黃河下游控導(dǎo)工程布長管袋鉛絲籠潛壩搶險(xiǎn)對策

黃河下游控導(dǎo)工程布長管袋鉛絲籠潛壩搶險(xiǎn)對策

近年來，原陽馬莊水庫和封丘順河街兩個(gè)控制工程中的民用混凝土潛水庫相繼發(fā)生，新材料和新結(jié)構(gòu)水庫全部受損，災(zāi)害期間的救援成本大量人力和物力。為分析出險(xiǎn)原因和探討土工織物新結(jié)構(gòu)潛壩險(xiǎn)情的搶護(hù)措施,筆者以馬莊潛壩為例進(jìn)行了分析。1潛壩一體化設(shè)計(jì)馬莊控導(dǎo)工程位于原陽縣馬莊村南黃河灘區(qū),工程全長5258m,設(shè)計(jì)壩頂高程為96.60m(大沽高程,下同)。土工布長管袋鉛絲籠潛壩位于工程最下首8壩正前方,總長200m,分兩次修建,設(shè)計(jì)為不出險(xiǎn)工程。潛壩建成后于2001年、2005年、2007年出現(xiàn)3次重大險(xiǎn)情,經(jīng)全力搶護(hù)后,潛壩結(jié)構(gòu)已變?yōu)閭鹘y(tǒng)的柳石結(jié)構(gòu)。1990年7月修建潛壩一期工程,壩長100m,尾部與馬莊控導(dǎo)8壩前頭相接,設(shè)計(jì)壩頂高程為93.50m。在修建二期工程時(shí)加高為94.00m,結(jié)構(gòu)為土工布長管袋沉排護(hù)底、鉛絲網(wǎng)護(hù)塊石壩體。從潛壩一期工程設(shè)計(jì)圖看,堆石體高4m,頂寬5m,臨、背河坡度均為1∶2。堆石體下方為直徑0.56m的土工布管袋沉排并充滿泥沙,土工布管袋沉排下方為反濾排體布。土工布管袋沉排寬69m,其中臨河沉排寬40m、塊石壩體壓寬19m、背河沉排寬10m。2000年5月10日～6月3日,在原潛壩基礎(chǔ)上又下延100m,屬潛壩二期工程,結(jié)構(gòu)為土工布褥墊護(hù)底、鉛絲網(wǎng)護(hù)塊石壩體。從潛壩二期設(shè)計(jì)圖看,100m長潛壩共用土工布褥墊9塊,其中壩身5塊、圓頭4塊,每塊土工布褥墊尺寸為24m×71m,管袋直徑為0.8m,壩體臨水側(cè)土工褥墊長40m,壩身壓21m,背水側(cè)褥墊長10m。潛壩頂部高程94.00m,土工布褥墊底部高程89.20m,壩體堆石邊坡為1∶2,頂寬為5m,堆石高度為4m,要求施工時(shí)每塊土工布褥墊之間的連接必須縫合。2潛壩發(fā)展事件分析馬莊潛壩一期工程在1992年6260m3/s洪水過后開始靠河導(dǎo)流,其中1992～1998年汛期潛壩頂部均過水,運(yùn)行情況不很理想。截至2000年3月底,潛壩一期工程受大溜頂沖影響,先后發(fā)生根石走失險(xiǎn)情9次,搶險(xiǎn)用石料1246m3,臨水側(cè)長管袋具有一定深度和坡度,這一點(diǎn)從1999年汛后根石探測成果也可看出,土工布已下蟄到距潛壩頂5m以下。2000年汛期小浪底水庫下泄清水運(yùn)用,當(dāng)年汛后馬莊工程前河槽沖刷下切1.02m,水位降低,潛壩二期土工布褥墊底部已高出枯水期水面,加之工程竣工后大部分時(shí)間脫河,使得土工布褥墊經(jīng)常處于裸露狀態(tài),雖然管理單位在上面覆蓋了0.3m厚的土體,但陽光暴曬等因素加快了土工布的老化速度,在2001年、2005年、2007年潛壩先后3次發(fā)生重大險(xiǎn)情?，F(xiàn)僅就2001年險(xiǎn)情進(jìn)行分析。2001年1月下旬,黃河在馬莊工程5壩前形成斜河,5壩至潛壩靠河導(dǎo)溜,大河流量為400m3/s左右,河面最寬為300m,而潛壩處河面寬僅為100m,潛壩受大溜頂沖,5～7壩靠大溜。