河道整治工程根石加固关键技术研究

*通讯作者：王志强，1984年04月，男，汉族，山东梁山人，任职于山东黄河勘测设计研究院有限公司，高级工程师，本科。研究方向：水利规划设计。

摘    要：黄河下游河道整治工程主要包括险工和控导工程两部分。控导工程主要是控导主溜、稳定河势、保滩护堤，而险工主要是控导河势和保护堤防安全。根石是险工、控导工程的重要裹护体，是维护坝岸稳定的基础。一旦冲刷超过安全深度，就会造成坝体连同土坝基整体垮坝的严重险情。为有效地控制河势，提高工程的整体稳定性，对临黄险工、控导的坝岸根石加固技术进行研究，对确保防洪安全是非常必要的。

关键词：河道整治;根石加固;研究

一、前言

黄河下游河道整治工程主要包括险工和控导工程两部分，控导工程主要是控导主溜、稳定河势、保滩护堤，而险工主要是控导河势和保护堤防安全。建国后黄河下游根据河道变化按照规划的流路，本着因势利导和统筹兼顾上、下游的左、右岸的原则，修建了多处河道整治工程。

根石是险工、控导工程的重要裹护体，位于工程坝岸的底部，是工程的基础，随着坝工的修建逐渐抢护而形成，是维护坝岸稳定的基础。水流一旦冲刷超过安全深度，就会造成坝体连同土坝基整体垮坝的严重险情。特别是调水调沙及洪水期间根石走失严重，许多工程坡度变陡，达不到稳定要求。另外小浪底水库建成下泄相对清水期，河槽下切，一般情况下平均冲刷深度可比建库前增加1～3 m，使工程稳定性降低。为有效地控制河势，提高工程的整体稳定性，对临黄险工、控导的坝岸根石加固技术进行研究，对确保防洪安全是非常必要的。

二、山东黄河河道整治工程现状

截至目前山东黄河共有险工121处，3549段坝岸，工程长度226.42 km，护砌长度178.23 km。其中由国家统一管理的临黄险工99处，3381段坝岸，工程长度191.67 km，护砌长度165.13 km。山东黄河共有各类控导（护滩）工程127处，1920段坝岸，工程长度184.24 km，护砌长度168.47 km。

大部分河道工程均较好地发挥了应有的作用，基本控制了河势，起到了保滩固堤的作用。但还有些工程特别是节点工程布局不够合理、不完善。随着小浪底水库的建成运用，年内来水趋于均匀，中小水持续时间加长，河道整治工程不适应河势变化的局面依然存在。为了与现有水沙条件相适应，就要在现有节点工程基础上实施改建加固，有效地控制河势[1]。

三、山东黄河河道整治工程存在的主要问题

近年来黄河流域发生较大的秋汛，其特点是洪量大、历时长、洪水漫滩。受水流的顶冲淘刷，险工、控导工程共发生险情182处、1441坝次，具体表现为根石走失、坦石下蛰、护坡石下滑、坝基坍塌、坝顶裂缝、非裹护段土方坍塌等。这次秋汛显露了山东黄河险工、控导根石存在的问题，包括险工根石台高程、宽度不足，根石坡度陡、坡度稳定性不足[2]。

四、河道整治工程根石加固的设计要素

（一）防洪标准

根据国家颁布的《防洪标准》（GB50201-94）及《堤防工程設计规范》（GB50286-98）规定，确定黄河下游堤防防洪标准为100年一遇以上，相应堤防级别为1级。设防流量仍按国务院批准的防御花园口洪峰流量22000 m3/s的洪水，经河道槽蓄后，高村为20000 m3/s，孙口为17500 m3/s，经东平湖分洪后艾山以下为11000 m3/s设防。

险工为堤防的一部分，设防标准同堤防。险工顶部高程低于所在堤防设计顶部高程1.0 m，根石台与2000水平年3000 m3/s流量水位平。

控导工程的坝顶高程应符合以下规定。陶城铺以上河段，按2000年4000 m3/s流量实际水位加1 m超高;陶城铺以下河段，考虑到堤距窄，便于排洪，按当地滩面高程加0.5 m超高[3]。

