1、鄭州黃河長管袋構造實驗壩應用效果分析摘要：鄭州黃河長管袋構造實驗壩近年來出險具有猛墩猛蟄的特點，往往土胎裸露，在大水或險惡水流條件下出險并迅速垮壩的威脅較大。其出險的原因在于長管袋排體在水流的長期作用下，突然發生滑動或斷裂破壞。該壩型給巡壩查險、預防出險造成困難。隨著長管袋的日益變形、破壞，其出險將會加劇。建議對該壩型進展加固處理，設置類似于險工工程的根石臺。該壩型還有許多專業技術問題需要進展深化的研究，該壩型的繼續實驗應在重大改良后進展。關鍵詞：分析應用效果長管袋實驗壩鄭州黃河不搶險構造壩是治黃工作者長期以來所不懈追求的理想。長管袋構造實驗壩作為不搶險壩的一種嘗試，自1998年以來，在鄭州黃

2、河棗樹溝等河道整治工程中得到了較大規模的實驗。圖1鄭州黃河棗樹溝河道整治工程俯瞰1長管袋實驗壩構造型式1.1褥墊沉排壩修建褥墊沉排構造壩32道，分別為棗樹溝控導工程-422壩、保合寨控導工程1823壩、馬渡下延工程94壩，該壩型斷面構造如圖2。1.2排體進占壩修建排體進占構造壩17道壩，即桃花峪控導1524壩、馬渡下延95101壩，該壩型斷面構造如圖3。1.3土工布護底、長管袋進占構造壩修建土工布鋪蓋護底、長管袋進占構造壩1道，即九堡下延142壩，該壩型斷面構造如圖4。九堡下延142壩修建時護底土工布鋪設非常困難，因其鋪設質量較差，所以實驗價值不大。該壩自2000年1月份建成后多不靠河，在20

3、02年8月6日9月14日短暫靠邊溜的時間里，出險15次，體積19283，呈現了小險、多出、緊搶的場面，其出險特點同傳統壩無異，說明土工布沒有鋪設到位或土工布鋪蓋沒有起到預期的護底作用。本文以下所稱長管袋構造壩均指褥墊沉排壩和排體進占壩而言，不包括土工布護底、長管袋進占構造壩。轉貼于論文聯盟.ll.2褥墊沉排壩近年來的靠河特點棗樹溝工程自建成后至今靠河良好，工程中下段靠河幾率大約在70%左右，但422壩間各褥墊沉排壩靠河時，上部壩體均處于著水不著溜或靠溜不緊的狀態，沒有出現過明顯緊靠邊溜或緊靠大溜的情況。這是因為這些壩的下部距上口石邊沿以外大約40范圍內的河床都有長管袋褥墊沉排護底，水下褥墊沉排

4、起了挑溜外移的作用。近年來，雖然棗樹溝長管袋褥墊沉排壩上部壩體均處于著水不著溜或靠溜不緊的狀態，但其下部褥墊遠端靠溜較緊，遠端靠溜也即為丁壩靠溜。褥墊沉排壩的這種靠溜特點目前只在棗樹溝工程存在；保合寨1823壩尚沒有靠過河；馬渡94壩只是單壩沉排，其相鄰丁壩都沒有沉排護底，故而也沒有明顯的靠溜不緊現象。排體進占壩雖然也有管袋排體護底，但其寬度僅有8，范圍相對較小，沒有明顯的靠溜不緊現象。3長管袋構造壩出險特點3.1建成初期出險少截止2022年9月20日，鄭州黃河長管袋構造壩的建成時間、靠溜幾率、出險情況見表1。淺基修做的傳統構造壩，一靠河即大小險情接連不斷，單壩出險數十次、拋石40005000

