王庵控导工程中铅丝笼沉排坝的应用与实践

王庵控导工程中铅丝笼沉排坝的应用与实践CONTENTS目录01控导工程概述02王庵控导工程项目背景03坝型比较与选择04铅丝笼沉排坝排体设计CONTENTS目录05铅丝笼沉排坝施工技术06工程运行与监测07工程效益分析08结论与建议01控导工程概述控导工程的定义与作用控导工程的定义控导工程是为控导主流、稳定河势而修建的河道整治工程，通过丁坝、垛、护岸等建筑物约束主流摆动范围，沿治导线引导水流，具有护滩保堤、保障涵闸引水与航运功能。控导工程的核心组成控导工程是河道整治工程的主体，与险工、护滩工程共同构成河道整治体系。其中险工依托堤防建设经调整后可纳入控导体系，护滩工程多用于临时抢险，三者均由丁坝、垛、护岸建筑物组成。控导工程的关键作用河道修建控导工程后，主流受到控制，河势稳定，河槽得以固定，对护滩保堤、涵闸引水、航运等都有很大作用。黄河下游控导工程仅在治导线一岸修筑，另一岸保留滩地以利排洪。控导工程的组成与分类控导工程的组成部分控导工程是河道整治工程的主体，与险工、护滩工程共同构成河道整治体系。其主要由丁坝、垛、护岸等建筑物组成，这些建筑物沿治导线布置，用于约束主流摆动范围，引导水流。控导工程的功能定位险工依托堤防修建，部分经调整后可纳入控导体系；护滩工程多用于临时抢险。控导工程则通过丁坝、垛、护岸等结构，实现控导主流、稳定河势，具有护滩保堤、保障涵闸引水与航运等功能。控导工程的平面布置分类工程布置一般分为迎流段、导流段和送流段。上段为迎流段，采用较大弯曲半径甚至直线，以适应来流变化；中段为导流段，弯曲半径较小，多与治导线重合，起调整水流方向作用；下段为送流段，弯曲半径比中段稍大，以便利送流。黄河下游控导工程的特点黄河下游控导工程仅在治导线一岸修筑，另一岸保留滩地以利排洪。其平面布局包含丁坝、垛及护岸等结构，丁坝常采用土工布、铅丝笼等新材料加固，以增强稳定性。黄河下游控导工程的特点

河道特性：河床质细，抗冲能力差黄河下游床沙组成较细，河床质粒径D50=0.06～0.1mm，抗御水流的能力很差，对控导工程的结构稳定性提出了较高要求。

工程布局：单岸控制，凹岸修建开封县段黄河属于微弯河道，整治进行单岸控制，仅在弯道凹岸修建工程，以坝护弯，以弯导流，防止产生游荡型河道。

坝体受力：承受较大水流顶冲力由于凹岸布置特点，坝体受水流顶冲承受了较大的冲击力，在运行过程中需要有充足的摩擦力、重力与阻力以维持稳定。

组成体系：与险工、护滩工程协同控导工程与险工、护滩工程共同构成河道整治体系，其中险工依托堤防建设经调整后可纳入控导体系，护滩工程多用于临时抢险。02王庵控导工程项目背景项目地理位置与建设历程项目地理位置概况王庵控导项目位于开封县袁坊乡王庵村北，距开封县城25km，上迎北岸大宫项目的来溜，下导溜至北岸古城项目。项目建设背景与时间该项目始建于1994年，为满足项目本身需求以及适应小浪底水库清水下泄的需求，确保项目完整，提升项目抗洪能力而建设。项目主要组成与河势状况项目共有坝、垛项目53道，主流向南已达王庵项目前，并在-14垛南坐弯，沿-14垛连坝背河行溜。目前-27～-25垛、-14垛、4～5坝、13～33坝靠河，6~12坝不靠河，其中13～33坝靠主流。项目主要建设内容坝垛结构加固工程针对王庵控导项目53道坝、垛中的重点部位，如13～33坝等靠主流坝段，采用铅丝笼沉排体进行丁坝基础及坝体加固，提升整体抗冲能力。铅丝笼沉排体施工利用铅丝笼将散石集结为整体结构，结合反滤布（底层无纺土工布+上层编织布）、压载及裹护体护坡组成排体，增强排体体积与重量以抵抗洪水冲刷。排体结构设计与优化进行排体结构选择与稳定性校核，确保沉排体能够适应项目前冲刷坑深度变化，满足15m左右稳定深度要求，减少变形及出险几率。反滤布及防护系统铺设在排体底层铺设无纺土工布作为反滤布，上层采用编织布防止铅丝及块石刺破，保障反滤布的保土性、透水性及结构强度。项目建设的必要性与目标

