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摘 要:河道整治与根石加固应能使水流按治导线流动,以达到控制河势稳定河道的目的。建筑物的位置及修筑顺序,需要结合河势现状及发展趋势确定。
关键词:河道整治;根石加固;水利工程
一、河道整治的含义
为防洪、航运、供水、排水及河岸洲滩的合理利用,按河道演变的规律,因势利导,调整、稳定河道主流位置,以改善水流、泥沙运动和河床冲淤部位的工程措施。
河道整治分两大类:一是山区河道整治。主要有渠化航道、炸礁、除障、改善流态与局部疏浚等。二是平原河道整治(含河口段)。主要有控制和调整河势、裁弯取直、河道展宽及疏浚等。随着近代水力学、河流动力学、河道泥沙工程学的进步,河工模型试验的发展及工程材料的改进,河道整治发展到一个新的阶段。
二、河道整治的规划
要全面研究拟整治河段和毗连的上、下游河段可能的治理开发问题。规划时要调查了解社会经济、河势变化及已有的河道整治工程情况,进行水文、泥沙、地质、地形的勘测,分析研究河床演变的规律,确定规划的主要参数,如设计流量、 设计水位、 比降、水深、河道平面和断面形态指标(包括洪、中、枯水三种情况)等,依照整治任务拟定方案,通过比较,选取优化方案,使规划实施后的总效益最大。对于重要的工程,在方案比较选定时,需进行数学模型计算和物理模型试验。
三、河道整治应遵循的原则
1.上下游、左右岸统筹兼顾。
2、依照河势演变规律因势利导,并要抓紧演变过程中的有利时机。
3、河槽、滩地要综合治理。
4、根据需要与可能,分清主次,有计划、有重点地布设工程。
5、对于工程结构和建筑材料,要因地制宜,就地取材,以节省投资。
四、河道整治的工程布局
以防洪为目的的河道整治,要保证有足够的排洪断面,避免出现影响河道宣泄洪水的过分弯曲和狭窄的河段,主槽要保持相对稳定,并加强河段控制部位的防护工程。以航运为目的的河道整治,要保证航道水流平顺、深槽稳定,具有满足通航要求的水深、航宽、河弯半径和流速、流态,还应注意船行波对河岸的影响。以引水为目的的河道整治,要保证取水口段的河道稳定及无严重的淤积。以浮运竹木为目的的河道整治,要保证有足够的水道断面,适宜的流速和无过分弯曲的弯道。
河道经过整治后,在设计流量下的平面轮廓线,称为治导线,也叫整治线。治导线是布置整治建筑物的重要依据,在规划中必须确定治导线的位置。对于单一河道,在平原地区的治导线沿流向是直线段与曲线段相间的曲线形态。它可以本河流天然河弯的曲率半径与流量的经验关系,以及两弯之间的直线段长与河宽的关系为设计依据,较为符合实际。治导线分洪、中、枯水河槽三种情况。由于漫滩水流对河道演变及水流形态的影响小,洪水河槽治导线,一般与堤防的平面轮廓线大体一致。对河势起主要作用的是中水河槽的治导线。中水河槽通常是指与造床流量相应的河槽。固定中水河槽的治导线对防洪至关重要,它既能控导中水流路,又对洪、枯水流向产生重要影响。有航运与取水要求的河道,需确定枯水河槽治导线,它一般可在中水河槽治导线的基础上,根据航道和取水建筑物的具体要求,结合河道边界条件来确定。一般应使整治后的枯水河槽流向与中水河槽流向的交角不大。
五、根石加固及措施
根石加固是河道整治工程中普遍采用的增强坝体稳定性,提高工程抗洪能力,增大工程防洪安全系数的一种有效措施。河道整治工程的稳定性主要受坝垛稳定性的制约,而坝垛的稳定性主要取决于坝垛根石基础的强弱(即根石的深度和坡度)。根石加固的通过根石探测,掌握根石坝垛的缺石情况,然后按照规范,有针对性地对坝垛缺石部位进行根石加固,从而达到增加工程根石强度、使工程安全度汛的一种措施。通过根石加固,可有效地增加坝体的稳定性,提高工程的抗洪能力,增大工程的防洪安全系数。近年来,河道整治工程中普遍采用的根石加固方法主要有抛散石、抛大块石、抛铅丝笼等。
(一)根石加固施工工艺要点介绍如下。
1、施工应采用机械化作业,如采用挖掘机或装载机配合滑石板施工。
2、施工应在坝垛前有一定的冲刷深度、溜势相对平缓时进行,这样易于一次抛石到位,还可一定程度上避免发生猛墩猛蛰等险情。
