浅析重力式砌石坝拆改后对黄河下游弯曲型河道的影响

张恒涛 肖建波 郑庆贵

(山东济阳黄河河务局，山东 济阳 251400)

0 概述

1)重力式砌石坝的结构型式(如图1)

图1

重力式砌石坝的前身多是秸埽坝或乱石坝，人民治黄以来，在原基础之上多次进行了整修或加高。很多控制河势的迎溜坝或挑溜坝，大多建成了坡度1:0.25～1:0.35，面石采用白灰沙浆座浆砌垒，为水平错台式，而腹石为白泥沙浆粘结块石，施工方法为层石层浆，大石排紧，小石塞严，这种坝型在历次洪水中均起到了较好的抗洪作用。

2)重力式砌石坝现状

济阳局共有5处险工，其中拥有重力式砌石坝的险工4处，计46段，分别为：(1)大柳店险工 3#、4#、9#、11#、13#、15#坝，计 6 段；(2)沟杨险 工 10#、11#、13#、15#、17#、19#、21#、23#、25#、27#、29#、31#、33#、35#、37#、38#坝，计 16 段；(3)葛店险工 26#、28#、30#、32#、34#、35#、38#、39#、40#、43#、44#、45#、46#、52#、64#、65#、66#坝，计 17 段；(4)张辛险工 20#、21#、22#、23#、24#、25#、26#坝，计 7 段。

以上重力式砌石坝大部分是在1963年至1965年大堤加培后加高或整修的，1977年至1979年济阳局堤防加培后，这些险工均又进行了一次加高整修，其中重力式砌石坝都是戴帽加高进行施工。施工前为了不使加高的坝体直接座落在土基上，对加高部分的基础又进行了巩固。具体施工方法是在原坝沿子石后下方挖宽2m、深1.5m的基槽，用1:3灰泥浆乱石铺浆砌垒，采用层石层泥排砌至原坝顶高程。此种加固措施虽然对加高的坝体起到了稳固基础的作用，但同时也增加了墙后填土的主动压力。由于合力的增加，形成头重脚轻腰里软的状况。

3)重力式砌石坝的特点

从整个平面布局来看，凡是重力式砌石坝所处的位置大都是吃主溜，迎溜、送溜控制该段河势的要害部位。由于重力式砌石坝坡度较陡，加之又是戴帽加高，整个坝体出现了两个重心，且两个重心不在同一条垂线上。险工坝岸如果长期受到高水位下洪水的浸泡，其坝后填土一旦发生饱和，加高部分的坝体重心就会直接压向饱和土体，而饱和土体此时已接近液限，其内摩擦角急剧变小，主动土压力大于被动土压力，原坝体在坝后填土与加高坝体合力的作用下，很容易造成滑坡或墩蛰险情。譬如：1981年历城河务局王家梨行险工8～11#重力式砌石坝坍塌入水，1985年天桥局洛口险工11～12#坝墩蛰入水，都验证了这一问题。因此，对戴帽加高后的重力式砌石坝进行退坦改建势在必行。

1 险工改建

1998年长江发生特大洪水以后，党和国家非常重视对大江大河的综合治理，加大了对防洪水利工程的建设力度。黄委对黄河防洪工程的建设也增大了投资力度，对黄河下游险工中重力式砌石坝陆续批复实施拆除改建计划。济阳局自1998年至2003年，按照黄委防洪工程设计批复，除沟阳险工外，先后对大柳店、葛店、张辛三处险工的重力式砌石坝进行了退坦改建。截止目前为止，济阳局已完成重力式砌石坝改建27段，占所有重力坝的58.7%。

改建后的险工坝型，从平面布置及结构型式上都发生了较大变化(如图2)，设计坡度在1:1～1:1.5之间，某些坝裆前移后与相邻坝岸衔接成一条直线。重力式砌石坝改建后，从结构上看坝体稳定了，主动土压力变为零，而被动土压力大量增加，约占坝体的1/2，力学结构较为合理，是河道整治工程较为理想的结构型式。

图2

2 工程影响

唯物辨证法认为，任何事情都是一分为二的。重力式砌石坝退坦改建，必将对大河河势造成影响，因原河势是在重力式砌石坝长期控制作用下形成的。险工改建后必将导致洪水期间溜势发生扩散，极可能影响下游或对岸工程，出现险工脱溜、平工靠水的险恶局面，给今后的防汛抢险带来困难。

