Page 56 - 2023年第54卷第10期

为 ４４．０２ｋＰａ，沙石网笼仍无法在该水头条件下稳定，会被堤内外的高水头差推出涵洞，导致堵漏失败。
３．３ 堵漏材料稳定条件分析 经上述计算分析可以看出，抛投堵漏失败的原因主要是：行洪堤内外高
水头差，以及其带来的涵洞内高速水流冲力，使得抛投材料难以稳固。
（１）小型块石钢筋笼抛投阶段稳定条件分析。在
小型块石钢筋笼抛投阶段，建立流速与堵漏材料所受
水平合力之间的相关关系可以发现，漏洞处流速越小
石笼所受合力越小（如图 ４所示）。当流速为 ２．７６ｍ?ｓ
时，石笼成合力为 ０的临界状态，小于等于该值时，
石笼可以稳固在涵洞内，并随着投放量的增加逐渐封
堵涵洞。而实际抢险中流速约为 ９．０９ｍ?ｓ，已远超稳
定临界流速，这是块石钢筋笼堵漏失败的根本原因。
进一步研究发现，相同体积且底面为正方形的石
笼，其迎水面面积越小、底宽与高度之比越大时，使
其合力为零的临界流速越大，石笼的稳定性越高。如 图 ４ 小型块石钢筋笼抛投阶段流速与
图 ５（ａ）—（ｃ）所示，图中实线箭头为水流方向，Ｓ面 抛投材料所受合力关系
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为迎水面，当迎水面积为 ０．７５ｍ 时，其稳定临界流速为 ３．１９ｍ?ｓ，当迎水面积为 ０．５０ｍ 时，其稳定
２
临界流速为 ３．９１ｍ?ｓ，（如图 ４所示）相较实际抛投石笼的 １ｍ 时，分别提高了 １５．４７％和 ４１．４３％。

图 ５ 不同抛投材料形态
所以针对涵闸闸门溃损的块石钢筋笼抛投抢险，抛投
石笼可以采用矮粗型，以增强其抛堵后的稳定性，增大堵
漏成功率。在实际操作中矮粗型石笼在复杂水力条件下，可
能会形成 “站立” 姿态，但随着石笼触底，摩擦力和水流冲
力形成的力矩会使矮粗石笼形成稳定 “卧位”（如图 ５（ｄ）所
示）。最终在多轮石笼投掷后在涵洞内形成一个整体的类
长条形石笼阵，堵住洞口（如图 ５（ｅ）所示）。
需要注意的是，该方式也要在石笼的稳定临界流速范
图 ６ 大型沙石钢丝网笼抛投阶段堤内外水头差与
围内实施，才能起到堵漏效果。且需考虑石笼过于扁平带
抛投材料所受合力关系
来的较大石料难以装填问题，以及紊流扬起石笼的可能。
（ ２）大型沙石钢丝网笼抛投阶段稳定条件分析。在大型沙石钢丝网笼抛投阶段，建立流速与堵漏
材料所受水平合力之间的相关关系可以发现，堤内外水头差越小沙石网笼所受合力越小。当水头差小
于等于 ３．０１ｍ时，石网笼的合力为 ０，可以稳固在涵洞内，起到封堵效果。实际抛投时水头差已经达
到 ８ｍ，远超稳定临界水头，导致堵漏失败。（如图 ６所示）

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