5、3后才逐步趨于穩定，和長管袋實驗壩同期修建的鄭州黃河保合寨控導3941壩、趙口控導18壩都是這種情況。鄭州黃河長管袋構造壩在近年的運用中，大局部靠河良好，確實出險少，這一方面的效果是明顯的，和同期修建的保合寨控導3941壩、趙口控導18壩等傳統構造壩形成了鮮明的對照。不僅棗樹溝工程的褥墊沉排壩具有出險少的特點，桃花峪工程、馬渡下延工程的排體進占壩也明顯的出險少。3.2壩前水勢平穩、猛墩猛蟄長管袋構造壩近年來雖然出險少，但還是出現了一些險情，如棗樹溝工程1壩、14壩、16壩、17壩，桃花峪工程15壩等，其出險特點及對搶護的要求與傳統構造壩有很大的不同。褥墊沉排壩出險時壩前水勢很平穩、沒有明顯的靠

6、溜跡象，如棗樹溝工程14壩圖5、圖6、15壩圖7、16壩、17壩、18壩圖8；褥墊沉排壩在壩前水勢平穩的情況下，不僅壩頭、上跨、迎水面較前部位出險，而且迎水面較后部位也有較大的墩蟄險情出現，如棗樹溝工程14壩；排體進占壩出險時壩前水勢一般也不險惡，遠劣于傳統構造壩出險，如桃花峪工程15壩圖9。無論是褥墊沉排壩還是排體進占壩，其出險的方式大都是猛墩猛蟄式的，沒有明顯的出險征兆，一出險就相對較大，往往土胎裸露，但也往往相對穩定。這里講的相對穩定是指險情不再繼續快速開展，可以相對沉著的進展搶護，但這也只是在近年小水作用下的情況。長管袋構造壩尚沒有經過大水考驗，在大水或險惡水流條件下猛墩猛蟄出險后未必

7、就是相對穩定的，其土胎裸露，險情迅速開展并垮壩的威脅不僅存在、而且還比擬大。轉貼于論文聯盟.ll.4長管袋構造壩出險機理討論4.1管袋布突然斷裂破壞，發生猛墩猛蟄險情水流在傳統壩前只要淘刷河床就會形成沖刷坑，傳統壩的根坦石就下蟄、坍塌而出險。褥墊沉排壩出險與傳統壩出險有著較大的不同。從外表上看，長管袋構造壩出險時壩前水勢平穩、沒有明顯的靠溜跡象，但其出險是水流從其長管袋遠端開場、較長時期作用的結果。論文聯盟.LL.編輯。褥墊沉排壩的褥墊在水下經水流的較長時期作用，會在某些部位發生沉陷變形，而這些變形是不均勻的；褥墊沉排壩的褥墊排體由多個褥墊排體塊組成，這些不均勻的變形極有可能造成褥墊塊之間的搭

8、接被破壞，某些薄弱部位的管袋布也有被撕裂的可能；于是水流就在這些裂口處開場淘刷，并不斷開展；當水流開場在袋下淘刷時，由于長管袋褥墊排體有一定的抗沖才能和強度，所以在水面上并不立即表現為工程出險；等沖刷坑開展到相當程度，長管袋褥墊排體下部被淘空，承當不了其上部根坦石的壓荷時，突然發生斷裂破壞，此時在水面上就表現為工程的猛墩猛蟄出險，且墩蟄體積往往較大。4.2褥墊塊整體滑動，發生較大或重大險情褥墊沉排壩的各個管袋由泥漿充填，然后水由管袋布排出，沙粒那么留在管袋里。這樣的管袋布外表就布滿了微細的沙粒，這樣的微細顆粒表層在水下起到了光滑的作用。可以說，充沙長管袋在水下是比擬光滑的，褥墊塊之間的搭接是比

