河津小石咀护岸工程结构断面存在的问题及改进建议

王海峰 柴俊芳

（河津黄河河务局，河津 043300）

1 工程概况

小石咀工程位于河津市阳村乡苍头村西，黄淤66～67断面之间，上接大石咀工程，下邻汾河口工程。工程联坝全长2 160m，有丁坝22条。1～5号坝段为护岸工程，防御标准为2005年水平龙门站20 000m3/s洪水，6～22号坝段为控导工程，防御标准为2005年水平龙门站12 700m3/s洪水。

2 工程出险情况

2008年10月份，河津河段小石咀工程坝前河势发生变化，小石咀工程8～22号坝段靠黄河主流。自2008年10月6日至2009年1月12日，受横河、斜河顶冲淘刷，小石咀工程16～22号坝段的丁坝及坝档相继发生根石、坦石坍塌险情。累计出险长度588m，出险24坝次，损失石方3 694m3。具体为：

2008年10月份，小石咀工程16～21号坝段相继发生根石坦石坍塌险情，出险10坝次，出险长度195m，损失石方1 204m3。

11月份，小石咀18～21号坝段发生根石坦石坍塌、土坝基墩蛰入水险情，出险7坝次，出险长度200m，损失石方1 206m3。

12月份，小石咀21～22号坝段发生坦石坍塌险情，出险4坝次，出险长度122m，损失石方330m3。

2009年1月份，小石咀工程20～21号坝段发生根石坦石坍塌险情，出险3坝次，出险长度71m，损失石方954m3。

在近三个月的时间里，小石咀工程16～22号坝段相继发生水毁险情，且出险部位基本是自上而下，逐段发生。水毁险情由小险情逐渐发展至重大险情，致使小石咀工程16～22号坝段损失惨重，出险长度占石方裹护长度的69.4%，裹护断面石方最大损失率100%，致使部分工程坝基土方墩蛰外露。

3 险情原因分析

2008年汛期，黄河中游没有发生大范围的强降雨过程，洪峰和洪量较小，属枯水少沙年份。2008年汛期（7-9月份），黄河中游龙门站径流总量为51.71亿m3，较多年均值减少60.4%；输沙总量为0.18亿t，较多年均值减少97.5%。

黄河龙门站汛期最大流量为1 670m3/s，（9月14日8时）；最大含沙量为15.1 kg/m3（8月15日18时30分）；最小流量为108m3/s，（7月24日8时）。

整个伏秋大汛期间大于1 000m3/s以上流量的仅有16天，其中9月份大于1 000m3/s以上流量的仅有15天。出险期间，最大流量为2008年10月13日8时龙门站流量1 060m3/s，最小流量为2008年12月27日8时龙门站流量130m3/s，且自2008年11月份至2009年元月份，黄河流量持续减小，最大流量为2009年元月6日龙门站445m3/s。是什么原因导致在小流量的情况下发生了如此严重的险情呢？经过认真的研究分析，笔者认为险情发生的原因主要有以下几点：

1）河势变化的影响

2008年伏秋大汛期间，小石咀工程8～22号坝段一直靠流，10月份，黄河流势发生变化，主流以三股流路下行，一股居中而行，其余两股沿两岸工程而行，居中而行的黄河主流在经过候禹高速公路大桥后呈横河、斜河之势顶冲小石咀工程17号坝，受横河、斜河顶冲淘刷影响，2008年10月9日早8时许，17号坝坝头下部石方坍塌，至10时坝头裹护石方整体坍塌入水，坝体土方几乎全部外露。随后，河势分别上提下挫至16号坝、18～22号坝，以同样的手法袭击了坝头、坝档石方裹护部位。

2）工程根石较浅，抗洪能力较弱

2002年3月，小石咀工程16～22号坝段开工建设，2002年9月全面完成，2003年8月正式交付使用。工程运行期间，虽一直靠流，但未发生过大的险情，工程根石沉深较浅。经探测，该段根石沉深仅为3～5m。由于工程根石较浅，遇横河、斜河顶冲淘刷，工程出险在所难免。

3）结构断面是导致工程发生重大险情的主要原因

小石咀工程16～22号坝段的结构断面为：土坝基顶宽10m，坦石顶宽 2m，内坡比 1：1.3，外坡比 1：1.5。见图 1。

图1 小石咀16～22号坝段结构断面

4 工程结构断面存在的问题及建议

1）工程结构断面存在的问题

纵观小石咀工程的整个出险过程，造成工程险情加剧的主要原因在于工程结构断面存在的问题主要为：

（1）小石咀工程的结构断面为无根石台设计，影响了坝体的稳定性。小石咀工程结构断面中无根石台设计，施工时采取柳石楼厢水中进占，自柳石楼厢外边线后退1m进行坦石施工，柳石楼厢受施工时水深限制仅为3.4m。经实地观测预估，坝前最大冲刷深度约为5m。由于坝前根石严重不足，无法弥补根石深度与实际最大冲刷深度的差距，降低了坦石及整个坝身的稳定性，受水流冲刷，极易发生坍塌险情。

（2）小石咀工程的结构断面无根石台设计，加速了险情发展速度。受工程根石量不足影响，受水流冲刷后，坝前及坝底石方坍塌走失，致使工程底部坝前部位悬空，上部坦石在自身重力作用和水流冲刷下，快速坍塌入水，加速了险情发展速度。

（3）小石咀工程的结构断面不利于险情的抢护。工程抢险贵在及时，一旦发现险情要立即采取措施，抢险不及时，会使小险发展成大险，抢护更加困难。小石咀工程结构断面中，坝前没有根石台，抢险装抛铅丝笼只能在坝顶进行，但在坝顶抛铅丝笼直接加速了护坡石下沉的速度，加剧了险情发展，严重影响了抢护工作的开展。

2）建议

根据小石咀工程出险情况分析，结合黄河河津河段多年来险情发生情况，对工程设计提出以下几点建议：

（1）在工程结构断面设计过程中增加根石设计。根石，也叫“护根石”，是坝体下部的保护石。根石是坦石乃至整个坝身安全稳定的基础，坡度以1：1～1：1.5为佳，以坝前头及上跨角为最深。增加根石设计，可以极大地提高工程稳定性。

（2）在工程结构断面设计过程中增加根石台设计。根石台为根石顶部的平台，增加根石台能够起到如下作用：一是便于上部坦石护坡埋脚，防止破坏；二是便于及时发现根石出险，便于迅速抢修加固；三是为工程抢险提供装抛铅丝笼场地和增加坦石的稳定性。建议根石台宽度确定在3m以上，利于在根石台上开展抢险装笼等工作。见图2。

图2 建议改进的结构断面