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        河津小石咀護(hù)岸工程結(jié)構(gòu)斷面存在的問題及改進(jìn)建議

        2010-07-20 02:42:18王海峰柴俊芳
        山西水利科技 2010年3期
        關(guān)鍵詞:工程

        王海峰 柴俊芳

        (河津黃河河務(wù)局,河津 043300)

        1 工程概況

        小石咀工程位于河津市陽村鄉(xiāng)蒼頭村西,黃淤66~67斷面之間,上接大石咀工程,下鄰汾河口工程。工程聯(lián)壩全長2 160m,有丁壩22條。1~5號壩段為護(hù)岸工程,防御標(biāo)準(zhǔn)為2005年水平龍門站20 000m3/s洪水,6~22號壩段為控導(dǎo)工程,防御標(biāo)準(zhǔn)為2005年水平龍門站12 700m3/s洪水。

        2 工程出險情況

        2008年10月份,河津河段小石咀工程壩前河勢發(fā)生變化,小石咀工程8~22號壩段靠黃河主流。自2008年10月6日至2009年1月12日,受橫河、斜河頂沖淘刷,小石咀工程16~22號壩段的丁壩及壩檔相繼發(fā)生根石、坦石坍塌險情。累計出險長度588m,出險24壩次,損失石方3 694m3。具體為:

        2008年10月份,小石咀工程16~21號壩段相繼發(fā)生根石坦石坍塌險情,出險10壩次,出險長度195m,損失石方1 204m3。

        11月份,小石咀18~21號壩段發(fā)生根石坦石坍塌、土壩基墩蟄入水險情,出險7壩次,出險長度200m,損失石方1 206m3。

        12月份,小石咀21~22號壩段發(fā)生坦石坍塌險情,出險4壩次,出險長度122m,損失石方330m3。

        2009年1月份,小石咀工程20~21號壩段發(fā)生根石坦石坍塌險情,出險3壩次,出險長度71m,損失石方954m3。

        在近三個月的時間里,小石咀工程16~22號壩段相繼發(fā)生水毀險情,且出險部位基本是自上而下,逐段發(fā)生。水毀險情由小險情逐漸發(fā)展至重大險情,致使小石咀工程16~22號壩段損失慘重,出險長度占石方裹護(hù)長度的69.4%,裹護(hù)斷面石方最大損失率100%,致使部分工程壩基土方墩蟄外露。

        3 險情原因分析

        2008年汛期,黃河中游沒有發(fā)生大范圍的強(qiáng)降雨過程,洪峰和洪量較小,屬枯水少沙年份。2008年汛期(7-9月份),黃河中游龍門站徑流總量為51.71億m3,較多年均值減少60.4%;輸沙總量為0.18億t,較多年均值減少97.5%。

        黃河龍門站汛期最大流量為1 670m3/s,(9月14日8時);最大含沙量為15.1 kg/m3(8月15日18時30分);最小流量為108m3/s,(7月24日8時)。

        整個伏秋大汛期間大于1 000m3/s以上流量的僅有16天,其中9月份大于1 000m3/s以上流量的僅有15天。出險期間,最大流量為2008年10月13日8時龍門站流量1 060m3/s,最小流量為2008年12月27日8時龍門站流量130m3/s,且自2008年11月份至2009年元月份,黃河流量持續(xù)減小,最大流量為2009年元月6日龍門站445m3/s。是什么原因?qū)е略谛×髁康那闆r下發(fā)生了如此嚴(yán)重的險情呢?經(jīng)過認(rèn)真的研究分析,筆者認(rèn)為險情發(fā)生的原因主要有以下幾點:

        1)河勢變化的影響

        2008年伏秋大汛期間,小石咀工程8~22號壩段一直靠流,10月份,黃河流勢發(fā)生變化,主流以三股流路下行,一股居中而行,其余兩股沿兩岸工程而行,居中而行的黃河主流在經(jīng)過候禹高速公路大橋后呈橫河、斜河之勢頂沖小石咀工程17號壩,受橫河、斜河頂沖淘刷影響,2008年10月9日早8時許,17號壩壩頭下部石方坍塌,至10時壩頭裹護(hù)石方整體坍塌入水,壩體土方幾乎全部外露。隨后,河勢分別上提下挫至16號壩、18~22號壩,以同樣的手法襲擊了壩頭、壩檔石方裹護(hù)部位。