9、擬軟弱的圖10。褥墊沉排壩在水流的長期作用下，褥墊排體不均勻的變形造成褥墊塊之間的搭接被破壞，由比擬光滑的長管袋組成的褥墊塊存在著整體滑動的可能，尤其是下跨角部位的褥墊塊更容易向下游、向主河槽方向滑動，褥墊塊滑動造成的出險往往就是較大或重大險情。2022年9月10日棗樹溝14壩整個壩頭墩蟄入水以及2022年10月21日下午棗樹溝工程18壩壩頭墩蟄入水很可能就是這種情況。4.3排體進占壩存在設計缺陷排體進占壩和褥墊沉排壩的設計初衷有著本質的不同，褥墊沉排壩的設計意圖是不搶險構造壩，而排體進占壩僅是利用長管袋進占技術代替傳統的埽體進占，不是不搶險構造壩。從這個角度講，排體進占壩出險是正常的、無可厚

10、非的。但是，排體進占壩在設計上存在缺陷，其不應在根石底部設置長管袋，甚至在根石坡腳外設置數米寬的長管袋排體；這樣設計的初衷是想讓長管袋起到一定的保護壩體的作用，到達一定程度少出險、出小險的目的；然而正是由于這樣的長管袋排體的存在，才導致了猛墩猛蟄類險情的出現。由于排體進占壩根石坡腳外8寬的長管袋排體有一定的抗沖才能和強度，水流在袋下開場淘刷時，在水面上并不表現為工程出險，而是等到沖刷坑開展到相當程度，長管袋排體下部被淘空，承當不了其上部根坦石的壓荷時，突然斷裂破壞，此時在水面上就表現為工程的猛墩猛蟄出險，且墩蟄體積往往較大。排體進占壩和褥墊沉排壩的根坦石都座落在長管袋上，兩者的出險特點和機理相

11、類同。4.4長管袋褥墊排體遭破壞的其它原因褥墊沉排壩出險的原因在于褥墊排體遭到破壞，褥墊排體之所以被破壞還可能有以下五個方面的原因：長管袋充填飽和度不當、接縫縫合不緊、沉排鋪設不到位等施工質量問題；長管袋遭根石探測破壞、掛破等人為破壞；丁壩根石直接座落在長管袋上，造成土工布的自然破壞；長管袋自身長度、寬度及搭接是否合理，土工布質量是否符合要求等；長管袋充飽后土工布性能是否降低等深層的因素。5長管袋構造壩給巡壩查險、預防出險造成困難長管袋構造壩出險具有較強的突發性，但也不應是所有的險情發生前都毫無征兆，其前兆應該是根坦石慢蟄、坡度變陡、壩面出現裂縫甚至沉陷等，只是這些征兆往往不太明顯，需要巡壩查

12、險人員認真巡查、仔細判別。這就要求各單位加強對一線守險、查險人員的職業責任教育和查險、報險專業知識教育，使他們不僅做到對各種工程險情的早發現、早報告，還要做到對壩面裂縫、根坦石慢蟄等出險前兆的早發現、早報告，尤其是對長管袋試驗壩更要如此。長管袋構造壩的猛墩猛蟄出險方式還給巡壩查險等活動帶來了平安隱憂，當長管袋下部被淘空、將斷而尚未斷裂時，假如有人員及機械設備等到壩邊活動，不排除突然墩蟄出險、塌入河中的可能性。故而當出現根坦石慢蟄、坡度變陡、壩面出現裂縫甚至沉陷等出險前兆時，到壩上活動要格外注意平安。傳統壩靠溜較緊、根石坡度變陡時，我們通過加固根石來預防出險，變出險后的被動搶險為出險前的主動加固

13、。而發現長管袋構造壩出現根坦石慢蟄、坡度變陡、壩面出現裂縫甚至沉陷等出險前兆時，加固根石斷不可行，我們很難采取詳細的措施來預防其出險。6中長期問題多由于小浪底清水下泄，河床刷深，目前棗樹溝工程的長管袋褥墊大局部裸露，要不了多少時日，管袋布將失去強度。屆時，該構造壩型將一如淺基傳統構造壩。土工布長管袋縱然不裸露，其長期在水下也有個老化、被破壞的問題。由此是否可以說，現有的褥墊沉排壩并沒有減少險情，只是把工程出險的時間推延了，出險的間隔拉大了，把傳統壩小險、多出、緊搶的場面變成了猛墩、少出、緩搶的場面。在工程運行的中長期，隨著長管袋褥墊的日益破壞，其出險將會加劇，出險特點也將越來越接近于傳統壩。可

