王永剛，王蓮鳳，楊思鵬

(1.密山市集賢灌區(qū)水利水?？傉井敱阪?zhèn)分站，黑龍江 密山 158316；2.虎林市石頭河水庫管理站，黑龍江 虎林 158400；3.密山市集賢灌區(qū)水利水?？傉?，黑龍江 密山 158313)

堆石攔河壩常見破壞原因及防治措施

王永剛1，王蓮鳳2，楊思鵬3

(1.密山市集賢灌區(qū)水利水?？傉井敱阪?zhèn)分站，黑龍江 密山 158316；2.虎林市石頭河水庫管理站，黑龍江 虎林 158400；3.密山市集賢灌區(qū)水利水?？傉?，黑龍江 密山 158313)

堆石攔河壩的壩肩繞滲破壞采取保證壩體插入岸邊深度、壓實回填土、貼實無紡布措施；流冰破壞采取增加過流深度和破碎大面積冰塊措施；壩下沖刷破壞采取控制消能末端基礎(chǔ)沖刷上延措施。

堆石攔河壩；破壞原因；繞滲；冰凍；防治措施

0 序 言

堆石攔河壩因取材方便、容易施工、建設(shè)造價低等優(yōu)點被從河道引水灌溉廣泛采用。但堆石攔河壩屬散體結(jié)構(gòu)形式，主要靠塊石等自重堆砌成形，故易受到破壞，每年需要投入大量的塊石和人工進行維修。

筆者根據(jù)實際工作經(jīng)驗，對堆石攔河壩常見破壞原因進行分析并提出防治措施，供參考。

1 壩肩繞滲

主要闡述破壞原因和防治措施2個方面：

1.1 破壞原因

壩肩繞滲常發(fā)生在開河期，回填砂土密實程度不夠是造成壩肩繞滲破壞的主要原因。

由于堆石攔河壩一般在冬季施工，砂土處于凍結(jié)狀態(tài)，修筑岸邊的砂土不密實，水流繞過壩肩或護岸在砂土中流動。

當砂土融化后滲流速度大于穩(wěn)定滲流速度時，砂土中的細小顆粒被沖走，此時岸邊砂土仍處凍結(jié)狀態(tài)，不能下沉填補細小的沖刷孔洞，逐漸使?jié)B流速度加快，沖刷能力增強，岸邊產(chǎn)生破壞。

1.2 防治措施

防治措施主要包括3個方面：保證壩體插入岸邊深度、壓實回填土和貼實無紡布。

1.2.1 保證壩體插入岸邊深度

壩體兩端要插入岸邊2～5m。插入斷面為：頂寬≥2m，邊坡1∶0.5～1∶1，底面與壩體底面平齊，壩頂高出河岸0.5m。

1.2.2 壓實回填土

壩肩和岸邊回填土要盡量取用暖黏土及時壓實，回填砂料的要用拖拉機將凍塊壓碎、壓實。

1.2.3 貼實無紡布

1)砌筑壩體時要先將壩肩和護岸岸坡做好，將無紡布貼緊在岸坡上，避免無紡布與岸邊出現(xiàn)縫隙加大滲流。

2)無紡布搭接和岸上、岸底延伸長度要滿足規(guī)范要求，避免無紡布產(chǎn)生裂縫、漏鋪現(xiàn)象，防止水流透過塊石直接沖刷岸坡。

2 流冰破壞

主要包括2個方面：流冰破壞原因和防治措施。

2.1 流冰破壞原因

冰塊攜帶的能量較大和過流深度不夠，是導(dǎo)致攔河壩流冰破壞的主要原因。

根據(jù)相關(guān)資料和經(jīng)驗，流冰破壞的臨界水深計算公式為：

H臨=1.15d+0.15

(1)

式中：H臨為臨界水深，m；d為冰厚，m。

2.1.1 當堰頂水深H堰>H臨，堰底收縮斷面水深H底

冰塊通過堰頂延壩后堰面下移，勢能除部分消耗外，全部轉(zhuǎn)換為動能使冰塊漂移速度迅速增加，到達堰底水流收縮斷面時(躍前水深)速度達到最大，對壩體的撞擊力也達到最大值。

冰塊與壩面堰底發(fā)生碰撞，使堰底塊石單塊或多塊下移，上部塊石失去支撐向下游滾動或塌落[1]。

2.1.2H臨>H堰>0.9d時

冰塊不能完全漂浮，冰塊與壩面發(fā)生局部碰撞，但在水流沖擊和后續(xù)冰塊的撞擊下可通過堰頂，并隨落差的減小勢能轉(zhuǎn)變成動能而速度加快，延堰面下滑通過攔河壩。