工程现状与挑战王庵控导项目始建于1994年，现有坝、垛53道，上迎北岸大宫项目来溜，下导溜至北岸古城项目。目前-27～-25垛、-14垛、4～5坝、13～33坝靠河，其中13～33坝靠主流，6~12坝不靠河。主流已达项目前，并在-14垛南坐弯，沿-14垛连坝背河行溜，坝体稳定面临考验。

现有坝型局限性分析黄河下游床沙较细，河床质粒径D50=0.06～0.1mm，抗冲能力差。传统散石沉排受冲刷易变形、出险；柳石结构筑坝深度有限（水中部分仅能达水底以上5m），难以满足15m稳定深度要求，需频繁抢险加固，无法适应小浪底水库清水下泄后的河道冲刷情况。

项目建设核心目标为满足工程自身安全需求及适应小浪底水库清水下泄的新挑战，项目建设旨在确保工程完整，提升抗洪能力，通过采用铅丝笼沉排坝等技术，实现控导主流、稳定河势、保障防汛安全的核心目标，减少传统坝型的抢险频次和费用。03坝型比较与选择黄河下游常见坝型介绍

散石沉排坝通过在坑槽内填抛块石强化项目基础强度与深度，挖槽宽度根据冲刷坑深度及水流冲刷部位强弱决定。但单次块石重量有限，排体会随项目前冲刷坑深度变化而变形，存在出险几率。

柳石枕沉排坝传统柳石结构初始筑坝时，旱工部分一般挖槽深度2～3m，水中进占仅能修筑水底以上部分，水深通常2～5m，难以达到15m左右的稳定深度要求，运用时期需进行抢险加固。

铅丝笼沉排坝利用铅丝笼将散石集结为整体，增加次体体积和重量，减少洪水对单次石块的冲刷走失现象。其排体结构由反滤布、压载、裹护体护坡组成，设计包括结构选择与稳定性校核，在黄河下游河道整治中应用广泛。散石沉排坝的特点与局限性散石沉排坝的结构原理

散石沉排坝实质是在坑槽内填抛块石以强化工程的基础强度与深度，其结构依赖散石的堆积来形成防护体。散石沉排坝的施工特点

挖槽宽度需根据冲刷坑深度及水流冲刷部位的强弱决定，施工过程中依赖块石的单一重量和堆积密度形成防护。散石沉排坝的局限性

由于单次块石重量有限，散石沉排体会随着工程前冲刷坑的深度变化而变形，在洪水等强水流作用下存在较高的出险几率。传统柳石结构坝的特点与局限性

传统柳石结构坝的筑坝方式初始筑坝时，旱工部分一般挖槽深度2～3m，水中进占仅能修筑水底以上部分，水深通常为2～5m。

传统柳石结构坝的深度限制难以达到15m左右的稳定深度要求，在运用时期必需进行抢险加固。

传统柳石结构坝的运行问题建成靠河运用过程中不断坍塌出险，依靠连年的抛石抢险来加固，日常查险、抢险、管理任务繁重。铅丝笼沉排坝的优势分析

提升基础抗冲稳定性铅丝笼将散石集结为整体，增加次体体积和重量，减少单个石块冲刷走失现象。其基础抗冲力优于化纤编织袋、柳石枕、长管袋褥垫等沉排坝型，摩擦系数与整体性更优，为坝体稳定提供较高安全系数。

降低工程出险机率传统结构丁坝建成后常因基础坍塌出险（占比97.4%），需连年抛石抢险；铅丝笼沉排坝受洪水淘刷后排体外沿下蛰沉降，自行调整坡度使根石坡度平缓，减少单位压强，实现少出险、出小险，甚至不抢险。

减少工程运行成本相较于传统坝型日常查险、抢险、管理任务繁重的情况，铅丝笼沉排坝显著节省抢险费用。从开封市段黄河控导工程抢险费用比较看，该坝型为河道治理节约资金，形成工程运行良性循环。

