温孟滩河道工程应急除险加固试验

温孟滩河道工程应急除险加固试验

1工、护岸控导工程文孟滩移民安置区的河流工程是在现有控制工程的基础上进行的。该项目于1993年10月开始，并于2000年10月完成。有四个入口系统：村、开仪、化工、大兰、水库、堆叠场和护岸209个1。丁坝的防御标准:2000年以前防当地流量5000m3/s、2001年以后防当地流量4000m3/s超高1m［2］。根据1971年、1992年设计标准,逯村控导根石深8m,开仪、化工、大玉兰控导根石深12m。其中大玉兰1—27坝坝长120m、坝间距120m,迎水面非裹护段长度为60m(其余工程为30m)。2沙期间出险量2002年调水调沙以来,逯村河势比较稳定。2007年以来,开仪、化工控导前受对岸浅滩挑溜影响,河势明显下挫。大玉兰控导从2006年开始河势逐渐上提。历次调水调沙期间,横河、斜河时有发生,工程多次出险。温孟滩河道工程距离小浪底水库较近,河床比降大。经过多年持续冲刷,逯村控导的主河槽已经冲刷到鹅卵石层,开仪、化工、大玉兰控导的主河槽下切明显。根据同流量级沿程水位观测资料,2010年与2002年同流量(2010年6月20日流量为3350m3/s、2002年7月4日流量为3250m3/s)水位相比,逯村、开仪、化工、大玉兰控导水位分别降低了1.77、1.25、1.18、0.74m,平均降低1.24m。3危险因素的发展趋势与根石的勘探3.1工程管理方面据统计,2002—2010年历次调水调沙期间温孟滩河道工程累计出险578坝次(其中较大险情10次),抢险用石7.07万m3。其中:逯村控导32次,抢险用石0.32万m3,2003年出险较多,2004年以后没有再发生险情;开仪控导170次(2004年发生较大险情3次),抢险用石1.87万m3;化工控导148次(2006年发生较大险情3次),抢险用石1.89万m3;大玉兰控导228次(2010年发生较大险情4次),抢险用石3.00万m3,2010年调水调沙期间大玉兰3—5坝持续出险,7月4—10日共发生险情34次,抢险用石1.23万m3,其中仅4坝就发生较大险情4次。新修的温孟滩河道防护工程至今还未经大水考验,工程基础浅,大水期间横河、斜河时有发生,严重危及防护堤安全。根据工程靠河情况、河势变化以及河道冲刷情况分析,逯村控导由于卵石层较浅,因此工程基础相对稳定;开仪、化工、大玉兰控导自2002年以后在调水调沙期间多次发生险情,每年出险相对集中,且随着河道下切和对岸高滩的挑水,险情有向工程上首逐渐发展的趋势,特别是由河势变化引起的丁坝迎水面及土石结合部根(坦)石墩蛰、土胎外漏等较大险情,呈逐年增多的趋势。3.2水下断面的测量为全面掌握温孟滩河道工程根石状况,2010年8月,焦作黄河河务局委托黄河勘测规划设计有限公司采用“黄河河道整治工程根石探测技术研究与应用”科研成果,利用GPS移动站与船载3200-SX浅地层剖面仪,对靠河的79道坝进行了探测。结果表明,根石深度不足8m的仅有1道坝,8~10m的有13道坝,10~12m的有26道坝,12~15m的有23道坝,15~18m的有11道坝,18~25m的有4道坝,25m以上的有1道坝［3］。为验证上述根石探测成果,焦作黄河河务局又委托黄河水文勘察测绘局在大玉兰3坝和5坝进行了河道水下断面测量。根据测绘成果推算,两单位所测结果基本一致。4河道冲刷下切,影响工程安全近年来,黄河下游来水来沙偏少,水沙条件逐步发生变化,特别是小浪底水库运用后,不仅改变了水量的年内分配,而且改变了下游的水沙条件。上游所来泥沙大部分被拦截在水库中,清水下泄导致下游河道冲刷下切,其冲刷深度和河势变化对黄河下游河道工程造成了严重威胁［4］,一旦发生险情,抢护将十分紧张、被动。