渾河險工治理技術(shù)研究

□周 園（沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)高等職業(yè)技術(shù)學(xué)院）

1.渾河流域概況

2.渾河洪水災(zāi)害

渾河屬平原河段，土質(zhì)疏松，由于自身的演變和人為因素，造成多處險工，每年汛后都要進(jìn)行維修。在洪水期間，均有決堤、潰壩、河岸坍塌等沖壞現(xiàn)象。僅1995年洪水決口就達(dá)124處，總長為6489m，淹沒面積1356.43km2，受淹人口43.3萬人、耕地9.45萬hm2、房屋29.8萬間，其中倒塌6.84萬間，此次洪水波及遼干左岸和太子河右岸的平原區(qū)，損失極為慘重。

3.河道險工成因

3.1 彎道環(huán)流

河道彎曲，在枯水期水流量小，主流線易于彎曲常偏靠凸岸一側(cè)，進(jìn)入彎道后，主流逐漸向凹岸轉(zhuǎn)移；在汛期水流量大、流速快、慣性作用強(qiáng)，主流線受離心力作用不易彎曲，河道的凹岸是主流集中的地方,河水打漩渦引起橫向環(huán)流，以極大的流速猛烈地沖刷著凹岸和附近的河底,并把沖刷的泥沙攜帶到凸岸淤成淺灘。結(jié)果使凹岸的坡腳變陡或淘空,失去了支持力,而形成險工。

3.2 河道裁彎

不論是自然裁彎還是人工裁彎，一旦發(fā)生，由于新河的比降陡，流速快，水流挾沙力大，在水動能作用下，加劇新裁河道上下游險工的發(fā)展，而形成新的險工。

3.3 土質(zhì)抗沖能力低

河岸土質(zhì)不好,抗沖能力低，就易傾坍、脫落,在受主流沖刷下,逐漸后退而發(fā)展為險工，這是造成險工的地質(zhì)原因。

3.4 水位驟落

岸坡被河水長期浸泡以后，摩擦力，粘結(jié)力都減弱，但土體在各種力作用下保持平衡，當(dāng)水位急劇下降時，失去外水的頂托力，已滲入土體內(nèi)部的水和部分細(xì)土顆粒會反向向外流入河內(nèi)，使坡面易造成滑落，頂部土體在自重作用下坍塌，造成坡岸破壞而形成險工。

3.5 地下水的沖刷

地下水經(jīng)沙層流入河道時，會把輕細(xì)的小砂礫帶走，時間久了會將堤岸基礎(chǔ)淘空，形成險工，在低水位時會引起岸坡的坍塌現(xiàn)象。

3.6 人為因素

河道工程施工質(zhì)量差；無計(jì)劃地過量取土、采沙；營造的護(hù)岸林、護(hù)堤林遭到破壞；傾倒廢渣、淤塞河道等都是造成險工的重要原因。

4.河道險工類型

4.1 河岸險工

河岸險工是指河岸在水流作用下不斷坍塌，逐漸向大堤逼近，進(jìn)而威脅大堤安全。在河岸險工中大致可分為3種類型：

目前國內(nèi)外三維掃描儀都通過測量儀器掃描原始完整零件模型數(shù)據(jù)；但是國外的三維掃描儀精度普遍高于國內(nèi)。本文針對復(fù)雜曲面零件特別是邊緣處不宜通過三維掃描儀精確取得的曲面數(shù)據(jù)，提出了一種基于迭代計(jì)算的三維數(shù)據(jù)提取方法。對于三維預(yù)掃描數(shù)據(jù)，首先采用電流計(jì)在曲面外沿設(shè)置多個采樣的定位點(diǎn)V(x,y,z)，而此定位點(diǎn)即為通過三維掃描儀對物體所在的位置進(jìn)行測量后所固定的點(diǎn)。依照現(xiàn)在三維掃描儀中的數(shù)據(jù)提取技術(shù)，一般來講，對定位點(diǎn)的捕捉精度較高，而其對定位點(diǎn)的誤差主要受到三維掃描儀捕捉精度的影響。

