河道整治工程根石加固關(guān)鍵技術(shù)研究

*通訊作者：王志強(qiáng)，1984年04月，男，漢族，山東梁山人，任職于山東黃河勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，高級(jí)工程師，本科。研究方向：水利規(guī)劃設(shè)計(jì)。

摘 ? ?要：黃河下游河道整治工程主要包括險(xiǎn)工和控導(dǎo)工程兩部分?？貙?dǎo)工程主要是控導(dǎo)主溜、穩(wěn)定河勢(shì)、保灘護(hù)堤，而險(xiǎn)工主要是控導(dǎo)河勢(shì)和保護(hù)堤防安全。根石是險(xiǎn)工、控導(dǎo)工程的重要裹護(hù)體，是維護(hù)壩岸穩(wěn)定的基礎(chǔ)。一旦沖刷超過(guò)安全深度，就會(huì)造成壩體連同土壩基整體垮壩的嚴(yán)重險(xiǎn)情。為有效地控制河勢(shì)，提高工程的整體穩(wěn)定性，對(duì)臨黃險(xiǎn)工、控導(dǎo)的壩岸根石加固技術(shù)進(jìn)行研究，對(duì)確保防洪安全是非常必要的。

關(guān)鍵詞：河道整治;根石加固;研究

一、前言

黃河下游河道整治工程主要包括險(xiǎn)工和控導(dǎo)工程兩部分，控導(dǎo)工程主要是控導(dǎo)主溜、穩(wěn)定河勢(shì)、保灘護(hù)堤，而險(xiǎn)工主要是控導(dǎo)河勢(shì)和保護(hù)堤防安全。建國(guó)后黃河下游根據(jù)河道變化按照規(guī)劃的流路，本著因勢(shì)利導(dǎo)和統(tǒng)籌兼顧上、下游的左、右岸的原則，修建了多處河道整治工程。

根石是險(xiǎn)工、控導(dǎo)工程的重要裹護(hù)體，位于工程壩岸的底部，是工程的基礎(chǔ)，隨著壩工的修建逐漸搶護(hù)而形成，是維護(hù)壩岸穩(wěn)定的基礎(chǔ)。水流一旦沖刷超過(guò)安全深度，就會(huì)造成壩體連同土壩基整體垮壩的嚴(yán)重險(xiǎn)情。特別是調(diào)水調(diào)沙及洪水期間根石走失嚴(yán)重，許多工程坡度變陡，達(dá)不到穩(wěn)定要求。另外小浪底水庫(kù)建成下泄相對(duì)清水期，河槽下切，一般情況下平均沖刷深度可比建庫(kù)前增加1～3 m，使工程穩(wěn)定性降低。為有效地控制河勢(shì)，提高工程的整體穩(wěn)定性，對(duì)臨黃險(xiǎn)工、控導(dǎo)的壩岸根石加固技術(shù)進(jìn)行研究，對(duì)確保防洪安全是非常必要的。

二、山東黃河河道整治工程現(xiàn)狀

截至目前山東黃河共有險(xiǎn)工121處，3549段壩岸，工程長(zhǎng)度226.42 km，護(hù)砌長(zhǎng)度178.23 km。其中由國(guó)家統(tǒng)一管理的臨黃險(xiǎn)工99處，3381段壩岸，工程長(zhǎng)度191.67 km，護(hù)砌長(zhǎng)度165.13 km。山東黃河共有各類控導(dǎo)（護(hù)灘）工程127處，1920段壩岸，工程長(zhǎng)度184.24 km，護(hù)砌長(zhǎng)度168.47 km。

大部分河道工程均較好地發(fā)揮了應(yīng)有的作用，基本控制了河勢(shì)，起到了保灘固堤的作用。但還有些工程特別是節(jié)點(diǎn)工程布局不夠合理、不完善。隨著小浪底水庫(kù)的建成運(yùn)用，年內(nèi)來(lái)水趨于均勻，中小水持續(xù)時(shí)間加長(zhǎng)，河道整治工程不適應(yīng)河勢(shì)變化的局面依然存在。為了與現(xiàn)有水沙條件相適應(yīng)，就要在現(xiàn)有節(jié)點(diǎn)工程基礎(chǔ)上實(shí)施改建加固，有效地控制河勢(shì)[1]。

