黃河下游河道整治工程新技術(shù)的試驗(yàn)研究

黃河下游河道整治工程新技術(shù)的試驗(yàn)研究

1新修的沉排壩黃河下游河道修復(fù)工程的新技術(shù)主要包括水庫建設(shè)和防止樹根丟失的技術(shù)。在新修的各種沉排壩中,最多的是長管袋沉排壩和鉛絲籠沉排壩,修建后還沒有搶險(xiǎn)的是砼透水樁壩和砼插板樁壩,出險(xiǎn)最嚴(yán)重的是擠壓塊沉排壩。防止根石走失重點(diǎn)開展了網(wǎng)罩護(hù)根、砼四腳錐體護(hù)根等技術(shù)的推廣應(yīng)用。1.1水庫建設(shè)新技術(shù)(1)壩體結(jié)構(gòu)性壩這種壩在黃河下游修建了約40道,主要有:馬莊險(xiǎn)工潛壩;馬渡控導(dǎo)工程94號壩;棗樹溝控導(dǎo)工程1～10號壩;桃花峪控導(dǎo)工程15～24號壩等。其特點(diǎn)是整體性強(qiáng),護(hù)底作用好,壩前不會(huì)形成沖刷坑,適應(yīng)壩基變形能力強(qiáng),管理方便,施工工藝簡單,造價(jià)低,出險(xiǎn)少等。實(shí)踐證明,只要嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)要求施工,這種壩除壩頭稍有變形、坦石緩慢下蟄外,基本不會(huì)出大險(xiǎn)。其缺點(diǎn)是排體出露水面后易老化,影響壩的使用壽命。另外,土工布的鋪設(shè)機(jī)械化程度尚需要進(jìn)一步提高。(2)項(xiàng)目工程概況這種結(jié)構(gòu)共修筑了10余道壩(岸),主要有:馬渡險(xiǎn)工26號壩下護(hù)岸,高青縣北杜控導(dǎo)工程7、8護(hù)岸,東明縣老君堂險(xiǎn)工28、29號壩,利津縣東壩控導(dǎo)工程+4護(hù)岸,墾利縣十八戶控導(dǎo)工程15～20號壩。除模袋制作和充填技術(shù)外,鉸鏈?zhǔn)巾拍４僚艍闻c長管袋沉排壩的結(jié)構(gòu)相似。從施工實(shí)踐和運(yùn)用情況看,鉸鏈?zhǔn)巾拍４僚艍尉哂幸韵聝?yōu)點(diǎn):機(jī)械化施工程度高,施工工期短,整體性強(qiáng),柔性好,適應(yīng)河床沖刷變形的能力強(qiáng),日常維修養(yǎng)護(hù)簡便,費(fèi)用低等;缺點(diǎn)是一次性投資比較大。(3)結(jié)構(gòu)形式單一、施工優(yōu)缺點(diǎn)透水樁壩是通過緩流落淤控制河勢,達(dá)到控導(dǎo)主溜的目的。主要工程有:雙井險(xiǎn)工7、27號壩,東大壩控導(dǎo)工程等。其優(yōu)點(diǎn)是:結(jié)構(gòu)簡單,施工快;壩頂可露出水面或潛入水下,能控導(dǎo)溜勢和落淤造灘;安全、可靠,不用搶險(xiǎn);挖壓土地少。但也存在一次性投資較大,施工技術(shù)及工藝要求高等缺點(diǎn)。勝利油田在八連控導(dǎo)工程21號壩、丁字路口護(hù)岸采用了鋼筋砼插板樁技術(shù)。插板樁壩具有結(jié)構(gòu)簡單,施工快且方便的優(yōu)點(diǎn),但造價(jià)偏高。(4)防范險(xiǎn)工下延鉛絲籠沉排壩在下游共修建24道壩(岸)。主要是:九堡控導(dǎo)工程下延128～134號壩,柳園口險(xiǎn)工下延,王庵工程23～30號壩,趙溝控導(dǎo)工程上延+4～+7號壩,武莊護(hù)岸工程,西沙窩防滾河工程。這種壩比較適宜于旱地施工,工藝簡單,如果排體長度適宜,無橫河、斜河出現(xiàn),那么一般不會(huì)出險(xiǎn)。筑壩與搶險(xiǎn)總費(fèi)用與傳統(tǒng)散拋石壩接近。缺點(diǎn)是鉛絲在水位變化區(qū)耐久性較差。(5)擠壓塊沉排技術(shù)1995年修建的保合寨控導(dǎo)工程24號壩和1996年修建的老田庵控導(dǎo)工程23號壩均采用了擠壓塊沉排技術(shù)。其中,保合寨24號壩自完工后一直未靠溜,效果不明;老田庵23號壩則在“96·8”洪水中嚴(yán)重出險(xiǎn),經(jīng)全力搶護(hù),現(xiàn)已基本變?yōu)閭鹘y(tǒng)壩的結(jié)構(gòu)。