欧坦工程河段不利河势治理措施总体方案设计研究

刘 欣 杜 娟 李利琴

（河南黄河勘测设计研究院，河南 郑州450003）

小浪底水库运用以来，进入黄河下游的水沙条件较以往有了很大变化。在这种变化的水沙条件下，局部河段出现了不利河势，尤其是部分河段出现主流直接顶冲工程， 造成工程出险直接威胁滩区生活、生产安全的不利河势情况。近年来，欧坦、韦滩等不利河势均是此类险情的典型代表。为治理此类险情，不得不采取一些临时性的工程措施，以避免此类不利河势持续发展对防洪安全造成的威胁。 在这种情况下，结合重复组装式导流桩坝的试验与推广，研究探索该类型坝用于不利河势临时工程抢险的可行性，为今后进一步对类似不利河势治理的方法提供可选的措施是一项十分有意义的工作。

1 欧坦工程河段不利河势治理的必要性

1.1 河段自然地理及工程概况

欧坦控导工程位于开封县刘店乡欧坦村北的黄河滩区， 始建于1978 年。 以控制府君寺至贯台间的河道、达到稳定贯台至东坝头之间的河势，保证三义寨闸门供水和保护刘店滩区为目的而修建。 该工程上迎曹岗工程来流，下送流至贯台工程。 目前，工程长度4664m，现有丁坝26 道、垛14 座、护岸10 段，共计50 道坝（垛、护岸）。受欧坦工程保护的刘店滩区内共有22 个行政村、3.5 万人口及8 万亩耕地。

1.2 河段河势变化及治理的必要性

2009 年以来，欧坦工程河势连续上提，变化较快，大河主溜在12坝上首400m 范围内坐湾，滩地坍塌速度加快，尤其是在2013 年1～4月中旬期间，12 坝上首滩地平均坍塌宽度90 余米， 平均每天坍塌0.5～1m。 调水调沙期间坍塌速度更快，南北方向的滩岸也相继发生了顺溜坍塌。 图1 为2009～2013 年欧坦工程所在河段的河势变化。

截止2013 年7 月7 日，12 坝上首500m 范围内滩岸基本已坍塌至13 垛及14 护岸，主流直接顶冲12 坝上首历史修建的防护工程，并坐湾出现险情。 由于该防护工程是1979 年欧坦工程抢险时修筑的临时防护堤，没有根石，抗冲能力十分欠缺。

不利河势持续发展，有可能造成防护堤决口，主溜抄欧坦工程后路，导致欧坦工程背河低滩区被淹，主流夺串向南的不利防洪局面，威胁刘店滩区内的生命财产安全，造成严重的经济损失和不好的社会影响。

2 不利河势应急抢险方案结构型式选择

应急抢险工程主要是为避免河势继续向不利局面发展而建，由于部分工程可能不在规划工程范围以内，当河段河势趋向归顺后，该工程可能将长期处于脱河状态，因此这类工程与正常修建的控导工程在作用上会有所不同。

鉴于应急工程布置的位置大多切入河道主流， 易遭受主流淘刷，工程自身又不能标准过高以避免影响大洪水的通过，所以坝体对自身稳定性要求高于一般丁坝。 选择适合该特点的结构型式，在满足自身稳定的前提下，能一定程度的控导河势且经济合理、施工可行显得尤为重要。

图1 2009～2013 年欧坦河段主流线套绘图

黄河下游河道整治工程多采用传统土石结构，这种结构型式相对简单，且有熟练的施工经验。 但由于该结构根石不能一次性施工到最大冲刷深以下，一旦工程遭受主流冲刷，工程易出险，且作为应急工程，受目前材料供应等条件的限制难以迅速施工。近年来作为新技术、新材料推广的土工布长管袋结构， 其水中进占施工工艺较为复杂，且在主流中施工流速较大的情况下铺设难度较大。

图2 方案比选平面布置图

根据相关研究[1-2]，采用钢筋混凝土预制管桩结构可实现工程的可拆除与不抢险， 并能在水中快速施工， 且施工干扰因素相对较小，其次，该结构坝具有小水导流，对大、中洪水泄洪影响小且自身安全性好等特点，因此本次设计采用预应力钢筋混凝土管桩结构坝。

3 不利河势治理应急抢险工程平面布置设计

3.1 不利河势治理应急抢险工程设计需考虑的因素

不利河势应急抢险工程布置需考虑的因素有：一是，首先控制当前不利河势的进一步发展， 防止主流抄欧坦工程后路，保证稳定滩区群众的生产生活安全；二是，尽可能引导河势逐渐按照规划流路行进，增强已建工程的控导作用；三是，尽可能采用施工速度快的抢护方案，做到快速抢险，使工程尽快发挥作用；四是抢险工程在险情消除后尽可能不对未来的河势演变以及大洪水行洪产生大的不利影响；五是尽可能避免过多的工程占地，减少抢险过程中的干扰，利于施工。

