤防設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，并考慮堵口時會有一定的損失量，而計算出各種堵口材料的需要量，做好封堵材料的準(zhǔn)備工作。要考慮各種材料的來源、數(shù)量和可能的調(diào)集情況。封堵過程中不允許停工待料，特別是不允許在合龍階段出現(xiàn)間歇等待的情況。要考慮好施工場地的布置和組織，充分利用機械施工和現(xiàn)代化的運輸設(shè)備，既能提高搶險施工的效率，又能減少投資。盡量避免使用傳統(tǒng)的以人力為主，小型的機械設(shè)備上堤的方法，否則，不僅施工組織困難，工期長、投資大，而且失敗的可能性也較大。

3 決口封堵的實施

3.1 進占

根據(jù)決口口門的具體情況，因地制宜，靈活采用一端進占或兩端向中間進占。使用自卸汽車運輸土方，堤頂配用推土機進行平整碾壓。沿著擬定的堵口堤線向水中進占。

3.2 裹頭與護底

當(dāng)進占到一定程度時，口門縮窄，上下游水頭差增大，水流流速增大，進占土方損失較多，并且加劇了對河床的沖刷，這時就需在口門兩端直接拋石龍、尼龍網(wǎng)裝土袋網(wǎng)包進行裹頭防護，在口門中間利用纜索或拋投船拋投土袋進行護底。最后將所留缺口做為龍口。

3.3 三棱柱鋼管桁架裝配與投放

根據(jù)口門長短確定三棱柱鋼管桁架長度及數(shù)量。一般購置2英尺或2.5英尺鋼管及相應(yīng)的管扣，在現(xiàn)場裝配三棱柱鋼管桁架，鋼管間距1 m桁架左右，以能擋住尼龍網(wǎng)包不被沖走為宜,每個桁架最長6m。在龍口上架設(shè)纜索，利用纜索將三棱柱鋼管桁架投放到龍口上。桁架投放后，桁架之間盡量連接起來，形成整體為宜。

3.4 尼龍網(wǎng)包裝土袋

根據(jù)口門長短確定需要尼龍網(wǎng)包數(shù)量。在取土場先人工裝土袋，再綁扎尼龍網(wǎng)裝土袋網(wǎng)包，尺寸在1m×1m×1m～1.20m×1.00m×1.20m之間，以能用反鏟挖掘機裝車為宜。

3.5 合龍

合龍時為堵口最緊張階段，如事前不將一切準(zhǔn)備工作布置周密，可能功敗垂成，故在合龍前應(yīng)做嚴(yán)格檢查。主要檢查堵口輔助工程是否完成，合龍所需材料是否準(zhǔn)備充足，機械設(shè)備及交通道路是否滿足需要，人員組織是否到位、政令是否暢通等。合龍時用反鏟挖掘機裝車，連土帶尼龍網(wǎng)包一塊裝車，自卸汽車運輸至壩上，壩上用推土機平整，一鼓作氣以實現(xiàn)快速順利合龍。

3.6 閉氣與復(fù)堤

防滲閉氣是整個堵口搶險的最后一道工序。因為實現(xiàn)封堵進占后，隨著上下游水位差不斷加大，堤身仍然會向外漏水，要采取阻水?dāng)嗔鞯拇胧Ｈ舨患皶r防滲閉氣，復(fù)堤結(jié)構(gòu)仍有被淘刷沖毀的可能。因此在堵口截流工程完成后，緊接著要進行閉氣及復(fù)堤工作，直至堤壩達到防御洪水的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)。

4 三棱柱鋼管桁架配合尼龍網(wǎng)包裝土袋合龍技術(shù)的優(yōu)勢

2004年，2007年曾兩次使用此技術(shù)在武陟姚旗營沁河決口處順利完成堵口，當(dāng)時決口處流量近30 m3/s，決口堵復(fù)后上下游水位差4.30m，此技術(shù)優(yōu)勢在生產(chǎn)實踐中得到了充分的顯現(xiàn)。一是三棱柱鋼管桁架技術(shù)，充分利用了三角形的穩(wěn)定性，桁架結(jié)構(gòu)不易變形，受力后，作用力中心較低，合龍時壩體穩(wěn)定。同時也充分利用了鋼管材料的力學(xué)性能。桁架制作簡單，鋼管與管扣都是標(biāo)準(zhǔn)件，可以在現(xiàn)場直接裝配。二是尼龍網(wǎng)包裝土袋具有塑性性能，相對于“柴石枕”、“柴石簍箱”有較強的適應(yīng)性，有利于壩體的密實。可以就地取材，大量利用壤土，不需要砍伐大量的樹木，或長途運輸石料，更節(jié)能環(huán)保。合龍所需投資也相對較少。三是在平原地帶，堤防一旦決口，因遠(yuǎn)離山區(qū)石料廠，堵口合龍用的抗沖刷砂石料難于滿足需要，采用三棱柱鋼管桁架配合尼龍網(wǎng)包裝土袋合龍技術(shù)具有明顯優(yōu)勢，值得推廣應(yīng)用。