堆石攔河壩常見破壞原因及防治措施

王永剛，王蓮鳳，楊思鵬

(1.密山市集賢灌區(qū)水利水保總站當(dāng)壁鎮(zhèn)分站，黑龍江 密山 158316；2.虎林市石頭河水庫(kù)管理站，黑龍江 虎林 158400；3.密山市集賢灌區(qū)水利水保總站，黑龍江 密山 158313)

堆石攔河壩常見破壞原因及防治措施

王永剛1，王蓮鳳2，楊思鵬3

(1.密山市集賢灌區(qū)水利水保總站當(dāng)壁鎮(zhèn)分站，黑龍江 密山 158316；2.虎林市石頭河水庫(kù)管理站，黑龍江 虎林 158400；3.密山市集賢灌區(qū)水利水保總站，黑龍江 密山 158313)

堆石攔河壩的壩肩繞滲破壞采取保證壩體插入岸邊深度、壓實(shí)回填土、貼實(shí)無(wú)紡布措施；流冰破壞采取增加過(guò)流深度和破碎大面積冰塊措施；壩下沖刷破壞采取控制消能末端基礎(chǔ)沖刷上延措施。

堆石攔河壩；破壞原因；繞滲；冰凍；防治措施

0 序 言

堆石攔河壩因取材方便、容易施工、建設(shè)造價(jià)低等優(yōu)點(diǎn)被從河道引水灌溉廣泛采用。但堆石攔河壩屬散體結(jié)構(gòu)形式，主要靠塊石等自重堆砌成形，故易受到破壞，每年需要投入大量的塊石和人工進(jìn)行維修。

筆者根據(jù)實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn)，對(duì)堆石攔河壩常見破壞原因進(jìn)行分析并提出防治措施，供參考。

1 壩肩繞滲

主要闡述破壞原因和防治措施2個(gè)方面：

1.1 破壞原因

壩肩繞滲常發(fā)生在開河期，回填砂土密實(shí)程度不夠是造成壩肩繞滲破壞的主要原因。

由于堆石攔河壩一般在冬季施工，砂土處于凍結(jié)狀態(tài)，修筑岸邊的砂土不密實(shí)，水流繞過(guò)壩肩或護(hù)岸在砂土中流動(dòng)。

當(dāng)砂土融化后滲流速度大于穩(wěn)定滲流速度時(shí)，砂土中的細(xì)小顆粒被沖走，此時(shí)岸邊砂土仍處凍結(jié)狀態(tài)，不能下沉填補(bǔ)細(xì)小的沖刷孔洞，逐漸使?jié)B流速度加快，沖刷能力增強(qiáng)，岸邊產(chǎn)生破壞。

1.2 防治措施

防治措施主要包括3個(gè)方面：保證壩體插入岸邊深度、壓實(shí)回填土和貼實(shí)無(wú)紡布。

1.2.1 保證壩體插入岸邊深度

壩體兩端要插入岸邊2～5m。插入斷面為：頂寬≥2m，邊坡1∶0.5～1∶1，底面與壩體底面平齊，壩頂高出河岸0.5m。

1.2.2 壓實(shí)回填土

壩肩和岸邊回填土要盡量取用暖黏土及時(shí)壓實(shí)，回填砂料的要用拖拉機(jī)將凍塊壓碎、壓實(shí)。

1.2.3 貼實(shí)無(wú)紡布

1)砌筑壩體時(shí)要先將壩肩和護(hù)岸岸坡做好，將無(wú)紡布貼緊在岸坡上，避免無(wú)紡布與岸邊出現(xiàn)縫隙加大滲流。

2)無(wú)紡布搭接和岸上、岸底延伸長(zhǎng)度要滿足規(guī)范要求，避免無(wú)紡布產(chǎn)生裂縫、漏鋪現(xiàn)象，防止水流透過(guò)塊石直接沖刷岸坡。

2 流冰破壞

主要包括2個(gè)方面：流冰破壞原因和防治措施。

2.1 流冰破壞原因

冰塊攜帶的能量較大和過(guò)流深度不夠，是導(dǎo)致攔河壩流冰破壞的主要原因。

根據(jù)相關(guān)資料和經(jīng)驗(yàn)，流冰破壞的臨界水深計(jì)算公式為：

H臨=1.15d+0.15

(1)

式中：H臨為臨界水深，m；d為冰厚，m。

2.1.1 當(dāng)堰頂水深H堰>H臨，堰底收縮斷面水深H底

冰塊通過(guò)堰頂延壩后堰面下移，勢(shì)能除部分消耗外，全部轉(zhuǎn)換為動(dòng)能使冰塊漂移速度迅速增加，到達(dá)堰底水流收縮斷面時(shí)(躍前水深)速度達(dá)到最大，對(duì)壩體的撞擊力也達(dá)到最大值。

冰塊與壩面堰底發(fā)生碰撞，使堰底塊石單塊或多塊下移，上部塊石失去支撐向下游滾動(dòng)或塌落[1]。

2.1.2H臨>H堰>0.9d時(shí)