（二）设计依据

1. 《黄河下游河道整治工程设计暂行规定》（黄规计[1999]158号）。

2. 《工程管理设计若干规定》（黄河务[2000]12号）。

3. 《黄河下游近期防洪工程建设可行性研究报告》。

（三）工程设计标准

1. 险工为堤防的组成部分，为1级建筑物。

2. 设计水平年为2000年。

3. 险工根石台设计高程与2000水平年3000 m3/s流量设计水位平;控导工程加固顶高程与原坝岸顶高程相同。

（四）工程设计要素的分析研究

1. 设计水位及根石台顶高程

险工根石台顶高程与2000水平年3000 m3/s的水位平，黄河下游主要控制站2000年对应3000 m3/s水位。根据河道长度内插的各险工坝岸3000 m3/s设计水位。

2. 施工流量及水位

各险工、控导工程施工期流量、水位，根据黄河下游主要控制站流量、水位见表1，根据河道长度内插的各坝岸施工流量及水位。

（五）工程治导线及断面分析研究

1. 工程治导线确定

根石加固工程保持原工程治导线不变。

2. 根石断面确定

根石深度和宽度不仅对坝体的安全稳定有很大影响，而且对根石的工程量有决定性的影响。根石深度取决于根石设计高程和河床高程。根据实测和实验资料，坝垛各处的冲刷深度并不均匀，在靠主溜的坝头部分，冲刷深度一般为10～15 m，最大可达23.5 m左右，其他部位冲刷较浅。

（1）稳定分析

选取两处典型险工进行了砌石坝、扣石坝、乱石坝整体抗滑稳定及护坡稳定分析，分析结果如下。

乱石坝、扣石坝仅在完建期（无水、不考虑冲刷情况）整体滑动能满足稳定要求，其他情况均达不到《堤防工程设计规范》正常情况安全系数大于1.3、非正常情况大于1.2的稳定要求。

通过反演计算，在其他计算参数不变的情况下，根石台宽度保持2 m和坦石外坡1∶1.5，则根石坡度需缓于1∶3才能使安全系数满足规范要求;如果坦石外坡和根石坡度均为1∶1.5时，根石台宽度应在10 m以上，才能使安全系数达到1.3[4]。

（2）标准断面

若达到稳定安全要求，其根石工程量将增加很多。根据黄河下游河道整治工程运用实践及中水冲刷机遇，稳定的根石断面需随着水流条件的变化和坝前冲刷坑加深扩大，通过多次抢护抛投根石才能逐步形成。

（六）根石加固关键技术研究结论

1. 断面确定

（1）险工根石台顶宽2 m，根石边坡1∶1.5，现状根石台顶高程与设计高程差小于0.2 m的不再加高。

（2）控导工程加固顶高程与原坝顶高程相同，根石边坡1∶1.5。

2. 裹护范围

根石加固保持原坝岸裹护范围不变，采用散抛乱石和铅丝笼裹护。由于坝垛各处的冲刷深度并不均匀，在靠主溜的坝头部分，冲刷深度较大，为了防止小石块被水流冲刷走失，采用铅丝笼裹护。

3. 材料

（1）石料

石料应选择抗风化性能好，冻融损失率小于1%。一般采用新鲜完整、质地坚硬的块石（石灰岩、砂岩、花岗岩），容重大于2.6 t/m3。根据沿黄石料厂就近选择。

（2）铅丝

铅丝主要用于铅丝笼的编织。一般采用8 #～10 #铅丝，铅丝质量要符合国家标准（GB3081-82），韌性适中，表面镀锌标准不低于GB/T 15393-94中D级标准[5]。

（3）铅丝笼

超过150 kg以上的石块，采料和施工都不易。为了充分利用中等粒径的石块，又易于施工，护脚除散抛乱石外，配以铅丝笼护脚，铅丝笼用量按总抛石量的50%控制。铅丝笼内石块应大小搭配填塞大块石间的空隙，提高防护效果。单体铅丝笼总体重量不小于350 kg，其尺寸为0.8 m×0.8 m×0.8 m。

五、结语

根石是险工、控导工程的重要裹护体，是维护坝岸稳定的基础。水流一旦冲刷超过安全深度，就会造成坝体连同土坝基整体垮坝的严重险情。本文研究结论为有效地控制河势，提高工程的整体稳定性，对临黄险工、控导的坝岸根石加固起到关键作用，对确保防洪安全是非常必要的。

参考文献

[1]《黄河下游河道整治工程设计暂行规定》（黄规计[1999]158号）.

[2]《堤防工程设计规范》（GB50286-98）.

[3]《黄河下游近期防洪工程建设可行性研究报告》.

[4]陈秀娟，陈英涛.河道整治工程建设存在的问题及对策[J].科技界， 2012（32）.

[5]吴庆军，冯敏，王真真.槐荫黄河河道整治工程目前存在问题及对策[J].治黄科技信息， 2011（02）.