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堤防抢险知识与抢护技术

险情抢护③

作者:院技术质… 发布时间:2010/8/3

(十)跌窝

跌窝(又称陷坑)是指在雨中或雨后,或者在持续高水位情况下,在堤身及坡脚附近局部土体突然下陷而形成的险情。这种险情不但破坏堤防断面的完整性,而且缩短渗径,增大渗透破坏力,有的还可能降低堤坡阻滑力,引起堤防滑坡,对堤防的安全极为不利。特别严重的,随着跌窝的发展,渗水的侵入,或伴随渗水管涌的出现,或伴随滑坡的发生,可能会导致堤防突然溃口的重大险情。

    1、跌窝险情的判别

  (1)根据成因判别

  由于渗透变形而形成的跌窝往往伴随渗透破坏,极可能导致漏洞,如抢护不及时,就会导致堤防决口,必须作重大险情处理;

  其他原因形成的跌窝,是个别不连通的陷洞,还应根据其大小、发展趋势和位置分别判断其危险程度。

  (2)根据发展趋势判别

  有些跌窝发生后会持续发展,由小到大,最终导致瞬时溃堤。因此,持续发展的跌窝必须慎重对待,及时抢护。否则,后果将是非常严重的。有些跌窝发生后不再发展并趋于稳定状态,其危险程度还应通过其大小和位置进行判别。

  (3)根据跌窝的大小判别

  跌窝大小不同对堤防安危程度的影响也不同,直径小于0.5m,深度小于1.0m的小跌窝,一般只破坏堤防断面轮廓的完整性,而不会危及堤防的安全。跌窝较大时,就会削弱堤防强度,危及堤防的安全。当跌窝很大且很深时,堤防将至失稳状态,伴随而来的可能是滑坡,则是很危险的。

  (4)根据跌窝位置判别险情

  ①临(背)水坡较大的跌窝可能造成临(背)水坡滑坡险情,或减小渗径,可能造成漏洞或背水坡渗透破坏。

  ②堤顶跌窝降低部分堤顶高度,削弱堤顶宽度。对于堤顶较大跌窝,将会降低防洪标准,引起堤顶漫溢的危险。

    2、跌窝险情的抢护原则

  根据跌窝形成的原因、发展趋势、范围大小和出现的部位采取不同的枪护措施。但是,必须以“抓紧翻筑抢护,防止险情扩大”为原则,在条件允许的情况下尽可能采用翻挖,分层填土夯实的办法作彻底处理。

  条件不许可时,可采取相应的临时性处理措施。如跌窝伴随渗透破坏(渗水、管涌、漏洞等),可采用填筑反滤导渗材料的办法处理。如果跌窝伴随滑坡,应按照抢护滑坡的方法进行处理。如果跌窝在水下较深时,可采取临时性填土措施处理。

  3、跌窝险情的抢护方法

抢护跌窝险情首先应当查明原因,针对不同情况,选用不同方法,备妥料物,迅速抢护。在抢护过程中,必须密切注意上游水情涨落变化,以免发生意外。抢护的方法一般有以下几种。

(1)翻填夯实

未伴随渗透破坏的跌窝险情,只要具备抢护条件,均可采用这种方法。具体作法是:先将跌窝内的松土翻出,然后分层回填夯实,恢复堤防原貌。如跌窝出现在水下且水不太深时,可修土袋围堰或桩柳围堤,将水抽干后,再予翻筑。

    翻筑所用土料应遵循“前截后排”的原则,如跌窝位于堤顶或临水坡时,须用防渗性能不小于原堤土的土料,以利防渗;如位于背水坡则须用排水性能不小于原堤土的土料,以利排渗。

  翻挖时,必须清除松软的边界层面,并根据土质情况留足坡度或用桩板支撑,以免坍塌扩大。需筑围堰时应适当围得大些,以利抢护方便与漏水时加固。回填时,须使相邻土层良好衔接,以确保抢护的质量。

  (2)填塞封堵

  这是一种临时抢护措施,适用于临水坡水下较深部位的跌窝。具体方法是:用土工编织袋、草袋或麻袋装粘性土或其他不远水材料,直接在水下填塞跌窝,全部填满跌窝后再抛投粘性散土加以封堵和帮宽。要求封堵严密,避免从跌窝处形成渗水通道。

