浅析河道整治工程根石走失的原因及抢护 措施

王海滨 刘房 王海 燕 郭帅

摘要：黄河河道整治工程是治理黄河的综合措施之一，黄河下游，以防洪为目的的河道整治工程，一般包括险工、控导、护岸工程，用以保护河岸避免冲刷，稳定河势，归顺流路，确保防洪安全；其整治建筑物形式主要有坝、垛、护岸，简称坝垛。根石是河道工程的基础，根石一旦走失，将会造成坦石下滑，出现险情，如果不及时抢护，根石、坦石将继续走失坍塌，造成坝垛险情扩大，使工程坝垛的基础失去稳定，而造成坝垛坍塌，失去护滩保堤的作用，威胁沿岸群众生命财产安全；就目前工程坝垛出险形势来看，根石走失是目前工程出现险情的主要原因，减少根石走失，及时抛石护根，是保障工程安全的关键。

根石走失的形式

坝垛的根石长年在水面以下，水流作用与根石上，使根石发生变化，根石反过来作用于水流，影响水流的结构，二者是一个相互矛盾的统一体，相互依存，相互影响，相互制约，永远处于变化和发展的过程中；坝垛根石在水流的长期冲击作用下，容易发生根石走失，主要形式有两种，一是水流流速大，引起根石向下游移动或走失；二是水流冲刷根石，根石与水流相互作用，产生冲刷坑，使根石失稳，造成石块向冲刷坑内滚动，根石深度加深。

根石走失的部位

坝垛根石走失的部位多发生在水流来溜方向的迎水面，受水流冲刷部位的不同，坝垛的迎水面、上跨角、坝垛前头、下跨角，发生根石走失险情的机率大，有时个别受回溜淘刷较严重的坝垛，其背水面同样发生局部根石走失。

根石走失的主要影响原因

坝垛根石走失是水流与坝垛相互作用造成的，与坝垛靠溜情况，根石深度，抛石石块的大小，有直接关系，坝垛靠主溜，冲刷力强，根石就容易走失；坝垛靠边溜或不靠溜，冲刷力弱，根石就不容易走失。根石走失与坝垛根石的深度及根石断面的坡度也有很大关系，根石深度浅、坡度陡、断面不平顺、石块粒径小，也比较容易出现根石走失。

3.1水流对坝垛的影响

由于河道整治工程一般修建于河道弯曲段的凹岸，在中常洪水时，黄河来水受弯道影响，使水流产生离心力，造成河道水流形式发生变化，当水流作用到坝垛时，与坝垛产生相互作用力，改变水流形态，产生螺旋流，造成根石走失。特别是工程靠大溜顶冲或大边溜时，水流对坝垛的冲刷及淘刷能力比较强，能将护根的石块冲走，使根石的坡度变陡，使坝垛失去稳定性而出现险情。

3.2黄河高含沙量对坝垛的影响

黄河挟带泥沙数量之多，居世界首位。平均每年输入黄河下游的泥沙达16亿吨，年平均含沙量37.8公斤每立方米，一些多沙支流洪峰含沙量高达300～500公斤每立方米，并且60%的水量和80%的泥沙都集中在每年的汛期。黄河含沙量太大，增加了黄河工程坝垛根石抛投、探测、治理等难度，水流中的含沙量对坝垛根石的稳定有直接关系，水流含沙量高，造成主河槽缩窄，流量增大，水流冲刷力增强，容易在坝垛底部形成冲刷坑，发生根石走失。

3.3长期小水流冲刷的影响

黄河河流域年径流量主要由大气降水补给，受大气环流的影响，黄河流域降水量较少，而蒸发能力较强，黄河多年平均天然年径流量580亿立方米左右，仅相当于降水总量的16.3%，产水系数很低，所以黄河水流流量一般较小，而黄河下游多是游荡性河道和弯曲性河道，河流水流量小，河流就容易坐湾，坝垛就容易长时间受小流量水流的冲刷，在坝垛下形成冲刷坑，将护根的石块塌陷或冲走，使根石的坡度变陡，使坝垛失去稳定性，而发生险情，如不及时抢护，将造成小水出大险，危及坝垛的安全。

