三柱锥爪在黄河工程抢险中的应用

　　摘要：由于近几年黄河河道内新修控导工程增多，坐坝一般为旱地坐坝，基础为层淤层沙，由于每年的调水调沙和中常洪水的到来，这些工程由于经常靠河出险。如坝基猛墩猛蛰、坦石下蛰、根石走失、淘膛石溃等险情都是由于大溜顶冲和边溜冲刷造成的。像这些险情处理时一般采用柳石搂厢、铅丝笼和抛散石进行处理，在处理这些险情的时候，我们抛入的抢险料物由于大溜冲刷原因又都不能在坝前和河底坐底，造成了抢险料物的走失，三柱锥爪的应用就能解决这一问题，我们在抛入三柱锥爪后，它能有效的抓护河底和坝前土胎，为柳石搂厢、铅丝笼和散石的抛入提供了基础和平台，减少了料物的走失，从而也减少了防汛成本的投入。

　　关键词：三柱锥爪　　抢险　　应用

　　近几年，由于黄河所辖工程范围内新修河道控导工程比较多，并且所修的工程均旱地坐坝，靠河几率低，未经大洪水的考验。因此，中小洪水河道工程出险次数频繁，抢护起来比较复杂。

　　在平时抢险中，我们遇到的像坝基猛墩猛蛰、坦石下蛰、根石走失、淘膛石溃等险情都是由于大溜顶冲和回溜淘刷造成的。像这些险情处理时一般采用柳石枕、铅丝笼和抛散石进行处理。但是在抢险处理中，我们抛下去的抢险料物都不能有效的抓护坝基和河床，造成了有时抢一次险要抛很多次料物的情况，从而造成了浪费，又不能很好的抢护险情。

　　例如在2008年调水调沙期间，开封第一河务局柳园口险工39坝4支坝，此坝共出险9次，其中共用石料793.6m3抛枕152m3,共计投资14.24万元。在出险过程中，其中在6月28日出险1次，经抢护后29日出险4次，30日经抢护后出险3次，其中30日出较大险1次，31日又出险1次。

　　综合分析此次出险原因，是由于该坝在调水调沙洪水到来之后39坝4支坝受到大河主溜顶冲，使坝前上垮至下垮塌陷，造成了根石走失和土胎外露。在第一次抛石抢险后，险情得到了稳定。但是由于该坝继续受到大河主溜顶冲，造成抛下去的散石被水冲走，随后在接连不断的抢险过程中，由于抛入的料物没有在坝前坐底，使得抛下去的散石和柳石枕被河水冲走，造成了抢险费用的增加。

　　我们在抢险之前如果利用三柱锥爪进行连接先行抛入河中，三柱锥爪在河底抓护河底的同时也在坝前形成了一个平台，这样既可起到护坡护根的作用，又为像抛柳石搂厢、铅丝笼和抛散石提供了基础。在冬季柳桔料缺少的季节可代替柳石枕等抢险物资进行抢险。在抢险中可有效抓护坝根，防止抛入的散石被河水冲失。

　　1　三柱锥爪结构简介（如图1-1、1-2）

 

 

　　三柱锥爪是由一个圆上不同平面位置和三维空间三点伸出三根锥爪预制而成的预制品，内骨筋采用ф10盘圆扎丝结笼，预制混凝土。

　　1.1　混凝土设计

　　三柱锥爪预制用混凝土按照【GB500010-2002混凝土结构设计规范】设计，采用标号为325#的水泥、5mm、10mm、15mm颗粒级配碎石和中砂材料，配合比为：0.44:1:1.42:3.17（水：175kg水泥：398kg砂：566kg石子：1261kg）水灰比为0.6，最小水泥用量为250kg/m3，强度为C25混凝土进行预制（如表3.4.2）。预制时中心留ф21mm孔，以供抢险时插入钢筋连接使用，在连接时可用ф20螺纹钢进行连接。在抢险中，根据出险时的出险尺寸可选择锥爪的数量进行连接，一般锥爪的连接距离为0.5m左右。

 

　　1.2　配筋

　　按照GB50010-2002混凝土设计结构设计规范要求，在锥爪配筋中应采用HPB235ф10盘圆扎笼。现场预制应在室外温度不低于5摄氏度时进行。预制成品结束后应进行覆盖洒水保养，时间不得低于28d。

　　1.3　成型

　　成型的三柱锥爪重量为300kg左右，在抢险中不易被大溜冲走。锥尖为棱锥体结构，在抛入河中后能深深的插入坝的土胎和河底上，也从而有效保护了坝基和根石不被大溜淘刷。

　　1.4　该技术创新点：

　　1、首次将三柱锥爪技术应用于防止黄河工程根石走失，实现了在大溜情况下对根石的有效防护。

　　2、通过在抢险中抛入三柱锥体，减少了抛入散石、铅丝笼、柳石枕等抢险料物的走失，提高了抢险质量，减少了抢险投资成本。

　　3、由于三柱锥爪具有消浪消能的作用，也首次实现了减速落淤，使坝前河床自然构筑护底，防止了根石随冲刷坑造成根石走失的目的。

　　4、该技术的运用实现了抢险中防止根石走失和平时加固根石的有机统一。

　　5、由于三柱锥体的抛入有效防止了根石的走失，从而降低了工程出险几率，减小了工程出险次数。节约了工程抢险投资成本。

　　2　在抢险中如何使用（2-1图）

 

 