冰塊不能完全漂浮，冰塊與壩面發(fā)生局部碰撞，但在水流沖擊和后續(xù)冰塊的撞擊下可通過(guò)堰頂，并隨落差的減小勢(shì)能轉(zhuǎn)變成動(dòng)能而速度加快，延堰面下滑通過(guò)攔河壩。

堰體表面受到冰塊撞擊，塊石依次向下游位移而滾落，出現(xiàn)俗稱“扒皮”現(xiàn)象。

2.2 防治措施

增加過(guò)流深度和破碎大面積冰塊是防止攔河壩流冰破壞的有效方法。從以上堆石欄河壩流冰破壞分析得出，防止措施主要采取保證攔河壩流冰期安全過(guò)流水深和減小個(gè)體冰塊的能量?jī)煞N方法[2]。

2.2.1 保證攔河壩流冰期過(guò)流水深

根據(jù)歷年河流流冰期水量和經(jīng)驗(yàn)，降低堰頂高程和縮小堰頂寬度，使堰頂和堰底收縮斷面過(guò)流水深大于臨界水深[3]。堰頂降低的高度一般在0.3m以內(nèi)，縮小的寬度不超過(guò)河道寬度的1/3。

每年灌溉結(jié)束后，用人工將堰頂中部的塊石減至要求降低到的高度和寬度，將塊石堆放到壩的兩側(cè)，灌溉前再將兩側(cè)塊石回砌到堰頂中部至要求高度和寬度。

為減少來(lái)回搬砌工作量，也可以不回砌堰頂，待水位達(dá)不到灌溉要求時(shí)用編織袋裝沙土臨時(shí)加高堰頂。

2.2.2 破碎冰塊

對(duì)大面積的冰塊進(jìn)行人工破碎是降低單塊能量、減少撞擊力的有效辦法。特別是破碎武開河較大面積的流冰冰塊，對(duì)減輕冰塊對(duì)攔河壩和其它河道上水工建筑物的撞擊力，保證過(guò)冰安全有較好的效果[4-5]。

3 壩下沖刷

主要包括2個(gè)方面的內(nèi)容：

3.1 破壞原因

壩下沖刷是壩后消能末端的塊石底部砂土被水流沖走，塊石向下游移動(dòng)，上游塊石失去下游塊石的支撐，在水流的沖擊和自重的作用下逐漸下滑、滾落，最后導(dǎo)致壩體坍塌。

3.2 防治措施

壩后沖刷主要以控制消能末端基礎(chǔ)沖刷上延為主，可采取以下4項(xiàng)措施進(jìn)行防治：

3.2.1 放緩壩背坡坡度

中、小型堆石攔河壩壩背坡坡比一般為1∶8～1∶10，大型堆石攔河壩需要經(jīng)過(guò)消能計(jì)算確定。

作用是延長(zhǎng)坡面長(zhǎng)度，利用坡面塊石的糙度和縫隙增強(qiáng)消能效果，減弱水流對(duì)壩坡末端的沖刷力；同時(shí)縮小壩坡與河底水平面的夾角，減小塊石的下滑力，提高壩坡塊石的穩(wěn)定性。

3.2.2 提高塊石抗沖刷能力

壩坡末端3～5m寬采用鉛絲籠或鋼筋籠結(jié)構(gòu)，加強(qiáng)對(duì)散體塊石的固結(jié)，增強(qiáng)抗沖刷能力。

3.2.3 鋪設(shè)無(wú)紡布

在壩坡末端5～10m寬度內(nèi)河底鋪設(shè)無(wú)紡布，防止水流透過(guò)石縫沖刷河底。

3.2.4 設(shè)置海漫段

大型堆石攔河壩要根據(jù)水力計(jì)算設(shè)置足夠長(zhǎng)度的海漫段對(duì)壩坡末端進(jìn)行有效防護(hù)，防止壩坡末端沖刷。

4 結(jié) 語(yǔ)

堆石攔河壩要定期巡查，特別是春季開河和流冰期要有專人值守，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題及時(shí)處理。每處堆石壩要根據(jù)工程實(shí)際存有一定數(shù)量的塊石備料，預(yù)備攔河壩破壞時(shí)及時(shí)搶修，避免因化凍后石料運(yùn)輸困難延誤搶修時(shí)機(jī)，造成工程的更大破壞。

[1]高思德，董權(quán).堆石攔河壩流冰破壞分析及預(yù)防措施[J].黑龍江水利科技，2010，38(02)：230.

[2]于敏.基于中小河流上堆石攔河壩加固的分析[J].黑龍江水利科技，2008，36(02)：76.

[3]關(guān)彥峰，王艷娟.堆石結(jié)構(gòu)攔河壩壩頂高程的確定[J].黑龍江水利科技，2003，31(01)：140.

[4]欒艷,趙明階.土石壩病害類型及其成因淺析[J].海河水利,2009(01):55-58.

[5]姜春艷.水利工程中壩體防滲技術(shù)處理[J].中國(guó)新技術(shù)新產(chǎn)品,2013(06):67.

1007-7596(2014)10-0085-02

2014-04-12

王永剛(1976-)，男，黑龍江密山人，助理工程師；王蓮鳳(1972-)，女，黑龍江虎林人，助理工程師；楊思鵬(1980-)，男，黑龍江密山人，助理工程師。

TV641.4

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