堆石拦河坝常见破坏原因及防治措施

王永刚，王莲凤，杨思鹏

(1.密山市集贤灌区水利水保总站当壁镇分站，黑龙江 密山 158316；2.虎林市石头河水库管理站，黑龙江 虎林 158400；3.密山市集贤灌区水利水保总站，黑龙江 密山 158313)

堆石拦河坝常见破坏原因及防治措施

王永刚1，王莲凤2，杨思鹏3

(1.密山市集贤灌区水利水保总站当壁镇分站，黑龙江 密山 158316；2.虎林市石头河水库管理站，黑龙江 虎林 158400；3.密山市集贤灌区水利水保总站，黑龙江 密山 158313)

堆石拦河坝的坝肩绕渗破坏采取保证坝体插入岸边深度、压实回填土、贴实无纺布措施；流冰破坏采取增加过流深度和破碎大面积冰块措施；坝下冲刷破坏采取控制消能末端基础冲刷上延措施。

堆石拦河坝；破坏原因；绕渗；冰冻；防治措施

0 序 言

堆石拦河坝因取材方便、容易施工、建设造价低等优点被从河道引水灌溉广泛采用。但堆石拦河坝属散体结构形式，主要靠块石等自重堆砌成形，故易受到破坏，每年需要投入大量的块石和人工进行维修。

笔者根据实际工作经验，对堆石拦河坝常见破坏原因进行分析并提出防治措施，供参考。

1 坝肩绕渗

主要阐述破坏原因和防治措施2个方面：

1.1 破坏原因

坝肩绕渗常发生在开河期，回填砂土密实程度不够是造成坝肩绕渗破坏的主要原因。

由于堆石拦河坝一般在冬季施工，砂土处于冻结状态，修筑岸边的砂土不密实，水流绕过坝肩或护岸在砂土中流动。

当砂土融化后渗流速度大于稳定渗流速度时，砂土中的细小颗粒被冲走，此时岸边砂土仍处冻结状态，不能下沉填补细小的冲刷孔洞，逐渐使渗流速度加快，冲刷能力增强，岸边产生破坏。

1.2 防治措施

防治措施主要包括3个方面：保证坝体插入岸边深度、压实回填土和贴实无纺布。

1.2.1 保证坝体插入岸边深度

坝体两端要插入岸边2～5m。插入断面为：顶宽≥2m，边坡1∶0.5～1∶1，底面与坝体底面平齐，坝顶高出河岸0.5m。

1.2.2 压实回填土

坝肩和岸边回填土要尽量取用暖黏土及时压实，回填砂料的要用拖拉机将冻块压碎、压实。

1.2.3 贴实无纺布

1)砌筑坝体时要先将坝肩和护岸岸坡做好，将无纺布贴紧在岸坡上，避免无纺布与岸边出现缝隙加大渗流。

2)无纺布搭接和岸上、岸底延伸长度要满足规范要求，避免无纺布产生裂缝、漏铺现象，防止水流透过块石直接冲刷岸坡。

2 流冰破坏

主要包括2个方面：流冰破坏原因和防治措施。

2.1 流冰破坏原因

冰块携带的能量较大和过流深度不够，是导致拦河坝流冰破坏的主要原因。

根据相关资料和经验，流冰破坏的临界水深计算公式为：

H临=1.15d+0.15

(1)

式中：H临为临界水深，m；d为冰厚，m。

2.1.1 当堰顶水深H堰>H临，堰底收缩断面水深H底

冰块通过堰顶延坝后堰面下移，势能除部分消耗外，全部转换为动能使冰块漂移速度迅速增加，到达堰底水流收缩断面时(跃前水深)速度达到最大，对坝体的撞击力也达到最大值。

冰块与坝面堰底发生碰撞，使堰底块石单块或多块下移，上部块石失去支撑向下游滚动或塌落[1]。

2.1.2H临>H堰>0.9d时

冰块不能完全漂浮，冰块与坝面发生局部碰撞，但在水流冲击和后续冰块的撞击下可通过堰顶，并随落差的减小势能转变成动能而速度加快，延堰面下滑通过拦河坝。

堰体表面受到冰块撞击，块石依次向下游位移而滚落，出现俗称“扒皮”现象。

2.2 防治措施

增加过流深度和破碎大面积冰块是防止拦河坝流冰破坏的有效方法。从以上堆石栏河坝流冰破坏分析得出，防止措施主要采取保证拦河坝流冰期安全过流水深和减小个体冰块的能量两种方法[2]。