三、山東黃河河道整治工程存在的主要問(wèn)題

近年來(lái)黃河流域發(fā)生較大的秋汛，其特點(diǎn)是洪量大、歷時(shí)長(zhǎng)、洪水漫灘。受水流的頂沖淘刷，險(xiǎn)工、控導(dǎo)工程共發(fā)生險(xiǎn)情182處、1441壩次，具體表現(xiàn)為根石走失、坦石下蟄、護(hù)坡石下滑、壩基坍塌、壩頂裂縫、非裹護(hù)段土方坍塌等。這次秋汛顯露了山東黃河險(xiǎn)工、控導(dǎo)根石存在的問(wèn)題，包括險(xiǎn)工根石臺(tái)高程、寬度不足，根石坡度陡、坡度穩(wěn)定性不足[2]。

四、河道整治工程根石加固的設(shè)計(jì)要素

（一）防洪標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)國(guó)家頒布的《防洪標(biāo)準(zhǔn)》（GB50201-94）及《堤防工程設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50286-98）規(guī)定，確定黃河下游堤防防洪標(biāo)準(zhǔn)為100年一遇以上，相應(yīng)堤防級(jí)別為1級(jí)。設(shè)防流量仍按國(guó)務(wù)院批準(zhǔn)的防御花園口洪峰流量22000 m3/s的洪水，經(jīng)河道槽蓄后，高村為20000 m3/s，孫口為17500 m3/s，經(jīng)東平湖分洪后艾山以下為11000 m3/s設(shè)防。

險(xiǎn)工為堤防的一部分，設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)同堤防。險(xiǎn)工頂部高程低于所在堤防設(shè)計(jì)頂部高程1.0 m，根石臺(tái)與2000水平年3000 m3/s流量水位平。

控導(dǎo)工程的壩頂高程應(yīng)符合以下規(guī)定。陶城鋪以上河段，按2000年4000 m3/s流量實(shí)際水位加1 m超高;陶城鋪以下河段，考慮到堤距窄，便于排洪，按當(dāng)?shù)貫┟娓叱碳?.5 m超高[3]。

（二）設(shè)計(jì)依據(jù)

1. 《黃河下游河道整治工程設(shè)計(jì)暫行規(guī)定》（黃規(guī)計(jì)[1999]158號(hào)）。

2. 《工程管理設(shè)計(jì)若干規(guī)定》（黃河務(wù)[2000]12號(hào)）。

3. 《黃河下游近期防洪工程建設(shè)可行性研究報(bào)告》。

（三）工程設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)

1. 險(xiǎn)工為堤防的組成部分，為1級(jí)建筑物。

2. 設(shè)計(jì)水平年為2000年。

3. 險(xiǎn)工根石臺(tái)設(shè)計(jì)高程與2000水平年3000 m3/s流量設(shè)計(jì)水位平;控導(dǎo)工程加固頂高程與原壩岸頂高程相同。

（四）工程設(shè)計(jì)要素的分析研究

1. 設(shè)計(jì)水位及根石臺(tái)頂高程

險(xiǎn)工根石臺(tái)頂高程與2000水平年3000 m3/s的水位平，黃河下游主要控制站2000年對(duì)應(yīng)3000 m3/s水位。根據(jù)河道長(zhǎng)度內(nèi)插的各險(xiǎn)工壩岸3000 m3/s設(shè)計(jì)水位。

2. 施工流量及水位

各險(xiǎn)工、控導(dǎo)工程施工期流量、水位，根據(jù)黃河下游主要控制站流量、水位見(jiàn)表1，根據(jù)河道長(zhǎng)度內(nèi)插的各壩岸施工流量及水位。

（五）工程治導(dǎo)線及斷面分析研究

1. 工程治導(dǎo)線確定

根石加固工程保持原工程治導(dǎo)線不變。

2. 根石斷面確定

根石深度和寬度不僅對(duì)壩體的安全穩(wěn)定有很大影響，而且對(duì)根石的工程量有決定性的影響。根石深度取決于根石設(shè)計(jì)高程和河床高程。根據(jù)實(shí)測(cè)和實(shí)驗(yàn)資料，壩垛各處的沖刷深度并不均勻，在靠主溜的壩頭部分，沖刷深度一般為10～15 m，最大可達(dá)23.5 m左右，其他部位沖刷較淺。

（1）穩(wěn)定分析

選取兩處典型險(xiǎn)工進(jìn)行了砌石壩、扣石壩、亂石壩整體抗滑穩(wěn)定及護(hù)坡穩(wěn)定分析，分析結(jié)果如下。

亂石壩、扣石壩僅在完建期（無(wú)水、不考慮沖刷情況）整體滑動(dòng)能滿足穩(wěn)定要求，其他情況均達(dá)不到《堤防工程設(shè)計(jì)規(guī)范》正常情況安全系數(shù)大于1.3、非正常情況大于1.2的穩(wěn)定要求。