1.2砂卵石河口防沖技術(shù)黃委河務(wù)局于1997年在黃河下游進(jìn)行了砼四腳錐體加固壩垛根石試驗(yàn),結(jié)果表明:①多個(gè)砼四腳錐體的組合具有一定的緩溜作用;②搶險(xiǎn)速度快,控制險(xiǎn)情發(fā)展能力強(qiáng);③砼四腳錐體能較好地防止根石走失,對有一定基礎(chǔ)的老壩效果更為明顯;④砼四腳錐體用于砂卵石河床防沖效果顯著。黃河水利科學(xué)研究院在深入總結(jié)分析黃河下游丁壩沖刷和根石走失機(jī)理以及有關(guān)技術(shù)的基礎(chǔ)上,通過物理模型試驗(yàn),1988年提出了防止根石走失的網(wǎng)罩護(hù)根技術(shù)。1991年,馬渡險(xiǎn)工85號壩前新建散拋石垛時(shí)采用了網(wǎng)罩護(hù)根技術(shù),經(jīng)多年洪水考驗(yàn),效果良好,工程未發(fā)生險(xiǎn)情。只是水上部分鉛絲網(wǎng)片發(fā)生銹蝕,但水下部分情況良好。近兩年,山東、河南黃河河務(wù)局使用土工網(wǎng)進(jìn)行了網(wǎng)護(hù)試驗(yàn),效果良好,且不存在銹蝕問題。針對根石塊小、易走失、易出險(xiǎn)的問題,山東黃河河務(wù)局1997年在濼口23號壩進(jìn)行試驗(yàn),采用水泥砂漿將小塊根石黏結(jié)成重量150kg以上的正方體,用其替代根石,分幾次拋投使根石達(dá)到穩(wěn)定坡度,試驗(yàn)的效果也非常明顯。2壩體結(jié)構(gòu)沉排據(jù)1994年統(tǒng)計(jì)資料,各類新結(jié)構(gòu)壩岸出險(xiǎn)及搶護(hù)情況如表1?？梢钥闯?搶險(xiǎn)次數(shù)和用料最多的為禪房37號褥墊沉排壩,主要原因是排體與裹護(hù)體間的淤泥造成剛性護(hù)坡蜇動(dòng)破壞所致。大功12號壩編織袋沉排,搶險(xiǎn)6次,但用料不多,說明該結(jié)構(gòu)運(yùn)行效果良好;馬莊潛壩搶險(xiǎn)2次,用石僅152m3。“九五”期間,除馬莊潛壩出險(xiǎn)2次、棗樹溝1號壩出險(xiǎn)1次外,其余新結(jié)構(gòu)壩均未出現(xiàn)險(xiǎn)情。3壩型柳石文獻(xiàn)在相應(yīng)深水條件下,實(shí)際設(shè)計(jì)了檢察工壩,即充沙長管袋培養(yǎng)模式,以提出合理的地方法字號壩,確定了相應(yīng)的壩前進(jìn)占結(jié)構(gòu)傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)壩與新結(jié)構(gòu)壩投資比較見表2?？梢钥闯?除透水樁壩外,其他新結(jié)構(gòu)壩的投資均比傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)壩最終穩(wěn)定時(shí)所需投資小。但新結(jié)構(gòu)大部分是一次性投資較大,而傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)是分年投資,一次性投資較少。傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)壩從修建到最終穩(wěn)定時(shí)所耗費(fèi)的搶險(xiǎn)投資是修建投資的1.5倍。