溫孟灘河道工程應急除險加固試驗

1工、護岸控導工程文孟灘移民安置區的河流工程是在現有控制工程的基礎上進行的。該項目于1993年10月開始，并于2000年10月完成。有四個入口系統：村、開儀、化工、大蘭、水庫、堆疊場和護岸209個1。丁壩的防御標準:2000年以前防當地流量5000m3/s、2001年以后防當地流量4000m3/s超高1m［2］。根據1971年、1992年設計標準,逯村控導根石深8m,開儀、化工、大玉蘭控導根石深12m。其中大玉蘭1—27壩壩長120m、壩間距120m,迎水面非裹護段長度為60m(其余工程為30m)。2沙期間出險量2002年調水調沙以來,逯村河勢比較穩定。2007年以來,開儀、化工控導前受對岸淺灘挑溜影響,河勢明顯下挫。大玉蘭控導從2006年開始河勢逐漸上提。歷次調水調沙期間,橫河、斜河時有發生,工程多次出險。溫孟灘河道工程距離小浪底水庫較近,河床比降大。經過多年持續沖刷,逯村控導的主河槽已經沖刷到鵝卵石層,開儀、化工、大玉蘭控導的主河槽下切明顯。根據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、大玉蘭控導水位分別降低了1.77、1.25、1.18、0.74m,平均降低1.24m。3危險因素的發展趨勢與根石的勘探3.1工程管理方面據統計,2002—2010年歷次調水調沙期間溫孟灘河道工程累計出險578壩次(其中較大險情10次),搶險用石7.07萬m3。其中:逯村控導32次,搶險用石0.32萬m3,2003年出險較多,2004年以后沒有再發生險情;開儀控導170次(2004年發生較大險情3次),搶險用石1.87萬m3;化工控導148次(2006年發生較大險情3次),搶險用石1.89萬m3;大玉蘭控導228次(2010年發生較大險情4次),搶險用石3.00萬m3,2010年調水調沙期間大玉蘭3—5壩持續出險,7月4—10日共發生險情34次,搶險用石1.23萬m3,其中僅4壩就發生較大險情4次。新修的溫孟灘河道防護工程至今還未經大水考驗,工程基礎淺,大水期間橫河、斜河時有發生,嚴重危及防護堤安全。根據工程靠河情況、河勢變化以及河道沖刷情況分析,逯村控導由于卵石層較淺,因此工程基礎相對穩定;開儀、化工、大玉蘭控導自2002年以后在調水調沙期間多次發生險情,每年出險相對集中,且隨著河道下切和對岸高灘的挑水,險情有向工程上首逐漸發展的趨勢,特別是由河勢變化引起的丁壩迎水面及土石結合部根(坦)石墩蟄、土胎外漏等較大險情,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,焦作黃河河務局委托黃河勘測規劃設計有限公司采用“黃河河道整治工程根石探測技術研究與應用”科研成果,利用GPS移動站與船載3200-SX淺地層剖面儀,對靠河的79道壩進行了探測。結果表明,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］。為驗證上述根石探測成果,焦作黃河河務局又委托黃河水文勘察測繪局在大玉蘭3壩和5壩進行了河道水下斷面測量。根據測繪成果推算,兩單位所測結果基本一致。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,水沙條件逐步發生變化,特別是小浪底水庫運用后,不僅改變了水量的年內分配,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重威脅［4］,一旦發生險情,搶護將十分緊張、被動。逯村、開儀、化工、大玉蘭等4處控導工程已經與移民防護堤連為一體,河道工程的安全直接影響到移民安置區居民穩定的大局。為消除工程潛在的安全隱患,對工程根石薄弱和其他易發生險情處進行提前應急加固,變被動搶護為主動防護,是十分必要的。5應急評估措施和應用5.1確定加固對象將開儀、化工、大玉蘭控導的靠河工程作為重點加固對象,其中大玉蘭1—27壩為重點應急加固對象。針對目前溫孟灘河道河勢和工程現狀,焦作黃河河務局提出了利用充沙長管袋、土工包、噸包等技術代替塊石加固根石的方案［5］,并于2011年汛前進行了生產性試驗,取得了很好的效果。5.2除險加固措施5.2.1機械拋石排根石臺加固對于原有裹護段根石坡度不足1∶1.5、根石深度不足18m的工程,采用大型機械拋石排,按缺石量以預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［6］。5.2.2非涂層加固措施主要對大玉蘭1—27壩原60m裹護體實施延長,延長裹護段30m,達到現行設計標準。5.2.3水庫加固措施為避免2010年調水調沙期間大玉蘭3—5壩強回溜淘刷壩襠和4—5壩土壩基非裹護段坍塌險情的再次發生,對重點壩襠進行了加固。5.3按水位梯度分類根據河南黃河勘測設計研究院于2008年6月完成的《2006年度黃河下游防洪工程建設大玉蘭工程修改初步設計報告》,丁壩設計沖刷深度按以下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計,最大深度為23.5m;三是根據老河工經驗判斷,“夠不夠,三丈六”,即根石深度達到11~15m時,可認為已基本穩定。綜合以上方法,控導工程設計水位下沖刷深度取15m。根據前述2002年以后溫孟灘河道實際沖刷情況,河床平均下切深度按2m考慮。因此,根石加固深度為設計水位下沖刷深度15m、設計超高1m和河床下切2m之和,即18m。5.4根石加固量結果(1)達到根石穩定坡度需要加固的工程量。根據本次根石探測成果,按根石坡度1∶1.5為穩定坡度計算,本次根石探測的79道壩、303個斷面總缺石量為4.95萬m3。(2)達到根石穩定深度(18m)需要加固的工程量。根據本次根石探測成果,根石深度不足18m的共有68道,按加固厚度1.5m計算,缺石量為7.70萬m3。(3)延長大玉蘭1—27壩非裹護段的工程量。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、有效落實安全生產保障措施2011年汛前,采用移動造漿設備利用黃河泥沙充填長管袋、裝載機推土工包技術對大玉蘭控導1—2壩易出險部位和非裹護段進行了加固;2011年調水調沙期間,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1—2壩非裹護段進行了應急加固,共拋投100個土工包、300個噸包;2011年汛期,在化工控導11—13壩采用裝沙土大編織袋對易出險部位進行了加固,共拋投200個大編織袋。以上措施共利用泥沙約2.8萬m3,經測算,比采用塊石節約投資90余元/m3,僅當年就節約投資250余萬元,經濟效益十分顯著。通過對易出險部位和工程的非裹護段進行預加固,確保了工程在汛期和調水調沙期間的安全運行。據統計,2011年、2012年汛期應急加固過的工程運行正常,為防汛工作贏得了主動,確保了工程安全。6對工程進行預加固(1)小浪底水庫運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工程不太適應河槽沖刷深度和河勢的變化,險情頻生,對防護堤造成了很大威脅,搶險極為被動。因此,