河道整治工程根石加固關鍵技術研究

*通訊作者：王志強，1984年04月，男，漢族，山東梁山人，任職于山東黃河勘測設計研究院有限公司，高級工程師，本科。研究方向：水利規劃設計。

摘 ? ?要：黃河下游河道整治工程主要包括險工和控導工程兩部分。控導工程主要是控導主溜、穩定河勢、保灘護堤，而險工主要是控導河勢和保護堤防安全。根石是險工、控導工程的重要裹護體，是維護壩岸穩定的基礎。一旦沖刷超過安全深度，就會造成壩體連同土壩基整體垮壩的嚴重險情。為有效地控制河勢，提高工程的整體穩定性，對臨黃險工、控導的壩岸根石加固技術進行研究，對確保防洪安全是非常必要的。

關鍵詞：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工和控導工程兩部分，控導工程主要是控導主溜、穩定河勢、保灘護堤，而險工主要是控導河勢和保護堤防安全。建國后黃河下游根據河道變化按照規劃的流路，本著因勢利導和統籌兼顧上、下游的左、右岸的原則，修建了多處河道整治工程。

根石是險工、控導工程的重要裹護體，位于工程壩岸的底部，是工程的基礎，隨著壩工的修建逐漸搶護而形成，是維護壩岸穩定的基礎。水流一旦沖刷超過安全深度，就會造成壩體連同土壩基整體垮壩的嚴重險情。特別是調水調沙及洪水期間根石走失嚴重，許多工程坡度變陡，達不到穩定要求。另外小浪底水庫建成下泄相對清水期，河槽下切，一般情況下平均沖刷深度可比建庫前增加1～3 m，使工程穩定性降低。為有效地控制河勢，提高工程的整體穩定性，對臨黃險工、控導的壩岸根石加固技術進行研究，對確保防洪安全是非常必要的。

二、山東黃河河道整治工程現狀

截至目前山東黃河共有險工121處，3549段壩岸，工程長度226.42 km，護砌長度178.23 km。其中由國家統一管理的臨黃險工99處，3381段壩岸，工程長度191.67 km，護砌長度165.13 km。山東黃河共有各類控導（護灘）工程127處，1920段壩岸，工程長度184.24 km，護砌長度168.47 km。

大部分河道工程均較好地發揮了應有的作用，基本控制了河勢，起到了保灘固堤的作用。但還有些工程特別是節點工程布局不夠合理、不完善。隨著小浪底水庫的建成運用，年內來水趨于均勻，中小水持續時間加長，河道整治工程不適應河勢變化的局面依然存在。為了與現有水沙條件相適應，就要在現有節點工程基礎上實施改建加固，有效地控制河勢[1]。

三、山東黃河河道整治工程存在的主要問題

近年來黃河流域發生較大的秋汛，其特點是洪量大、歷時長、洪水漫灘。受水流的頂沖淘刷，險工、控導工程共發生險情182處、1441壩次，具體表現為根石走失、坦石下蟄、護坡石下滑、壩基坍塌、壩頂裂縫、非裹護段土方坍塌等。這次秋汛顯露了山東黃河險工、控導根石存在的問題，包括險工根石臺高程、寬度不足，根石坡度陡、坡度穩定性不足[2]。

四、河道整治工程根石加固的設計要素

（一）防洪標準

根據國家頒布的《防洪標準》（GB50201-94）及《堤防工程設計規范》（GB50286-98）規定，確定黃河下游堤防防洪標準為100年一遇以上，相應堤防級別為1級。設防流量仍按國務院批準的防御花園口洪峰流量22000 m3/s的洪水，經河道槽蓄后，高村為20000 m3/s，孫口為17500 m3/s，經東平湖分洪后艾山以下為11000 m3/s設防。

險工為堤防的一部分，設防標準同堤防。險工頂部高程低于所在堤防設計頂部高程1.0 m，根石臺與2000水平年3000 m3/s流量水位平。

控導工程的壩頂高程應符合以下規定。陶城鋪以上河段，按2000年4000 m3/s流量實際水位加1 m超高;陶城鋪以下河段，考慮到堤距窄，便于排洪，按當地灘面高程加0.5 m超高[3]。

