1、山區(qū)河流中金包銀結(jié)構(gòu)堰壩的幾種破壞形式經(jīng)驗(yàn)分享1問(wèn)題的提出由于山溪性河道坡降較大、水流流速大、洪水暴漲暴落，導(dǎo)致天然河床蓄水 量少、居民生產(chǎn)用水困難，水資源利用率較低，故常在河床內(nèi)建造堰壩來(lái)解決問(wèn) 題。同時(shí)山溪性河道內(nèi)又存在豐富的天然砂礫石， 常被用作堰體回填材料，堰壩 型式一般都為金包銀結(jié)構(gòu)，此種型式較為經(jīng)濟(jì)，應(yīng)用也頗為廣泛。但金包銀結(jié)構(gòu)的堰壩，往往在設(shè)計(jì)時(shí)未考慮周全，運(yùn)行過(guò)程中由于山洪影響， 其破壞形式也較多。常見(jiàn)的有堰壩表面沖刷破壞、堰腳沖刷破壞、堰體側(cè)向沖刷、 堰體滲透破壞等。2金包銀結(jié)構(gòu)堰壩破壞形式分析堰壩表面沖刷和堰腳沖刷破壞堰壩表面破壞由于堰壩表面處理不嚴(yán)謹(jǐn)， 當(dāng)洪水來(lái)臨時(shí)，溢流

2、面面板受到水 流沖刷而遭到破壞，使得壩體內(nèi)回填料被洪水帶走，最終導(dǎo)致溢流面塌陷，但這 種破壞形式不是全局性的。堰腳沖刷破壞現(xiàn)象產(chǎn)生主要由于堰壩下游消能設(shè)施不可靠或長(zhǎng)度過(guò)短，未能對(duì)上游洪水進(jìn)行有效的消能，使得洪水對(duì)堰腳反復(fù)沖刷，并逐漸帶走堰腳塊石， 最終導(dǎo)致堰腳掏空，堰壩整體失穩(wěn)。案例1:某堰壩集雨面積253 km2,堰壩型式采用弧線(xiàn)型寬頂堰，順?biāo)鞣?向分為6.00 m寬的水平段，34.50 m寬1:10坡比的坡段，10.00 m長(zhǎng)拋石消能段。 其中水平段和斜坡段為堰體部分，下游的拋石防沖槽為消能部分。堰體由迎水側(cè) 擋墻、溢流面板、砂礫石堰體及隔墩擋墻組成。上游水平段兩側(cè)擋墻為C20混凝土灌砌

3、石擋墻，非溢流段堰頂高程38.35m,溢流段堰頂高程37.85 m。溢流面板順?biāo)鞣较蛞来畏譃?6.00 m寬的水平段 及34.50 m長(zhǎng)1:10坡比的斜坡段。水平段采用C20混凝土灌砌卵石（厚35 cm）, 斜坡段溢流面板為雙層結(jié)構(gòu)，表層為厚70 cm干砌塊石，下層為厚50 cm生態(tài)網(wǎng) 墊和土工布2層。墊層下部采用砂卵礫石填筑壓實(shí)。 溢流段末端設(shè)C20混凝土灌 砌石擋墻，作為堰體及消能段分界。擋墻下游側(cè)臺(tái)階式布置兼消能功能，每層 1.00 m厚。拋石消能段長(zhǎng)10.00 m,頂高程取兩側(cè)灘面高程約 35.00 m,拋石單浙江省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)院塊重不小于200 kg。具體斷面型式見(jiàn)圖1圖i堰壩