3.2 不利河势治理工程布置方案

本次工程作为不利河势治理工程，具有临时应急抢险的性质。 根据前述工程设计需考虑的各种因素，通过实地查看，对工程位置和平面布置进行了三个方案比较。 图2 为三个比选方案的平面布置图。

方案一：应急抢险桩坝布置始点距水边线约50m，距垂直连坝方向约280m、距12 坝坝根约800m。自抢险桩坝布置始点沿与主流夹角140°方向修建。

方案二：应急抢险桩坝布置始点距水边线约50m，距垂直连坝方向约130m、距12 坝坝根约590m。自桩坝始点沿与主流夹角118°方向修建。

方案三：桩坝布置始点与方案二同。 自桩坝布置始点沿与主流夹角130°方向修建， 该坝轴线方向与已建欧坦工程直线段连坝方向平行。

表1 为三个方案的优缺点对比。

通过对工程在临时抢险、工程见效快、抢险施工期干扰因素少、施工安全等因素的综合比较，最终确定方案二为抢险布置的总体方案。

4 实施情况及治理效果

4.1 实施情况

欧坦上首不利河势治理工程于2013 年7 月20 日开始施工，至8月18 日完成施工任务， 工程应用射水沉桩技术在开封欧坦控导工程上首应急抢修挑流护岸，桩长20m。 施工期间夹河滩水文站大河流量1000m3/s～3980m3/s。

工程原设计方案工程布置长度为300m，由于工程的临时性，修建方案根据实际情况做出了相应调整，施工过程中，随着工程长度的增加及大河流量的变化， 主流经桩坝挑流后不利河势逐渐得到缓解，险情得以有效控制，最终工程实际实施长度为100m。

4.2 治理效果

4.2.1 流速变化

表2 为施工过程中的流速监测数据。 根据表中资料的统计，2013年7 月30 日～8 月19 日，桩坝前实测流速为1.6～3.5m/s，桩坝后实测流速为0.2～2.0m/s。 桩坝上下游流速差别较大，经桩坝挑流后，大河流速明显减小，对滩岸的顶冲威胁大幅降低。

表1 工程平面布置方案对比表

表2 实测流速统计表

4.2.2 河势及滩岸坍塌变化情况

为了观测滩岸坍塌情况，沿欧坦防护堤12 垛向上游以50m 为一间隔共布设了5 个观测断面。 从断面坍塌情况统计来看，8 月4 日以前，滩岸坍塌较为严重，断面1 天最大坍塌7m。 8 月4 日，桩坝进占着溜一定长度后，主溜明显外移，滩岸坍塌速度明显下降，8 月7 日以后基本不坍塌，河势趋于稳定。

根据7 月15 日～8 月19 日施工期的河势观测成果， 欧坦观测靠河坝号自工程开工后被控制在12 坝～37 坝。 在施工期间夹河滩水文站出现3980m3/s 流量，滩岸坍塌严重的情况下，欧坦工程不利河势没有进一步上提。 桩坝有效的控制了河势的进一步发展，保护了滩地和工程的安全。

4.2.3 抢险情况

黄河下游河道整治工程普遍采用的传统结构型式较为经济且易施工，但由于传统结构根石不能一次性施工到最大冲刷深以下，一旦工程遭受主流冲刷，易反复出险，给工程管理和抢险带来极大负担。

据统计，欧坦控导工程12 坝及其藏头工程7 月份以后共出险47次，其中一般险情42 次，较大险情5 次，出险体积达13609m3。 其中7月20 日以前出险37 次，出险体积12150m3，占统计总数的89%，且较大险情都出现在7 月20 日桩坝开始施工以前，桩坝修建初期12 坝及其藏头工程出现一些小的险情，待桩坝工程初具规模、发挥一定作用后就再也没有出现新的险情，说明桩坝的实施有效的减少并控制了险情的发生。

5 结论和建议

本次欧坦应急抢修工程利用钢筋混凝土预制空心管桩组成不同长度的钢筋混凝土透水桩坝，以期实现解决临时的不利河势问题。 与传统河道整治工程相比，重复组装式导流桩坝能够实现快速插桩修建成坝，也可以快速拔除，拆除的管桩能够重复利用的特点。本次工程布置总体方案是通过对主流的直接控导，实现了以较小的工程量达到减轻不利河势发展的目的。

通过本次工程布置和采用的工程措施看，工程的实施基本达到了快速有效处理临时河势变化、防止畸形河势继续发展的效果，为黄河下游防汛抢险提供了新的技术支撑。然而，由于工程修建的长度有限，并没有真正的实现对不利河势的根治，此外，由于工程的运行时间较短，对河势长期影响的效果还需进一步进行观测。

［1］河南黄河勘测设计研究院.黄河下游移动式不抢险潜坝设计研究[J].2009，10.

［2］耿明全,张成,张汝印.黄河下游移动式导流坝研究与应用[J].中国水利,2009(22):42-45.

［3］移动式空心排桩导流和支挡设计与施工[M].郑州：黄河水利出版社，2011.