　　在实际抢险中，可根据险情的不同，采用不同的锥爪数量和抛投方式进行抢险，一般在锥爪连接起来抛入坝根后（如2-1图），由于该锥爪是三个或二个互连，（如2-2图）具有一定的重量，在重量和三根爪的作用下，进入水中后，不会马上被水流冲走，而是牢牢的抓住坝基的土胎和河床，由于三柱锥爪具有防浪和消大溜势能的作用，从而有效保护坝基，也为像抛柳石搂厢、铅丝笼和抛散石提供了基础和平台，可有效减少散石的走失，减少了因大溜顶冲和边溜冲刷造成的石料走失。

　　3　各种险情中的应用

　　综上所述，在我们平时黄河工程抢险中，最常见的险情有以下四种险情，如坝基猛墩猛蛰、坦石下蛰、根石走失、淘膛石溃都可以利用三柱锥爪的连接进行护根抢护。由于三柱锥爪的使用为抢险料物的后期抛入提供了基础和平台，散石、柳石枕和铅丝笼不易被洪水冲走，大大提高了抢险效率和抢护质量，从而也节约了抢险投资。下面就以下四种基本险情作以介绍三柱锥爪在抢险中的使用。

　　3.1　坝基猛墩猛蛰

　　在我们平时的险情中猛墩猛蛰险情的出险原因是多方面的，一般可分为3种：①河底多沙，工程基础浅，大溜顶冲或回溜严重时，很快淘深数米甚至十几米，导致基础淘空，出现墩蛰现象。②坝基的土质分布不均匀，基础有层淤层沙，当沙土层被淘空后，上部粘土层承不住坝体重量，使坝体随之产生猛墩猛蛰。③修坝时水中进占，年久秸料腐烂，由于急流冲刷、埽体急冲刷下，河床急刷刷深，原已筑到底的埽体依靠坝岸顶桩绳拉系而维持稳定，当水流继续淘深，绳缆拉断，坝体承托不住，即出现墩蛰。

　　在猛墩猛蛰险情抢护方法上，应根据当时河势、水量、根石基础状况，出险情况等方面的问题进行分析，从而确定较为合理的抢护方法，常用的抢护方法有：柳石搂厢和柳石枕。柳石搂厢和柳石枕主要适用在抛护根基，优点是柳料可以就地取材，造价较低，透水性较小，可以拴留绳，避免走失。但缺点是比重轻，易滚动。如果在抛柳石搂厢和柳石枕的之前先行抛入三柱锥爪就是在“格子底”上形成基础和平台，在柳石搂厢和柳石枕抛入河中后，三柱锥爪能在“爪”的作用挂住柳石搂厢和柳石枕，解决了柳石搂厢和柳石枕比重轻、易滚动的缺点。由于三柱锥爪具有减速落淤功能，为坝前河底构筑了防护基层，三柱锥爪的投放也为坝基的冲刷提供了保护，减缓了淘刷。

　　3.2　坦石下蛰

　　坦石下蛰险情也是我们防汛抢险中一种常见的险情，主要是由于坝岸坦石变形、蛰动、下蛰、入水等均为常见的险情。对于一般的险情可抛散石抢护。但是散抛石由于体积较小，散状体互不连结，所以不易产生大幅度的猛墩猛蛰，技术性低，必要时可以动员大量人力集中抛投，速度较快；缺点是深水急溜中容易走失。如果水大溜急，坝岸基础较浅，散石极易被冲走。开封第一河务局的柳园口39坝4支坝就是因为抛入散石后又被水冲走，造成了险情的一次又一次出现。对于坦石入水险情，如果能先行三柱锥爪入水，就能在坝的土胎和河底形成一道拦护平台，为散石的抛入提供了基础。由于散石的缺点是深水急溜中容易走失，同样在爪的作用下，抛入的散石同稳定在三柱锥爪的基础上，这样减少散石的冲失。

　　3.3　防护根石走失

　　根石被水流冲刷揭走，一般发生在坝前头或上跨角，水面以下1/3水深附近，使坦坡上陡下缓，是出险重要原因之一。在坝出现根石走失苗头的时候，我们可以使用三柱锥爪进行根石走失的预防也是非常有效的，我们在坝前和上跨抛入连接的三柱锥爪，因锥爪具有防浪和消大溜的作用，这样就减小了根石被大溜冲击的力量，就能防护根石的继续走失。在抢护中我们一般还是用散石（即大块石）或铅丝笼抢护。这样三柱锥爪的投入也为后期的抢护工作打下了良好的基础。

　　3.4　淘膛石溃

　　淘膛石溃这种险情主要是由于坝胎土被水流冲刷，形成较多沟槽，导致坦石陷露的险情，原因是乱石坝透水性大，受水位变动（特别是风浪）影响，土易被淘出；扣砌石坝水下腹石存在有空穴流道，致使刷土成槽。由于三柱锥爪具有防浪和消主溜能量的作用，我们在投入三柱锥爪后就能减小水流对坝胎的冲击，同时也能在坝前头构筑沉淤基础，避免了大溜的冲刷，从而减少了沟槽的产生，为抢险提供了帮助。

　　参考文献：

　　[1]赵友林，河南黄河。河南水利出版社，2006，

　　[2] 李明顺,混凝土结构设计规范〔GB〕.中华人民共和国建设部【GB50010-2002】，

　　[3] 刘润生，何建京，水力学.南京：河海大学出版社，

　　[4] 陈礼和，水工钢筋混凝土结构.南京：河海大学出版社，