■文/蘇偉 胡寶月 史亞立 陳雯

淺談保證丁壩結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的幾點措施

■文/蘇偉 胡寶月 史亞立 陳雯

丁壩是航道整治工程中最常見的一種建筑物，受水流沖擊作用，丁壩水毀現(xiàn)象非常嚴重，穩(wěn)定性能差。本文結(jié)合工程經(jīng)驗，研究出了一系列適合不同水流條件和地形條件的預(yù)防措施，大大提高了丁壩整治建筑物的整體穩(wěn)定性。

丁壩 結(jié)構(gòu) 穩(wěn)定性 預(yù)防措施

一、概述

隨著國家“西部大開發(fā)”戰(zhàn)略的實施，水運業(yè)呈現(xiàn)出良好的發(fā)展勢頭。然而對于長江上游航道急流險灘多，航道等級低和通航能力差等特點，需要對長江上游航道進一步加強建設(shè)，并配套建設(shè)相應(yīng)的維護設(shè)施。

在航道整治和維護的過程中，丁壩是一種最常用的整治建筑物，但是丁壩在使用過程中，由于受水流動力、壩體結(jié)構(gòu)、人類生活生產(chǎn)活動及維護管理等因子的影響，致使丁壩出現(xiàn)水毀現(xiàn)象的頻率很高。

大量的數(shù)據(jù)統(tǒng)計顯示，丁壩的壩頭、壩根及壩面等部位在水流作用下?lián)p壞最嚴重，這使得丁壩整治建筑物的工作性能不能滿足航運的要求，使國家蒙受了大量的損失，為了能夠加強丁壩的防沖性能，保證丁壩穩(wěn)定性，進行丁壩結(jié)構(gòu)型式和管理措施的研究顯得很有必要。

二、丁壩材料和結(jié)構(gòu)型式預(yù)防措施

散拋石壩體，干砌條石和漿砌條石壩面結(jié)構(gòu)是川江目前主要的航道整治建筑物。丁壩和順壩的頂寬為2～3m，潛壩頂寬為3～5m，迎水邊坡為1:1.5～1:2.0，背水邊坡為1:1.5～1:2.5。川江的河床地質(zhì)較好，一般情況下，這種結(jié)構(gòu)是穩(wěn)定的，但在水流流速較大的灘段，這種壩體結(jié)構(gòu)仍將會出現(xiàn)毀壞。為了進一步增強川江航道整治建筑物的穩(wěn)定性和耐久性，減少工程建成后的維護工作量，維持整治效果，在長江上游瀘渝段及敘瀘段試驗性的使用了一些新型材料結(jié)構(gòu)，較好地保持了整治建筑物的穩(wěn)定。

（一）鋼筋砼箱體壩面＋砼塊鉸鏈排護背水坡＋拋石壩體（如圖1所示）

壩體由下部拋石壩體和上部鋼筋砼空心箱型壩體及砼塊鉸鏈排護面三部分組成。壩體下部仍采用散拋塊石，迎水坡坡度為1:1.5，背水坡坡度為1:2。待壩體拋筑至距壩面頂高1m高時，鋪設(shè)砼塊鉸鏈排進行護坡，然后用鋼筋砼箱體進行壓頂，鋼筋砼箱體是中部空、有底的鋼筋砼空心結(jié)構(gòu)體，鋼筋砼箱體的壁厚為150mm。箱體的截面型式為梯形，其尺寸大小為上面寬3m，下面寬5.43m，高度為1m，沿壩軸線方向的長度為1.5m。箱體澆筑完畢后回填砂卵石進行壓載，最后現(xiàn)澆150mm厚、強度為C30砼蓋進行封頂。砼塊鉸鏈排護底的上端壓在鋼筋砼箱體下，下端護到丁壩壩體的坡腳。該結(jié)構(gòu)用于水流對壩體的作用力度較大，對壩體強度及穩(wěn)定性要求較高的灘險，如水流直接頂沖的楊柳磧?yōu)┥隙巍?/p>

（二）塊石砼壩面+砼塊鉸鏈排護背水坡+拋石壩體（如圖2所示）

瀘渝段砼塊鉸鏈排是對壩體迎水坡、背水坡及壩頂均進行護面，但未進行壓排易被掀開；另從瀘渝段壩體實施的情況來看，壩體背水坡塊石易被淘刷。針對上述現(xiàn)象，將鉸鏈排護面結(jié)構(gòu)優(yōu)化為只對背水坡進行守護，即是壩體下部采用塊石結(jié)構(gòu)，在距壩頂高程差0.6m處壩軸線的下游一側(cè)和背水坡鋪砼塊鉸鏈排，然后在之上澆塊石砼壩面壓住砼塊鉸鏈排。這樣，壩體的頂面由塊石砼保護，整體性較強，背水坡又用砼塊鉸鏈排進行袒護，合理的增加了建筑物整體的穩(wěn)定性和耐久性。

這種結(jié)構(gòu)的壩面塊石砼厚度可在0.3～0.6m間適當調(diào)節(jié)，用于水流對壩面的沖擊力相對較小，以及不便于在壩面建鋼筋砼箱體的壩體，如吊魚嘴灘的丁壩加高、筲箕背灘的壩體修復(fù)、楊柳磧?yōu)┑南露蔚取?/p>

