三棱柱鋼管桁架在沁河決口封堵中的應用

□白慶只 □張曉芹 □張校彬（河南省人民勝利渠管理局 新鄉市紅旗區職教中心 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。發源于山西省太岳山脈南麓的二郎神溝，干流流經山西省的沁源、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，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間41615 km2的32.52%，占黃河小浪底至花園口區間27000km2的50.12%。沁河洪水約有60%～70%來自五龍口以上地區。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。黃河灘區沁河主槽防洪標準低，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多次決口，一是淹沒下游上百公頃農田，阻斷了黃河灘區的生產道路；二是當洪峰退去，沁河流量＜30m3/s時，沁蟒河污水順著左岸串溝而下，繞開了導污系統工程而直接流到人民勝利渠、武嘉渠首閘前，使人民勝利渠、武嘉灌區的水源遭到嚴重污染，直接影響到以上兩個灌區工農生產的用水需求，新鄉市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。經過幾次堵口，總結出堵口技術主要有如下幾個方面：

1 決口封堵時機的選擇

恰當的封堵時機選擇，將有利于順利的實現封堵復堤，減少封堵搶險的經費和減少決口災害的損失。主要根據以下條件綜合考慮，做出封堵時機的決策。一是決口口門附近河道地形及土質情況，估計決口口門發展變化趨勢；二是近一段時間內的上游來水情況及天氣情況，包括洪水流量、水位等水文預報情況；三是決口封堵料物的準備情況，施工人員組織情況，施工場地和施工設備的情況；四是灌區灌溉及城市生活用水情況。

2 決口封堵的組織設計

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、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的選擇

由于本決口封堵工程處于平原地區的黃河灘區，遠離山區，長途運輸堵口合龍所需石料，不管是時間上還是數量上都難以滿足堵口合龍的需要，而只有考慮如何使用當地壤土來進行決口封堵。經過反復思考，發明利用了三棱柱鋼管桁架配合尼龍網包裝土袋合龍技術，從而使新材料、新技術與當地材料（壤土）完美結合，應用于決口封堵工程中。

2.5 堵口施工準備

在實施封堵前，要根據實測的決口處地形，以及堵復后堤防設計標準，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，做好封堵材料的準備工作。要考慮各種材料的來源、數量和可能的調集情況。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代化的運輸設備，既能提高搶險施工的效率，又能減少投資。盡量避免使用傳統的以人力為主，小型的機械設備上堤的方法，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、尼龍網裝土袋網包進行裹頭防護，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

根據口門長短確定三棱柱鋼管桁架長度及數量。一般購置2英尺或2.5英尺鋼管及相應的管扣，在現場裝配三棱柱鋼管桁架，鋼管間距1 m桁架左右，以能擋住尼龍網包不被沖走為宜,每個桁架最長6m。在龍口上架設纜索，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 尼龍網包裝土袋

根據口門長短確定需要尼龍網包數量。在取土場先人工裝土袋，再綁扎尼龍網裝土袋網包，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，如事前不將一切準備工作布置周密，可能功敗垂成，故在合龍前應做嚴格檢查。主要檢查堵口輔助工程是否完成，合龍所需材料是否準備充足，機械設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，一鼓作氣以實現快速順利合龍。

3.6 閉氣與復堤

防滲閉氣是整個堵口搶險的最后一道工序。因為實現封堵進占后，隨著上下游水位差不斷加大，堤身仍然會向外漏水，要采取阻水斷流的措施。若不及時防滲閉氣，復堤結構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堤工作，直至堤壩達到防御洪水的設計標準。

4 三棱柱鋼管桁架配合尼龍網包裝土袋合龍技術的優勢

2004年，2007年曾兩次使用此技術在武陟姚旗營沁河決口處順利完成堵口，當時決口處流量近30 m3/s，決口堵復后上下游水位差4.30m，此技術優勢在生產實踐中得到了充分的顯現。一是三棱柱鋼管桁架技術，充分利用了三角形的穩定性，桁架結構不易變形，受力后，作用力中心較低，合龍時壩體穩定。同時也充分利用了鋼管材料的力學性能。桁架制作簡單，鋼管與管扣都是標準件，可以在現場直接裝配。二是尼龍網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，更節能環保。合龍所需投資也相對較少。三是在平原地帶，堤防一旦決口，因遠離山區石料廠，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包裝土袋合龍技術具有明顯優勢，值得推廣應用。