维普资讯 http://www.cqvip.com 第４期 ２００７年８月 广东水利水电 ＧＵＡＮＧＤ０ＮＧ ＷＡＴＥＲ ＲＥＳ０ＵＲＣＥＳ ＡＮＤ ＨＹＤＲＯＰＯＷＥＲ ＮＯ．４ Ａｕｇ ２００８ 流溪河大坳拦河坝出险成因分析及加固措施探讨 甘 戈 ，张国新 ，毛艳荣 ，汤勤生 （１．广州市流溪河灌区总管理处，广东广州 ５１０９８０；２．广州市水利局，广东广州 ５１０６４０） 摘 要：近年来流溪河大坳拦河坝多次出现海漫、护坦塌方的险情，严重威胁大坝的安全。该文对拦河坝出险的成因进行 了分析，并对加固措施进行了探讨。 关键词：流溪河；拦河坝；险情；成因；措施 中图分类号：ＴＶ６４９ 文献标识码：Ｂ 文章编号：１００８－０１１２（２００７）０４－００１０－０３ 前言 工程险情：２００６年６月８日，拦河坝１～６号、７～１Ｏ ２００６年６月上旬，大坳拦河坝出现险情：浆砌石海 漫消能防冲设施被冲坏，严重影响拦河坝闸室主体安 全。经过向海漫、护坦塌方处持续回填石料、以钢筋石 笼构建临时防冲笼等抢险措施，险情得到有效控制。但 为了避免险情再次出现，以免影响灌区供水，大坳拦河 坝必须进行除险加固。 １工程概况 号、３Ｏ～３４号闸孔下游海漫出现崩塌，总面积约为１ ０００ ｍ ，并逐渐向上游延伸至护坦。经９０ ｈ昼夜抢险， 上述３个崩塌处于１３日回填合龙。１５日，原未破损的 ２２～２９号闸孔海漫、护坦崩塌，经抢堵回填，１７日１９ 时，险情被控制。 经分析，工程出现险情的原因主要有３方面： （１）河床下切严重。前些年，大坝下游非法采砂活 动猖獗，累禁不止，造成河床下切，上、下游水位差明显． 闸下游河床沙源补充严重不足。据测量，河床下降最严 重的地方超过５ ｍ。原工程设计运行的前提条件发生 了很大的变化，致使工程现在的消能设施，起不到应有 的功效，水闸运行条件不断恶化，中小泄流量时，加剧对 闸下游河床冲刷，消能防冲已成为关系闸坝安全的突出 问题。根据实测资料，列出１９９２年到２００６年６月闸下 游河床变化情况见表１。 （单位：ｍ） 大坳拦河坝是广州市流溪河灌区的渠首枢纽工程， 始建于１９５８年８月，工程位于流溪河中下游的从化市 神岗境内，坝址以上集雨面积为１ ３９２ ｋｍ 。工程以灌 溉为主，兼顾发电和供水。有效灌溉面积为２．１８万 ｈｍ ，是广东省三大灌区之一。工程按２Ｏ年一遇洪水设 计，过闸流量为１ ８０８ ｍ ／ｓ；１００年一遇洪水校核，过闸 流量为２ ５１８ ｍ ／ｓ。上游正常水位为２３．９１ ｍ（珠基高 程，下同）。 ２工程险情及其成因分析 表ｌ 闸下游河床高程变化情况 说明：Ｏ＋ｏｏｏ为闸底板下游边线；Ｏ＋ｏｏｏ—ｏ＋１５ｏ为抢险抛石范围 收稿日期：２００６－０６—１２：修回日期：２００６－０７－０３ 作者简介：甘戈（１９７０一），男，工程师，主要从事水利工程建设和管理。 ・１Ｏ・ 维普资讯 http://www.cqvip.com ２００７年８月 第４期 甘 戈。等：流溪河大坳拦河坝出险成因分析及加固措施探讨 Ｎｏ．４ Ａｕｇ ２００７ 从１９５８年到１９９２年，大坳坝下游（以０＋１００ ｍ为 到２００６年下游河床已下降到４．３１ ｍ，经核算要求消力 池深度为１．０２～１．４９ ｍ，说明现在工程消力池深度严 重不足，不能形成淹没水跃，消能效果差。 例）河床仅下降０．１４ ｍ，河床比较稳定，消能防冲问题 不突出；从１９９２年到２００６年，闸下游各断面河床均逐 年下降，到了１９９８年工程安全鉴定时，下游河床已下降 １．８９ ｍ，经核算，原消力池深度为０．５ ｍ时，即可形成淹 没水跃；但自２００２．９—２００６．６的４年间河床急剧下降， 随着闸坝下游河床下切，闸坝下游水位也随之降 低，根据有关资料整理，近１０ ｆｌ来过闸流量与水位变化 情况见表２。 表２过闸流量与下游水位变化情况 从上表可以看出，近１０ ｆｌ来由于河床下切，闸下游 水位要达到海漫水平段砼顶面高程的过闸流量不断增 加；过闸流量在５００ ｍ ／ｓ以下时，难以形成淹没水跃， 水跃的消能率仅达４７．