逯村、开仪、化工、大玉兰等4处控导工程已经与移民防护堤连为一体,河道工程的安全直接影响到移民安置区居民稳定的大局。为消除工程潜在的安全隐患,对工程根石薄弱和其他易发生险情处进行提前应急加固,变被动抢护为主动防护,是十分必要的。5应急评估措施和应用5.1确定加固对象将开仪、化工、大玉兰控导的靠河工程作为重点加固对象,其中大玉兰1—27坝为重点应急加固对象。针对目前温孟滩河道河势和工程现状,焦作黄河河务局提出了利用充沙长管袋、土工包、吨包等技术代替块石加固根石的方案［5］,并于2011年汛前进行了生产性试验,取得了很好的效果。5.2除险加固措施5.2.1机械抛石排根石台加固对于原有裹护段根石坡度不足1∶1.5、根石深度不足18m的工程,采用大型机械抛石排,按缺石量以预留根石台的形式在汛前一次加固到位。其中铅丝笼加固比例不少于总加固量的20%,对于缺石量较大的部位,先抛土工包或吨包,之后在外部和顶部抛散石裹护［6］。5.2.2非涂层加固措施主要对大玉兰1—27坝原60m裹护体实施延长,延长裹护段30m,达到现行设计标准。5.2.3水库加固措施为避免2010年调水调沙期间大玉兰3—5坝强回溜淘刷坝裆和4—5坝土坝基非裹护段坍塌险情的再次发生,对重点坝裆进行了加固。5.3按水位梯度分类根据河南黄河勘测设计研究院于2008年6月完成的《2006年度黄河下游防洪工程建设大玉兰工程修改初步设计报告》,丁坝设计冲刷深度按以下3种方式综合确定:一是利用丁坝冲刷水深计算公式算得中常洪水下最大深度,为15.5m;二是参考近年来黄河下游坝岸根石探摸情况统计,最大深度为23.5m;三是根据老河工经验判断,“够不够,三丈六”,即根石深度达到11~15m时,可认为已基本稳定。综合以上方法,控导工程设计水位下冲刷深度取15m。根据前述2002年以后温孟滩河道实际冲刷情况,河床平均下切深度按2m考虑。因此,根石加固深度为设计水位下冲刷深度15m、设计超高1m和河床下切2m之和,即18m。5.4根石加固量结果(1)达到根石稳定坡度需要加固的工程量。根据本次根石探测成果,按根石坡度1∶1.5为稳定坡度计算,本次根石探测的79道坝、303个断面总缺石量为4.95万m3。(2)达到根石稳定深度(18m)需要加固的工程量。根据本次根石探测成果,根石深度不足18m的共有68道,按加固厚度1.5m计算,缺石量为7.70万m3。(3)延长大玉兰1—27坝非裹护段的工程量。按平均接长30m、加固厚度1.5m、加固深度18m,缺石量为2.19万m3。总加固工程量为三者之和,即14.84万m3。5.5高效能、有效落实安全生产保障措施2011年汛前,采用移动造浆设备利用黄河泥沙充填长管袋、装载机推土工包技术对大玉兰控导1—2坝易出险部位和非裹护段进行了加固;2011年调水调沙期间,采用先抛土工包或吨包、外部和顶部抛散石的方法对大玉兰控导1—2坝非裹护段进行了应急加固,共抛投100个土工包、300个吨包;2011年汛期,在化工控导11—13坝采用装沙土大编织袋对易出险部位进行了加固,共抛投200个大编织袋。以上措施共利用泥沙约2.8万m3,经测算,比采用块石节约投资90余元/m3,仅当年就节约投资250余万元,经济效益十分显著。通过对易出险部位和工程的非裹护段进行预加固,确保了工程在汛期和调水调沙期间的安全运行。据统计,2011年、2012年汛期应急加固过的工程运行正常,为防汛工作赢得了主动,确保了工程安全。6对工程进行预加固(1)小浪底水库运用初期清水下泄引起的主河槽冲刷下切,致使新修的温孟滩移民防护工程不太适应河槽冲刷深度和河势的变化,险情频生,对防护堤造成了很大威胁,抢险极为被动。因此,