王桂貞，王 振

（1.泰安市大河水庫(kù)管理處，山東 泰安 271000；2.新疆伊犁州水利電力勘察設(shè)計(jì)研究院，新疆 伊犁 835100）

以新疆瑪納斯河鉛絲石籠丁壩運(yùn)行現(xiàn)狀為例，總結(jié)鉛絲石籠丁壩水毀的形式，分析水毀的原因，提出防治方案。根據(jù)模型試驗(yàn)分析對(duì)比，確定了張紅武公式可作為該類丁壩壩頭沖刷深度，即丁壩基礎(chǔ)埋置深度的計(jì)算公式。為鉛絲石籠丁壩工程施工、設(shè)計(jì)和運(yùn)行管理提供了科學(xué)依據(jù)。

1 鉛絲籠丁壩的水毀形式及原因分析

1.1 鉛絲籠丁壩的水毀形式

通過(guò)實(shí)地查看發(fā)現(xiàn)，新疆瑪納斯河上丁壩因受水流沖刷，丁壩存在不同程度的水毀現(xiàn)象。按照水毀發(fā)生的位置不同，主要分為壩頭、壩身和整體損毀三種形式。

1.2 鉛絲籠丁壩的水毀原因分析

鉛絲石籠丁壩水毀的因素很多，且相互耦合，分析主要有以下幾方面的原因：

1）壩體材料自身不足。鉛絲籠丁壩由金屬線材編織的角形網(wǎng)（六角網(wǎng)）網(wǎng)箱內(nèi)裝填塊石或天然鵝卵石制成，具有極高的承載力，但本身極易被氧化，在水流長(zhǎng)期的周期性作用下，易破壞。

2）河勢(shì)變化影響。因河道過(guò)洪流向變化，頂沖河段的深泓線逐年逼近堤體，使壩頭形成巨大沖坑，造成壩頭懸空、坍塌拉裂而水毀；特別是在洪水期，水流挾帶了大量泥沙，在壩根淤積造岸，彎道處泥沙堆積于凸岸，逐漸改變主流位置和方向，對(duì)凹岸產(chǎn)生巨大的沖刷，加劇丁壩水毀。

3）人為因素的影響。一是鉛絲籠丁壩工程的規(guī)劃設(shè)計(jì)往往只是根據(jù)設(shè)計(jì)者的經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行，設(shè)計(jì)難度較大，特別是壩頭形式的選擇，基礎(chǔ)埋置深度的確定等問(wèn)題，設(shè)計(jì)者主觀因素過(guò)多，設(shè)計(jì)成果相差較大。二是受施工人員技術(shù)水平、施工條件、施工季節(jié)的限制，施工質(zhì)量未能達(dá)到設(shè)計(jì)要求，施工的質(zhì)量差、鉛絲標(biāo)號(hào)低等問(wèn)題，造成工程投入使用后即出險(xiǎn)情。三是管理不善。河道管理部門(mén)因經(jīng)費(fèi)有限，未按期對(duì)河勢(shì)工情進(jìn)行觀測(cè)及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，并采取搶護(hù)措施，導(dǎo)致工程出險(xiǎn)；另外，因鉛絲用途廣，附近居民截取盜竊，致使壩體破壞。

2 防治鉛絲籠丁壩水毀的措施

2.1 采用耐磨、耐腐蝕、柔軟性好的編網(wǎng)材料

目前，主要使用合金鋼網(wǎng)和重鍍鋅鐵絲兩種材料。采用合金鋼網(wǎng)編制鉛絲網(wǎng)籠，使壩體整體抗沖、抗剪切、耐磨耐腐蝕性能增強(qiáng)，同時(shí)為了防止腐蝕，可以加PVC外套防護(hù)；采用重鍍鋅鐵絲，執(zhí)行《鋼絲鍍層鋅或鋅-5%鋁合金》YB/T5357-2009標(biāo)準(zhǔn)中A1級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，各種直徑線型的鍍鋅層厚度均可達(dá)到30μm，是一般鍍鋅鋼絲的6倍多，可大大提高鉛絲抗腐蝕性。

2.2 合理布設(shè)工程

合理規(guī)劃布設(shè)工程，一是因地制宜選擇適合的壩頭形式；二是選擇合適的平面布置形式，如合適的壩長(zhǎng)，挑角及壩間距等，對(duì)于護(hù)岸丁壩工程，宜選用下挑短丁壩形式。