（三）扭王字塊護面＋拋石壩體（如圖4所示）

在山區(qū)河流中，整治建筑物的壩頭由于處在水流頂沖的關(guān)鍵部位，毀壞相當嚴重，特別是壩頭水流流態(tài)較亂，采用鉸鏈排等片狀護面結(jié)構(gòu)易于被水流沖翻，失去保護功能。因此擬將海港工程中防波堤護面結(jié)構(gòu)中常用的扭王字塊首次用于長江上游整治建筑物的壩面結(jié)構(gòu)上，丁壩壩體中心采用拋石，在丁壩壩體的表面鋪一層扭王字塊結(jié)構(gòu)體進行護面，扭王字塊體高為1.094m，每塊的重量為0.8t，砼的強度為C30（見圖3）。扭王字塊體可在丁壩壩體的表面隨機拋放。扭王字塊體主要用在距丁壩壩頭20m長的范圍內(nèi)。

在施工中，采用定點、隨機安放扭王字塊體的施工工藝，拋放時的排距和間距均為0.85m，排與排之間應(yīng)錯位0.42m。

（四）砼嵌卵石護面（如圖6所示）

在工程實踐中，根據(jù)現(xiàn)場實施的實際情況看，金魚磧和筲箕背丁壩段位于卵石輸移帶，對壩面及迎水坡有較大的磨損，由此，為提高壩面的耐磨能力，增加一種新的壩面結(jié)構(gòu)進行試驗：即C30砼壩面嵌入直徑為12-18cm的大卵石，卵石外露2-3cm（圖5），以進行壩面的耐磨結(jié)構(gòu)試驗。該結(jié)構(gòu)主要是用于卵石輸移帶的壩體表面，增強壩面的卵石耐磨性能。

三、丁壩維護管理方面預(yù)防措施

山區(qū)河流，坡陡流急，漂浮物多，破壞力大。因此，建筑物在汛期出現(xiàn)一些局部水毀是難免的，問題在于要及時發(fā)現(xiàn)，及時維修，這是管理工作的關(guān)鍵。

筆者通過參加幾條河流整治規(guī)劃的實踐，認為對保證丁壩結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性應(yīng)從以下幾個方面進行管理：①各級航道機構(gòu)應(yīng)切實按照管理范圍的劃分，做好航道維護工作，加強專業(yè)維護隊伍的建設(shè)，優(yōu)化人才結(jié)構(gòu)，提高維護人員的技術(shù)水平。②要加強航道行政管理，向沿江廣大群眾宣傳保護整治建筑物的意義，禁止一切有害于航道暢通、破壞整治建筑物的人為活動。③航標揭示。近年來，隨著長江水運的快速發(fā)展，運營船舶數(shù)量和噸位不斷增大，整治建筑物時有被船舶因各種原因造成碰損的情況發(fā)生，長江上游瀘渝段、敘瀘段航道整治工程結(jié)束后，整治建筑物數(shù)量大幅提升，為確保航道暢通以及船舶與整治建筑物的安全，上游通航河段整治建筑物均配以航行標志予以揭示，所配航標以整治建筑物名稱予以命名和編號，由各轄區(qū)航道管理處承擔(dān)維護管理工作。④加大維護及科研投入經(jīng)費。2008年以來，國家將長江黃金水道的建設(shè)和發(fā)展提到了歷史高度，長江航道的建設(shè)和科研投入不斷得到大幅提升，水毀防治與生產(chǎn)任務(wù)和科學(xué)研究得到有效結(jié)合，整治建筑物的水毀防御能力逐年提高。⑤建立工程技術(shù)檔案。針對長江上游航道整治建筑物的技術(shù)狀況及其維修工程，建立完整的技術(shù)檔案。整治建筑物的技術(shù)狀況應(yīng)包括：建筑物的現(xiàn)有尺寸與工程竣工時的尺寸有何差異；建筑物附近河床與水流狀況有無特異變化；建筑物的作用和功能能否繼續(xù)發(fā)揮，有無缺陷和隱患等。根據(jù)技術(shù)狀況檢查結(jié)果，按規(guī)范規(guī)定將整治物的技術(shù)狀況進行合理分類，確定維修工程的輕重緩急，制定維修計劃和修理方案。

四、結(jié)論

通過對長江上游整治建筑物水毀實例進行研究，提出的丁壩材料和結(jié)構(gòu)型式和維護管理方面預(yù)防措施，在工程應(yīng)用中取得了很好的效果。增強了川江航道整治建筑物的穩(wěn)定性和耐久性，減少工程建成后的維護工作量。

[1]佘俊華.川江航道整治建筑物新結(jié)構(gòu)研究[D].重慶：重慶交通大學(xué)，2006.

[2]蘇偉，王平義，喻濤，等.不同結(jié)構(gòu)形式丁壩水毀過程分析[J].水運工程，2012，（4）:119-124.

[3]應(yīng)強，焦志斌.丁壩水力學(xué)[M].北京：海洋出版社，2004.

[4]吳望一.流體力學(xué)[M].北京：北京大學(xué)出版社，1992.

（作者單位：河北農(nóng)業(yè)大學(xué)）

河北省高等學(xué)?？茖W(xué)技術(shù)研究項目（Z2015158）