1999年安排的防洪基建工程總體情況為:桃花峪控導(dǎo)工程15～24號壩,開始設(shè)計(jì)為傳統(tǒng)柳石摟廂進(jìn)占結(jié)構(gòu),共需投資1501萬元,改為充沙長管袋褥墊進(jìn)占結(jié)構(gòu)后,在同等條件下,共投資1358萬元,減少投資10%;棗樹溝1～10號壩,其中1～5號壩為旱工,6～10號壩為水中進(jìn)占,工程結(jié)構(gòu)為充沙長管袋褥墊沉排,共投資1111萬元;保合寨控導(dǎo)工程38～41號壩采用鉛絲石籠護(hù)根、散拋石護(hù)坡的旱工結(jié)構(gòu),共投資238.92萬元;趙口控導(dǎo)工程5～6號壩采用傳統(tǒng)柳石摟廂進(jìn)占結(jié)構(gòu),共投資337.83萬元;九堡控導(dǎo)142～143號壩,開始設(shè)計(jì)為充沙長管袋褥墊進(jìn)占結(jié)構(gòu),共需投資196.12萬元,后來143號壩變更為傳統(tǒng)柳石摟廂進(jìn)占結(jié)構(gòu),追加投資51.04萬元(為原投資的52%),143號壩實(shí)際投資149.1萬元。由此可見:在同等水深條件下,傳統(tǒng)的水中進(jìn)占結(jié)構(gòu)一次性投資比充沙長管袋褥墊結(jié)構(gòu)平均要高10%以上;在旱工條件下,傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的一次性投資比充沙長管袋褥墊結(jié)構(gòu)平均要低20%～30%,如果加上搶險(xiǎn)投資的話,傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)壩的總投資就會(huì)高于充沙長管袋褥墊結(jié)構(gòu)壩。4從科學(xué)設(shè)計(jì)、系統(tǒng)研究、相互聯(lián)合攻關(guān)的角度進(jìn)一步加大了工程建設(shè)的開發(fā)和實(shí)施力度“九五”期間,在河道整治工程新技術(shù)試驗(yàn)研究方面的投入主要集中在1999和2000年,共計(jì)289.5萬元。為了讓有限的科研經(jīng)費(fèi)發(fā)揮最大效益,最關(guān)鍵的一點(diǎn)就是強(qiáng)調(diào)生產(chǎn)與科研的有機(jī)結(jié)合。例如:結(jié)合黃委中標(biāo)國家經(jīng)貿(mào)委土工合成材料應(yīng)用研究專項(xiàng)“沙土充填土工合成材料長管袋筑壩技術(shù)試驗(yàn)研究”,將2001年黃河科技項(xiàng)目120萬元經(jīng)費(fèi)中的84萬元作為該項(xiàng)目的配套經(jīng)費(fèi),從資料整理與分析、設(shè)計(jì)優(yōu)化、物理模型試驗(yàn)、施工工藝等4個(gè)方面入手,對土工合成材料長管袋筑壩技術(shù)進(jìn)行系統(tǒng)研究,同時(shí)積極組織生產(chǎn)單位(黃委河務(wù)局、河南黃河河務(wù)局)和科研單位(黃科院)等的科研人員近100人開展聯(lián)合攻關(guān),目前已經(jīng)取得了初步成果,并在試驗(yàn)壩(馬渡控導(dǎo)101壩)的設(shè)計(jì)、施工中發(fā)揮了一定的作用。又如:配合修建韋灘工程透水樁護(hù)岸,進(jìn)行了“不同透水率樁壩的導(dǎo)流和落淤效果研究”,初步分析表明:樁壩前大溜頂沖處沖坑最深;樁壩的結(jié)構(gòu)型式還有進(jìn)一步優(yōu)化的可能,可以采用上疏下密的工程結(jié)構(gòu);透水樁壩的導(dǎo)流、緩流落淤效果及壩前后水位差不僅與樁壩透水率和入流角度密切相關(guān),還與樁壩后灘地高程密切相關(guān)。還有“模袋砼沉排效果觀測分析”、“不同材料網(wǎng)護(hù)根石試驗(yàn)”等成果已經(jīng)或者將要為河道整治工程新技術(shù)的推廣應(yīng)用發(fā)揮重要作用。因此,對于應(yīng)用研究項(xiàng)目,主張生產(chǎn)與科研的結(jié)合,并且要以生產(chǎn)單位為主,相應(yīng)科研成果才能真正為生產(chǎn)所用。5對原有筑壩技術(shù)和新技術(shù)的比對(1)與傳統(tǒng)筑壩技術(shù)相比,新結(jié)構(gòu)壩便于機(jī)械化施工,原材料供應(yīng)渠道暢通,價(jià)格相對較便宜,環(huán)境效益明顯,在進(jìn)行試驗(yàn)研究的基礎(chǔ)上,要加大新技