1月28日10時(shí),潛壩迎水面0+100—0+110、0+130—0+140(0+000樁號指8壩與潛壩接頭位置)兩個(gè)部位坦石同時(shí)下蟄出險(xiǎn),原陽黃河河務(wù)局組織亦工亦農(nóng)搶險(xiǎn)隊(duì)及時(shí)進(jìn)行了搶護(hù),搶險(xiǎn)工作于2月3日結(jié)束,此次搶險(xiǎn)用石90m3。潛壩靠河后一直靠溜較急,局領(lǐng)導(dǎo)安排人員晝夜不停地對潛壩進(jìn)行工情觀測。2月7日11時(shí)潛壩壩身0+100—0+176之間突然下蟄出險(xiǎn),出險(xiǎn)尺寸為長76m、寬3m、高0.7m,壩前水深3.5m;13時(shí)險(xiǎn)情擴(kuò)大,壩身0+130—0+160之間下蟄入水2m,形成一個(gè)長30m、寬10m、高3m的缺口,由于潛壩背河灘面高于水面,加之土工布褥墊長管袋防護(hù),因此潛壩才未過水;至21時(shí),潛壩壩身0+176—0+186部位下蟄入水1.5m,又形成一個(gè)長10m、寬10m、高2.5m的缺口,壩身下蟄時(shí)看到土工布褥墊的部分長管袋被撕裂。在以后的幾天時(shí)間里,壩前水深達(dá)6m,潛壩出險(xiǎn)部位曾多次出現(xiàn)不同程度的下蟄。累計(jì)出險(xiǎn)10次,搶險(xiǎn)共用石料3134m3、鉛絲網(wǎng)片3170kg、麻料1197kg。險(xiǎn)情搶護(hù)工作自2月7日開始到2月18日結(jié)束,歷時(shí)12d。總之,潛壩投入運(yùn)行后,原設(shè)計(jì)的土工布褥墊護(hù)底、鉛絲網(wǎng)護(hù)塊石壩體結(jié)構(gòu),經(jīng)過3次重大險(xiǎn)情后已被全部破壞,變?yōu)閭鹘y(tǒng)的柳石結(jié)構(gòu)。搶險(xiǎn)共用石料14418m3、柳料131.63萬kg、鉛絲網(wǎng)片13.50t。3潛壩壩身下適用土工布培養(yǎng)措施造成壩下發(fā)不確定通過對2001年潛壩發(fā)生的第一次重大險(xiǎn)情進(jìn)行分析,認(rèn)為出險(xiǎn)的主要原因有以下幾方面。(1)土工褥墊鋪設(shè)過淺。2001年1月下旬潛壩靠河導(dǎo)溜后,潛壩一期工程迎水面首先被淘刷,經(jīng)多次搶險(xiǎn)后土工袋已有一定深度和坡度,而二期潛壩土工褥墊仍然平鋪在灘面上,水流首先在潛壩一期和二期工程接頭部位進(jìn)行淘刷,一期潛壩土工袋比二期潛壩土工布褥墊低2～3m,當(dāng)水流在二期潛壩壩腳正下方淘刷時(shí),在壩軸線方向上二期潛壩沒有足夠長的褥墊進(jìn)行護(hù)底,致使水流將壩身底部淘空,土工布褥墊的抗拉強(qiáng)度不足以承受壩身堆石的重力,土工布褥墊下蟄時(shí),背水側(cè)仍然被土體壓死,因而土工布褥墊被撕斷后下蟄,從而造成壩身下蟄入水出險(xiǎn)。(2)土工褥墊施工工藝達(dá)不到設(shè)計(jì)要求。在二期潛壩施工過程中,鋪設(shè)土工布褥墊時(shí)是從一期和二期潛壩接頭部位向前依次鋪設(shè),因此布與布搭接時(shí)形成反茬。大溜沖刷時(shí),下塊土工布褥墊在水流沖力和浮力的雙重作用下,被迫離開緊貼的灘面,使水流在兩塊土工布褥墊接頭部位形成旋渦或更復(fù)雜的流態(tài),將土工布及壩體下部的土淘空,從而造成整個(gè)壩體相繼下蟄出險(xiǎn)。(3)潛壩一期工程出現(xiàn)根石走失險(xiǎn)情的原因是土工布管袋受大溜頂沖后,下方土體被淘刷,自然下蟄并形成坡度,網(wǎng)護(hù)塊石壩體因鉛絲腐蝕斷開而導(dǎo)致塊石被大溜沖走,形成根石走失險(xiǎn)情。