3.4工程施工方法的影响

在工程坝垛施工时，受水流的影响，分旱地施工，和水中进占施工，旱地施工时，在坝垛基槽挖好后，按照设计要求，在槽内只填散石或预埋铅丝笼，坝垛一旦长时间靠溜，根石容易走失。水中进占施工时，用柳秸料进行进占，再用石方土方回填，在坝垛底部容易留一层或几层柳料层，长时间被水侵泡，容易腐烂，使根石塌陷，发生险情。根石石块小，重量轻，根石不能保持自身稳定，也会发生根石走失现象。在根石加固时，根石抛投不到位，根石断面坡度不合理，所抛根石大部分堆积在底部根石的上部，形成上宽下窄、头重脚轻的现象，这种情况对坝垛稳定极为不利，极易出现根石走失。断面坡度陡，根石坡度越陡，水流的冲刷作用越强，冲刷坑越深，造成根石走失越严重。

3.5坝垛基础与横河、斜河的影响。

黄河工程地质情况复杂多变，坝垛底部的河床地质情况，对坝垛根石稳定性有直接的影响，黄河河床受冲刷淤积条件的限制，各河段河床的组成也不尽相同，河床组成结构的抗剪和抗滑能力不同，对坝垛整体稳定的影响也不同，当坝垛修建到细颗粒粘性土层或弱夹层时，工程完工后，受水流冲刷作用，坝前易产生较大的冲刷坑，造成根石走失。当黄河河势变化时，来溜方向与工程出现较大的夹角，导致水流直冲工程的坝垛成为横河斜河，横河斜河的产生，比较容易在坝垛前出现较大的冲刷坑，造成坝垛的根石、坦石被冲揭剥离，发生根石走失坦石坍塌，危及坝垛安全。

4、 根石走失的抢护措施

坝垛发生根石走失后，根据出险情况，一般可采取散抛块石、抛铅丝笼、抛柳石枕、抛土袋等进行处理加固，控制险情扩大，确保坝垛稳定。

 4.1散抛块石。

散抛块石是坝垛出险后，采用较多的一种护根方法。它适用于一般险情的抢护。当坝垛被大溜冲刷，坝脚被掏空，发生根石走失险情，坦石局部坍塌，没有露出土胎坝基时，采用散抛石的方法比较好，此方法采用装载机或挖掘机抛散块石，所抛块石呈散状，使坝垛根部不容易发生墩蛰现象，施工简单，见效快，投资小，能够及时控制险情，防止险情继续扩大；在抛块石护根时，应选用30公斤以上的石块。其缺点是，散抛石体积小，重量轻，容易被水流冲走，对于基础薄弱的坝垛不建议使用。

4.2抛铅丝笼

在河势多变，大溜顶冲，散抛块石容易被冲走，出险位置又缺乏柳梢料物，险情发展较快的坝垛，一般采取抛投铅丝笼；在发生根石走失险情后，应在险情位置下游抛投铅丝笼墩，然后向上游扩展，每10米，抛投一个铅丝笼墩，然后在两个铅丝笼墩之间抛散石，防止散石被水流冲失，此方法能够快速稳定险情，效果较好，铅丝笼韧性好，使用年限长，但使用铅丝笼护根投资较大，所用人工较多，一般在坝的上跨角和迎溜较大、险情较重的部位使用。

4.3捆抛柳石枕

在河势多变，大溜顶冲、根石走失险情发展迅速，坝垛已经漏出土坝基时，采取捆抛柳石枕，它的优点是整体性比散抛块石好，具有一定的柔韧性，材料能够就地取材，防冲刷效果好，捆抛柳石枕入水后能使柳石枕贴近河床，可以快速缓流落淤，防止冲刷，达到快速抢护险的目的；其缺点是操作时间长，抛柳石枕时，容易折断，柳石枕容易腐烂，寿命短，使用柳石枕后，还要加固散石。

4.4 加强观测，及时补抛根石。

为争取主动，防止险情扩大，工程靠河的坝垛应加强观测，及时探摸根石，发现根石坡度陡于1：1时，就应及时补充根石，加大根石坡度，只有经过水流冲刷--抛石加固--再冲刷--再抛石加固，反复进行，逐步加深坝垛根石基础，填补坝垛冲刷坑，阻止根石下滑，直至坝垛达到稳定为止，确保工程运行安全。

作者简介：王海滨：男，1976年8月，高级工程师，主要从事水利工程管理等工作。

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