铅丝笼丁坝水毁原因综合分析及防治措施

王桂贞，王 振

（1.泰安市大河水库管理处，山东 泰安 271000；2.新疆伊犁州水利电力勘察设计研究院，新疆 伊犁 835100）

以新疆玛纳斯河铅丝石笼丁坝运行现状为例，总结铅丝石笼丁坝水毁的形式，分析水毁的原因，提出防治方案。根据模型试验分析对比，确定了张红武公式可作为该类丁坝坝头冲刷深度，即丁坝基础埋置深度的计算公式。为铅丝石笼丁坝工程施工、设计和运行管理提供了科学依据。

1 铅丝笼丁坝的水毁形式及原因分析

1.1 铅丝笼丁坝的水毁形式

通过实地查看发现，新疆玛纳斯河上丁坝因受水流冲刷，丁坝存在不同程度的水毁现象。按照水毁发生的位置不同，主要分为坝头、坝身和整体损毁三种形式。

1.2 铅丝笼丁坝的水毁原因分析

铅丝石笼丁坝水毁的因素很多，且相互耦合，分析主要有以下几方面的原因：

1）坝体材料自身不足。铅丝笼丁坝由金属线材编织的角形网（六角网）网箱内装填块石或天然鹅卵石制成，具有极高的承载力，但本身极易被氧化，在水流长期的周期性作用下，易破坏。

2）河势变化影响。因河道过洪流向变化，顶冲河段的深泓线逐年逼近堤体，使坝头形成巨大冲坑，造成坝头悬空、坍塌拉裂而水毁；特别是在洪水期，水流挟带了大量泥沙，在坝根淤积造岸，弯道处泥沙堆积于凸岸，逐渐改变主流位置和方向，对凹岸产生巨大的冲刷，加剧丁坝水毁。

3）人为因素的影响。一是铅丝笼丁坝工程的规划设计往往只是根据设计者的经验进行，设计难度较大，特别是坝头形式的选择，基础埋置深度的确定等问题，设计者主观因素过多，设计成果相差较大。二是受施工人员技术水平、施工条件、施工季节的限制，施工质量未能达到设计要求，施工的质量差、铅丝标号低等问题，造成工程投入使用后即出险情。三是管理不善。河道管理部门因经费有限，未按期对河势工情进行观测及时发现问题，并采取抢护措施，导致工程出险；另外，因铅丝用途广，附近居民截取盗窃，致使坝体破坏。

2 防治铅丝笼丁坝水毁的措施

2.1 采用耐磨、耐腐蚀、柔软性好的编网材料

目前，主要使用合金钢网和重镀锌铁丝两种材料。采用合金钢网编制铅丝网笼，使坝体整体抗冲、抗剪切、耐磨耐腐蚀性能增强，同时为了防止腐蚀，可以加PVC外套防护；采用重镀锌铁丝，执行《钢丝镀层锌或锌-5%铝合金》YB/T5357-2009标准中A1级标准，各种直径线型的镀锌层厚度均可达到30μm，是一般镀锌钢丝的6倍多，可大大提高铅丝抗腐蚀性。

2.2 合理布设工程

合理规划布设工程，一是因地制宜选择适合的坝头形式；二是选择合适的平面布置形式，如合适的坝长，挑角及坝间距等，对于护岸丁坝工程，宜选用下挑短丁坝形式。

2.3 加强运行管理

制定详细的工程运行管理制度，加强巡视和定期检查力度，及时发现险情并处理；另外，河道管理部要加大坝前采砂的惩罚力度，加强上游植物的保护措施。

3 坝头冲刷计算分析

由于研究方法和试验条件的差异，目前比较有代表性的计算方法如下：

3.1 计算公式简介

1）阿尔图宁公式。对于细沙河床，前苏联学者阿尔图宁以水流结构为基础，应用连续原理及泥沙起动和平衡输沙的河流动力学有关理论，根据水槽中正交平板丁坝试验结果，提出了坝头冲刷的如下公式：

2）张红武公式。张红武根据阿尔图宁试验数据结果，应用量纲和谐原理，得到了（1）的修正公式：

3）马卡维也夫公式。前苏联学者马卡维也夫早在20世纪60年代根据水槽丁坝模型试验资料得出适用于细沙河流的丁坝坝头冲刷公式：

4）规范公式。《堤防工程设计规范》（GB50286-98）推荐非淹没丁坝冲刷深度计算公式，根据水流条件、边界条件并应用观测资料验证分析选择，是马卡维也夫公式的另一种形式。

5）詹义正公式。詹义正从概化的丁坝坝头水流挤压绕流流动现象出发，提出无掺混挤压绕流模式有效的与丁坝冲刷相关的因素联系起来，为丁坝冲刷的理论分析计算带来了极大的便利。

3.2 模拟计算实例

以新疆玛纳斯河丁坝为原型，选取挑角30°、45°、60°、75°、90°五种挑角进行模拟试验，实测冲刷深度和计算值如表1。

本文根据实际情况，利用各家冲深公式计算坝头最大冲刷深度，并与实测值进行比照，试图找到适合丁坝工程坝头冲刷深度的计算公式。

表1 实测冲刷深度与各公式计算数值表

图1 各公式计算冲刷深度点值连线图

通过计算值与实测值对比，公式计算值均小于模型试验的实测值，这与各公式均没有考虑丁坝所处的位置对丁坝局部冲深的影响有关，而张红武公式计算的最大冲刷深度与模型试验实际测得的冲刷深度数值拟合较好，可以作为新疆玛纳斯河铅丝石笼丁坝工程坝头刷深度即丁坝基础埋置深度的计算公式。

4 结论

本文通过分析铅丝石笼丁坝水毁的原因，建议采取相应的措施，有效地降低了丁坝水毁的几率，特别是准确计算丁坝基础埋置深度，从源头上减少铅丝石笼丁坝水毁。通过计算值与实际值对比，运用张红武公式计算出来的最大冲刷深度与模型试验实际测得的冲刷深度数值拟合较好，可以作为丁坝工程坝头冲刷深度的计算公式，据此确定丁坝基础埋置深度。