７％～３１．９％，消力池消能效果 生不稳定水跃，水跃区内底部流速大于断面平均流速， 且达到最大，加剧了对海漫顶面的冲刷。因此在泄洪流 量小于５００ ｍ ／ｓ时，海漫的浆砌石被冲坏是必然的。 由于海漫护面被破坏，使床沙被冲走，沙走石沉，导致砼 海漫及消力池的破坏。 差，已不适应消能防冲要求。消力坎上流速达到２ ｍ／ｓ 以上，海漫上的流速达到２．７８～５．８０ ｍ／ｓ，已接近或超 自１９９２年以来，为使工程适应下游水位不断下降 进行了３次消能防冲设施的维修加固，加固情况见表３。 过干、浆砌石允许不冲的最大流速，在海漫段上再次发 表３消能防冲设施加固情况 ２００５正 浆砌石２３．５ ｍ 干砌石８．５ ｍ ４２．０ 从上表可以看出，随着闸坝下游河床的降低，消力 池亦加深、加长；海漫延长，从柔性逐渐变成刚性．以提 高海漫的抗冲能力；防冲槽加宽、加深、降低；但仍然跟 不上下游河床下切速度，抵御不了急流的冲刷，以致 维普资讯 http://www.cqvip.com ２００７年８月 第４期 广东水利水电 Ｎｏ．４ Ａｕｇ ２００７ ２００５年汛期，干砌石海漫被冲毁ｌ ３００ ｍ 。对下游消能 防冲设施的改造，已陷于加固一河床降低一再加固一河 床再降低的恶性循环被动局面。今年５月份以来，流溪 河连降暴雨，闸坝持续泄洪，经常遇到小于５００ ｍ ／ｓ、上 分采用５０ 水泥渗合料沙浆；钢筋砼标号为ｌ １０＃。根据 《水闸设计规范》（ＳＬ２５６—２００１）规定：处于三类环境条 件（水位变动区）下的砼强度等级不宜低于Ｃ２０，砌筑砂 浆强度等级不应低于Ｍ７．５。因此，原设计及其后更新 改造的设计标准不符合现行规范规定。 由于闸坝上下游河床较低，闸室基础明显高于上下 游河床，象悬置于龟背顶部，有失稳的危险。 综上所述，由于近十多年来闸坝运行条件不断恶 下游水位差较大、对消能防冲最不利的洪水，致使下游 海漫被冲塌，出现重大险情。 （２）洪水冲刷严重。２００６年，广州地区气候反常， 初汛及发生台风时间较正常年份提前，降雨异常丰富。 ５月１日至３１日，流溪河流域出现长时间连续降雨，降 雨天数达２０多ｄ，总雨量达４６２．５ ｍｍ，较５月份多年平 均降雨量的３ｌ０ ｍｍ多５０％。５月２７日～６月ｌ５日，受 高空槽和切变线及低压槽和西南季风的共同影响，流溪 河流域连续出现暴雨天气，大坳拦河坝上游来水凶猛；６ 化，闸坝下游河床不断下切，原消力池深度不够，消力池 内未能形成淹没水跃，流量在５００ ｍ ／ｓ以下长时间泄 洪时，在急流和水跃的共同作用下，海漫和护坦上的干 砌石和浆砌石便不可避免要遭到破坏。 ３工程加固措施探讨 月６日～８日，大坝过闸流量峰值达到４４４ ｍ ／ｓ；１５日， 流溪河流域普降暴雨，局部特大暴雨，拦河坝上游出现 ２４．９２ ｍ的洪峰水位，超警戒水位０．５ｌ ｍ，洪峰流量为 ８３９ ｍ ／ｓ，接近１０ ａ一遇洪水流量。由于水位持续高 根据前述工程险情分析及存在的问题，通过现场勘 查并讨论研究，结合工程及上下游河道现状，经过技术 经济比较分析，选定如下除险加固方案：保持现有闸室 结构，闸底板高程不变（２２．４１ ｍ），对大坳拦河坝进行 除险加固，包括对拦河坝闸室基础的灌浆处理、消能防 冲设施的重建、液压启闭系统的改造、监测及自动化控 涨、洪水流急量大，拦河坝海漫、护坦因持续冲刷且无法 及时抢修而出现崩塌。 （３）原工程设计标准低，工程质量不满足现行规范 要求。该工程运行近５０ ａ，虽经多次更新改造和维修加 固，但水闸主体建筑物，如闸墩和堰体内部、闸底板先天 不足的问题，至今没有彻底解决。该工程１９５８年施工 时，浆砌石建筑物水上部分采用３０ 的水泥砂浆，水下部 制系统的改造。除险加固的关键是恢复和改善消能防 冲设施，改变急流流态和水流平顺衔接。根据这一指导 思想，设计了如图ｌ的加固工程，以满足本工程灌溉、 供水的需求和工程的正常运行。 