        2)工程根石較淺,抗洪能力較弱

        2002年3月,小石咀工程16~22號壩段開工建設(shè),2002年9月全面完成,2003年8月正式交付使用。工程運行期間,雖一直靠流,但未發(fā)生過大的險情,工程根石沉深較淺。經(jīng)探測,該段根石沉深僅為3~5m。由于工程根石較淺,遇橫河、斜河頂沖淘刷,工程出險在所難免。

        3)結(jié)構(gòu)斷面是導(dǎo)致工程發(fā)生重大險情的主要原因

        小石咀工程16~22號壩段的結(jié)構(gòu)斷面為:土壩基頂寬10m,坦石頂寬 2m,內(nèi)坡比 1:1.3,外坡比 1:1.5。見圖 1。

        圖1 小石咀16~22號壩段結(jié)構(gòu)斷面

        4 工程結(jié)構(gòu)斷面存在的問題及建議

        1)工程結(jié)構(gòu)斷面存在的問題

        縱觀小石咀工程的整個出險過程,造成工程險情加劇的主要原因在于工程結(jié)構(gòu)斷面存在的問題主要為:

        (1)小石咀工程的結(jié)構(gòu)斷面為無根石臺設(shè)計,影響了壩體的穩(wěn)定性。小石咀工程結(jié)構(gòu)斷面中無根石臺設(shè)計,施工時采取柳石樓廂水中進(jìn)占,自柳石樓廂外邊線后退1m進(jìn)行坦石施工,柳石樓廂受施工時水深限制僅為3.4m。經(jīng)實地觀測預(yù)估,壩前最大沖刷深度約為5m。由于壩前根石嚴(yán)重不足,無法彌補(bǔ)根石深度與實際最大沖刷深度的差距,降低了坦石及整個壩身的穩(wěn)定性,受水流沖刷,極易發(fā)生坍塌險情。

        (2)小石咀工程的結(jié)構(gòu)斷面無根石臺設(shè)計,加速了險情發(fā)展速度。受工程根石量不足影響,受水流沖刷后,壩前及壩底石方坍塌走失,致使工程底部壩前部位懸空,上部坦石在自身重力作用和水流沖刷下,快速坍塌入水,加速了險情發(fā)展速度。

        (3)小石咀工程的結(jié)構(gòu)斷面不利于險情的搶護(hù)。工程搶險貴在及時,一旦發(fā)現(xiàn)險情要立即采取措施,搶險不及時,會使小險發(fā)展成大險,搶護(hù)更加困難。小石咀工程結(jié)構(gòu)斷面中,壩前沒有根石臺,搶險裝拋鉛絲籠只能在壩頂進(jìn)行,但在壩頂拋鉛絲籠直接加速了護(hù)坡石下沉的速度,加劇了險情發(fā)展,嚴(yán)重影響了搶護(hù)工作的開展。

        2)建議

        根據(jù)小石咀工程出險情況分析,結(jié)合黃河河津河段多年來險情發(fā)生情況,對工程設(shè)計提出以下幾點建議:

        (1)在工程結(jié)構(gòu)斷面設(shè)計過程中增加根石設(shè)計。根石,也叫“護(hù)根石”,是壩體下部的保護(hù)石。根石是坦石乃至整個壩身安全穩(wěn)定的基礎(chǔ),坡度以1:1~1:1.5為佳,以壩前頭及上跨角為最深。增加根石設(shè)計,可以極大地提高工程穩(wěn)定性。

        (2)在工程結(jié)構(gòu)斷面設(shè)計過程中增加根石臺設(shè)計。根石臺為根石頂部的平臺,增加根石臺能夠起到如下作用:一是便于上部坦石護(hù)坡埋腳,防止破壞;二是便于及時發(fā)現(xiàn)根石出險,便于迅速搶修加固;三是為工程搶險提供裝拋鉛絲籠場地和增加坦石的穩(wěn)定性。建議根石臺寬度確定在3m以上,利于在根石臺上開展搶險裝籠等工作。見圖2。

        圖2 建議改進(jìn)的結(jié)構(gòu)斷面

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