4、斷面型式圖單位：cm由于遭遇強(qiáng)降雨天氣，堰壩所在的河道坡陡、流急、洪水暴漲暴落，導(dǎo)致河 道洪水流量迅速猛增，河道內(nèi)水位上漲迅猛，堰壩主河槽段堰面干砌石結(jié)構(gòu)被沖 毀，堰體內(nèi)砂礫料流失，堰面塌陷；同時(shí)堰體右側(cè)下游拋石被洪水帶走，堰腳被 掏空，最終整個(gè)堰壩結(jié)構(gòu)被沖毀。具體現(xiàn)場(chǎng)照片見(jiàn)圖 2。圖2堰壩沖毀現(xiàn)狀全景圖根據(jù)原因分析，一方面由于實(shí)際發(fā)生洪水頻率達(dá)到 20 a一遇洪水標(biāo)準(zhǔn)，遠(yuǎn)超 施工期5a一遇的洪水標(biāo)準(zhǔn)。另一方面，壩體堰面為 2層干砌塊石，塊石重量及 土工布鋪設(shè)雖達(dá)到要求，但并非形成整體防護(hù)。堰體右側(cè)壩肩處正修建引水至下 各平原的水閘，水閘與右側(cè)壩肩護(hù)岸尚未形成完整封閉體， 存在洪水通道。洪水浙

5、江省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)院 來(lái)臨時(shí)，水流通過(guò)水閘缺口處，從護(hù)岸內(nèi)部由外掏空，造成護(hù)坡及堰面塊石流失, 堰面塌陷、擋墻傾翻、下游拋石掏空等連鎖反應(yīng)，導(dǎo)致堰壩溢流段整體沖毀。堰體側(cè)向沖刷破壞堰體側(cè)向沖刷破壞，主要表現(xiàn)為堰壩本身較牢固，防護(hù)防沖設(shè)施也滿(mǎn)足要求 的前提下，其堰壩兩側(cè)防護(hù)相對(duì)較弱，如遇洪水漫堤，堰壩兩側(cè)護(hù)岸在水流淘刷 下，極易出現(xiàn)破壞。案例2:某村段2班圉壩，其斷面基本結(jié)才為：堰頂高程為50.50 m,堰壩采用C25混凝土堰體，堰頂寬2.00 m,堰頂上部設(shè)置汀步。為形成較好的水花效果， 堰壩斜坡設(shè)計(jì)成階梯式，每節(jié)臺(tái)階落差0.80 m,根據(jù)堰面布置臺(tái)階寬度1.00 m.堰壩下游為深0.50

6、m消力池，消力池采用C25混凝土結(jié)構(gòu)，底寬7.20 m,底板 厚0.40 m；消力池下游接拋石防沖槽，拋石防沖長(zhǎng) 3.00 m,深2.00 m。具體斷 面型式見(jiàn)圖3。圖3堰壩斷面型式圖單位：cm由于該堰壩流域遇較強(qiáng)降雨，上游水庫(kù)的泄洪加大了河道過(guò)流。 而該堰壩正 處建設(shè)期，兩側(cè)河道岸坡裸露，局部為松散體填筑，防沖能力非常薄弱。因此， 洪水來(lái)臨時(shí)，水流對(duì)堰壩下游左右岸不斷的沖刷， 逐漸帶走松散土體，最終導(dǎo)致 岸坡坍塌。具體沖毀現(xiàn)場(chǎng)照片見(jiàn)圖 4。浙江省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)院圖4堰壩下游右側(cè)護(hù)岸及房屋沖毀圖經(jīng)分析，洪水發(fā)生時(shí)的工況相對(duì)不利：施工期河道岸坡被清表，岸坡裸露， 土體較為松散，此工況下河道糙率