  汛后水位回落后,还需按照上述翻填夯实法重新进行翻筑处理。

  (3)填筑反滤料

  对于伴随有渗水、管涌险情,不宜直接翻筑的背水坡跌窝,可采用此法抢护。具体作法是:先将跌窝内松土和湿软土壤挖出,然后用粗沙填实,如渗涌水势较大,可加填石子或块石、砖块、梢料等透水料消杀水势后,再予填实。待跌窝填满后,再按反滤层的铺设方法抢护。

  修筑反滤层时,必须正确选择反滤料,使之真正起到反滤作用。

  (4)伴有滑坡、漏洞险情的抢护

  ①跌窝伴有漏洞的险情,必须按漏洞险情处理方法进行抢护。

  ②跌窝伴有滑坡的险情,必须按滑坡险情处理方法进行抢护。

    (十一)决口

    江河、湖泊堤防在洪水的长期浸泡和冲击作用下,当洪水超过堤防的抗御能力,或者在汛期出险抢护不当或不及时,都会造成堤防决口。堤防决口对地区社会经济的发展和人民生命财产的安全危害是十分巨大的。

  在条件允许的情况下,对一些重要堤防的决口采取有力措施,迅速制止决口的继续发展,并实现堵口复堤,对减小受灾面积和缩小灾害损失有着十分重要的意义。对一些河床高于两岸地面的悬河决口,及时堵口复堤,可以避免长期过水造成河流改道。

  堤防决口抢险是指汛期高水位条件下,将通过堤防决口口门的水流以各种方式拦截、封堵,使水流完全回归原河道。这种堵口抢险技术上难度较大,主要牵涉到以下几个方面:一是封堵施工的规划组织,包括封堵时机的选择;二是封堵抢险的实施,包括裹头、沉船和其他各种截流方式,防渗闭气措施等。

    1、决口封堵时机的选择

  堤防一旦出现决口重大险情,必须采取坚决措施,在口门较窄时,采用大体积料物,如蓬布、石袋、石笼等,及时抢堵,以免口门扩大,险情进一步发展。

  在溃口口门已经扩开的情况下,为了控制灾情的发展,同时也要考虑减少封堵施工的困难,要根据各种因素,精心选择封堵时机。恰当的封堵时机选择,将有利于顺利地实现封堵复堤,减少封堵抢险的经费和减少决口灾害的损失。通常,要根据以下条件,综合考虑,作出封堵时机的决策。

  (1)口门附近河道地形及土质情况,估计口门发展变化趋势。

  (2)洪水流量、水位等水文预报情况,一段时间内的上游来水情况及天气情况。

  (3)洪水淹没区的社会经济发展情况,特别是居住人口情况,铁路、公路等重要交通干线及重要工矿企业和设施的情况。

  (4)决口封堵料物的准备情况,施工人员组织情况,施工场地和施工设备的情况。

  (5)其他重要情况。

  2、决口封堵的组织设计

  (1)水文观测和河势勘查

  在进行决口封堵施工前,必须做好水文观测和河势助查工作。要实测口门的宽度,绘制简易的纵横断面图,并实测水深、流速和流量等。在可能情况下,要勘测口门及其附近水下地形,并勘查土质情况,了解其抗冲流速值。

  (2)堵口堤线确定

  为了减少封堵施工时对高流速水流拦截的困难,在河道宽阔并具有一定滩地的情况下,或堤防背水侧较为开阔且地势较高的情况下,可选择“月弧”形堤线,以有效增大过流面积,从而降低流速,减少封堵施工的困难。

  (3)堵口辅助工程的选择

  为了降低堵口附近的水头差和减少流量、流速,在堵口前可采用开挖引河和修筑挑水坝等辅助工程措施。要根据水力学原理,精心选择挑水坝和引河的位置,以引导水流偏离决口处,并能顺流下泄,以降低堵口施工的难度。

  对于全河夺流的堤防决口,要根据河道地形、地势选好引河、挑水坝的位置,从而使引河、堵口堤线和挑水坝三项工程有机结合,达到顺利堵口的目的。

  (4)抢险施工准备

  在实施封堵前,要根据决口处地形、水头差和流量,做好封堵材料的准备工作。要考虑各种材料的来源、数量和可能的调集情况。封堵过程中不允许停工待料,特别是不允许在合龙阶段出现间歇等待的情况。要考虑好施工场地的布置和组织,充分利用机械施工和现代化的运输设备。传统的以人力为主,采用人工打桩、挑土上堤的方法,不仅施工组织困难,耗时长、花费大,而且失败的可能性也较大。因此,要力争采用现代化的施工方式,提高抢险施工的效率。

