黄河防洪工程土工织物沉排坝运行探讨

齐爱民 李佩超 张文德

(新乡黄河河务局封丘黄河河务局，河南 新乡 453300)

治黄以来，党和国家对黄河治理给予了极大的重视和关注，始终把保障黄河防洪工程安全作为黄河治理的首要任务。作为黄河工程的建设与保护者，更应坚持不懈地把建设黄河防洪工程、维持黄河健康生命作为重中之重，尤其是地处重要防洪地段的黄河下游，修建了大量的险工、控导、护岸等防洪工程，其中大部分是以土料、块石为主要材料的整治建筑物。

此类建筑物材料在过去有着广泛的来源，随着国民经济的高速发展，耕地占用十分严重，土地相对紧缺，土源危机;为保护有限的矿产资源与生态植被，附近矿山禁止开采，石料相对紧张;若水中进占施工，需使用树枝等软料闭气，砍伐树木直接影响生态环境。为保证黄河水流态势良好运行，水利专家通过实体实验，利用土工织物的反滤功能与原河床有相同变形模量的特性，和强度高、柔性好、使用寿命长等特点，采用土工织物作为新材料的新技术和新工艺来建造水利整治建筑物，并在江、河等大型水利工程建设中得到了应用。

1 土工织物沉排坝的建造与运行效果分析

封丘禅房控导工程。禅房控导工程始建于1973年，1988年共修建丁坝34道，其中34号坝为土工织物褥垫长管袋防洪坝，是黄河防洪工程中首次进行的新材料、新技术、新工艺应用。

1988年6～7月，黄委、河南省局领导非常重视，组建专家团队坐镇指挥“试验坝”的建设。该坝修建时为水中进占:土工织物大布铺底，土袋、块石稳固;长管袋充填黄河泥沙形成坝体;迎水面至下跨角由散石裹护。

该坝于1989年7月16日大溜顶冲时部分根石下蛰，经抢护抛散石约100m3，险情及时控制。与之相临的33、35号土石结构坝则出险情况严重，使用料物较多，抢护时间较长。该坝常年主溜顶冲，目前运行良好。

封丘禅房控导工程37号坝运行情况。该坝于1989年6月水中进占修建，坝体内部结构与34号坝相同，唯一不同的是坝坡设计为混凝土面板裹护。当年由于大溜顶冲，迎水面0+55～0+70处根石下蛰，混凝土坡面下滑入水，因回流与大溜顶冲掏刷，直至混凝土坝坡面板大部断裂、损坏，抢护后坝坡变为散石结构。

该坝虽常年主溜顶冲，未发生坍塌等险情，至今运行良好。

封丘顺河街控导工程32～34号潜坝运行情况。为稳定该河段流势，1998年5月开始建设顺河街控导工程的16～31号坝。1999年12月修建该工程的32～34号潜坝(设计为3000m3/s流量以下时“潜”水)，结构为:大布铺底，长管袋充填泥沙铺排，坝顶、坝坡外裹护铅丝石笼。

施工时为冬季，黄河流量较小，0+000～0+220段为低滩施工，0+220～0+300段为水中进占。由于冬季施工，天气寒冷，虽大布铺设稳固较好，滩面基础开挖虽合乎标准，但在长管袋内充填的泥土出现冰冻迹象;在铅丝石笼裹护坝体时又出现撞破管袋现象。受以上因素影响，给该坝的稳定运行埋下了安全隐患，直接导致该工程出险几率增大。

运行过程中，2005年6月19～29日，当时黄河流量为1860m3/s，该坝共发生坝面局部下蛰入水的险情6次，共抛散石与石笼1870m3。

该坝虽常年做“中流砥柱”，抢护后至今未发生险情，运行状况良好。

2 土工织物沉排坝出险机理分析

经过多年运行，虽然土工织物沉排坝出险几率较少，抢护时间较短，但亦有险情发生，造成出险的原因主要有:ⓐ底布铺设未到位，长管袋不能全部坐落在护底褥衬大布上，长管袋脱离底布，进行游离，直接造成二者整体结合性与稳定性欠佳;ⓑ长管袋缝接质量较差，底层长管袋承重强烈，尤其是管袋末端易形成应力集中，重压时极易开(断)裂，失去整体稳固作用;ⓒ长管袋充填质量较差，如在冬季施工，长管袋内充填的土料冻结，反滤孔因冰冻失去过滤作用，形成管袋充填外盈内亏，待气温上升后，长管袋充填的冰块解冻融化，局部出现空洞现象;ⓓ长管袋搭接间隙较大，长管袋搭接应紧密相连，交叉相接，不出现节理断面，俯视成无隙排状，侧视为平行相交状;ⓔ土工织物遭人为破坏，如:在坝体外裹护石料时长管袋被砸损伤;根石探测时被锥杆穿破等人为因素影响，造成水流直接掏刷，使长管袋处于空腹、游离状态，失去了整体的支撑、稳固作用;ⓕ长管袋末梢应力集中未消除，当长管袋充填固化后，长管袋末端处于充盈状态，易形成应力集中，一旦石料裹护重压，长管袋将会折断或破裂，应增加反滤孔，消除应力集中;ⓖ土工织物长期裸露暴晒，土工织物一般情况下裸露、暴晒寿命仅为1年，将失去原有的抗压、抗拉、抗冲等高强特性;若在密闭状态下，性能可保持数十年。

3 土工织物防洪坝出险形式分析

土工织物沉排坝的施工，如:楼房建设，自下而上层层叠加，整体性能相对稳定。在水中进占时施工的土石结构坝为“填海式”平排推进，结合部易形成节理裂隙，土工织物沉排坝的出险形式与土石结构防洪坝有明显区别。ⓐ出险前根石与坝坡无明显松动、下蛰痕迹，眉子石、坝面、迎水面等部位无明显裂隙等险情特征;ⓑ出险时局部猛墩猛蛰，突发性强;ⓒ出险后相对稳定，险情发展缓慢;ⓓ抢护时间较短，抢护用料较少，抢护成本较低;ⓔ抢护后工程比较稳定，不易再次发生险情。

4 土工织物沉排坝施工情况分析

根据土工织物沉排坝的运行情况，为使该类型结构坝持久稳定，在施工时应注意以下因素的影响:ⓐ底布铺设一定要展开，避免报团、褶皱现象的发生;土袋、石块盖压要均匀，保证褥垫大布基础的稳固性和平展性;ⓑ避开寒冷期间工程施工带来的冰冻危害，造成工程稳定隐患;ⓒ长管袋搭接合理，管尾部位折叠缝接，严防开裂、断裂;ⓓ长管袋末端添加反滤窗口，消除应力集中，严防断裂;ⓔ在裹护石料时防止损伤长管袋，保证其完整性;ⓕ随着调水调沙的不断进行，黄河河床逐年下降，土工织物逐渐显露，应及时覆盖，避免裸露暴晒，降低寿命。

5 结语

土工织物是一种水利工程施工的新型材料，具有强度高、重量轻、抗冲耐磨、易购置等优点，利用河床内的泥沙进行充填，可减少占、挖耕地以及河道淤积。实践表明:土工织物沉排坝与传统结构坝相比，运行时出险次数少，出险规模小，抢险投资少，根石加固用量少，尤其在水中进占时使用，可避免软料进占后年久腐烂出现的二次(坍塌)险情，经济效益与社会效益显著。