3、施工抛石应从坝垛下游逐渐抛向坝垛坡根上游推进。
4、施工抛石应一次将石料抛至坝垛坡根部,尽量避免抛在坦坡上或水面以上。
5、一般情况下应少用向前滚抛的办法,尽可能先抛够应抛工段的下层,然后按设计坡度1:1.5分层向后退收,以期达到上下压茬、增强根石稳定性的效果。
6、如果在大溜顶冲时抢抛大块石,应先推一定数量的铅丝笼,等稳定根基后方可用机械大量抛投大块石。
(二)大块石根石加固与传统根石加固的区别
采用大块石施工的是经过多方面的研究决定的,具体体现在防洪效果中,将大块石根石加固后工程的防洪表现及坝垛根石情况与传统根石加固(加固单个块石不小于30kg)后工程的进行对比就可以看出。
1、传统根石加固后工程的防洪表现及坝垛根石情况。多年根石探测资料及河势观测资料表明:传统根石加固后,经过一段时间的洪水冲刷,特别是经过较大洪水的冲刷,坝垛的根石又基本上恢复到根石加固前的模样,每年汛期的出险原因中90%都是根石走失。这说明,传统根石加固根石易走失,根石走失后根石坡度仍较陡,根石深度仍严重不足,特别是上跨角至圆头段水流冲刷严重的部位,这种现象最为明显,此时,要想使工程来年安全度汛,防患于未然,就必须再次对坝垛进行根石加固。如此这样造成根石加固常年进行,常年浪费大量水利资金,但根石坡度和深度常年达不到设计稳定护(下转第62页)(上接第56页)根坡度和深度的不良后果。
2、大块根石加固后工程的防洪表现及坝垛根石情况。自2005年东坝头控导工程1-3坝、11-13坝竣工后至今没有再进行过根石加固,期间该工程经历了3个汛期、两次调水调沙试验考验,工程不远千里都安然无恙,没有出现过一次险情。通过根石探测表明加固坝垛的上跨角至圆头已有一定的根基,即使是加固坝垛的上跨角至圆头部位,根石也不那么陡直了。这说明2005年坝加固的大块石没有大量被水流冲失,一直在坝垛根基部位起保护作用。
(三)大块石根石加固施工的优点
1、大块石整体性好,不易被水流冲失或发生位移,可实现加固根石在坝垛根基部位累计护根的良好效果。
2、大块石根石加固在一定程度上可与铅丝笼加固媲美。众所周知,抛铅丝笼是黄河防汛抢险及根石加固的重要手段,但因其工艺繁杂、人工操作效率低、成本高等原因,不到万不得已一般不采用,而大块石由于其天然的整体性,开采出的原材料不需要加工即可投入使用,既克服了铅丝笼的缺点,又具有铅丝笼的优点。
3、大块石根石加固以机械化施工为主,是当前根石加固施工的发展方向。大块石较重,施工离不开机械,而目前挖掘机、装载机、多功能抛石机、滑石板等机具已在黄河基层河务部门广泛应用,因此大块石根石加固的出现可为这些机具提供用武之地。另外,机械化施工能减少人工劳动强度,增大安全系数,提高劳动效率。
4、大块石根石加固在坝垛上跨角、圆头部位应用效果比传统根石加固好。
5、大块石根石加固有减少坝垛出险的作用。实践证明,采用大块石加固后的坝垛,出险机率明显减小。
六、河道整治与根石加固应采取的措施与建议
1、修建河道整治建筑物控制、调整河势。如修建丁坝、顺坝、锁坝、护岸、潜坝、鱼嘴等,有的还用环流建筑物。对单一河道,抓住河道演变过程中的有利时机进行河势控制,一般在凹岸修建整治建筑物,以稳定滩岸,改善不利河弯,固定河势流路。对分汊河道,可在上游控制点、汊道入口处及江心洲的首部修建整治建筑物,稳定主、支汊,或堵塞支汊,变心滩为边滩,使分汊河道成为单一河道。在多沙河流上,还可利用透水建筑物使泥沙沉淀,淤塞汊道。
2、实施河道展宽工程。用于堤距过窄的或有少数突出山嘴的卡口河段。通过退堤以展宽河道,有的还以退堤和扩槽进行整治。
3、通过爆破、机械开挖及人工开挖完成。在平原河道,多采用挖泥船等机械疏浚,切除弯道内的不利滩嘴,浚深扩宽航道,以提高河道的通航能力。在山区河道通过爆破和机械开挖,拓宽、浚深水道,切除有害石梁、暗礁,以整治滩险,满足航运和浮运竹木的要求。
4、大块石加固应与传统根石加固搭配使用。因为大块石的稳定性可在根石加固中起骨架作用,但缺点是大块石与大块石之间缝隙较大,虽易阻水但外观高低不平。如果在大块石加固后再适当抛一些传统块石(30kg以上),用以填补大块石之间的缝隙,效果会更好。上级部门应考虑给基层单位配备一些根石加固机具。如挖掘机、装载机等。
