摘 要：“根石走失”长期以来是黄河下游坝岸工程中存在的一个重要问题，它在相当程度上决定着坝岸工程的稳定程度。为更好地解决这一问题，本文对根石走失规律、走失原因进行了探讨，对其防护措施提出了改进意见和设想。

关键词：黄河下游 险工坝岸 根石走失 规律 防护措施 研究

1.研究的必要性

在黄河防洪工程中，险工坝岸是防御洪水、确保大堤行洪安全的主要工程。坝岸工程稳定与否直接影响到大堤安全，而坝岸工程的稳定程度又直接取决于坝岸根石的稳定与完整程度。如根石走失严重而未及时发现和抢护，坝身将会发生裂缝、蛰陷、墩蛰或滑塌等险情，最终导致坝岸出险。多年的实践证明：坝岸发生坍塌、蛰陷等险情，60%以上是由坝岸根石走失引起的。因此，有必要对险工坝岸根石走失规律、走失原因及其防护措施进行研究和探讨。

2.黄河下游根石现状

2.1根石基础

黄河下游现有八千多段坝岸。据史料记载：这些坝岸工程大多是在河势突变出险的紧急情况下为保护局部堤段的安全抢修而成的，抢修材料以薪柴和土料为主，建国后历经多次加修才逐渐石化，而在加修过程中部分坝岸基础的腐植物和淤泥夹层没有彻底清除，致使坝岸基础承载能力较低，抗水流淘刷能力较弱。

2.2根石结构

现有的根石结构大体分两种：一是散抛乱石结构。这种结构实际上是散乱石块的松散集合体，石块之间的约束力较小，整体性较差，但其对坝岸变形的适应性较强，根石走失后易于补充。二是丁扣根石，即根石的上部和顶部用块石进行干丁扣。这种结构增强了石块之间的约束力，整体性较强，但对坝岸变形的适应性较差，根石走失后不易补充。

2.3根石断面

根据有关专家对黄河下游险工坝岸根石稳定计算和黄委会的有关规定及多年的实践经验，黄河下游根石坡度达到1：1.1～1：1.5、根石顶宽1.5～2.0m、顶高程高出设计枯水位1～2.5m，根石稳定深度达12～14m，方能保持稳定要求，又比较经济。近几年，随着河床的不断淤积抬升，水沙条件不断发生变化，黄委会以2000年为设计水平年制定了根石加固的标准：即根石坡度1：1.5，根石顶高程按与2000年3000m3/s相平，根石顶宽2.0m。除近几年改建的坝岸根石按2000年设防标准加高加固外，90%以上根石达不到标准，尤其是水下部分缺石严重，坡度普遍偏陡。近几年根石探摸资料表明：70%以上根石坡度不足1：1.5，40%以上根石顶宽不足2m，95%的根石顶高程达不到2000年设防标准，绝大部分根石深度不足。

3.根石走失规律

3.1根石走失方式

根石走失的方式大体有两种，即冲揭走失和坍塌走失。

3.1.1冲揭走失

冲揭走失的机理就是水流的携带能力大到一定程度足以将表层根石冲揭而起造成根石走失。这种根石走失方式，大、中水时期均有发生，特别是中水时期尤为明显。就散抛乱石护根和丁扣根石而言，由于后者排整较严密，石块之间的约束力相对较强，发生冲揭走失的可能性较小，而乱石护根则相对较大。

3.1.2坍塌走失

坍塌走失的机理就是受水流冲刷，坝前形成冲刷坑，随着冲刷坑的不断加深加大，坝岸根石自身稳定条件遭到破坏，导致根石坍塌下滑而走失。就散抛乱石护根和丁扣根石而言，丁扣根石为整体结构，对根石变形的适应性相对较差，一旦局部冲刷坑达到一定深度，造成该处根石坍塌，则坍塌处势必会形成陡坎和死坑，而水流沿陡坎和死坑继续向内淘刷，使根石进一步坍塌。因而，丁扣根石较散抛乱石护根更易发生坍塌走失。这种根石走失方式大、中、小水时期均有发生，尤其在大水过后落水时期，发生坍塌走失的几率较大。