满足稳定深度要求传统柳石结构水中进占仅能修筑水底以上部分（水深2～5m），难以达到15m左右稳定深度；铅丝笼沉排坝可通过设计实现所需稳定深度，减少运行期抢险加固需求。坝型选择结论铅丝笼沉排坝为优选方案综合比较散石沉排、传统柳石结构及铅丝笼沉排等坝型，铅丝笼沉排坝凭借其整体性强、抗冲能力优越、适应冲刷深度大等特点，被选定为王庵控导工程丁坝加固的实施方案。解决传统坝型固有缺陷有效克服了散石沉排易变形走失、传统柳石结构稳定深度不足（仅2-5m）的问题，满足了工程对15m左右稳定深度的要求，减少了因基础坍塌导致的出险风险（传统坝型基础坍塌险情占比97.4%）。奠定工程安全基础铅丝笼沉排将散石集结为整体，增加次体体积和重量，可随冲刷坑深度自行调整坡度，保障了坝体在黄河下游细颗粒河床（D50=0.06～0.1mm）及清水下泄工况下的稳定性，为控导主流、稳定河势提供关键支撑。04铅丝笼沉排坝排体设计排体结构组成

反滤布层铅丝笼沉排底层采用无纺土工布做反滤布，上层采用编织布，以防止铅丝及块石刺破无纺土工布。反滤布需满足保土性、透水性及一定强度的要求。

压载层利用铅丝笼将散石集结为整体，形成较大体积和重量的压载体，增加了排体的抗冲刷能力，减少洪水对单个石块的冲刷致其走失现象。

裹护体护坡作为排体结构的组成部分，裹护体护坡与反滤布、压载层共同构成铅丝笼沉排的整体结构，保障排体在水流冲击下的稳定性，实现护底与护根的功能。反滤布的选择与作用

反滤布的结构组成铅丝笼沉排底层采用无纺土工布做反滤布，上层采用编织布以防止铅丝及块石刺破无纺土工布。

反滤布的核心功能反滤布既需满足保土性、透水性，又需具备一定强度，是铅丝笼沉排结构中关键的组成部分。

反滤布的设计考量反滤布的选择是排体设计的重要内容之一，需与压载、裹护体护坡等共同构成完整的排体结构，并参与结构稳定性校核。压载与裹护体护坡设计01压载设计的核心作用压载是铅丝笼沉排体的重要组成部分，其主要作用是通过增加排体的整体重量，增强排体在水流冲刷下的稳定性，防止排体被水流掀起或移位，确保沉排结构能够有效护底护根。02压载材料的选择标准压载材料通常选用块石，块石需满足一定的重量和级配要求，以保证足够的压载效果。铅丝笼将散石集结为整体，增加了次体的体积和重量，减少了洪水对单次石块的冲刷致其走失现象。03裹护体护坡的结构组成裹护体护坡是铅丝笼沉排排体结构的组成部分之一，与反滤布、压载共同构成完整的沉排结构，其设计需考虑护坡的抗冲能力和对排体的保护作用，以适应河道水流的冲击。04裹护体护坡的稳定性保障裹护体护坡设计需结合工程实际的水流条件和河床地质情况，确保在洪水淘刷等不利工况下，能够有效保护排体及坝体基础，减少工程出险机率，维持坝体结构的稳定安全。结构稳定性校核

01冲刷深度计算根据黄河下游河床质粒径D50=0.06～0.1mm的特性，结合项目前冲刷坑深度变化，计算排体所需覆盖的最大冲刷范围，确保排体底部嵌入稳定土层。

02排体抗冲稳定性分析铅丝笼沉排将散石集结为整体，增加次体体积和重量，通过校核其在洪水期水流冲刷作用下的整体抗滑移能力，减少单块石走失风险，较散石沉排体显著提升稳定性。

03根石坡度调整验证利用铅丝笼沉排受洪水淘刷后自行沉降调整坡度的特性，使根石坡度趋于平缓，降低单位压强，经工程运行验证，有效避免了传统坝型因坡度陡峭导致的基础坍塌险情（占比97.4%）。

04整体结构安全系数评估对比化纤编织袋、柳石枕等坝型，铅丝笼沉排坝基础在摩擦系数与整体性方面更优，为坝体稳定提供较高安全系数，满足黄河下游微弯河道整治中对坝体摩擦力、重力与阻力的要求。05铅丝笼沉排坝施工技术施工准备工作

技术方案编制与审批依据王庵控导项目设计要求，编制铅丝笼沉排坝专项施工方案，明确排体结构参数、施工流程及质量控制标准，经技术部门审核批准后实施。

材料采购与质量检验采购符合设计标准的铅丝笼（网孔尺寸、丝径满足抗冲要求）、块石（单块重量及级配达标）、反滤布（无纺土工布与编织布组合），进场前进行抽样检验，确保材料质量合格。