关键词:河道整治;根石加固;水利工程
一、河道整治的含义
为防洪、航运、供水、排水及河岸洲滩的合理利用,按河道演变的规律,因势利导,调整、稳定河道主流位置,以改善水流、泥沙运动和河床冲淤部位的工程措施。
河道整治分两大类:一是山区河道整治。主要有渠化航道、炸礁、除障、改善流态与局部疏浚等。二是平原河道整治(含河口段)。主要有控制和调整河势、裁弯取直、河道展宽及疏浚等。随着近代水力学、河流动力学、河道泥沙工程学的进步,河工模型试验的发展及工程材料的改进,河道整治发展到一个新的阶段。
二、河道整治的规划
要全面研究拟整治河段和毗连的上、下游河段可能的治理开发问题。规划时要调查了解社会经济、河势变化及已有的河道整治工程情况,进行水文、泥沙、地质、地形的勘测,分析研究河床演变的规律,确定规划的主要参数,如设计流量、 设计水位、 比降、水深、河道平面和断面形态指标(包括洪、中、枯水三种情况)等,依照整治任务拟定方案,通过比较,选取优化方案,使规划实施后的总效益最大。对于重要的工程,在方案比较选定时,需进行数学模型计算和物理模型试验。
三、河道整治应遵循的原则
1.上下游、左右岸统筹兼顾。
2、依照河势演变规律因势利导,并要抓紧演变过程中的有利时机。
3、河槽、滩地要综合治理。
4、根据需要与可能,分清主次,有计划、有重点地布设工程。
5、对于工程结构和建筑材料,要因地制宜,就地取材,以节省投资。
四、河道整治的工程布局
以防洪为目的的河道整治,要保证有足够的排洪断面,避免出现影响河道宣泄洪水的过分弯曲和狭窄的河段,主槽要保持相对稳定,并加强河段控制部位的防护工程。以航运为目的的河道整治,要保证航道水流平顺、深槽稳定,具有满足通航要求的水深、航宽、河弯半径和流速、流态,还应注意船行波对河岸的影响。以引水为目的的河道整治,要保证取水口段的河道稳定及无严重的淤积。以浮运竹木为目的的河道整治,要保证有足够的水道断面,适宜的流速和无过分弯曲的弯道。
河道经过整治后,在设计流量下的平面轮廓线,称为治导线,也叫整治线。治导线是布置整治建筑物的重要依据,在规划中必须确定治导线的位置。对于单一河道,在平原地区的治导线沿流向是直线段与曲线段相间的曲线形态。它可以本河流天然河弯的曲率半径与流量的经验关系,以及两弯之间的直线段长与河宽的关系为设计依据,较为符合实际。治导线分洪、中、枯水河槽三种情况。由于漫滩水流对河道演变及水流形态的影响小,洪水河槽治导线,一般与堤防的平面轮廓线大体一致。对河势起主要作用的是中水河槽的治导线。中水河槽通常是指与造床流量相应的河槽。固定中水河槽的治导线对防洪至关重要,它既能控导中水流路,又对洪、枯水流向产生重要影响。有航运与取水要求的河道,需确定枯水河槽治导线,它一般可在中水河槽治导线的基础上,根据航道和取水建筑物的具体要求,结合河道边界条件来确定。一般应使整治后的枯水河槽流向与中水河槽流向的交角不大。
五、根石加固及措施
根石加固是河道整治工程中普遍采用的增强坝体稳定性,提高工程抗洪能力,增大工程防洪安全系数的一种有效措施。河道整治工程的稳定性主要受坝垛稳定性的制约,而坝垛的稳定性主要取决于坝垛根石基础的强弱(即根石的深度和坡度)。根石加固的通过根石探测,掌握根石坝垛的缺石情况,然后按照规范,有针对性地对坝垛缺石部位进行根石加固,从而达到增加工程根石强度、使工程安全度汛的一种措施。通过根石加固,可有效地增加坝体的稳定性,提高工程的抗洪能力,增大工程的防洪安全系数。近年来,河道整治工程中普遍采用的根石加固方法主要有抛散石、抛大块石、抛铅丝笼等。
(一)根石加固施工工艺要点介绍如下。
1、施工应采用机械化作业,如采用挖掘机或装载机配合滑石板施工。
2、施工应在坝垛前有一定的冲刷深度、溜势相对平缓时进行,这样易于一次抛石到位,还可一定程度上避免发生猛墩猛蛰等险情。
3、施工抛石应从坝垛下游逐渐抛向坝垛坡根上游推进。
4、施工抛石应一次将石料抛至坝垛坡根部,尽量避免抛在坦坡上或水面以上。