3.2根石走失部位及走失方向

在突出的坝岸上，大溜主要顶冲坝岸的迎水面和前尖，因而根石走失多发生在坝岸的迎水面和前尖，而对部分受回溜淘刷较严重的坝岸，其背水面同样发生部分根石走失。据统计，迎水面及前尖根石走失数量占全部走失数量的87.7%，背水面根石走失数量占12. 3%，其走失范围一般在根石顶以下3-5m。其走失方向大多因坝岸的挑溜和导溜作用而趋向大河，背水面的部分根石受回溜的影响向上游移动。

4.根石走失原因

4.1根石坡度不足

由于根石走失，致使根石坡度变陡，尤其坝岸的迎水面及前尖部位更加明显，但受投资限制根石走失后得不到及时补充，造成根石残缺，加之受抛石方法和抛石工具的限制，根石难以抛护到位，致使上部根石较多，而下部根石较少，根石边坡不平顺，呈上缓下陡形式，破坏了其自身的稳定性。

4.2根石深度不均衡

由于险工各坝岸在历年洪水过程中的出险次数、出险部位及出险程度不尽相同，因而对各部位的根石补给量也不尽相同，这就造成了同一坝岸各断面根石深度也不尽相同。这种根石深度不均衡的现象尤其在起主要挑溜和导溜作用的单坝上表现更为突出，一般坝的迎水面及前尖由于受溜机遇较大，坝前冲刷坑较深，出险几率较大，根石补给量也相对较大，因而根石深度也较背水面为深，且由于根石补给的局限性同一坝岸的迎水面各部位根石深度也不一样。一旦坝前冲刷坑低于某一部位根石的深度，局部根石就会出现坍塌，从而造成相邻部位的连带坍塌而发生坍塌走失。

4.3根石基础不均衡

根石基础不均衡也是造成根石走失的一个重要原因。由于各坝岸形成过程不同，造成同一坝岸的不同部位根石基础不均衡，各部位抗溜能力存在差异，在相同水流条件下，基础薄弱的部位首先被冲毁，造成局部坍塌。相反，如果根石基础均衡，各部位抗溜能力基本一致，则不易产生局部坍塌，坝岸根石发生坍塌走失的几率就相对较小。

4.4根石排整的严密程度和石块大小也是影响根石走失的原因之一。这主要是对散抛乱石护根而言的。现行的根石排整方法都是大头朝内，小头朝外。即所谓的“刺猬坝”。这种排整方式虽然美观、整齐，但同时糙率增大，增加了根石的阻水能力，因而根石走失的几率也相对增大。另外，据有关计算：不同流量级情况下石块满足抗冲要求的重量为30kg～90kg，大洪水期间靠主流坝岸根石石块重量应不小于90kg方能保持稳定。但由于种种原因，所抛石块的重量较小，致使其的抗冲能力小于水流的携带能力，而被冲揭走失。

4.5工程布局不当也是造成局部根石走失的重要原因之一

随着河床的逐年淤积抬高和水沙条件的不断变化，河势溜向不断发生变化，原有工程布局有些已不适应当前河势溜向的变化，因而不可避免地造成部分坝岸受溜严重，而部分坝岸又失去作用，加之由于部分坝距不当，两坝间形成较强的回溜和横向环溜，致使部分受溜严重的坝岸根石走失加剧。

5.根石走失的防护措施

根石走失的防护措施主要有两种：一是当发生根石走失后采取适当的措施进行及时抢护。二是改进现有根石结构，使根石尽量不产生走失或少走失。

5.1传统的防护措施及其优缺点

5.1.1散抛乱石法

即采用散抛乱石对已走失的根石进行及时补给。这种方法简便易行，可操作性强，但受抛石方法和抛石工具的限制，难以抛石到位，尤其水深溜急时更难以掌握，因此，这种抢护措施的应用存在很大的局限性，只能适应于汛前常规的根石加固和中、小水时期一般根石走失险情的抢护。