2.2.1 保证拦河坝流冰期过流水深

根据历年河流流冰期水量和经验，降低堰顶高程和缩小堰顶宽度，使堰顶和堰底收缩断面过流水深大于临界水深[3]。堰顶降低的高度一般在0.3m以内，缩小的宽度不超过河道宽度的1/3。

每年灌溉结束后，用人工将堰顶中部的块石减至要求降低到的高度和宽度，将块石堆放到坝的两侧，灌溉前再将两侧块石回砌到堰顶中部至要求高度和宽度。

为减少来回搬砌工作量，也可以不回砌堰顶，待水位达不到灌溉要求时用编织袋装沙土临时加高堰顶。

2.2.2 破碎冰块

对大面积的冰块进行人工破碎是降低单块能量、减少撞击力的有效办法。特别是破碎武开河较大面积的流冰冰块，对减轻冰块对拦河坝和其它河道上水工建筑物的撞击力，保证过冰安全有较好的效果[4-5]。

3 坝下冲刷

主要包括2个方面的内容：

3.1 破坏原因

坝下冲刷是坝后消能末端的块石底部砂土被水流冲走，块石向下游移动，上游块石失去下游块石的支撑，在水流的冲击和自重的作用下逐渐下滑、滚落，最后导致坝体坍塌。

3.2 防治措施

坝后冲刷主要以控制消能末端基础冲刷上延为主，可采取以下4项措施进行防治：

3.2.1 放缓坝背坡坡度

中、小型堆石拦河坝坝背坡坡比一般为1∶8～1∶10，大型堆石拦河坝需要经过消能计算确定。

作用是延长坡面长度，利用坡面块石的糙度和缝隙增强消能效果，减弱水流对坝坡末端的冲刷力；同时缩小坝坡与河底水平面的夹角，减小块石的下滑力，提高坝坡块石的稳定性。

3.2.2 提高块石抗冲刷能力

坝坡末端3～5m宽采用铅丝笼或钢筋笼结构，加强对散体块石的固结，增强抗冲刷能力。

3.2.3 铺设无纺布

在坝坡末端5～10m宽度内河底铺设无纺布，防止水流透过石缝冲刷河底。

3.2.4 设置海漫段

大型堆石拦河坝要根据水力计算设置足够长度的海漫段对坝坡末端进行有效防护，防止坝坡末端冲刷。

4 结 语

堆石拦河坝要定期巡查，特别是春季开河和流冰期要有专人值守，发现问题及时处理。每处堆石坝要根据工程实际存有一定数量的块石备料，预备拦河坝破坏时及时抢修，避免因化冻后石料运输困难延误抢修时机，造成工程的更大破坏。

[1]高思德，董权.堆石拦河坝流冰破坏分析及预防措施[J].黑龙江水利科技，2010，38(02)：230.

[2]于敏.基于中小河流上堆石拦河坝加固的分析[J].黑龙江水利科技，2008，36(02)：76.

[3]关彦峰，王艳娟.堆石结构拦河坝坝顶高程的确定[J].黑龙江水利科技，2003，31(01)：140.

[4]栾艳,赵明阶.土石坝病害类型及其成因浅析[J].海河水利,2009(01):55-58.

[5]姜春艳.水利工程中坝体防渗技术处理[J].中国新技术新产品,2013(06):67.

1007-7596(2014)10-0085-02

2014-04-12

王永刚(1976-)，男，黑龙江密山人，助理工程师；王莲凤(1972-)，女，黑龙江虎林人，助理工程师；杨思鹏(1980-)，男，黑龙江密山人，助理工程师。

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