5、一般情况下应少用向前滚抛的办法,尽可能先抛够应抛工段的下层,然后按设计坡度1:1.5分层向后退收,以期达到上下压茬、增强根石稳定性的效果。
6、如果在大溜顶冲时抢抛大块石,应先推一定数量的铅丝笼,等稳定根基后方可用机械大量抛投大块石。
(二)大块石根石加固与传统根石加固的区别
采用大块石施工的是经过多方面的研究决定的,具体体现在防洪效果中,将大块石根石加固后工程的防洪表现及坝垛根石情况与传统根石加固(加固单个块石不小于30kg)后工程的进行对比就可以看出。
1、传统根石加固后工程的防洪表现及坝垛根石情况。多年根石探测资料及河势观测资料表明:传统根石加固后,经过一段时间的洪水冲刷,特别是经过较大洪水的冲刷,坝垛的根石又基本上恢复到根石加固前的模样,每年汛期的出险原因中90%都是根石走失。这说明,传统根石加固根石易走失,根石走失后根石坡度仍较陡,根石深度仍严重不足,特别是上跨角至圆头段水流冲刷严重的部位,这种现象最为明显,此时,要想使工程来年安全度汛,防患于未然,就必须再次对坝垛进行根石加固。如此这样造成根石加固常年进行,常年浪费大量水利资金,但根石坡度和深度常年达不到设计稳定护(下转第62页)(上接第56页)根坡度和深度的不良后果。
2、大块根石加固后工程的防洪表现及坝垛根石情况。自2005年东坝头控导工程1-3坝、11-13坝竣工后至今没有再进行过根石加固,期间该工程经历了3个汛期、两次调水调沙试验考验,工程不远千里都安然无恙,没有出现过一次险情。通过根石探测表明加固坝垛的上跨角至圆头已有一定的根基,即使是加固坝垛的上跨角至圆头部位,根石也不那么陡直了。这说明2005年坝加固的大块石没有大量被水流冲失,一直在坝垛根基部位起保护作用。
(三)大块石根石加固施工的优点
1、大块石整体性好,不易被水流冲失或发生位移,可实现加固根石在坝垛根基部位累计护根的良好效果。
2、大块石根石加固在一定程度上可与铅丝笼加固媲美。众所周知,抛铅丝笼是黄河防汛抢险及根石加固的重要手段,但因其工艺繁杂、人工操作效率低、成本高等原因,不到万不得已一般不采用,而大块石由于其天然的整体性,开采出的原材料不需要加工即可投入使用,既克服了铅丝笼的缺点,又具有铅丝笼的优点。
3、大块石根石加固以机械化施工为主,是当前根石加固施工的发展方向。大块石较重,施工离不开机械,而目前挖掘机、装载机、多功能抛石机、滑石板等机具已在黄河基层河务部门广泛应用,因此大块石根石加固的出现可为这些机具提供用武之地。另外,机械化施工能减少人工劳动强度,增大安全系数,提高劳动效率。
4、大块石根石加固在坝垛上跨角、圆头部位应用效果比传统根石加固好。
5、大块石根石加固有减少坝垛出险的作用。实践证明,采用大块石加固后的坝垛,出险机率明显减小。
六、河道整治与根石加固应采取的措施与建议
1、修建河道整治建筑物控制、调整河势。如修建丁坝、顺坝、锁坝、护岸、潜坝、鱼嘴等,有的还用环流建筑物。对单一河道,抓住河道演变过程中的有利时机进行河势控制,一般在凹岸修建整治建筑物,以稳定滩岸,改善不利河弯,固定河势流路。对分汊河道,可在上游控制点、汊道入口处及江心洲的首部修建整治建筑物,稳定主、支汊,或堵塞支汊,变心滩为边滩,使分汊河道成为单一河道。在多沙河流上,还可利用透水建筑物使泥沙沉淀,淤塞汊道。
2、实施河道展宽工程。用于堤距过窄的或有少数突出山嘴的卡口河段。通过退堤以展宽河道,有的还以退堤和扩槽进行整治。
3、通过爆破、机械开挖及人工开挖完成。在平原河道,多采用挖泥船等机械疏浚,切除弯道内的不利滩嘴,浚深扩宽航道,以提高河道的通航能力。在山区河道通过爆破和机械开挖,拓宽、浚深水道,切除有害石梁、暗礁,以整治滩险,满足航运和浮运竹木的要求。
4、大块石加固应与传统根石加固搭配使用。因为大块石的稳定性可在根石加固中起骨架作用,但缺点是大块石与大块石之间缝隙较大,虽易阻水但外观高低不平。如果在大块石加固后再适当抛一些传统块石(30kg以上),用以填补大块石之间的缝隙,效果会更好。上级部门应考虑给基层单位配备一些根石加固机具。如挖掘机、装载机等。