三棱柱钢管桁架在沁河决口封堵中的应用

□白庆只 □张晓芹 □张校彬（河南省人民胜利渠管理局 新乡市红旗区职教中心 许昌水利建筑工程有限公司）

0 引言

沁河是黄河左岸三门峡以下一条最大支流。发源于山西省太岳山脉南麓的二郎神沟，干流流经山西省的沁源、安泽、沁水、阳城、泽州等县，穿越太行山于河南省济源市的五龙口出山谷进入平原，流经济源市、沁阳市、博爱县、温县、武陟县，于武陟县方陵村汇入黄河滩区，沁河左右堤防分别至武陟白马泉、武陟方陵与黄河左堤衔接。黄河滩区沁河主槽后因黄河主槽南移，特别是受新中国成立后修建的人民胜利渠长期引水的影响，从1962年起，沁河自方陵下延10km,与人民胜利渠引水渠相连，至京广铁路附近汇入黄河。河道全长485.50km，平均比降3.80‰，流域面积13532 km2,占黄河三门峡至花园口区间41615 km2的32.52%，占黄河小浪底至花园口区间27000km2的50.12%。沁河洪水约有60%～70%来自五龙口以上地区。洪水的特点是∶峰高量小，来猛去速，含沙量小。1950年以来，小董站最大洪峰流量4130m3/s。黄河滩区沁河主槽防洪标准低，洪水流量＞150m3/s时就会造成决口。2000年以来在武陟县西营村沁河曾经多次决口，一是淹没下游上百公顷农田，阻断了黄河滩区的生产道路；二是当洪峰退去，沁河流量＜30m3/s时，沁蟒河污水顺着左岸串沟而下，绕开了导污系统工程而直接流到人民胜利渠、武嘉渠首闸前，使人民胜利渠、武嘉灌区的水源遭到严重污染，直接影响到以上两个灌区工农生产的用水需求，新乡市100万城市居民生活用水安全受到威胁。因此必需对西营沁河决口进行封堵。经过几次堵口，总结出堵口技术主要有如下几个方面：

1 决口封堵时机的选择

恰当的封堵时机选择，将有利于顺利的实现封堵复堤，减少封堵抢险的经费和减少决口灾害的损失。主要根据以下条件综合考虑，做出封堵时机的决策。一是决口口门附近河道地形及土质情况，估计决口口门发展变化趋势；二是近一段时间内的上游来水情况及天气情况，包括洪水流量、水位等水文预报情况；三是决口封堵料物的准备情况，施工人员组织情况，施工场地和施工设备的情况；四是灌区灌溉及城市生活用水情况。

2 决口封堵的组织设计

2.1 水文观测和河势勘察

在进行决口封堵施工前，必须要实测口门的宽度，绘制简易的纵横断面图，并实测水深、流速和流量等。

2.2 堵口堤线及龙口位置确定

堵口堤线主要考虑堵复所需工程量大小、施工道路交通等情况。龙口位置主要考虑决口口门横断面、河底土质、取土场地、上土道路等情况。

2.3 堵口辅助工程的选择

西营村沁河的多次决口后，主流顺着决口而下，在堵口时，原河槽已断流，基本上属于“悬河决口”，并且决口处下游原河槽还有一定的淤积。为了降低堵口附近的水位差和减小流量和流速，在堵口前采用开挖疏通原河槽的措施，以引导水流偏离决口处，并能顺流下泄，以降低堵口施工的难度。

2.4 决口封堵材料及合龙技术的选择

由于本决口封堵工程处于平原地区的黄河滩区，远离山区，长途运输堵口合龙所需石料，不管是时间上还是数量上都难以满足堵口合龙的需要，而只有考虑如何使用当地壤土来进行决口封堵。经过反复思考，发明利用了三棱柱钢管桁架配合尼龙网包装土袋合龙技术，从而使新材料、新技术与当地材料（壤土）完美结合，应用于决口封堵工程中。