施工设备与场地布置配备沉排铺设专用设备、块石吊装机械及测量仪器，规划材料堆放区、加工区及运输通道，确保施工场地平整，满足设备运行及材料周转需求。

测量放样与基线建立根据工程位置线，采用全站仪进行坝体轴线、沉排范围及锚固点测量放样，设置永久性基线和水准点，确保施工精度符合设计要求。铅丝笼制作与安装工艺

铅丝笼材料选择标准铅丝笼采用高强度铅丝编织，网孔大小需满足工程设计要求，确保块石不会从网孔中流失。填充块石应选用质地坚硬、抗风化的石料，其粒径需与网孔尺寸相匹配，以保证笼体结构的整体性和稳定性。

铅丝笼制作流程首先按照设计尺寸裁剪铅丝，采用双绞合方式编织成网笼，确保网笼的牢固性。编织完成后，对网笼进行检查，确保无破损、无漏洞。然后将符合要求的块石填充入网笼，填充过程中需分层夯实，保证块石之间紧密接触，避免出现空隙。

沉排体组装工艺铅丝笼沉排体由反滤布、压载和裹护体护坡组成。底层铺设无纺土工布作为反滤布，上层覆盖编织布防止铅丝及块石刺破无纺土工布。将制作好的铅丝笼按设计位置排列，通过连接件将各铅丝笼连接成整体，形成沉排体。

沉排坝安装施工要点安装前需对河床进行清理和平整，确保沉排体能够平稳放置。采用专用设备将沉排体吊装至指定位置，在吊装过程中要注意保持沉排体的水平，避免发生倾斜。沉排体放置到位后，需对其进行固定，防止在水流作用下发生位移。同时，要确保沉排体的底部切入河床深度满足设计要求，以保证坝体的稳定性。沉排施工流程

施工准备阶段施工前需完成场地平整、材料准备（铅丝笼、块石、反滤布等）及设备调试，确保符合设计要求。

排体组装与铺设先铺设底层无纺土工布反滤布，上层覆盖编织布防止刺破，再将块石装入铅丝笼形成整体排体。

沉排定位与沉放通过专用设备将组装好的铅丝笼沉排按设计位置精准定位，利用自重或压载使其平稳沉入指定深度。

锚固与防护处理对沉排体进行锚固以增强稳定性，同时对排体边缘及衔接处进行防护处理，确保整体结构完整。施工质量控制要点材料质量把控反滤布需满足保土性、透水性及一定强度要求，底层采用无纺土工布，上层采用编织布防止刺破；铅丝笼及块石需确保质量，避免因材料问题影响整体结构稳定性。结构参数控制严格控制排体长度、锚固长度和排体厚度等设计参数，确保铅丝笼沉排体底部切入深度、块状混凝土砌块空隙率等符合设计标准，保障抗冲能力。施工工艺监督监督铅丝笼块石装填的饱满度与整体性，确保块石在笼内结为一体形成较大体积抗冲体；关注沉排铺设过程中的平整度与连接牢固性，防止出现搭接不严等问题。过程质量检测施工中对排体结构稳定性进行校核，及时检查反滤布铺设质量、铅丝笼绑扎牢固度等；完工后检测根石坡度等关键指标，确保符合设计要求，减少运行风险。06工程运行与监测工程运行环境分析

01河道特性与水流条件开封县段黄河属于微弯河道，整治采用单岸控制方式，仅在弯道凹岸修建工程，以坝护弯、以弯导流，防止河道游荡。坝体受水流顶冲，承受较大冲击力，运行中需具备充足的摩擦力、重力与阻力。

02河床地质条件黄河下游床沙组成较细，河床质粒径D50=0.06～0.1mm，抗御水流能力差，对坝体基础的抗冲性和稳定性要求较高。

03工程靠河情况王庵控导项目目前-27～-25垛、-14垛、4～5坝、13～33坝靠河，其中13～33坝靠主流；6~12坝不靠河。主流向南已达项目前，并在-14垛南坐弯，沿-14垛连坝背河行溜。铅丝笼沉排坝的工作原理块石集结整体化利用铅丝笼将散石集结为整体，显著增加了次体的体积和重量，有效减少洪水对单个石块的冲刷致其走失现象。抗冲体形成机制铅丝笼沉排形成较大体积的抗冲体，凭借其整体结构在洪水来临时抵御水流冲击力，为坝体稳定提供较高安全系数。自适应沉降调整受洪水淘刷后，排体外沿开始下蛰并逐步沉降，自行调整坡度，使根石坡度相对平缓，减少单位压强，降低工程出险机率。结构协同防护排体结构由反滤布、压载、裹护体护坡组成，通过各部分协同作用，实现保土、透水及护坡功能，保障坝体基础稳定。运行监测内容与方法

