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水利工程论文郑州黄河长管袋结构实验坝应用效果分析摘要郑州黄河长管袋结构实验坝近年来出险具有猛墩猛蛰的特点,往往土胎裸露,在大水或险恶水流条件下出险并迅速垮坝的威胁较大。其出险的原因在于长管袋排体在水流的长期作用下,突然发生滑动或断裂破坏。该坝型给巡坝查险、预防出险造成困难。随着长管袋的日益变形、破坏,其出险将会加剧。建议对该坝型进行加固处理,设置类似于险工工程的根石台。该坝型还有许多专业技术问题需要进行深入的研究,该坝型的继续实验应在重大改进后进行。关键词分析应用效果长管袋实验坝郑州黄河不抢险结构坝是治黄工作者长期以来所不懈追求的理想。长管袋结构实验坝作为不抢险坝的一种尝试,自1998年以来,在郑州黄河枣树沟等河道整治工程中得到了较大规模的实验。图1郑州黄河枣树沟河道整治工程俯瞰1长管袋实验坝结构型式1.1褥垫沉排坝修建褥垫沉排结构坝32道,分别为枣树沟控导工程4~22坝、保合寨控导工程18~23坝、马渡下延工程94坝,该坝型断面结构如图2。1.2排体进占坝修建排体进占结构坝17道坝,即桃花峪控导15~24坝、马渡下延95~101坝,该坝型断面结构如图3。1.3土工布护底、长管袋进占结构坝修建土工布铺盖护底、长管袋进占结构坝1道,即九堡下延142坝,该坝型断面结构如图4。九堡下延142坝修建时护底土工布铺设十分困难,因其铺设质量较差,所以实验价值不大。该坝自2000年1月份建成后多不靠河,在2002年8月6日~9月14日短暂靠边溜的时间里,出险15次,体积1928m3,呈现了小险、多出、紧抢的局面,其出险特点同传统坝无异,说明土工布没有铺设到位或土工布铺盖没有起到预期的护底作用。本文以下所称长管袋结构坝均指褥垫沉排坝和排体进占坝而言,不包括土工布护底、长管袋进占结构坝。2褥垫沉排坝近年来的靠河特点枣树沟工程自建成后至今靠河良好,工程中下段靠河几率大约在70左右,但-4~22坝间各褥垫沉排坝靠河时,上部坝体均处于着水不着溜或靠溜不紧的状态,没有出现过明显紧靠边溜或紧靠大溜的情况。这是因为这些坝的下部距上口石边沿以外大约40m范围内的河床都有长管袋褥垫沉排护底,水下褥垫沉排起了挑溜外移的作用。近年来,虽然枣树沟长管袋褥垫沉排坝上部坝体均处于着水不着溜或靠溜不紧的状态,但其下部褥垫远端靠溜较紧,远端靠溜也即为丁坝靠溜。褥垫沉排坝的这种靠溜特点目前只在枣树沟工程存在保合寨18~23坝尚没有靠过河马渡94坝只是单坝沉排,其相邻丁坝都没有沉排护底,故而也没有明显的靠溜不紧现象。排体进占坝虽然也有管袋排体护底,但其宽度仅有8m,范围相对较小,没有明显的靠溜不紧现象。3长管袋结构坝出险特点3.1建成初期出险少截止2003年9月20日,郑州黄河长管袋结构坝的建成时间、靠溜几率、出险情况见表1。浅基修做的传统结构坝,一靠河即大小险情接连不断,单坝出险数十次、抛石4000~5000m3后才逐步趋于稳定,和长管袋实验坝同期修建的郑州黄河保合寨控导39~41坝、赵口控导1~8坝都是这种情况。郑州黄河长管袋结构坝在近年的运用中,大部分靠河良好,的确出险少,这一方面的效果是明显的,和同期修建的保合寨控导39~41坝、赵口控导1~8坝等传统结构坝形成了鲜明的对照。不仅枣树沟工程的褥垫沉排坝具有出险少的特点,桃花峪工程、马渡下延工程的排体进占坝也明显的出险少。3.2坝前水势平稳、猛墩猛蛰长管袋结构坝近年来虽然出险少,但还是出现了一些险情,如枣树沟工程1坝、14坝、16坝、17坝,桃花峪工程15坝等,其出险特点及对抢护的要求与传统结构坝有很大的不同。褥垫沉排坝出险时坝前水势很平稳、没有明显的靠溜迹象,如枣树沟工程14坝(图5、图6)、15坝(图7)、16坝、17坝、18坝(图8)褥垫沉排坝在坝前水势平稳的情况下,不仅坝头、上跨、迎水面较前部位出险,而且迎水面较后部位也有较大的墩蛰险情出现,如枣树沟工程14坝排体进占坝出险时坝前水势一般也不险恶,远劣于传统结构坝出险,如桃花峪工程15坝(图9)。无论是褥垫沉排坝还是排体进占坝,其出险的方式大都是猛墩猛蛰式的,没有明显的出险征兆,一出险就相对较大,往往土胎裸露,但也往往相对稳定。这里讲的相对稳定是指险情不再继续快速发展,可以相对从容的进行抢护,但这也只是在近年小水作用下的情况。长管袋结构坝尚没有经过大水考验,在大水或险恶水流条件下猛墩猛蛰出险后未必就是相对稳定的,其土胎裸露,险情迅速发展并垮坝的威胁不仅存在、而且还比较大。4长管袋结构坝出险机理探讨4.1管袋布突然断裂破坏,发生猛墩猛蛰险情水流在传统坝前只要淘刷河床就会形成冲刷坑,传统坝的根坦石就下蛰、坍塌而出险。褥垫沉排坝出险与传统坝出险有着较大的不同。从表面上看,长管袋结构坝出险时坝前水势平稳、没有明显的靠溜迹象,但其出险是水流从其长管袋远端开始、较长时期作用的结果。褥垫沉排坝的褥垫在水下经水流的较长时期作用,会在某些部位发生沉陷变形,而这些变形是不均匀的褥垫沉排坝的褥垫排体由多个褥垫排体块组成,这些不均匀的变形极有可能造成褥垫块之间的搭接被破坏,某些薄弱部位的管袋布也有被撕裂的可能于是水流就在这些裂口处开始淘刷,并不断发展当水流开始在袋下淘刷时,由于长管袋褥垫排体有一定的抗冲能力和强度,所以在水面上
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