（二）設計依據

1. 《黃河下游河道整治工程設計暫行規定》（黃規計[1999]158號）。

2. 《工程管理設計若干規定》（黃河務[2000]12號）。

3. 《黃河下游近期防洪工程建設可行性研究報告》。

（三）工程設計標準

1. 險工為堤防的組成部分，為1級建筑物。

2. 設計水平年為2000年。

3. 險工根石臺設計高程與2000水平年3000 m3/s流量設計水位平;控導工程加固頂高程與原壩岸頂高程相同。

（四）工程設計要素的分析研究

1. 設計水位及根石臺頂高程

險工根石臺頂高程與2000水平年3000 m3/s的水位平，黃河下游主要控制站2000年對應3000 m3/s水位。根據河道長度內插的各險工壩岸3000 m3/s設計水位。

2. 施工流量及水位

各險工、控導工程施工期流量、水位，根據黃河下游主要控制站流量、水位見表1，根據河道長度內插的各壩岸施工流量及水位。

（五）工程治導線及斷面分析研究

1. 工程治導線確定

根石加固工程保持原工程治導線不變。

2. 根石斷面確定

根石深度和寬度不僅對壩體的安全穩定有很大影響，而且對根石的工程量有決定性的影響。根石深度取決于根石設計高程和河床高程。根據實測和實驗資料，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23.5 m左右，其他部位沖刷較淺。

（1）穩定分析

選取兩處典型險工進行了砌石壩、扣石壩、亂石壩整體抗滑穩定及護坡穩定分析，分析結果如下。

亂石壩、扣石壩僅在完建期（無水、不考慮沖刷情況）整體滑動能滿足穩定要求，其他情況均達不到《堤防工程設計規范》正常情況安全系數大于1.3、非正常情況大于1.2的穩定要求。

通過反演計算，在其他計算參數不變的情況下，根石臺寬度保持2 m和坦石外坡1∶1.5，則根石坡度需緩于1∶3才能使安全系數滿足規范要求;如果坦石外坡和根石坡度均為1∶1.5時，根石臺寬度應在10 m以上，才能使安全系數達到1.3[4]。

（2）標準斷面

若達到穩定安全要求，其根石工程量將增加很多。根據黃河下游河道整治工程運用實踐及中水沖刷機遇，穩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大，通過多次搶護拋投根石才能逐步形成。

（六）根石加固關鍵技術研究結論

1. 斷面確定

（1）險工根石臺頂寬2 m，根石邊坡1∶1.5，現狀根石臺頂高程與設計高程差小于0.2 m的不再加高。

（2）控導工程加固頂高程與原壩頂高程相同，根石邊坡1∶1.5。

2. 裹護范圍

根石加固保持原壩岸裹護范圍不變，采用散拋亂石和鉛絲籠裹護。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。

3. 材料

（1）石料

石料應選擇抗風化性能好，凍融損失率小于1%。一般采用新鮮完整、質地堅硬的塊石（石灰巖、砂巖、花崗巖），容重大于2.6 t/m3。根據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，鉛絲質量要符合國家標準（GB3081-82），韌性適中，表面鍍鋅標準不低于GB/T 15393-94中D級標準[5]。

（3）鉛絲籠

超過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，護腳除散拋亂石外，配以鉛絲籠護腳，鉛絲籠用量按總拋石量的50%控制。鉛絲籠內石塊應大小搭配填塞大塊石間的空隙，提高防護效果。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、結語

根石是險工、控導工程的重要裹護體，是維護壩岸穩定的基礎。水流一旦沖刷超過安全深度，就會造成壩體連同土壩基整體垮壩的嚴重險情。本文研究結論為有效地控制河勢，提高工程的整體穩定性，對臨黃險工、控導的壩岸根石加固起到關鍵作用，對確保防洪安全是非常必要的。

參考文獻

[1]《黃河下游河道整治工程設計暫行規定》（黃規計[1999]158號）.

[2]《堤防工程設計規范》（GB50286-98）.

[3]《黃河下游近期防洪工程建設可行性研究報告》.

[4]陳秀娟，陳英濤.河道整治工程建設存在的問題及對策[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題及對策[J].治黃科技信息， 2011（02）.