    3、决口抢险的实施

    堤防溃口险情的发生,具有明显的突发性质。各地在抢险的组织准备、材料准备等方面都不可能很充分。因此,要针对这种紧急情况,采用适宜的堵口抢险应急措施。为了实现溃口的封堵,通常可采取以下步骤。

  (1)抢筑裹头

  土堤一旦溃决,水流冲刷扩大溃口口门,以致口门发展速度很快,其宽度通常要达200~300m才能达到稳定状态,如湖北的簰州湾、江西九江的江心洲溃口。

  如能及时抢筑裹头,就能防止险情的进一步发展,减少此后封堵的难度。同时,抢筑坚固的裹头,也是堤防决口封堵的必要准备工作。因此,及时抢筑裹头,是堤防决口封堵的关键之一。

  要根据不同决口处的水位差、流速及决口处的地形、地质条件,确定有效抢筑裹头的措施。这里重要的是选择抛投料物的尺寸,以满足抗冲稳定性的要求;选择裹头形式,以满足施工要求。

  通常,在水浅流缓、土质较好的地带,可在堤头周围打桩,桩后填柳或柴料厢护或抛石裹护。在水深流急、土质较差的地带,则要考虑采用抗冲流速较大的石笼等进行裹护。除了传统的打桩施工方法,可采用螺旋锚方法施工。螺旋锚杆其首部带有特殊的锚针,可以迅速下铺入土,并具有较大的垂直承载力和侧向抗冲力。首先在堤防迎水面安装两排一定根数的螺旋锚,抛下沙石袋后,挡住急流对堤防的正面冲刷,减缓堤头的崩塌速度;然后,由堤头处包裹向背水面安装两排螺旋锚,抛下沙石袋,挡住急流对堤头的激流冲刷和回流对堤背的淘刷。亦有采用土工合成材料或橡胶布裹护的施工方案,将士工合成材料或橡胶布铺展开,并在其四周系重物使它下沉定位,同时采用抛石等方法予以压牢。待裹头初步稳定后,再实施打桩等方法进一步予以加固。

  (2)沉船截流

  根据九江城防堤决口抢险的经验,沉船截流在封堵决口的施工中起到了关键的作用。沉船截流可以大大减小通过决口处的过流流量,从而为全面封堵决口创造条件。

  在实现沉船截流时,最重要的是保证船只能准确定位。在横向水流的作用下,船只的定位较为困难,要精心确定最佳封堵位置,防止沉船不到位的情况发生。

  采用沉船截流的措施,还应考虑到由于沉船处底部的不平整,使船底部难与河滩底部紧密结合的情况。这时在决口处高水位差的作用下,沉船底部流速仍很大,淘刷严重,必须迅即抛投大量料物,堵塞空隙。在条件允许的情况下,可考虑在沉船的迎水侧打钢板桩等阻水。有人建议采用在港口工程中已广泛采用的底部开舱船只抛投料物。这种船只抛石集中,操作方便。在决口抢险时,利用这种特殊的抛石船只,在堵口的关键部位开舱抛石并将船舶下沉,这样可有效地实现封堵,并减少决口河床冲刷。

  (3)进占堵口

  在实现沉船截流减少过流流量的步骤后,应迅速组织进占堵口,以确保顺利封堵决口。常用的进占堵口方法有:立堵、平堵和混合堵三种。

  ①立堵法

  从口门的两端或一端,按拟定的堵口堤线向水中进占,逐渐缩窄口门,最后实现合龙。采用立培法,最困难的是实现合龙。这时,龙口处水头差大,流速高,使抛投物料难以到位。在这样的情况下,要做好施工组织,采用巨型块石笼抛人龙口,以实现合龙。在条件许可的情况下,可从口门的两端架设缆索,以加快抛投速率和降低抛投石笼的难度。

  ②平堵法

  沿口门的宽度,自河底向上抛投料物,如柳石枕、石块、石枕、土袋等,逐层填高,直至高出水面,以堵截水流。这种方法从底部逐渐平铺加高,随着堰顶加高,口门单宽流量及流速相应减小,冲刷力随之减弱,利于施工,可实现机械化操作。这种平堵方式特别适用于前述拱型堤线的进占堵口。平堵有架桥和抛投船两种抛投方式。

