黄河控导工程根石走失成因、特点及防范措施

　　1.概述

　　近几年来，在黄河中小洪水情况下，控导工程经常发生根石走失、坦石坍塌，威胁控导工程的安全。 控导工程一般按防御 4000-5000m3/s流量设计的，而 2000-3000m3/s 流量下就频频出现险情 。 很重要得原因是根石走失造成的，那么是什么原因造成了根石走失那，只有能清根石走的原因，才能采取相应的加固措施，才能确保控导工程安全。

　　2.根石走失的原因

　　2.1 坝体基础薄弱 黄河控导根石基础与险工相比相差很大 ，其主要表现在：险工大部分是在为保护大堤历经数年的不断大量抛石加固，不断在汛期抢险而形成的现有基础，历经时间和洪水的考验，已相对稳定。 而控导工程则是为了控制河势流向、保护滩地而一次建设或二次改建形成的基础，平时抛石加固几率少，加之在新建工程时没有根石基础，在改建时，把原有的根石基础埋在坝基下，往外从新抛投根石。 即使过去已经稳定的根石，也会长期遇水而新坍塌出险。

　　2.2 工程布局的不适应中小洪水 工程布局不适应中小洪水流线，坝档过大造成上游坝掩护不了下游坝根部位而形成回溜，甚至出现主溜大溜顶冲坝挡，甚至窝水兜溜，加剧根石走失，冲刷坝尾出现大险。还有个别坝位突出，形成独坝抗大溜，造成水流翻花，淘根刷底，坝前流速增大，水流冲击力超过根石起动流速，被大溜冲走块石，造成根石走失，出现大险。

　　2.3 抛石尺寸偏小 根石加固采用的石料体积和重量不足 ， 目前的根石重量多在 15—75kg 之间，当坝前的流速大于根石起动流速时，就会使根石走失。

　　2.4 工程断面不尽合理 散抛石大部分堆积在根石上部 ， 形成上宽下窄，头重脚轻的现象，这种情况对坝体稳定极为不利，很容易出现根石走失；根石外坡凹凸不平，外坡不平会造成水流浪花淘刷，增大水流冲刷力度，促使河底淘刷，影响根石稳定；部分坝岸护坡坡度过陡，护坡坡度越陡水流的冲刷作用越强，冲刷坑越深，造成根石走失越严重。

　　2.5 来水来沙的影响 在坝岸的上下游主溜与回溜的交界面附近，因流速的不连续或流速梯度的急剧变化，产生一系列漩涡，回溜周边流速较大，在丁坝上下跨角部位冲刷。由于黄河是多泥沙河流，高含沙水流其流变特性发生了变化，二相流变成均质流。 当水流深度增大时，河床会变得容易起动，造成高滩深槽，部分河段主槽缩窄，单宽流量加大，水流集中冲刷力增强，坝前冲刷坑就比较深。冲刷坑的形成是造成根石走失的重要原因；弯道环流使得凹岸冲刷较重，凸岸淤积，水流因受离心力作用，对工程冲刷力加强，促进根石走失。

　　3.控导根石走失部位及方向

　　关于丁坝根石走失部位研究的比较多，主要是长期受水流冲刷的迎水面至坝头的根石容易走失，而背水面的根石走失量较小。

　　关于丁坝根石走失的去向，有关研究指出主要有三。 一是在折冲水流的作用下沿坝面向冲刷坑底滚动。 这部分块石一般块体较大，使坝根基加深加厚，下部坡度变缓，仍属坝体根石的组成部分，有利于坝体稳定；二是沿丁坝挑流方向顺流而下。这部分块石一般较小；三是沿回流所刷深槽分布，且在走失量和体积上沿程递减。

　　而控导工程没有丁坝长， 但根石走失的部位及方向也应基本一致。控导根石走失的部位与来溜方向，布局均有一定关系，根据控导工程探摸根石资料和历年出险统计，根石走失部位主要是上跨角和坝前头，其次是坝迎水面和下跨角及回溜区。 因为坝的上跨角和坝前头受水深溜急大溜冲刷的机遇多，着溜重，冲刷深。此部位根石易被水流冲掀而走，有的落于冲刷坑内，有的被急溜携带顺水而下，脱离坝根失去作用。迎水面，下跨角和回溜区的根石多是塌落的冲刷坑内，远离坝根的极少。

　　4.防止根石走失的方法

　　4.1 因险而宜 合理抢护防止根石走失的方法，在实际抢险中常用抛铅丝笼压护，铅丝网护，枕护，大块石抛根等方法都有不同程度的作用。枯水位以下经常没入水中的根石无法扣砌，可抛铅丝笼压盖铅丝网，铅丝网包面，柳石枕围根等。 其中铅线笼压护较好，但是，要把现有坝体根石普遍压护，短期内是不可能的，应在主要坝或迎溜吃重部位上重点进行。 柳石枕护适用于围护基脚，用以护坡防冲不够稳重而久，用铅丝网压盖根石虽然用料投资较节省，但网上容易挂草拥水，不够安全，铅丝网包石也有用料多投资大，遇有垫动还易于破网漏石降低效果。 以上方法各有优缺点，如果单项使用不尽适宜时，可根据坝体受溜轻重不同的部位混合使用，如坝下跨角后背水面回溜部位使用大块石护根，上跨角及坝前头迎水面抛连环笼，阻止根石走失，减缓水流上回下冲的能力。以上方法，限于用在根石达到适当深度，基本不再下垫的坝埽上。新修和根石基础较浅的丁坝不易适用。

　　4.2 加强管理，科学抢险 为争取防守主动 ，各控导工程要加强日常维修、维护，及时探摸根石，适时予以补充。从掌握的资料分析，根石断面形态多为上陡，下部较缓，中间凹，即断面中间部分坡度最陡，缺失根石严重部位位于中常水位以下 3-4m 处。 加固根石应注意以下几点：首先，应根据缺石部位，采取不同的补根方法。 对于老工程应首先稳脚补坡。 围护根石底部，应用铅丝笼镇脚，补坡抛根时用大块石，按先远后近，先深后浅，先上游后下游的顺序进行。其次，应抛石到位。在抛石过程中要边抛边探摸，一次到位。 最后，在枯水季节，对水上根石部分要全面进行整修，清理浮石，粗排整平。

　　4.3 努力增大块石重量 根石走失与水流流速 、水深、块石粒径及断面形态等有关。 根据有关计算公式得出，块石启动的临界块石重量应在 150kg 左右，也就是只有大于此粒径的单个块石方能在大溜顶冲时不被冲动。 而黄河下游的块石重量一般为 15—75kg。 显然小于此值。 因此，应加大块石的重量，或将小块石粘界结成大块石，以提高抗冲能力，提高坝的稳定性。