4.1.1 彎道險工。由于河道彎曲，形成漩流，使岸邊沖兌嚴(yán)重，岸下亦形成深溝。經(jīng)長期沖刷，主河槽不規(guī)則，亦塌岸。

4.1.2 直段險工。一般發(fā)生在河岸微彎或彎曲段的下游，由于堤線靠近河床，或由于堤腳行洪而形成。如渾河左岸，遼陽縣高家街險工，該段河道順直，但其上游河段彎向左岸，致使該河段逼近大堤，形成險工。

4.1.3 裁彎段險工。渾河臺安縣河段，近年來有10處坍岸險工發(fā)生，坍岸險工明顯增多，險情嚴(yán)峻。

4.2 大堤險工

大堤險工主要是指筑堤材料或者堤基為沙質(zhì)土的沙堤或者沙基類險工。渾河沙質(zhì)堤防分布長度為28.43km計(jì)21處，險工有渾河左岸海城的郁坨子、前丁家河等；沙基的堤防總長度為31.89 km，分布于29處，險工有渾河右岸臺安的永安、蘇家街等。

5.河道險工治理措施

渾河險工共計(jì)調(diào)查48處，險工段長43.43km，其中河岸險工27處，占56%；沙基、沙堤19處，占40%；穿堤建筑物險工2處，占4%。治理河道險工的目的是防止河岸坍塌,穩(wěn)定河勢,確保堤防安全。治理河道險工的措施要根據(jù)險工形成的原因、發(fā)展變化的程度，結(jié)合地形、河勢的特點(diǎn)，本著安全、經(jīng)濟(jì)、耐久、可行的原則，因地制宜，擇優(yōu)而定。

5.1 丁壩

丁壩是修筑從河岸突出于水流之中的“丁”字形壩體,起迎托挑移主流的作用,改變河道流向，從而保護(hù)河岸，適用于河道寬而淺，岸高不超過4m的河段，壩長一般20～30m，最短10余m，河槽較寬，堤距較大處壩長可達(dá)50m，丁壩需插入岸坎2～4m，如遼中右岸的媽媽街險工。丁壩與水流的角度一般為65～70°，丁壩的有效長度一般為15～20m，但首尾兩座丁壩挑流角度應(yīng)小些。丁壩間距，一般采用壩長的2～3倍，但丁壩間距與丁壩角度應(yīng)統(tǒng)一考慮，既要安全，又要經(jīng)濟(jì)。丁壩高度包括護(hù)底沉排為 4～5m，縱比降為 1／30～1／50。丁壩以沉排或軟體排護(hù)底，上壓石籠丁壩，石籠分層，每層高1m，上層頂寬lm，以下各層兩側(cè)頂寬各為0.5m。

5.2 石籠沉排

石籠沉排，多用于平順護(hù)岸，在枯水位以上采用石籠，石籠系用鐵絲編成，網(wǎng)眼尺寸15cm×15cm，將岸壁削成l:2～l:2.5的邊坡，以無紡布做反濾層，上置石籠。水下部分則用沉排護(hù)岸護(hù)底，以利落淤固灘，沉排厚0.75m，壓石厚0.3m。石籠與沉排壓疊lm,個別深水河段，枯水位以上很少，均按沉排考慮。沉排護(hù)過深泓線2m，有些微彎河段或直線段，河底為U形，深泓線距河岸很遠(yuǎn)，但河底坡度多緩于1:4，只需擴(kuò)至1:4底坡外3～7m處，河床沖刷深度3m左右，則沖刷后的沉排底坡仍能緩于l:2.5，也是安全的。如渾河左岸燈塔的張莊子、海城的刀把子。

5.3 軟體排

軟體排護(hù)岸在渾河海城、臺安河段險工是常被采用的一種護(hù)岸形式。枯水位以上為不變形排體，削至l:2～l:2.5邊坡，采用無紡布加筋貼坡排體，50cm×50cm×l0cm混凝土板鋪壓，重240kg／m2。枯水位以下為變形排體，用聚丙烯布加筋貼底排體，采用流線型或馬蹄型阻水系數(shù)較小的l00cm×300cm長條混凝土塊壓載，中間間距70cm，邊載間距30cm。渾河海城縣采用，中間部位 l00kg／m2，邊載 160kg／m2，平均 120kg／m2。 每個混凝土塊輔以吊裝固定環(huán)2個，預(yù)制塊與排體相接時用4mm尼龍繩通過固定環(huán)扎結(jié)在排體上，流急坡陡時，迎流面流線型預(yù)制塊下部，每塊加犁錨2只，固定排體。上下排體沖刷后也能維持l:2.5的底坡。無紡布排與聚丙烯布排交接處搭接lm；排體筋繩采用直徑4mm聚乙烯繩。