(4)潛壩二期工程經(jīng)搶護(hù)變?yōu)榱Y(jié)構(gòu)后發(fā)生險(xiǎn)情的原因是根石深度不夠,在大溜長時(shí)間頂沖后,壩前沖刷坑深度大于根石深度,形成根石走失、坦石下蟄險(xiǎn)情。在迎水面坦石下蟄后,壩身內(nèi)部的柳料因腐爛被大溜沖走形成壩身下蟄險(xiǎn)情。4水庫防護(hù)對策(1)石混雜壩身修復(fù)2005年馬莊潛壩發(fā)生險(xiǎn)情后,各級領(lǐng)導(dǎo)高度重視,原陽縣委、縣政府立即成立了馬莊潛壩重大險(xiǎn)情搶險(xiǎn)指揮部,河南黃河河務(wù)局、新鄉(xiāng)市有關(guān)領(lǐng)導(dǎo)立即趕到搶險(xiǎn)現(xiàn)場指揮搶險(xiǎn)工作。搶險(xiǎn)指揮部綜合分析河勢和險(xiǎn)情后,制定了“柳石混雜恢復(fù)壩身、臨背河拋石還坦、臨河坦外拋鉛絲籠固根”的搶護(hù)方案,并作出周密部署:①立即組織600名搶險(xiǎn)隊(duì)員投入搶險(xiǎn);②就近強(qiáng)制采伐樹木4000棵,以應(yīng)急需;③由橋北鄉(xiāng)負(fù)責(zé)迅速劃定搶險(xiǎn)用地4.6hm2,確保料場落實(shí);④迅速調(diào)動60名公安干警,奔赴搶險(xiǎn)現(xiàn)場及各交通路口,保證3000余輛大型機(jī)械、送料車通行無阻;⑤緊急向6個(gè)鄉(xiāng)分派軟料120萬kg,由鄉(xiāng)長帶隊(duì)送往搶險(xiǎn)工地;⑥限交通局24h內(nèi)完成連壩3.8km碎石路面的搶修任務(wù),確保降雨期間搶險(xiǎn)道路暢通。同時(shí),河南黃河河務(wù)局緊急調(diào)動開封、焦作等9支黃河機(jī)動搶險(xiǎn)隊(duì)的230名隊(duì)員和30套大型搶險(xiǎn)設(shè)備投入搶險(xiǎn)工作。由于各級領(lǐng)導(dǎo)重視、搶險(xiǎn)措施得力,因此迅速遏制了險(xiǎn)情。(2)險(xiǎn)區(qū)主壩出險(xiǎn)工況在潛壩搶險(xiǎn)過程中,技術(shù)人員根據(jù)大型機(jī)械多、柳料充足的實(shí)際情況,研究出“機(jī)械化柳石混雜”的搶險(xiǎn)新方法,大大提高了搶險(xiǎn)效率。搶險(xiǎn)工作從潛壩出險(xiǎn)部位的南北兩側(cè)同時(shí)進(jìn)行,搶險(xiǎn)工序?yàn)槔脫斯や伔诺足^繩—裝載機(jī)(叉車)調(diào)柳料—挖掘機(jī)(裝載機(jī))配合自卸汽車拋石—人工平整拋石面—機(jī)械配以人工鋪柳—人工拴打家伙樁—逐層加廂和進(jìn)占直到恢復(fù)壩身。在搶險(xiǎn)加固階段,分別采用了自卸汽車拋石和人工配合裝載機(jī)裝拋鉛絲籠。大型搶險(xiǎn)設(shè)備與人工的有機(jī)配合,既提高了搶險(xiǎn)效率,又使整個(gè)搶險(xiǎn)現(xiàn)場有條不紊、緊張有序。(3)高強(qiáng)度拋石復(fù)合壩身加固由于潛壩在大水時(shí)頂部需要過水,因此在2001年、2007年兩次重大險(xiǎn)情搶護(hù)中未使用軟料,全部利用大型機(jī)械設(shè)備(裝載機(jī)、挖掘機(jī))配合自卸汽車進(jìn)行高強(qiáng)度拋石恢復(fù)壩身,而后在迎水面人工拋鉛絲籠或裝載機(jī)配合人工拋鉛絲籠加固根基。這樣雖然投資大一些,但避免了搶險(xiǎn)軟料幾年后腐爛再次出險(xiǎn)的不利局面。5設(shè)計(jì)目標(biāo)難以達(dá)到設(shè)計(jì)要求土工布長管袋鉛絲籠潛壩一般布設(shè)在工程尾部送溜段,在中小洪水時(shí)發(fā)揮導(dǎo)溜作用,在大洪