通過(guò)反演計(jì)算，在其他計(jì)算參數(shù)不變的情況下，根石臺(tái)寬度保持2 m和坦石外坡1∶1.5，則根石坡度需緩于1∶3才能使安全系數(shù)滿足規(guī)范要求;如果坦石外坡和根石坡度均為1∶1.5時(shí)，根石臺(tái)寬度應(yīng)在10 m以上，才能使安全系數(shù)達(dá)到1.3[4]。

（2）標(biāo)準(zhǔn)斷面

若達(dá)到穩(wěn)定安全要求，其根石工程量將增加很多。根據(jù)黃河下游河道整治工程運(yùn)用實(shí)踐及中水沖刷機(jī)遇，穩(wěn)定的根石斷面需隨著水流條件的變化和壩前沖刷坑加深擴(kuò)大，通過(guò)多次搶護(hù)拋投根石才能逐步形成。

（六）根石加固關(guān)鍵技術(shù)研究結(jié)論

1. 斷面確定

（1）險(xiǎn)工根石臺(tái)頂寬2 m，根石邊坡1∶1.5，現(xiàn)狀根石臺(tái)頂高程與設(shè)計(jì)高程差小于0.2 m的不再加高。

（2）控導(dǎo)工程加固頂高程與原壩頂高程相同，根石邊坡1∶1.5。

2. 裹護(hù)范圍

根石加固保持原壩岸裹護(hù)范圍不變，采用散拋亂石和鉛絲籠裹護(hù)。由于壩垛各處的沖刷深度并不均勻，在靠主溜的壩頭部分，沖刷深度較大，為了防止小石塊被水流沖刷走失，采用鉛絲籠裹護(hù)。

3. 材料

（1）石料

石料應(yīng)選擇抗風(fēng)化性能好，凍融損失率小于1%。一般采用新鮮完整、質(zhì)地堅(jiān)硬的塊石（石灰?guī)r、砂巖、花崗巖），容重大于2.6 t/m3。根據(jù)沿黃石料廠就近選擇。

（2）鉛絲

鉛絲主要用于鉛絲籠的編織。一般采用8 #～10 #鉛絲，鉛絲質(zhì)量要符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)（GB3081-82），韌性適中，表面鍍鋅標(biāo)準(zhǔn)不低于GB/T 15393-94中D級(jí)標(biāo)準(zhǔn)[5]。

（3）鉛絲籠

超過(guò)150 kg以上的石塊，采料和施工都不易。為了充分利用中等粒徑的石塊，又易于施工，護(hù)腳除散拋亂石外，配以鉛絲籠護(hù)腳，鉛絲籠用量按總拋石量的50%控制。鉛絲籠內(nèi)石塊應(yīng)大小搭配填塞大塊石間的空隙，提高防護(hù)效果。單體鉛絲籠總體重量不小于350 kg，其尺寸為0.8 m×0.8 m×0.8 m。

五、結(jié)語(yǔ)

根石是險(xiǎn)工、控導(dǎo)工程的重要裹護(hù)體，是維護(hù)壩岸穩(wěn)定的基礎(chǔ)。水流一旦沖刷超過(guò)安全深度，就會(huì)造成壩體連同土壩基整體垮壩的嚴(yán)重險(xiǎn)情。本文研究結(jié)論為有效地控制河勢(shì)，提高工程的整體穩(wěn)定性，對(duì)臨黃險(xiǎn)工、控導(dǎo)的壩岸根石加固起到關(guān)鍵作用，對(duì)確保防洪安全是非常必要的。

參考文獻(xiàn)

[1]《黃河下游河道整治工程設(shè)計(jì)暫行規(guī)定》（黃規(guī)計(jì)[1999]158號(hào)）.

[2]《堤防工程設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50286-98）.

[3]《黃河下游近期防洪工程建設(shè)可行性研究報(bào)告》.

[4]陳秀娟，陳英濤.河道整治工程建設(shè)存在的問(wèn)題及對(duì)策[J].科技界， 2012（32）.

[5]吳慶軍，馮敏，王真真.槐蔭黃河河道整治工程目前存在問(wèn)題及對(duì)策[J].治黃科技信息， 2011（02）.