7、較設(shè)計(jì)工況為小，相同過(guò)流條件下流速更大， 洪水更快；此工況下岸坡缺乏植被固坡和防護(hù)， 僅為表層種植土，抗沖抗侵蝕 能力大大減弱。抗沖流速遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于水流流速，因此造成土體不斷被挾走，坡腳持 續(xù)被掏蝕，繼而造成失穩(wěn)坍塌；本次上游水庫(kù)清水下泄，水流含沙量極低，相 同條件的流量條件下，水庫(kù)泄流的水流挾沙力更強(qiáng)，沖刷掏蝕作用也更強(qiáng)。堰體滲透破壞堰壩滲透破壞情況一般出現(xiàn)在施工期或枯水期，由于堰壩設(shè)計(jì)滲徑過(guò)短或者 基礎(chǔ)砂礫石料具有強(qiáng)滲水性，導(dǎo)致破壞。案例3:官坑堰壩，其斷面結(jié)構(gòu)堰頂高程為 129.50 m,堰壩上游側(cè)采用C20 埋石混凝土擋墻，堰頂寬2.50 m,堰頂上部設(shè)置汀步。堰壩斜坡面采用60 cm灌

8、砌卵石，坡比1: 101: 20,堰體內(nèi)砂卵石回填，堰體基礎(chǔ)采用 50 cmC25鋼筋 混凝土底板。堰壩下游設(shè)深0.60 m消力池，消力池采用C25混凝土結(jié)構(gòu)，底寬 5.00 m,底板厚0.50 m,頂高程126.70 m；消力池下游接拋石防沖槽，拋石防沖 長(zhǎng)3.00 m,深2.30 m。具體斷面型式見(jiàn)圖5。浙江省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)院-ir mJ*山或-11?-51崛孰怵豪“*”.隔”揮VLcm土iM.n帔酬中及*Z 孽足必虹M工r = 1M即嵬KK親aat.:周口城曲I丫如就fi液i層圖5堰壩斷面型式圖單位：cm施工期發(fā)現(xiàn)堰壩局部壩面基礎(chǔ)存在漏水并形成滲漏通道，并導(dǎo)致該區(qū)塊下游 堰體沉降而斷裂

9、。現(xiàn)場(chǎng)滲漏情況見(jiàn)圖 6。圖6壩面基礎(chǔ)滲漏情況圖經(jīng)分析堰體基礎(chǔ)底板設(shè)計(jì)高程高于現(xiàn)狀河床底高程；并且底部采用卵石回填 至設(shè)計(jì)底板高程。因此底部基礎(chǔ)即使回填夯實(shí)，仍有強(qiáng)滲水性。4結(jié)論及建議根據(jù)案例1分析，由于堰壩上下游水頭差較大，洪水來(lái)臨時(shí)，水流較為湍急， 為避免堰壩面層受到水流的沖刷破壞， 在設(shè)計(jì)此種類(lèi)型砂礫石堰壩時(shí)，建議加強(qiáng) 對(duì)溢流面面層的硬性防護(hù)，如采用混凝土、灌砌石材料澆筑。不建議采用柔性防 護(hù)措施，如干砌石理砌，否則極易引起堰體內(nèi)砂礫石料流失， 并導(dǎo)致面層塌陷破 壞。另外，由于水流流速大，設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)堰腳結(jié)構(gòu)同樣需要重視，因下游堰腳處往浙江省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)院 往是堰壩受淘刷最為嚴(yán)重的部位，建議采用拋石防護(hù)時(shí)保證塊石的重量及拋石范圍，必要時(shí)可在堰腳處增設(shè)護(hù)坦再進(jìn)行拋石防護(hù)。根據(jù)案例2分析，為避免水流對(duì)堰壩產(chǎn)生側(cè)向沖刷破壞， 在保證壩體結(jié)構(gòu)牢 固的前提下，設(shè)計(jì)時(shí)建議加強(qiáng)對(duì)堰壩下游一定范圍內(nèi)兩側(cè)護(hù)岸的襯砌防護(hù)， 如采 用漿砌石或灌砌石護(hù)坡，避免直接采用土質(zhì)護(hù)岸進(jìn)行防護(hù)。根據(jù)案例3分析，砂礫石堰壩設(shè)計(jì)滲徑過(guò)短或者堰腳基礎(chǔ)埋深過(guò)淺，為避免堰體內(nèi)形成滲漏通道并造成砂礫石料流失， 在設(shè)計(jì)時(shí)建議放緩