图１ 大坳拦河坝除险加固工程示意 （单位：高程ｍ；长度ｍｍ） ３．１ 闸室上游基础帷幕灌浆 经探地雷达检测，闸室地基情况基本正常，未见明 为４．８～１２ ｍ，分选性差，夹有粉细沙及粘土，且含砾； 渗透系数Ｋ 均：３５．５３ ｍ／ｄ，是容易发生管涌的地层。 为加强工程的抗渗稳定，保留上游铺盖，长５为ｍ。 在闸室底板前与上游铺盖连接段交接处进行化学帷幕 显影响闸室安全的淘蚀脱空现象，本次险情未对其基础 造成大的影响，闸室下游斜坡段地基存在强渗漏区，闸 室的水平位移和垂直位移均在安全范围内，闸室稳定分 析满足要求。另外，由于闸基为强透水中粗砂层，厚度 ・灌浆处理，孑Ｌ距为１．５ ｍ，孑Ｌ底高程为８．３埘，深度为 ｌ４．１１ ｍ。灌浆压力根据现场试验确定。（下转第１５页） ｌ２・ 维普资讯 http://www.cqvip.com ２００７年８月 第４期 广东水利水电 Ｎｏ．４ Ａｕｇ ２００７ 表ｌ 土质岸坡未护坡状态坡度建议值（单位：。） 表２ 库岸稳定坡角取值（单位：。） 初期工程建成后经３０ ａ的运营，初期正常蓄水位 以下土质岸坡已基本达至平衡状态，红层软质岩岸坡再 造已部分完成，岩浆岩、灰岩岸坡受库水影响轻微，基本 上不发生库岸再造。对天然宽河道及浅湾区的典型岸 坡实测地形断面，并分别对不同岩性的岸坡在初期正常 蓄水位以上、水位变动带的稳定坡角进行统计。 稳定库岸形态，避免了其它方法对塌岸影响因素和形成 根据统计成果进行类比，后期工程水库塌岸的稳定 过程考虑不全面的缺点，且简单易行。工程实践表明， 坡角取值见表２。再根据岸坡影响因素所起的作用选 采用这种工程地质类比的方法对水库塌岸进行预测是 取最终稳定坡角，采用图解法进行水库塌岸预测。 可行的。 ５ 结语 参考文献： 水库塌岸是多种因素综合作用的结果，其形成过程 ［１］ 陆兆溱．工程地质学［Ｍ］．北京：水利电力出版社，１９８９． 复杂。将水库塌岸的过程与河道稳定岸坡的形成过程 ［２］林宗元．简明岩土工程勘察设计手册［Ｍ］．北京：中国建 进行类比，以河道各带的稳定岸坡来预测类似条件下的 筑工业出版社． （上接第１２页） ３．２下游消能防冲设施 设帽梁，单元槽段长为６ ｍ。混凝土地下连续墙施工不 由于原有的消能防冲设施已经毁坏，因此必须对其 受地下水的影响，墙体可封住砂层，与传统防冲槽相 重建。根据水工模型试验成果及其优化方案建议，并结 比不易变形，防冲及封砂效果较防冲槽好，造价亦相 合本工程的实际情况，将原消力池改造成下游连接段， 当。 长为１１ ｍ。具体如下：在原消力池位置进行固结灌浆 ４ 结语 后，浇筑Ｃ２５砼；新建Ｃ２５钢筋砼消力池底高程为 上述工程除险加固措施已在实施，工程进展顺利， ｌ７．００ ｍ，深为１．０ ｍ，厚为０．７ ｍ（其中斜坡段厚为０．８ 水下工程于２００７年２月上旬完工，下游消能防冲设施 ｍ），总长为５６ ｍ，其中水平段长为１５ ｍ，斜坡段长为４１ 经过多次泄水检验，其消能效果符合设计要求，也与水 ｍ，以１：７．４的坡度与闸后连接段连接。在消力池内 工模型试验成果吻合。待工程竣工后将可消除河道下 增设消力墩，以增加消力池内水流的消能率；消力池下 切对拦河坝安全的威胁，保证工程安全运行。 接Ｃ２５钢筋砼护坦，长为１０ ｍ，宽为２１４．４ ｍ；在护坦末 流溪河梯级拦河坝均有不同程度的河床下切、下游 端设Ｃ２５钢筋砼海漫，海漫末端高程为１７．０ ｍ，长为ｌ５ 水流衔接不顺、消能设施效果不理想等现象，直接威胁 ｍ０ 拦河坝的安全。今后，随着建筑业的发展，河道采砂行 为避免日后河床继续下切以致影响水闸的消能防 为仍有可能继续，而河床来砂量却得不到及时补充，为 冲设施，海漫的末端采用混凝土地下连续墙代替传统的 此，建议沿河拦河坝应采取加固措施进行加固，以保证 防冲糟。在护坦末端设Ｃ２５钢筋砼齿墙（地下连续 拦河坝的安全和两岸人民生活及生产用水的需要。 墙），深为６．５ ｍ，底高程为９．５ ｍ，厚度为０．８ ｍ，顶部 ・ｌ５・
