溫孟灘河道工程應(yīng)急除險(xiǎn)加固試驗(yàn)

1工、護(hù)岸控導(dǎo)工程文孟灘移民安置區(qū)的河流工程是在現(xiàn)有控制工程的基礎(chǔ)上進(jìn)行的。該項(xiàng)目于1993年10月開始，并于2000年10月完成。有四個(gè)入口系統(tǒng)：村、開儀、化工、大蘭、水庫、堆疊場和護(hù)岸209個(gè)1。丁壩的防御標(biāo)準(zhǔn):2000年以前防當(dāng)?shù)亓髁?000m3/s、2001年以后防當(dāng)?shù)亓髁?000m3/s超高1m［2］。根據(jù)1971年、1992年設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn),逯村控導(dǎo)根石深8m,開儀、化工、大玉蘭控導(dǎo)根石深12m。其中大玉蘭1—27壩壩長120m、壩間距120m,迎水面非裹護(hù)段長度為60m(其余工程為30m)。2沙期間出險(xiǎn)量2002年調(diào)水調(diào)沙以來,逯村河勢比較穩(wěn)定。2007年以來,開儀、化工控導(dǎo)前受對岸淺灘挑溜影響,河勢明顯下挫。大玉蘭控導(dǎo)從2006年開始河勢逐漸上提。歷次調(diào)水調(diào)沙期間,橫河、斜河時(shí)有發(fā)生,工程多次出險(xiǎn)。溫孟灘河道工程距離小浪底水庫較近,河床比降大。經(jīng)過多年持續(xù)沖刷,逯村控導(dǎo)的主河槽已經(jīng)沖刷到鵝卵石層,開儀、化工、大玉蘭控導(dǎo)的主河槽下切明顯。根據(jù)同流量級沿程水位觀測資料,2010年與2002年同流量(2010年6月20日流量為3350m3/s、2002年7月4日流量為3250m3/s)水位相比,逯村、開儀、化工、大玉蘭控導(dǎo)水位分別降低了1.77、1.25、1.18、0.74m,平均降低1.24m。3危險(xiǎn)因素的發(fā)展趨勢與根石的勘探3.1工程管理方面據(jù)統(tǒng)計(jì),2002—2010年歷次調(diào)水調(diào)沙期間溫孟灘河道工程累計(jì)出險(xiǎn)578壩次(其中較大險(xiǎn)情10次),搶險(xiǎn)用石7.07萬m3。其中:逯村控導(dǎo)32次,搶險(xiǎn)用石0.32萬m3,2003年出險(xiǎn)較多,2004年以后沒有再發(fā)生險(xiǎn)情;開儀控導(dǎo)170次(2004年發(fā)生較大險(xiǎn)情3次),搶險(xiǎn)用石1.87萬m3;化工控導(dǎo)148次(2006年發(fā)生較大險(xiǎn)情3次),搶險(xiǎn)用石1.89萬m3;大玉蘭控導(dǎo)228次(2010年發(fā)生較大險(xiǎn)情4次),搶險(xiǎn)用石3.00萬m3,2010年調(diào)水調(diào)沙期間大玉蘭3—5壩持續(xù)出險(xiǎn),7月4—10日共發(fā)生險(xiǎn)情34次,搶險(xiǎn)用石1.23萬m3,其中僅4壩就發(fā)生較大險(xiǎn)情4次。新修的溫孟灘河道防護(hù)工程至今還未經(jīng)大水考驗(yàn),工程基礎(chǔ)淺,大水期間橫河、斜河時(shí)有發(fā)生,嚴(yán)重危及防護(hù)堤安全。