济南河道整治工程抢险防洪实践

本文河道整治工程是指为控导流向、控制河势所修建的坝、垛、护岸工程。坝指从堤身或河岸伸出，在平面上与堤或河岸线构成丁字形的坝，亦称丁坝；垛指轴线长度为10～30m的短丁坝，平面类似鱼鳞形、燕翅形、磨盘形、人字形等，山东称为堆（如石堆、柳石堆）；护岸指平顺护岸，即沿堤线或河岸所修筑的防护工程。

（一）河道整治工程的组成

河道整治工程由险工、控导和护滩工程组成。

1.险工

险工是依托堤防修建的坝、垛、护岸工程，主要作用是防止水流直接冲刷堤防，并兼有控制河势的作用。坝顶高程与堤顶高程相同或略低，但都超出堤防设计洪水位，即洪水发生时坝顶不淹没。

2.控导和护滩工程

控导和护滩工程是修建在滩岸上的坝、垛、护岸工程，其区别在于控导工程修建的主要目的是控导主流，而护滩工程是保护滩地、村庄、码头等，次要目的是约束水流，控制河势。控导和护滩工程坝顶高程与当地滩面相平或略高，但都低于堤防设计洪水位，即在较大洪水发生时，坝顶将被淹没。

（二）坝垛险情

坝垛出险的因素很多，有设计方面的原因，如坝垛布局不当、标准不足、护根过浅等；有施工方面的原因，如坝基土质差、未压实、护根护坡坡度陡、使用石块小等；有管理方面的原因，如观测不及时、抢护不力、反滤失效等；有水流方面的原因，如河势不稳、水位高、流速大等；有地质方面的原因，如沙质河床等；但最根本的一点是坝垛的强度与水流的强度是否相适应。在一定的水流强度下，坝垛强度大，不出险；坝垛强度弱，易出险。坝垛强度反映在许多方面，如坝基土质及压实质量、护坡设计与施工质量等，但最主要的是护根的深度，其次是护根的坡度和厚度。护根深度满足不了冲刷深度，护根体要坍塌下滑使其上部护坡甚至坝基连带破坏出险。当护根深度达到冲刷深度，护根坡度陡，厚度小，承受不了上部土石压力时，仍可能发生坍塌破坏出险。当护根深度、坡度、厚度均不足时，则会出大险。

坝垛险情一般有四种，即坍塌、滑动、漫溢、溃膛塌陷。

1.坍塌险情

坍塌险情是坝垛最常见的一种较危险的险情。坝垛在水流冲刷下，局部出现沉降的现象称为坍塌险情。坍塌险情又可分为塌陷、滑塌和墩蛰3种。塌陷是坝垛坡面局部发生轻微下沉的现象。滑塌是护坡在一定长度范围内局部或全部失稳发生坍塌下落的现象。墩蛰是坝垛护坡连同部分土坝基突然蛰入水中，是最为严重的一种险情，如抢护不及就会产生断坝、垮坝等重大险情。

坝垛出现坍塌险情的原因是多方面的，它是坝前水流、河床组成、坝垛结构和平面形式等多种因素相互作用的结果。当水流作用于坝垛时，水流会沿坝垛表面扩散。扩散的水流一般由三部分组成：第一部分平行坝面向下游运行；第二部分沿坝面折向坝垛底脚，冲刷河床；第三部分向第一部分的相反方向运行，也就是人们常称的“回流”。扩散水流各部分的强度与来流方向密切相关，来流方向与坝垛轴线之间的夹角越小，第一部分水流强度越大；相反，第二部分及第三部分水流的强度越大。在一定工程基础条件下，这三部分水流强度的大小及不同组合决定了坍塌险情的大小及表现形式。

2.滑动险情

坝垛在自重和外力作用下失去稳定，护坡连同部分土体从坝垛顶部沿弧形破裂面向河内滑动的险情称为“滑动险情”。坝垛滑动分骤滑和缓滑两种，骤滑险情突发性强，易发生在水流集中冲刷处，故抢护困难，对防洪安全威胁也大，这种险情看似与坍塌险情中的猛墩猛蛰相似，但其出险机理不同，抢护方法也不同，应注意区分。

坝岸滑动与坝垛结构断面、河床组成、基础的承载力、坝基土质、水流条件等因素有关。当滑动体的滑动力大于抗滑力时，就会发生滑动险情。

3.漫溢险情

漫溢是指洪水漫过坝垛顶部并出现溢流现象。漫溢对坝垛有三种类型的影响：一是当漫溢水流流速小于水流所含泥沙沉降速度时，则坝垛顶部将会发生淤积；二是当漫溢水流流速大于水流所含泥沙沉降速度，但小于坝基顶土的抗冲流速时，则坝垛顶部不冲不淤；三是当漫溢水流流速大于坝基顶土的抗冲流速时，坝垛顶部将发生冲刷破坏，甚至出现断坝、垮坝等事故。因此，第一、第二类漫溢不作为险情，只有第三类漫溢才是险情。