  ③混合堵

  混合堵是立堵与平堵相结合的堵口方式。堵口时,根据口门的具体情况和立堵、平堵的不同特点,因地制宜,灵活采用。如在开始堵口时,一般流量较小,可用立堵快速进占。在缩小口门后流速较大时,再采用平堵的方式,减小施工难度。

  在1998年抗洪斗争中,借助人民解放军工兵和桥梁专业的经验,采用了“钢木框架结构、复合式防护技术”进行堵口合龙。这种方法是用40mm左右的钢管间隔2.5m沿堤线固定成数个框架。钢管下端插入堤基2m以上,上端高出水面1~1.5m做护拦,将钢管以统一规格的连接器件组成框网结构,形成整体。在其顶部铺设跳板形成桥面,以便快速在框架内外由下而上、由里向外填塞料物袋,以形成石、木、钢、土多种材料构成的复合防护层。要根据结构稳定的要求,做好成片连接、框网推进的钢木结构。同时要做好施工组织,明确分工,衔接紧凑,以保证快速推进。

  (4)防渗闭气

  防渗闭气是整个堵口抢险的最后一道工序。因为实现封堵进占后,堤身仍然会向外漏水,要采取阻水断流的措施。若不及时防渗闭气,复堤结构仍有被淘刷冲毁的可能。

  通常,可用抛投粘土的方法,实现防渗闭气。亦可采用养水盆法,修筑月堤蓄水以解决漏水。土工膜等新型材料,也可用以防止封堵口的渗漏。

    (十二)抢险工程的善后处理

    汛期抢险是防汛紧急时期所采取的应急措施,受各种条件的制约,一般用料不大讲究,方法比较粗放,具有抢修快、标准低的特点,例如,1998年汛期九江市长江城防堤溃决后,采用钢木组合体、沉船等综合措施进行堵口取得成功,但它毕竟是一种临时措施。有些也可能处理不当,技术上很难达到规范合理。因此,汛期过后,对达不到长期运用标准的抢险工程,必须进行善后处理。对某些情况,善后处理本身即可达到除险加固的目的。对另外一些情况,善后处理则是除险加固前必须的前期准备工作。

  1、裂缝抢险的善后处理

  在汛期,裂缝产生原因不完全清楚的情况下,有可能判断失误而采取了不当的抢险措施,也有可能采用各种临时代用料进行封堵。汛后,应对裂缝的产状、分布、规模,以及产生的原因作进一步的分析研究。经过论证确认裂缝已经稳定和愈合,不需重新处理的,须经上级主管部门批准。汛期采用临时代用料没有彻底处理或处理不当的,应根据裂缝的形状、规模及其成因采取合理的处理措施。属于滑坡引起的裂缝,按滑坡除险加固方法进行处理,属于基础不均匀沉陷引起的裂缝,按地基加固的方法进行处理。其他原因引起的裂缝,如为纵向表面裂缝,可暂不处理,但应注意观察其变化和发展,并应堵塞缝口,以免雨水进入。较宽较深的纵缝,则应及时处理。横向裂缝不论是否贯穿堤身,均须回填封堵或充填灌浆方法进行处理,龟纹裂缝一般不宽不深,可不进行处理,较宽较深时可用较干的细土予以填缝,或用水洇实。

  2、渗水抢险的善后处理

  渗水抢险常用背水坡开挖导渗沟、做透水后战和临水坡做粘土防渗层的方法,汛后应对这些措施进行复核。凡是处理不当或属临时性措施的均应按新的设计方案组织实施,在施工中要彻底清除各种临时物料。若背水坡采用了导渗沟,对符合反滤要求的可以保留,但要做好表层保护。不符合设计要求的,汛后要清除沟内的杂物及填料,按设计要求重新铺设。若抢险时误用比堤身渗透系数小的粘土做了后戗台,则应予清除,必要时可重做透水后戗或贴坡排水。

  3、管涌抢险的善后处理

  管涌抢险,多数是采用回填反滤料的方法进行处理,有时也采用稻草、麦秆等作临时反滤排水材料。对后者,汛后必须按反滤要求重新处理。对前者则应探明原因,重新复核后分别对待:若汛期无细沙带出,也没有发生沉陷,表明抢险工程基本满足长期运用要求,可不再进行处理;若经汛期证明不能满足反滤要求者,汛后则应按设计要求进行处理。