堰體表面受到冰塊撞擊，塊石依次向下游位移而滾落，出現(xiàn)俗稱“扒皮”現(xiàn)象。

2.2 防治措施

增加過流深度和破碎大面積冰塊是防止攔河壩流冰破壞的有效方法。從以上堆石欄河壩流冰破壞分析得出，防止措施主要采取保證攔河壩流冰期安全過流水深和減小個體冰塊的能量兩種方法[2]。

2.2.1 保證攔河壩流冰期過流水深

根據(jù)歷年河流流冰期水量和經(jīng)驗，降低堰頂高程和縮小堰頂寬度，使堰頂和堰底收縮斷面過流水深大于臨界水深[3]。堰頂降低的高度一般在0.3m以內(nèi)，縮小的寬度不超過河道寬度的1/3。

每年灌溉結(jié)束后，用人工將堰頂中部的塊石減至要求降低到的高度和寬度，將塊石堆放到壩的兩側(cè)，灌溉前再將兩側(cè)塊石回砌到堰頂中部至要求高度和寬度。

為減少來回搬砌工作量，也可以不回砌堰頂，待水位達不到灌溉要求時用編織袋裝沙土臨時加高堰頂。

2.2.2 破碎冰塊

對大面積的冰塊進行人工破碎是降低單塊能量、減少撞擊力的有效辦法。特別是破碎武開河較大面積的流冰冰塊，對減輕冰塊對攔河壩和其它河道上水工建筑物的撞擊力，保證過冰安全有較好的效果[4-5]。

3 壩下沖刷

主要包括2個方面的內(nèi)容：

3.1 破壞原因

壩下沖刷是壩后消能末端的塊石底部砂土被水流沖走，塊石向下游移動，上游塊石失去下游塊石的支撐，在水流的沖擊和自重的作用下逐漸下滑、滾落，最后導(dǎo)致壩體坍塌。

3.2 防治措施

壩后沖刷主要以控制消能末端基礎(chǔ)沖刷上延為主，可采取以下4項措施進行防治：

3.2.1 放緩壩背坡坡度

中、小型堆石攔河壩壩背坡坡比一般為1∶8～1∶10，大型堆石攔河壩需要經(jīng)過消能計算確定。

作用是延長坡面長度，利用坡面塊石的糙度和縫隙增強消能效果，減弱水流對壩坡末端的沖刷力；同時縮小壩坡與河底水平面的夾角，減小塊石的下滑力，提高壩坡塊石的穩(wěn)定性。

3.2.2 提高塊石抗沖刷能力

壩坡末端3～5m寬采用鉛絲籠或鋼筋籠結(jié)構(gòu)，加強對散體塊石的固結(jié)，增強抗沖刷能力。

3.2.3 鋪設(shè)無紡布

在壩坡末端5～10m寬度內(nèi)河底鋪設(shè)無紡布，防止水流透過石縫沖刷河底。

3.2.4 設(shè)置海漫段

大型堆石攔河壩要根據(jù)水力計算設(shè)置足夠長度的海漫段對壩坡末端進行有效防護，防止壩坡末端沖刷。

4 結(jié) 語

堆石攔河壩要定期巡查，特別是春季開河和流冰期要有專人值守，發(fā)現(xiàn)問題及時處理。每處堆石壩要根據(jù)工程實際存有一定數(shù)量的塊石備料，預(yù)備攔河壩破壞時及時搶修，避免因化凍后石料運輸困難延誤搶修時機，造成工程的更大破壞。

[1]高思德，董權(quán).堆石攔河壩流冰破壞分析及預(yù)防措施[J].黑龍江水利科技，2010，38(02)：230.

[2]于敏.基于中小河流上堆石攔河壩加固的分析[J].黑龍江水利科技，2008，36(02)：76.

[3]關(guān)彥峰，王艷娟.堆石結(jié)構(gòu)攔河壩壩頂高程的確定[J].黑龍江水利科技，2003，31(01)：140.

[4]欒艷,趙明階.土石壩病害類型及其成因淺析[J].海河水利,2009(01):55-58.

[5]姜春艷.水利工程中壩體防滲技術(shù)處理[J].中國新技術(shù)新產(chǎn)品,2013(06):67.

1007-7596(2014)10-0085-02

2014-04-12

王永剛(1976-)，男，黑龍江密山人，助理工程師；王蓮鳳(1972-)，女，黑龍江虎林人，助理工程師；楊思鵬(1980-)，男，黑龍江密山人，助理工程師。

TV641.4

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