造成坝垛漫溢的原因是：(www.xing528.com)

（1）发生大洪水时，河道宣泄不及，洪水超过坝垛设计标准，水位高于坝顶，或施工中遇到漫顶洪水。

（2）设计时对波浪的计算与实际差异较大，实际浪高超过计算浪高，并在最高水位时越过坝垛顶部。

（3）施工中坝垛未达到设计高程，或因地基有软弱夹层，填土夯压不实，产生过大的沉陷量，使坝垛顶高程低于设计值。

（4）由于潜坝、控导护滩工程顶部设计标准较低，在较大洪水时，出现漫顶险情。

4.溃膛塌陷险情

坝垛溃膛，也叫淘膛后溃（或串膛后溃），是坝胎土被水流冲刷，形成较大的沟槽，导致坦石陷落的险情。具体地说就是在中常洪水位变动部位，水流透过坝垛的保护层及垫层，将其后面的土料淘出，使坦石与土坝基之间形成横向深槽，导致过水行溜，进一步淘刷土体，坦石塌陷；或坝垛顶土石结合部封堵不严，雨水集中下流，淘刷坝基，形成竖向沟槽直达底层，险情不断扩大，使保护层及垫层失去依托而坍塌，为纵向水流冲刷坝基提供了条件。

坝垛溃膛险情发生初始，根石、坦石未见蛰动，仅是坦石后的坝基土出现小范围的冲蚀。随着冲蚀深度、冲蚀面积的逐渐扩大，最终坦石失去依托而坍塌。坦石坍塌后并不能使溃膛停止，相反常因石间空隙增加，进一步加剧冲刷，使险情恶化。

造成溃膛塌陷险情的原因是：

（1）乱石坝。因护坡石间隙大，与土坝基（或滩岸）结合不严，或土坝基土质多沙，抗冲能力差，除雨水易形成水沟浪窝外，当洪水位相对稳定时，受风浪影响，水位变动处坝基土逐渐被淘蚀，坦石下塌后退，失去防护作用而导致险情发生。

（2）扣石坝或砌石坝。水下部分有裂缝或腹石存有空洞，水流窜入土石结合部，淘刷形成横向沟槽，使腹石错位坍塌，在外表反映为坦石变形下陷。

（三）坝垛抢险

坝垛抢险贵在及时。一旦发现险情要立即采取措施，奋力抢护。抢险不及时，会使小险发展成大险，抢护更加艰难，甚至出现坝长截短、坝基冲断及垮坝等现象。险工坝垛冲垮，堤防直接受到威胁，甚至有决口的危险。本节只介绍抢险原则及方案，具体抢险技术可参考有关文献。

1.抢险原则

坝垛抢险原则是“护土固根”。所谓“护土”，即是尽量保护坝基土不被冲刷或少被冲刷。坝垛出险时水流流速较大，如护坡坍塌入水，坝基将裸露，土体直接受水流冲刷破坏，难以维持坝体完整。因此，抢险的首要任务是抛投防冲材料使其出水，保持坝基不再被冲后退。如坝基也有部分坍塌入水，则要采用大体积抛投物，一面使护坡出水，一面恢复水上坝基形状。所谓“固根”，即是当坝垛出现险象如坝顶裂缝、护根石小范围坍塌时，说明护根不足，需要抛投料物加固，以防出大险。当护坡坍塌入水，坝基受冲时，应首先“护土”，而不能首先“固根”。此时固根也不是一定要采取的抢险措施，只有经过分析，认为坍塌的护根护坡体不足以维持坝体安全而需要加固根基时，方可加抛护根体，加固根基。

单一坝垛出险抢护比较容易，因为险情集中于一个坝垛，抢险力量、料物可集中使用，易于化险为夷。对于丛生险情，抢护的原则是“确保重点，兼顾一般”，即对重点坝垛险情必须全力以赴抢护，防止垮坝后使其他坝垛抢护艰难，同时对其他坝垛的重要部位如坝前头、迎水面等尽量兼顾，控制险情发展。力量允许时，在保证重点坝垛或重大险情抢护安全的条件下，才对其他坝垛或一般险情给予全力抢护。

2.抢险方案

抢险方案的核心内容是“人力、料物、技术”，俗称抢险三要素。欲保证抢险成功，三要素缺一不可。人力是指抢险队伍的人员组成、人数及素质，人员不够就完不成抢险任务。料物是指抢险所需要的各种料物及机具，料物缺乏或不足、上料迟缓常是导致抢险失败的主要原因。技术措施是抢险的关键，抢险措施得当，方法正确，常事半功倍，很快转危为安；相反，则事倍功半，久抢不息，十分被动。抢险时间紧，任务重，除要确保技术措施合理可靠外，还要把握险情的发展趋势，注意观测气象、水情及河势变化，调整抢险策略。制定抢险方案时对河势要进行预估，抢险过程中还要根据新的情况及时调整抢险方案，确保万无一失。