2.3 加強(qiáng)運(yùn)行管理

制定詳細(xì)的工程運(yùn)行管理制度，加強(qiáng)巡視和定期檢查力度，及時(shí)發(fā)現(xiàn)險(xiǎn)情并處理；另外，河道管理部要加大壩前采砂的懲罰力度，加強(qiáng)上游植物的保護(hù)措施。

3 壩頭沖刷計(jì)算分析

由于研究方法和試驗(yàn)條件的差異，目前比較有代表性的計(jì)算方法如下：

3.1 計(jì)算公式簡(jiǎn)介

1）阿爾圖寧公式。對(duì)于細(xì)沙河床，前蘇聯(lián)學(xué)者阿爾圖寧以水流結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)，應(yīng)用連續(xù)原理及泥沙起動(dòng)和平衡輸沙的河流動(dòng)力學(xué)有關(guān)理論，根據(jù)水槽中正交平板丁壩試驗(yàn)結(jié)果，提出了壩頭沖刷的如下公式：

2）張紅武公式。張紅武根據(jù)阿爾圖寧試驗(yàn)數(shù)據(jù)結(jié)果，應(yīng)用量綱和諧原理，得到了（1）的修正公式：

3）馬卡維也夫公式。前蘇聯(lián)學(xué)者馬卡維也夫早在20世紀(jì)60年代根據(jù)水槽丁壩模型試驗(yàn)資料得出適用于細(xì)沙河流的丁壩壩頭沖刷公式：

4）規(guī)范公式?！兜谭拦こ淘O(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50286-98）推薦非淹沒(méi)丁壩沖刷深度計(jì)算公式，根據(jù)水流條件、邊界條件并應(yīng)用觀測(cè)資料驗(yàn)證分析選擇，是馬卡維也夫公式的另一種形式。

5）詹義正公式。詹義正從概化的丁壩壩頭水流擠壓繞流流動(dòng)現(xiàn)象出發(fā)，提出無(wú)摻混擠壓繞流模式有效的與丁壩沖刷相關(guān)的因素聯(lián)系起來(lái)，為丁壩沖刷的理論分析計(jì)算帶來(lái)了極大的便利。

3.2 模擬計(jì)算實(shí)例

以新疆瑪納斯河丁壩為原型，選取挑角30°、45°、60°、75°、90°五種挑角進(jìn)行模擬試驗(yàn)，實(shí)測(cè)沖刷深度和計(jì)算值如表1。

本文根據(jù)實(shí)際情況，利用各家沖深公式計(jì)算壩頭最大沖刷深度，并與實(shí)測(cè)值進(jìn)行比照，試圖找到適合丁壩工程壩頭沖刷深度的計(jì)算公式。

表1 實(shí)測(cè)沖刷深度與各公式計(jì)算數(shù)值表

圖1 各公式計(jì)算沖刷深度點(diǎn)值連線圖

通過(guò)計(jì)算值與實(shí)測(cè)值對(duì)比，公式計(jì)算值均小于模型試驗(yàn)的實(shí)測(cè)值，這與各公式均沒(méi)有考慮丁壩所處的位置對(duì)丁壩局部沖深的影響有關(guān)，而張紅武公式計(jì)算的最大沖刷深度與模型試驗(yàn)實(shí)際測(cè)得的沖刷深度數(shù)值擬合較好，可以作為新疆瑪納斯河鉛絲石籠丁壩工程壩頭刷深度即丁壩基礎(chǔ)埋置深度的計(jì)算公式。

4 結(jié)論

本文通過(guò)分析鉛絲石籠丁壩水毀的原因，建議采取相應(yīng)的措施，有效地降低了丁壩水毀的幾率，特別是準(zhǔn)確計(jì)算丁壩基礎(chǔ)埋置深度，從源頭上減少鉛絲石籠丁壩水毀。通過(guò)計(jì)算值與實(shí)際值對(duì)比，運(yùn)用張紅武公式計(jì)算出來(lái)的最大沖刷深度與模型試驗(yàn)實(shí)際測(cè)得的沖刷深度數(shù)值擬合較好，可以作為丁壩工程壩頭沖刷深度的計(jì)算公式，據(jù)此確定丁壩基礎(chǔ)埋置深度。