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        三棱柱鋼管桁架在沁河決口封堵中的應用

        2014-08-15 00:47:53白慶只張曉芹張校彬河南省人民勝利渠管理局新鄉(xiāng)市紅旗區(qū)職教中心許昌水利建筑工程有限公司
        河南水利與南水北調(diào) 2014年12期
        關鍵詞:尼龍網(wǎng)沁河決口

        □白慶只 □張曉芹 □張校彬(河南省人民勝利渠管理局 新鄉(xiāng)市紅旗區(qū)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(fā)源于山西省太岳山脈南麓的二郎神溝,干流流經(jīng)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(jīng)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(qū),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(qū)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(qū)間41615 km2的32.52%,占黃河小浪底至花園口區(qū)間27000km2的50.12%。沁河洪水約有60%~70%來自五龍口以上地區(qū)。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(qū)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(jīng)多次決口,一是淹沒下游上百公頃農(nóng)田,阻斷了黃河灘區(qū)的生產(chǎn)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(tǒng)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(qū)的水源遭到嚴重污染,直接影響到以上兩個灌區(qū)工農(nóng)生產(chǎn)的用水需求,新鄉(xiāng)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(jīng)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?shù)姆舛聲r機選擇,將有利于順利的實現(xiàn)封堵復堤,減少封堵?lián)岆U的經(jīng)費和減少決口災害的損失。主要根據(jù)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(zhì)情況,估計決口口門發(fā)展變化趨勢;二是近一段時間內(nèi)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(qū)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(zhì)、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(qū)的黃河灘區(qū),遠離山區(qū),長途運輸堵口合龍所需石料,不管是時間上還是數(shù)量上都難以滿足堵口合龍的需要,而只有考慮如何使用當?shù)厝劳羴磉M行決口封堵。經(jīng)過反復思考,發(fā)明利用了三棱柱鋼管桁架配合尼龍網(wǎng)包裝土袋合龍技術,從而使新材料、新技術與當?shù)夭牧希ㄈ劳粒┩昝澜Y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(jù)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(shù)量和可能的調(diào)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(xiàn)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(xiàn)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(tǒng)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(jù)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(wǎng)裝土袋網(wǎng)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(jù)口門長短確定三棱柱鋼管桁架長度及數(shù)量。一般購置2英尺或2.5英尺鋼管及相應的管扣,在現(xiàn)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(wǎng)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(wǎng)包裝土袋

        根據(jù)口門長短確定需要尼龍網(wǎng)包數(shù)量。在取土場先人工裝土袋,再綁扎尼龍網(wǎng)裝土袋網(wǎng)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(wǎng)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(xiàn)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(xiàn)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(wǎng)包裝土袋合龍技術的優(yōu)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(yōu)勢在生產(chǎn)實踐中得到了充分的顯現(xiàn)。一是三棱柱鋼管桁架技術,充分利用了三角形的穩(wěn)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(wěn)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(xiàn)場直接裝配。二是尼龍網(wǎng)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??梢跃偷厝〔?,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(jié)能環(huán)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(qū)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(wǎng)包裝土袋合龍技術具有明顯優(yōu)勢,值得推廣應用。

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