5.1.2抛铅丝笼

当水深溜急散抛乱石不能制止根石走失或根石局部冲揭严重时，可采用抛铅丝笼的方法进行抢护。这种抢护方法在一定程度上能够较好地控制根石走失，但在抛投过程中，易中途悬挂，准确到位率低，且易产生脱边、漏石等现象，往往达不到预期的效果。

5.1.3抛柳石枕

对于淘刷较严重，基础根石冲刷较多的坝岸可采用捆抛柳石枕的方法进行抢护。这种方法对大面积根石走失尤其对坝基土胎已外露的险情是一种较为有效的抢护方法。但由于根石坡度陡缓不一，柳石枕入水后难以平稳下沉，不易落在适当位置，因此这种抢护方法对浅基部位效果明显，而对基础较深的坝岸效果相对较差。另外这种方法受料源的限制较大，易因料物供应不及时而延误抢险时机。

5.2根石结构的改进

5.2.1对现有根石结构的改进

现有的根石结构主要有散抛乱石和丁扣根石。对散抛乱石而言，为增加其抗冲能力，改进传统的排整方式，采用大石在外，小石在内，大石平排的方法。以减少糙率，削减水流对坝岸根石的冲击力；对于丁扣根石而言，在主体根石外增加1～2m宽的压边石，形成二级根石，这样一方面扩大护底面积，另一方面由于压边石的存在，使坝前冲刷坑外延，减少对主体根石的直接威胁。

5.2.2网护根石法

网护根石的基本工作原理就是将坝岸根石散状块体用铅丝网保护起来，使根石成为一个柔性整体，既加大了根石抗冲能力，又能适应河床变化，从而保证根石的完整。其结构设计分三部分，即网片、网坠及固定固定装置。根据计算，网片可用12#铅丝编制，用8#铅丝做网纲，同时为增强其牢固性，在外围网纲上每间隔2m加一道8#铅丝作龙筋，网格尺寸为20×20cm。为便于施工，可将网片分成若干小块，现场用12#铅丝绑扎连接；为使网片坠入河底，防止铅丝网被水流冲揭而起，在网片下端网纲上连接网坠，网坠用采用混凝土预制块，单个网坠重量110kg；固定装置设置在根石顶外肩部位。采用ф18mm钢筋作固定桩，为保持稳定，将钢筋两端做成弯钩，并将钢筋与根石浇注成一个整体。93年我局在井圈险工63+4#坝进行了网护根石试验，经受了1994年艾山站3540m3/s的洪水考验和7～9月份连续1000～3000m3/s洪水的冲刷，工程运用效果良好。

5.3坝岸根石结构新设想

为从根本上解决根石加固问题，提高险工的稳定性，借鉴其他江河防护岸坡的方法，提出将根石结构改变为框架式结构的设想。其基本思路就是将带有结扣的框架式预制构件铺在根石表面，并扣结粘合为一体，而后以大小适当的石块填于空挡之中，排整填塞严密（为施工方便，可将构件设计成“H”状）。这样一方面增加了根石结构的整体性，另一方面，由于构件的约束作用，增加了石块的稳定性，则根石的冲揭走失有望得到解决。当然由于增加了根石结构的整体性，其对基础变形的适应能力可能有所减弱，增加了发生坍塌走失的可能性，为解决这一问题，可辅以1～2m宽的压边石，形成二级根石，使坝前冲刷坑外移，减少对主体根石的直接威胁，有效地防止坍塌走失。

为降低工程造价，预制构件可采用硅粉混凝土等廉价材料制作。这种方法不仅美观大方，而且结构稳定，耐久性高，可望能够较好地解决根石走失问题。

作者简介：翟来顺，男，35岁，高级工程师

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