5.4 拋石

拋石適用于積水較深、施工期不易排水開挖基礎(chǔ)的護(hù)岸工程,這種技術(shù)措施主要用于護(hù)岸工程的基礎(chǔ)保護(hù),拋石邊坡1:1.3,拋石頂寬1.5～2.0m。此方法施工簡單、快捷、易控制。如渾河右岸臺安縣的馬家樓、后湘水、三界泡險工。

5.5 混凝土板

混凝土板為護(hù)坡型式，整齊美觀，抗腐蝕性強(qiáng)，經(jīng)久耐用，還可起到宣傳碑牌的作用，因而在城市段、公路兩側(cè)及居民聚居地區(qū)廣泛采用。如渾河左岸海城縣的對坨子險工。

5.6 混凝土模袋

模袋是由上下兩層土工織物制成的大面積連續(xù) “袋狀模板”，在袋內(nèi)充填混凝土或者水泥砂漿,充填料凝固后即形成防護(hù)體。一般模袋充填厚度15～20cm、邊坡1:2、河底平鋪寬5m左右的模袋混凝土護(hù)底。此方法安全可靠、地形適應(yīng)性強(qiáng)、整體性好、抗沖刷能力強(qiáng)、施工方便。如渾河左岸遼中縣的李家房崗險工。

5.7 干砌石

干砌石既能護(hù)岸,又能護(hù)底,柔性較好,適用于流速較小的河段護(hù)面。因造價低廉、施工簡單、防護(hù)效果好,而在河道險工中被廣泛應(yīng)用。如渾河右岸臺安縣的刀把子、鍋檉子等險工。

5.8 垂直鋪塑

垂直鋪塑是用土工防滲膜做為防滲材料的一種垂直防滲技術(shù)，包括機(jī)械開槽、鋪膜和溝槽回填3個工序。目前有刮板式、旋轉(zhuǎn)式、往復(fù)式、高壓水沖式等多種開槽鋪塑機(jī)械。垂直鋪塑對解決堤身散滲、集中滲流、堤腳附近的滲透破壞等效果顯著，如渾河左岸蘇家屯的楊孟達(dá)、遼陽的老薄堡、臺安的東增等。

5.9 生物措施

生物措施就是在險工處植樹造林,使其形成河岸帶，利用樹林的挑流、掛淤、減速、固土等作用而護(hù)岸。河岸帶又是陸地生態(tài)系統(tǒng)和河流生態(tài)系統(tǒng)的交錯區(qū)，它還可以維持河道的景觀和保持水土、維持河道生物的能量和生存環(huán)境、維持河道良好的水文和水質(zhì)狀況等。

6.結(jié)語

通過對渾河險工的調(diào)查發(fā)現(xiàn)，渾河河道的護(hù)岸工程、沙基、沙堤防滲工程措施種類繁多，且這些工程都在發(fā)揮著作用。但決不能高枕無優(yōu)、無事可做,要應(yīng)隨時注意觀測,及時維護(hù),確保各類工程運(yùn)行情況完好,才能實(shí)現(xiàn)渾河治理的目標(biāo)。

在對渾河的險工治理中，除采取必要的工程措施外，還應(yīng)采取一定的非工程措施。必須加強(qiáng)宣傳，讓河流生態(tài)意識深入人心，人們自覺愛護(hù)渾河及河邊綠地，共同創(chuàng)建美好生態(tài)河流景觀。為保證渾河各類工程的安全穩(wěn)定運(yùn)行和維持渾河河道的自然生態(tài)平衡，要嚴(yán)格管理和控制在渾河河道內(nèi)采沙。用現(xiàn)代的科學(xué)技術(shù)加強(qiáng)對河道的監(jiān)測,分析研究河床演變規(guī)律,建立河道GIS，用現(xiàn)代的科學(xué)的方法對渾河險工的成因、治理措施的選擇、工程布置情況、治理時機(jī)、治理長度等因素進(jìn)行分析、研究，為渾河治理提供依據(jù)，科學(xué)合理地制定渾河治理規(guī)劃。