2.5 堵口施工准备

在实施封堵前，要根据实测的决口处地形，以及堵复后堤防设计标准，并考虑堵口时会有一定的损失量，而计算出各种堵口材料的需要量，做好封堵材料的准备工作。要考虑各种材料的来源、数量和可能的调集情况。封堵过程中不允许停工待料，特别是不允许在合龙阶段出现间歇等待的情况。要考虑好施工场地的布置和组织，充分利用机械施工和现代化的运输设备，既能提高抢险施工的效率，又能减少投资。尽量避免使用传统的以人力为主，小型的机械设备上堤的方法，否则，不仅施工组织困难，工期长、投资大，而且失败的可能性也较大。

3 决口封堵的实施

3.1 进占

根据决口口门的具体情况，因地制宜，灵活采用一端进占或两端向中间进占。使用自卸汽车运输土方，堤顶配用推土机进行平整碾压。沿着拟定的堵口堤线向水中进占。

3.2 裹头与护底

当进占到一定程度时，口门缩窄，上下游水头差增大，水流流速增大，进占土方损失较多，并且加剧了对河床的冲刷，这时就需在口门两端直接抛石龙、尼龙网装土袋网包进行裹头防护，在口门中间利用缆索或抛投船抛投土袋进行护底。最后将所留缺口做为龙口。

3.3 三棱柱钢管桁架装配与投放

根据口门长短确定三棱柱钢管桁架长度及数量。一般购置2英尺或2.5英尺钢管及相应的管扣，在现场装配三棱柱钢管桁架，钢管间距1 m桁架左右，以能挡住尼龙网包不被冲走为宜,每个桁架最长6m。在龙口上架设缆索，利用缆索将三棱柱钢管桁架投放到龙口上。桁架投放后，桁架之间尽量连接起来，形成整体为宜。

3.4 尼龙网包装土袋

根据口门长短确定需要尼龙网包数量。在取土场先人工装土袋，再绑扎尼龙网装土袋网包，尺寸在1m×1m×1m～1.20m×1.00m×1.20m之间，以能用反铲挖掘机装车为宜。

3.5 合龙

合龙时为堵口最紧张阶段，如事前不将一切准备工作布置周密，可能功败垂成，故在合龙前应做严格检查。主要检查堵口辅助工程是否完成，合龙所需材料是否准备充足，机械设备及交通道路是否满足需要，人员组织是否到位、政令是否畅通等。合龙时用反铲挖掘机装车，连土带尼龙网包一块装车，自卸汽车运输至坝上，坝上用推土机平整，一鼓作气以实现快速顺利合龙。

3.6 闭气与复堤

防渗闭气是整个堵口抢险的最后一道工序。因为实现封堵进占后，随着上下游水位差不断加大，堤身仍然会向外漏水，要采取阻水断流的措施。若不及时防渗闭气，复堤结构仍有被淘刷冲毁的可能。因此在堵口截流工程完成后，紧接着要进行闭气及复堤工作，直至堤坝达到防御洪水的设计标准。

4 三棱柱钢管桁架配合尼龙网包装土袋合龙技术的优势

2004年，2007年曾两次使用此技术在武陟姚旗营沁河决口处顺利完成堵口，当时决口处流量近30 m3/s，决口堵复后上下游水位差4.30m，此技术优势在生产实践中得到了充分的显现。一是三棱柱钢管桁架技术，充分利用了三角形的稳定性，桁架结构不易变形，受力后，作用力中心较低，合龙时坝体稳定。同时也充分利用了钢管材料的力学性能。桁架制作简单，钢管与管扣都是标准件，可以在现场直接装配。二是尼龙网包装土袋具有塑性性能，相对于“柴石枕”、“柴石篓箱”有较强的适应性，有利于坝体的密实。可以就地取材，大量利用壤土，不需要砍伐大量的树木，或长途运输石料，更节能环保。合龙所需投资也相对较少。三是在平原地带，堤防一旦决口，因远离山区石料厂，堵口合龙用的抗冲刷砂石料难于满足需要，采用三棱柱钢管桁架配合尼龙网包装土袋合龙技术具有明显优势，值得推广应用。