根據(jù)工程靠河情況、河勢變化以及河道沖刷情況分析,逯村控導(dǎo)由于卵石層較淺,因此工程基礎(chǔ)相對穩(wěn)定;開儀、化工、大玉蘭控導(dǎo)自2002年以后在調(diào)水調(diào)沙期間多次發(fā)生險(xiǎn)情,每年出險(xiǎn)相對集中,且隨著河道下切和對岸高灘的挑水,險(xiǎn)情有向工程上首逐漸發(fā)展的趨勢,特別是由河勢變化引起的丁壩迎水面及土石結(jié)合部根(坦)石墩蟄、土胎外漏等較大險(xiǎn)情,呈逐年增多的趨勢。3.2水下斷面的測量為全面掌握溫孟灘河道工程根石狀況,2010年8月,焦作黃河河務(wù)局委托黃河勘測規(guī)劃設(shè)計(jì)有限公司采用“黃河河道整治工程根石探測技術(shù)研究與應(yīng)用”科研成果,利用GPS移動(dòng)站與船載3200-SX淺地層剖面儀,對靠河的79道壩進(jìn)行了探測。結(jié)果表明,根石深度不足8m的僅有1道壩,8~10m的有13道壩,10~12m的有26道壩,12~15m的有23道壩,15~18m的有11道壩,18~25m的有4道壩,25m以上的有1道壩［3］。為驗(yàn)證上述根石探測成果,焦作黃河河務(wù)局又委托黃河水文勘察測繪局在大玉蘭3壩和5壩進(jìn)行了河道水下斷面測量。根據(jù)測繪成果推算,兩單位所測結(jié)果基本一致。4河道沖刷下切,影響工程安全近年來,黃河下游來水來沙偏少,水沙條件逐步發(fā)生變化,特別是小浪底水庫運(yùn)用后,不僅改變了水量的年內(nèi)分配,而且改變了下游的水沙條件。上游所來泥沙大部分被攔截在水庫中,清水下泄導(dǎo)致下游河道沖刷下切,其沖刷深度和河勢變化對黃河下游河道工程造成了嚴(yán)重威脅［4］,一旦發(fā)生險(xiǎn)情,搶護(hù)將十分緊張、被動(dòng)。逯村、開儀、化工、大玉蘭等4處控導(dǎo)工程已經(jīng)與移民防護(hù)堤連為一體,河道工程的安全直接影響到移民安置區(qū)居民穩(wěn)定的大局。為消除工程潛在的安全隱患,對工程根石薄弱和其他易發(fā)生險(xiǎn)情處進(jìn)行提前應(yīng)急加固,變被動(dòng)搶護(hù)為主動(dòng)防護(hù),是十分必要的。5應(yīng)急評估措施和應(yīng)用5.1確定加固對象將開儀、化工、大玉蘭控導(dǎo)的靠河工程作為重點(diǎn)加固對象,其中大玉蘭1—27壩為重點(diǎn)應(yīng)急加固對象。針對目前溫孟灘河道河勢和工程現(xiàn)狀,焦作黃河河務(wù)局提出了利用充沙長管袋、土工包、噸包等技術(shù)代替塊石加固根石的方案［5］,并于2011年汛前進(jìn)行了生產(chǎn)性試驗(yàn),取得了很好的效果。5.2除險(xiǎn)加固措施5.2.1機(jī)械拋石排根石臺加固對于原有裹護(hù)段根石坡度不足1∶1.5、根石深度不足18m的工程,采用大型機(jī)械拋石排,按缺石量以預(yù)留根石臺的形式在汛前一次加固到位。其中鉛絲籠加固比例不少于總加固量的20%,對于缺石量較大的部位,先拋土工包或噸包,之后在外部和頂部拋散石裹護(hù)［6］。5.2.2非涂層加固措施主要對大玉蘭1—27壩原60m裹護(hù)體實(shí)施延長,延長裹護(hù)段30m,達(dá)到現(xiàn)行設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。5.2.3水庫加固措施為避免2010年調(diào)水調(diào)沙期間大玉蘭3—5壩強(qiáng)回溜淘刷壩襠和4—5壩土壩基非裹護(hù)段坍塌險(xiǎn)情的再次發(fā)生,對重點(diǎn)壩襠進(jìn)行了加固。