2.1 对河势的影响

重力式砌石坝改建后，整个坦石大幅度后退，原重力式砌石坝坡度为1：0.35，改建后按1:1～1:1.5推算，从起坡高程开始每升高1m，坦石后退0.65～1.15m，按起坡点至坝顶7米计算，坦石将后退4.55～8.05m。根石高程以下的水流不会发生太大变化，而根石以上水流将发生辅射，其溜势改变后，可能淘刷本岸工程下游的滩岸，造成坍塌或凹岸。如果扩散水流直达对岸工程，将导致对岸工程溜势下延，严重时脱离工程造成险情，最终形成一弯变、弯弯变的趋势。

汛期洪水漫过根石后，水流的扩散溜势将会互相给对岸工程带来河势上的变化，特别是对挑溜坝和导流坝的影响更大。扩散的水流一是给对岸工程造成溜势变化；二是给本岸工程以下堤防制造险情，因为洪水期间大河主溜居中，大溜一般都在险工下首出现，极易出现顺堤行洪现象。因此，各级黄河部门必须要高度重视，保持高度警惕。

2.2 对防洪工程的影响

被改建的重力式砌石坝处在工程的上首或中间部位，对下游和对岸工程影响不会太大。如果它是某处险工下首的主要迎溜坝或控制该段河弯的挑溜坝，则对对岸工程影响极大，并且水位越高，影响越大。如葛店险工中52#重力式砌石坝改建后，原坝前尖后退5米左右，估计超常洪水期间，由于溜式的扩散，对岸工程将会受到较大影响。再如葛店险工原26#～36#坝在改建时，依据设计改变了原险工平面结构形式，即由原来多个突兀坝头构成的轮廓改为顺直型总体轮廓(如图3)，其详图设计为坝头后退，坝档前移。由于原坝档部位根石较浅，改建后的根石直接座落在河床上，造成该段工程近年来因黄河调水调沙不断出险，多次发生根石走失现象，同时也加大了该河段的水流势态。

图3

改建后的险工，由于坦石的后退，弯道半径增大，离心力变小，弯道缓流，横向水流变小，纵向水流变大。加之改建后坝岸变为顺直型，减少了河水流程和回旋，为水流畅通创造了条件，势必提高水流速度，加大冲刷坑的深度，导致根石走失而出险。同时，也将导致坝岸根石的起动流速比值变小，坝岸稳定性相对减弱。

2.3 对防汛抢险的影响

改建前的重力式砌石坝，一般是吃大溜的主坝，坡度都在1：0.25～1:0.35之间，工程出险容易抢护，并且抛石到位。而改建后，坡度变大，坡长增加，将给抛石抢险带来困难。目前，黄河下游险工坝岸的根石顶至坝顶高度一般在5.5～6.5之间，按1:1或1:1.5的坡度计算，改建后的坡长为7.8～9.2米或9～11.7米，目前的抛石机具很难一次性抛石到位，特别是抛投大块石、铅丝笼或柳石枕，其抢险难度更大。

另外，在险工改建时，由于原坝头的后退和坝档的前移，造成坝体的不稳。对于后退较大的坝岸，其根基座落在土基上，而前移的坝档，其根石直接座落在河床上，根基较差，一旦遭遇特大洪水，后果将不可设想。

3 建议

今后对重力式砌石坝进行拆改、设计和施工，要本着上下呼应、左右兼顾的原则，同时还要考虑工程的整体布局，尽量与控制河势的工程位置线相吻合，减少对原河势的影响，使改建后的工程运用与河势(治导线)保持一致。险工改建工程施工时，一般情况下黄河两岸最好应同时进行。

4 结束语

以上仅是针对黄河下游重力式砌石坝退坦改建可能引起的不利因素谈几点粗浅看法。从坝体的稳定性和抗洪能力来讲，对重力式砌石坝实施改建是可行的，因为它增强了坝体的稳定性，加大了过洪断面，根除了重力式砌石坝戴帽加高后头重脚轻腰里软的隐患。但任何事物都是一分为二的，险工改建有利有弊，本文提出的看法仅供参考。