  4、漏洞抢险的善后处理

  汛期,在堵塞漏洞时可能采用了棉被、稻草、麦秆等其他临时物料,汛后应予清除并按设计要求重新封堵漏洞。

  5、滑坡抢险的善后处理

  对汛期出现的滑坡,汛后应进一步查明滑坡原因及滑坡的规模,对抢险措施不当或不能满足要求的抢险工程,应按新的设计方案重新进行处理。对基本满足要求的抢险工程,适当修整加固后可直接变为永久加固工程。

  对临水侧滑坡,如系堤身原因引起,则在堤身加固中一并处理;如属崩岸引起,则应在崩岸处理中一并考虑。

  6、崩岸抢险的善后处理

  汛后应查明崩岸性质、范围和该堤段的工程地质条件,对已采取的抢险措施进行复核。如果在因岸抢险时使用了木料、竹笼、芦苇枕、梢枕等临时代用料,则应进行清除并重新按设计因岸,对不满足设计要求的其他情况也应按新的处理方案组织施工。在崩岸抢险的紧急情况下,采用抛石固基措施时,往往难以设置滤层。不做滤层或垫层的抛石护脚在运用一段时间后,其抛石下部常被淘刷,从而导致抛石的下沉崩塌。因此,在善后处理时,需考虑滤层的设置。

  7、风浪抢险的善后处理

  汛后应根据堤防的等级和具体堤段的险情,进行防浪设计,并对已采用的防浪措施进行评价,因地制宜地筛选设计方案。凡不符合选定方案的各种临时措施,均应拆除、清理,尤其是打人堤身的竹桩、木桩以及其他易腐物质,要认真彻底清除。

  8、漫溢抢险的善后处理

  汛期加高堤防多采用土料子捻、土袋子捻、桩柳(桩板)子捻、柳石(土)子捻等手段,这些子培在汛末退水时即应拆除。在汛后进行堤防加高培厚时,若子埝用料是防渗性能好的土料,则可用于堤防的加高培厚;若是透水料则可放在背水坡用作压浸台或留作堆放防汛材料。其他杂物如树木、杂草、编织袋等,均应清除在堤外。

  9、跌窝抢险的善后处理

  汛后应对跌窝产生的原因进行分析,判断其是堤防隐患引起的还是堤防质量问题引起的,并对汛期采取的填堵措施进行评价,按照跌窝产生的原因,采用相应的加固补强措施。汛期采用的各种应急措施,凡不满足设计要求的,应予清理、拆除,按新的设计方案处理。

  10、城市堤防的汛后清理

  经过城市的堤防,汛后需进行全面清理。在进行堤防的加因处理时,要在确保防洪安全的前提下,除考虑其重要性和堤防等级外,还要与城市规划相协调,做到绿化、美化、方便群众,为发展旅游业创造条件。

  11、复堤

  复堤通常是在汛期后或封堵截流后没有水过流的条件下进行的,应按照《堤防工程施工规范》的有关质量标准要求执行,其质量标准要求与决口两端堤防的标准相同。

  决口封堵形成的截流坝都是临时抢筑起来的,其质量难以控制,一般达不到正式堤防所要求的标准,因此,汛后必须对封堵工程进行彻底清查,弄清截流坝的结构、所用物料以及破坏情况,勘探堵口河段地质情况和地形的变化,分析截流坝与河势及原有堤防间的关系,然后制定出复堤计划,作出复堤设计。

  若决口封堵形成的截流坝是堆石体,背水坡没有堵漏截渗的土袋和土料,周围地形没受到严重的冲刷破坏,截流坝体形尚规则,堤线较顺畅,复堤时可以以此为后战,在临河侧按设计标准修新堤。新堤断面适当预留一定沉降高度,并采取砌石、抛石等防冲固脚措施,和原有堤防妥善连接。

  如决口封堵形成的截流坝汛后仍在挡水,可在背水侧另选堤线修堤。新堤线要尽可能与老堤平顺衔接,避开或处理好决口形成的深潭。

当汛后决口封堵形成的截流坝已不挡水,一般可拆除截流坝,尤其是要拆除采用桩、埽料结构的截流坝,再按设计的堤防标准和质量控制要求复堤。

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