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黃河防洪工程土工織物沉排壩運(yùn)行探討

2015-04-05 18:31:10齊愛民李佩超張文德
水利建設(shè)與管理 2015年7期
關(guān)鍵詞:管袋險(xiǎn)情土工

齊愛民 李佩超 張文德

(新鄉(xiāng)黃河河務(wù)局封丘黃河河務(wù)局,河南 新鄉(xiāng) 453300)

治黃以來,黨和國家對(duì)黃河治理給予了極大的重視和關(guān)注,始終把保障黃河防洪工程安全作為黃河治理的首要任務(wù)。作為黃河工程的建設(shè)與保護(hù)者,更應(yīng)堅(jiān)持不懈地把建設(shè)黃河防洪工程、維持黃河健康生命作為重中之重,尤其是地處重要防洪地段的黃河下游,修建了大量的險(xiǎn)工、控導(dǎo)、護(hù)岸等防洪工程,其中大部分是以土料、塊石為主要材料的整治建筑物。

此類建筑物材料在過去有著廣泛的來源,隨著國民經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展,耕地占用十分嚴(yán)重,土地相對(duì)緊缺,土源危機(jī);為保護(hù)有限的礦產(chǎn)資源與生態(tài)植被,附近礦山禁止開采,石料相對(duì)緊張;若水中進(jìn)占施工,需使用樹枝等軟料閉氣,砍伐樹木直接影響生態(tài)環(huán)境。為保證黃河水流態(tài)勢(shì)良好運(yùn)行,水利專家通過實(shí)體實(shí)驗(yàn),利用土工織物的反濾功能與原河床有相同變形模量的特性,和強(qiáng)度高、柔性好、使用壽命長(zhǎng)等特點(diǎn),采用土工織物作為新材料的新技術(shù)和新工藝來建造水利整治建筑物,并在江、河等大型水利工程建設(shè)中得到了應(yīng)用。

1 土工織物沉排壩的建造與運(yùn)行效果分析

封丘禪房控導(dǎo)工程。禪房控導(dǎo)工程始建于1973年,1988年共修建丁壩34道,其中34號(hào)壩為土工織物褥墊長(zhǎng)管袋防洪壩,是黃河防洪工程中首次進(jìn)行的新材料、新技術(shù)、新工藝應(yīng)用。

1988年6~7月,黃委、河南省局領(lǐng)導(dǎo)非常重視,組建專家團(tuán)隊(duì)坐鎮(zhèn)指揮“試驗(yàn)壩”的建設(shè)。該壩修建時(shí)為水中進(jìn)占:土工織物大布鋪底,土袋、塊石穩(wěn)固;長(zhǎng)管袋充填黃河泥沙形成壩體;迎水面至下跨角由散石裹護(hù)。

該壩于1989年7月16日大溜頂沖時(shí)部分根石下蟄,經(jīng)搶護(hù)拋散石約100m3,險(xiǎn)情及時(shí)控制。與之相臨的33、35號(hào)土石結(jié)構(gòu)壩則出險(xiǎn)情況嚴(yán)重,使用料物較多,搶護(hù)時(shí)間較長(zhǎng)。該壩常年主溜頂沖,目前運(yùn)行良好。

封丘禪房控導(dǎo)工程37號(hào)壩運(yùn)行情況。該壩于1989年6月水中進(jìn)占修建,壩體內(nèi)部結(jié)構(gòu)與34號(hào)壩相同,唯一不同的是壩坡設(shè)計(jì)為混凝土面板裹護(hù)。當(dāng)年由于大溜頂沖,迎水面0+55~0+70處根石下蟄,混凝土坡面下滑入水,因回流與大溜頂沖掏刷,直至混凝土壩坡面板大部斷裂、損壞,搶護(hù)后壩坡變?yōu)樯⑹Y(jié)構(gòu)。

該壩雖常年主溜頂沖,未發(fā)生坍塌等險(xiǎn)情,至今運(yùn)行良好。

封丘順河街控導(dǎo)工程32~34號(hào)潛壩運(yùn)行情況。為穩(wěn)定該河段流勢(shì),1998年5月開始建設(shè)順河街控導(dǎo)工程的16~31號(hào)壩。1999年12月修建該工程的32~34號(hào)潛壩(設(shè)計(jì)為3000m3/s流量以下時(shí)“潛”水),結(jié)構(gòu)為:大布鋪底,長(zhǎng)管袋充填泥沙鋪排,壩頂、壩坡外裹護(hù)鉛絲石籠。

施工時(shí)為冬季,黃河流量較小,0+000~0+220段為低灘施工,0+220~0+300段為水中進(jìn)占。由于冬季施工,天氣寒冷,雖大布鋪設(shè)穩(wěn)固較好,灘面基礎(chǔ)開挖雖合乎標(biāo)準(zhǔn),但在長(zhǎng)管袋內(nèi)充填的泥土出現(xiàn)冰凍跡象;在鉛絲石籠裹護(hù)壩體時(shí)又出現(xiàn)撞破管袋現(xiàn)象。受以上因素影響,給該壩的穩(wěn)定運(yùn)行埋下了安全隱患,直接導(dǎo)致該工程出險(xiǎn)幾率增大。

運(yùn)行過程中,2005年6月19~29日,當(dāng)時(shí)黃河流量為1860m3/s,該壩共發(fā)生壩面局部下蟄入水的險(xiǎn)情6次,共拋散石與石籠1870m3。