14、以預期，目前的鄭州黃河長管袋構造壩的最終穩定也將是和傳統壩一樣，通過足夠多的拋石搶險來到達穩定的深度。7補救建議為了防止長管袋構造壩在大水或險惡水流條件下猛墩猛蟄出險、土胎裸露，險情迅速開展并垮壩，建議進展加固處理，即對現有的各個該構造壩設置類似于險工工程的根石臺，如圖11。根石臺的寬度應超過一般出險寬度，可設置4左右；臺頂高程可按低于壩頂高程2左右來考慮；根石臺外坡同坦石外坡，取11.5。這樣使得初期的墩蟄出險在根石臺上進展，等到出險特點接近于傳統壩時，可以將根石臺取消。給長管袋構造壩設置上述根石臺，排體進占壩單壩耗石約在300050003，褥墊沉排壩由于褥墊較高，可適當抬高根石臺高程，單壩

15、耗石約在200030003。這樣設置雖然耗石量較大，但絕大局部都是長遠有效耗石，應該是可行的。8需進一步研究的問題長管袋壩還存在著一些專業問題需要進展系統、深化、細致的研究分析，主要內容為：1水下充沙長管袋外表與壩基、河床之間的摩擦以及管袋自身之間的摩擦研究：褥墊塊是否會發生整體沿河床滑動，解釋其滑動的條件與機理；長管袋在壩體內的錨固長度是否滿足要求，應如何進展錨固等；褥墊塊之間的搭接是否滿足要求，應如何搭接等。2長管袋在水下的耐久性及強度研究：管袋充飽后管袋布性能是否降低，長管袋在水下的充填飽和度與長管袋強度之間有無關系，如何相關等；管袋布長期在水下強度是否會降低、以及如何降低等；管袋布接縫

16、縫合是否滿足要求、應如何進展縫合等；管袋布應滿足何種質量要求，長管袋自身長度、寬度如何合理選擇等；長管袋褥墊排體下部被淘空時，是否會在上部壓荷的作用下突然發生斷裂破壞，應如何防止等。3水流在沉排體前端的沖刷坑研究：各種水流條件下沉排體前端沖刷坑的形成狀況及其沖刷機理，找出最不利的狀況；水流在沉排體前端形成沖刷坑與在傳統壩前形成沖刷坑的異同點；沉排體前端的沖刷坑是否會開展到壩體坦石以下部位；針對水流在沉排體前端形成沖刷坑的特點，沉排壩的設計應如何優化改良等。4長管袋褥墊沉排改良研究：和土工布有關廠家合作，進步土工布的強度和耐久性，同時改良長管袋褥墊沉排的縫制方法及褥墊塊布局，防止長管袋斷裂破壞、褥墊塊搭接破壞以及褥墊塊整體滑動等問題，提出基于不搶險壩要求的長管袋褥墊沉排壩經改良后的新的構造型式。5長管袋褥墊沉排壩施工工藝研究：對基于不搶險壩要求的長管袋褥墊沉排壩經改良后的新的構造型式展開施工關鍵技術研究，找出實在可行的施工工藝和方法，確保施工質量，為經改良后的長管袋褥墊沉排壩的繼續實驗打下堅實的基矗9對褥墊沉排壩的改良建議1進步管袋布的強度和耐久性，杜絕長管袋斷裂破壞；2將長管袋褥墊沉排做成一個整體，防止褥墊塊之間的搭接；3長管袋褥墊在壩體內端用立樁錨固，杜絕褥墊排體的滑動破壞；4進展施工關鍵技術專項研究，確保施工質量，力求滿足不搶險壩的要求。10結語