5.3按水位梯度分類根據(jù)河南黃河勘測設(shè)計(jì)研究院于2008年6月完成的《2006年度黃河下游防洪工程建設(shè)大玉蘭工程修改初步設(shè)計(jì)報(bào)告》,丁壩設(shè)計(jì)沖刷深度按以下3種方式綜合確定:一是利用丁壩沖刷水深計(jì)算公式算得中常洪水下最大深度,為15.5m;二是參考近年來黃河下游壩岸根石探摸情況統(tǒng)計(jì),最大深度為23.5m;三是根據(jù)老河工經(jīng)驗(yàn)判斷,“夠不夠,三丈六”,即根石深度達(dá)到11~15m時(shí),可認(rèn)為已基本穩(wěn)定。綜合以上方法,控導(dǎo)工程設(shè)計(jì)水位下沖刷深度取15m。根據(jù)前述2002年以后溫孟灘河道實(shí)際沖刷情況,河床平均下切深度按2m考慮。因此,根石加固深度為設(shè)計(jì)水位下沖刷深度15m、設(shè)計(jì)超高1m和河床下切2m之和,即18m。5.4根石加固量結(jié)果(1)達(dá)到根石穩(wěn)定坡度需要加固的工程量。根據(jù)本次根石探測成果,按根石坡度1∶1.5為穩(wěn)定坡度計(jì)算,本次根石探測的79道壩、303個(gè)斷面總?cè)笔繛?.95萬m3。(2)達(dá)到根石穩(wěn)定深度(18m)需要加固的工程量。根據(jù)本次根石探測成果,根石深度不足18m的共有68道,按加固厚度1.5m計(jì)算,缺石量為7.70萬m3。(3)延長大玉蘭1—27壩非裹護(hù)段的工程量。按平均接長30m、加固厚度1.5m、加固深度18m,缺石量為2.19萬m3。總加固工程量為三者之和,即14.84萬m3。5.5高效能、有效落實(shí)安全生產(chǎn)保障措施2011年汛前,采用移動(dòng)造漿設(shè)備利用黃河泥沙充填長管袋、裝載機(jī)推土工包技術(shù)對大玉蘭控導(dǎo)1—2壩易出險(xiǎn)部位和非裹護(hù)段進(jìn)行了加固;2011年調(diào)水調(diào)沙期間,采用先拋土工包或噸包、外部和頂部拋散石的方法對大玉蘭控導(dǎo)1—2壩非裹護(hù)段進(jìn)行了應(yīng)急加固,共拋投100個(gè)土工包、300個(gè)噸包;2011年汛期,在化工控導(dǎo)11—13壩采用裝沙土大編織袋對易出險(xiǎn)部位進(jìn)行了加固,共拋投200個(gè)大編織袋。以上措施共利用泥沙約2.8萬m3,經(jīng)測算,比采用塊石節(jié)約投資90余元/m3,僅當(dāng)年就節(jié)約投資250余萬元,經(jīng)濟(jì)效益十分顯著。通過對易出險(xiǎn)部位和工程的非裹護(hù)段進(jìn)行預(yù)加固,確保了工程在汛期和調(diào)水調(diào)沙期間的安全運(yùn)行。據(jù)統(tǒng)計(jì),2011年、2012年汛期應(yīng)急加固過的工程運(yùn)行正常,為防汛工作贏得了主動(dòng),確保了工程安全。6對工程進(jìn)行預(yù)加固(1)小浪底水庫運(yùn)用初期清水下泄引起的主河槽沖刷下切,致使新修的溫孟灘移民防護(hù)工程不太適應(yīng)河槽沖刷深度和河勢的變化,險(xiǎn)情頻生,對防護(hù)堤造成了很大威脅,搶險(xiǎn)極為被動(dòng)。因此,