該壩雖常年做“中流砥柱”,搶護(hù)后至今未發(fā)生險(xiǎn)情,運(yùn)行狀況良好。

2 土工織物沉排壩出險(xiǎn)機(jī)理分析

經(jīng)過多年運(yùn)行,雖然土工織物沉排壩出險(xiǎn)幾率較少,搶護(hù)時(shí)間較短,但亦有險(xiǎn)情發(fā)生,造成出險(xiǎn)的原因主要有:?底布鋪設(shè)未到位,長(zhǎng)管袋不能全部坐落在護(hù)底褥襯大布上,長(zhǎng)管袋脫離底布,進(jìn)行游離,直接造成二者整體結(jié)合性與穩(wěn)定性欠佳;?長(zhǎng)管袋縫接質(zhì)量較差,底層長(zhǎng)管袋承重強(qiáng)烈,尤其是管袋末端易形成應(yīng)力集中,重壓時(shí)極易開(斷)裂,失去整體穩(wěn)固作用;?長(zhǎng)管袋充填質(zhì)量較差,如在冬季施工,長(zhǎng)管袋內(nèi)充填的土料凍結(jié),反濾孔因冰凍失去過濾作用,形成管袋充填外盈內(nèi)虧,待氣溫上升后,長(zhǎng)管袋充填的冰塊解凍融化,局部出現(xiàn)空洞現(xiàn)象;?長(zhǎng)管袋搭接間隙較大,長(zhǎng)管袋搭接應(yīng)緊密相連,交叉相接,不出現(xiàn)節(jié)理斷面,俯視成無隙排狀,側(cè)視為平行相交狀;?土工織物遭人為破壞,如:在壩體外裹護(hù)石料時(shí)長(zhǎng)管袋被砸損傷;根石探測(cè)時(shí)被錐桿穿破等人為因素影響,造成水流直接掏刷,使長(zhǎng)管袋處于空腹、游離狀態(tài),失去了整體的支撐、穩(wěn)固作用;?長(zhǎng)管袋末梢應(yīng)力集中未消除,當(dāng)長(zhǎng)管袋充填固化后,長(zhǎng)管袋末端處于充盈狀態(tài),易形成應(yīng)力集中,一旦石料裹護(hù)重壓,長(zhǎng)管袋將會(huì)折斷或破裂,應(yīng)增加反濾孔,消除應(yīng)力集中;?土工織物長(zhǎng)期裸露暴曬,土工織物一般情況下裸露、暴曬壽命僅為1年,將失去原有的抗壓、抗拉、抗沖等高強(qiáng)特性;若在密閉狀態(tài)下,性能可保持?jǐn)?shù)十年。

3 土工織物防洪壩出險(xiǎn)形式分析

土工織物沉排壩的施工,如:樓房建設(shè),自下而上層層疊加,整體性能相對(duì)穩(wěn)定。在水中進(jìn)占時(shí)施工的土石結(jié)構(gòu)壩為“填海式”平排推進(jìn),結(jié)合部易形成節(jié)理裂隙,土工織物沉排壩的出險(xiǎn)形式與土石結(jié)構(gòu)防洪壩有明顯區(qū)別。?出險(xiǎn)前根石與壩坡無明顯松動(dòng)、下蟄痕跡,眉子石、壩面、迎水面等部位無明顯裂隙等險(xiǎn)情特征;?出險(xiǎn)時(shí)局部猛墩猛蟄,突發(fā)性強(qiáng);?出險(xiǎn)后相對(duì)穩(wěn)定,險(xiǎn)情發(fā)展緩慢;?搶護(hù)時(shí)間較短,搶護(hù)用料較少,搶護(hù)成本較低;?搶護(hù)后工程比較穩(wěn)定,不易再次發(fā)生險(xiǎn)情。

4 土工織物沉排壩施工情況分析

根據(jù)土工織物沉排壩的運(yùn)行情況,為使該類型結(jié)構(gòu)壩持久穩(wěn)定,在施工時(shí)應(yīng)注意以下因素的影響:?底布鋪設(shè)一定要展開,避免報(bào)團(tuán)、褶皺現(xiàn)象的發(fā)生;土袋、石塊蓋壓要均勻,保證褥墊大布基礎(chǔ)的穩(wěn)固性和平展性;?避開寒冷期間工程施工帶來的冰凍危害,造成工程穩(wěn)定隱患;?長(zhǎng)管袋搭接合理,管尾部位折疊縫接,嚴(yán)防開裂、斷裂;?長(zhǎng)管袋末端添加反濾窗口,消除應(yīng)力集中,嚴(yán)防斷裂;?在裹護(hù)石料時(shí)防止損傷長(zhǎng)管袋,保證其完整性;?隨著調(diào)水調(diào)沙的不斷進(jìn)行,黃河河床逐年下降,土工織物逐漸顯露,應(yīng)及時(shí)覆蓋,避免裸露暴曬,降低壽命。

5 結(jié)語

土工織物是一種水利工程施工的新型材料,具有強(qiáng)度高、重量輕、抗沖耐磨、易購置等優(yōu)點(diǎn),利用河床內(nèi)的泥沙進(jìn)行充填,可減少占、挖耕地以及河道淤積。實(shí)踐表明:土工織物沉排壩與傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)壩相比,運(yùn)行時(shí)出險(xiǎn)次數(shù)少,出險(xiǎn)規(guī)模小,搶險(xiǎn)投資少,根石加固用量少,尤其在水中進(jìn)占時(shí)使用,可避免軟料進(jìn)占后年久腐爛出現(xiàn)的二次(坍塌)險(xiǎn)情,經(jīng)濟(jì)效益與社會(huì)效益顯著。

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