黃河下游丁壩水毀原因及根石加固方法

趙立杰

（濱州市水利資源開發建設中心，山東 濱州 256600）

由于黃河下游來水來沙過程的特殊性，導致黃河下游河勢游蕩多變，黃河下游河勢的劇烈變化增加了黃河下游河道的治理難度，所以，黃河下游河道整治工程建設歷來被治黃工作者高度重視。黃河下游堤防是保證黃、淮、海平原防洪安全的第一道屏障，險工沿堤防修建，依附于大堤，屬于1級建筑物。黃河下游險工段眾多，存在很多問題，達不到2000年水平設防標準，包括：壩體高度不足；根石坡度陡、深度淺，或無根石；坦石坡度陡，坦石脫落，坦坡坍塌變形嚴重，壩面凹凸不平，工程老化嚴重，壩型不合理，部分險工采用重力砌石壩結構形式，經多次順坡戴帽加高，坦石頭重腳輕，易出現整體滑塌險情等。

1 丁壩根石水毀的形式

當前黃河險工段丁壩根石水毀的形式主要分為兩種，沖揭走失和坍塌走失[1]。

坍塌走失即隨著丁壩沖刷坑的逐漸增大，大量根石塌陷到沖刷坑底的現象；沖揭走失即根石塊在河道水流的作用力下被裹挾沖走，隨水流漂離壩體，失去對壩體原有的保護作用，與坍塌走失相比，根石的沖揭走失要更加嚴重。

2 丁壩根石走失的原因

2.1 水流作用的影響

黃河下游丁壩形式多為下挑式非淹沒丁壩，水流在經過丁壩時流速變化劇烈。在水流與壩體接觸作用下，水流的運動型形式一般分為三類：第一類即水流在丁壩的挑流作用下順壩體繼續下泄，也成為順壩溜；第二類即水流受壩體阻礙的情況下逆流而上，導致壩前迎水面水位升高，被成為回溜；第三類即水流受壩體阻礙后形成的沿壩體垂直方向的下降水流，也被稱為搜根溜。當順壩溜與搜根溜相遇時，合并形成螺旋流，螺旋流具有強大的牽引力，也是造成壩前沖坑的主要原因。當沖刷坑的深度過大時，根石下陷，造成根石走失。

2.2 含沙量的影響

黃河下游段為高含沙量水流，由于含沙量過大，水沙兩項流變為均質流。水深增大時，河床質易起動，由此造成的高灘深槽，主槽變窄，流速增大，水流裹挾力增大，造成的壩前沖坑也就越大。

2.3 根石布置形式的影響

丁壩根石的斷面布置形式不合理。亂石大部分堆砌在根石的上部，造成“頭重腳輕”的現象；根石邊坡凹凸不平，造成水流翻花淘刷，影響根石穩定；根石斷面坡度太陡，受下降水流沖刷增大，極易造成根石的不穩定走失。

2.4 拋投方法的影響

加拋根石時，原有根石被埋于壩基之下，導致原先已經穩定的根石出現坍塌的風險；拋投方法的不到位也易導致根石的坍塌走失，大溜沖頂下，居高臨下的拋投方式導致大量的根石被水流裹挾沖走浪費，同時可能增大險情；旱地施工時，泥土石塊混合的施工條件導致壩體一旦著溜，泥石分離，增大了根石走失的風險。

2.5 拋投料粒徑的影響

拋投石料過小，當壩前流速超過了塊石的起動流速時，根石容易被沖走，造成根石的走失。

3 根石走失的防治措施與施工建議

3.1 防治措施

1）合理的工程布局。丁壩建設應合理地規劃布局。首先根據現場的河勢、地質及原有工程等條件選擇合適的壩頭形式；其次對于壩長，挑角，壩間距等選擇合適的平面布置形式；另外，應對根石的斷面布置和邊坡形式等進行合理的規劃。

2）加強運行管理。應制定嚴格的管理制度，做到防重于搶。汛前應定期進行丁壩根石的摸探工作，對于常年靠近主溜的壩段應根據損毀情況主動補充根石，做好汛前加固；完善汛期應急預警機制，亂石壩的出險往往是因為根石出現問題，要根據險情的做出準確判斷，及時上報，出現問題要搶小搶早，防止險情進一步擴大。

3）新工藝與常用手段的結合。目前在根石走失防治領域常用的方法有鉛絲網護根技術、混凝土四腳椎體護根技術以及土工網護根技術。其中土工網和鉛絲網能夠增強根石的整體性，但使用壽命短，抗沖性較差，易變形，并且施工工藝較為復雜；混凝土四腳椎體護根技術自身重心低，穩定性好，但單體質量太大，拋投困難，入水后的護根效果難以保證。混凝土四面體透水框架群[2]和土工格柵石籠是近年來根石防護技術的新手段，具有適應性強、穩定性良好、抗腐蝕性強等優點。在實際應用中應結合工程實際和險情特點靈活采用適宜的護根方式。

3.2 施工建議

1）根據丁壩基礎土質的不同采用不同的鎮腳方式。淤泥土底，險情多表現為前爬，應采用鉛絲石籠鎮腳；沙質土壤，易出現慢蟄，應預拋大塊石和柳石枕，并用石籠或塊石壓枕，以防止載頭前爬險情；格子底易出現猛墩猛蟄，應大量采用柳石鎮底，上壓石籠或者塊石。

2）根石臺備塌體坡度施工不宜太陡。一般認為，根石邊坡在1∶1.3~1∶1.5時是穩定的。實際施工時水下根石的坡度呈下緩（1∶1.5~1∶2），中間過渡（1∶1.3~1∶1.5），上陡（1∶1~1∶1.2）時最好。備塌體鉛絲籠與散拋石的比例以7∶3較為適宜[3]。

3）采用機械岸拋為主，必要時船拋為輔的根石搶險加拋方式。機械化拋石搶險是當前及以后的發展方向，通常利用裝載機拋石，裝載機與挖掘機拋石結合的方式。

4）根據險情和實際需要選擇拋頭石料及拋投方式。機械岸拋散石應按照由上而下，先拋小塊石（質量在30~75 kg），再拋大塊石（質量大于75 kg）；船拋應先拋大塊石，再拋小塊石，用以填充大塊石之間的縫隙，并且按照由外向里的順序拋投。缺少大塊石時，可用鉛絲石籠代替大塊石。

5）根據出險部位采用不同的搶護施工方法。對于上跨角，此處流速較大，出險時根石走失往往較為嚴重，拋鉛絲籠是最為有效的搶護方式；對于下跨角，回流淘刷較為嚴重，可采用拋柳石枕上壓大塊石或鉛絲籠的搶護方式。另外，出險段較短時，在拋投鉛絲籠時可采用搶點護線的搶險拋投方式，先在急溜下游預拋一條石籠墩，直至拋出水面，再用大塊石向上游拋填；出險段較長時，可采用間隔（10~15 m）預拋石籠墩，然后在間隔處拋塊石的搶險方式，可有效防止根石走失。

4 結語

本文結合作者多年的治黃工程經驗，分析了當前黃河下游險工段丁壩根石走失的原因，針對當前黃河丁壩險情防治和搶險施工工作給出了一定的防治措施和具體的搶險施工方法。由于黃河下游來水來沙的特殊性，黃河下游河勢游蕩多變，丁壩的險情防治措施也不應一成不變，應嚴格規范丁壩的設計和施工，完善運行管理手段，豐富處理丁壩險情的防治措施和搶險手段，不斷引用新技術和新設備維護好黃河安全。