坝体结构完整性监测定期检查铅丝笼是否存在破损、变形，反滤布有无撕裂或老化，压载及裹护体是否稳固，确保排体结构整体性能完好。

根石稳定性监测重点监测根石坡度变化，通过水下探测设备检查根石是否存在走失、坍塌等情况，保证坝体基础抗冲力满足要求。

水流冲刷与渗透监测观测工程前冲刷坑深度变化，监测水流渗透对沉排的影响，及时发现排体下蛰或沉降异常，评估坝体受水流冲击的程度。

险情统计与分析方法参照类似工程经验，统计基础坍塌、溃膛等险情类别及发生频率，对比传统坝型与铅丝笼沉排坝的出险数据，分析险情原因及发展趋势。险情类别统计与分析

工程险情主要类别分布根据近年工程险情统计，基础坍塌是最主要险情，占比高达97.4%；其他依次为溃膛（0.8%）、漫顶（0.6%）、滑动（0.8%）及其他（0.4%）。基础坍塌险情的特点基础坍塌险情不仅在汛期大水时发生，在非汛期小水时也会出现，表明坝体基础的抗冲力对维持坝体稳定安全至关重要。传统结构丁坝的险情问题传统结构丁坝建成靠河运用过程中不断坍塌出险，需依靠连年抛石抢险加固，导致日常查险、抢险及管理任务繁重。铅丝笼沉排坝的险情控制效果铅丝笼沉排坝作为黄河下游不抢险实验坝之一，在运用阶段能有效起到少出险、出小险的效果，显著提升了工程安全稳定性。07工程效益分析安全稳定性效益抗冲击与抗冲刷能力提升铅丝笼沉排坝将块石集结为整体抗冲体，有效防止单个块石走失。在开封县段黄河微弯河道中，能承受水流顶冲产生的较大冲击力，其根石坡度可随洪水淘刷自行调整，保持相对平缓，减少单位压强，降低工程出险机率。险情发生率显著降低据王庵控导工程1996年以来运行数据统计，传统结构丁坝在靠河运用中不断坍塌出险，而铅丝笼沉排坝作为黄河下游“不抢险试验坝”之一，实现了少出险、出小险的效果，大幅减少了基础坍塌等主要险情（传统坝型基础坍塌险情占比高达97.4%）。基础抗冲力与整体性优势相较于化纤编织袋沉排坝、柳石枕沉排坝等坝型，铅丝笼沉排坝基础具有更强的抗冲力，在摩擦系数与整体性方面表现更优，为坝体稳定提供了较高的安全系数，保障了工程在汛期和非汛期的稳定运行。控导河势效果

抗冲击与整体稳定性开封县段黄河为微弯河道，坝体受水流顶冲承受较大冲击力。铅丝笼沉排将块石集结为整体抗冲体，避免单个块石走失，其重力与摩擦力有效抵御水流冲刷，保障坝体稳定。

自行调整坡度优化受力受洪水淘刷后，铅丝笼沉排体外沿下蛰并逐步沉降，自行调整根石坡度至相对平缓，减少单位压强，显著降低工程出险机率，验证了其控导河势的核心作用。

与传统坝型险情对比传统结构丁坝建成后需连年抛石抢险，日常查险管理任务繁重；铅丝笼沉排坝作为黄河下游不抢险试验坝之一，实现少出险、出小险，安全稳定性显著优于传统坝型。

基础抗冲力优势数据统计显示坝基础坍塌导致的险情占比97.4%，铅丝笼沉排坝基础在摩擦系数与整体性方面优于化纤编织袋、柳石枕等坝型，为坝体稳定提供更高安全系数。经济成本效益

减少抢险费用支出传统结构丁坝建成靠河运用过程中不断坍塌出险，需依靠连年抛石抢险加固，日常查险、抢险、管理任务繁重。铅丝笼沉排坝的安全稳定性显著，节省了大量抢险费用，使工程运行形成良性循环。

降低工程建设成本铅丝笼沉排坝建设不需要大量的土石方开挖和运输，相对于传统的硬质墙等建筑技术，节省了建设成本，降低了选址难度，对于规模较大的王庵控导工程而言意义重大。

提升工程综合效益铅丝笼沉排坝工程设计简单，施工工期、工程质量均能保证，在减少传统结构坝型抢险费用，甚至做到少抢险和不抢险的同时，充分发挥了工程的综合效益，为河道治理节约了资金。与传统坝型抢险