(一)洪水危机险情
1.土质堤坝险情
我国长江、黄河、珠江等大江大河的多数防洪堤是土质堤防,为防止洪水主流冲刷,少部分堤段建有不同形式的防渗和护坡工程,另外我国土质坝也占大坝的大多数。堤坝临水后,常出现散浸、管涌、流土、脱坡、跌窝、裂缝、漏洞、崩塌、漫溢、浪坎等险情,这些险情的发生、发展又可能产生决口。
2.治河工程及穿堤建筑物险情
本章所述的治河建筑物主要指保护大堤的险工及保护河漫滩的控导工程,如丁坝、垛、护岸工程等。这些工程大都位于迎流顶冲之处,所承受的水流冲击力、环流淘刷作用十分强烈,因而险情也较一般堤段更为严重。治河工程建筑物常见的险情有:漫溢、墩蛰、溃膛、坝岸滑动等。
沿河两岸或土坝为了灌溉或排水,常跨堤坝修建涵闸、管道及电排站、穿坝输水洞和溢洪道等建筑物,这些建筑物破坏了堤坝的整体性,它们一旦发生险情,抢救不及常常溃口成灾。常见险情有:渗水、漏洞、裂缝、滑动等。
(二)险情观察与检查技术
除了水库与大型水闸外,一般堤防及小型涵闸并无正规的观测设施,即使有,建筑物局部损坏也不一定正好发生在观测点上,且不一定发生在进行观测的时候,因此为了及时发现防洪建筑物的各种异常现象,有助于准确地分析和判断,必须组织专门人员按要求进行现场巡回检查观察。观察主要靠眼看、耳听、手摸或借助简单工具进行。巡回检查观察的时间、次数及内容应根据水情工情的具体情况合理安排,特别是汛期和汛后,应对所有防洪工程进行一次全面彻底地检查,发现险情后,成险原因明确者应及时进行整治,险因不明者应进一步采取技术措施如开挖、钻探、电测等探明后再行处理。
1.堤防与土坝观察检查
(1)观察检查的主要内容。
1)堤坝有无裂缝,裂缝是平行于轴线的纵缝还是垂直于轴线的横缝或者是圆弧形缝。度量缝宽、缝长及缝深,对于纵缝要注意其平面形状及延展趋向,横缝则着重查明是否贯穿堤坝及其深度,圆弧形裂缝要注意其延伸范围及滑动面坐落情况。对于可能导致重大险情的裂缝应加强观察,分析和判断发生的原因,密切注意其变化趋势,并对裂缝加以保护,防止雨水注入和人畜践踏。
2)对背水坡、接合部、坡脚一带注意观察有无散浸、漏水、管涌、流土、沼泽化及地面凸起等现象。观察减压井、反滤排水沟内渗水流量、浑浊度、水温及水色有无异常变化。
3)观察堤坝顶及坡面有无滑坍、塌陷。护坡块石有无翻起、松动、塌陷、架空、垫层流失或风化变质等现象。护坡草皮及防浪林的生长情况。
4)海堤要特别注意由于软弱地基而引起的沉陷,必要时用水准仪对堤顶高程定期进行测量。此外,要检查风浪对堤坡及堤基的破坏情况,如浪坎范围及尺度,护坡砌石断裂、架空,垫层是否被抽吸流失等。
5)观察有无害虫(如白蚁)、害兽(獾、狐、鼠等)活动痕迹,发现后应及时追查洞穴并加以处理。
6)观察堤坝有无挖坑、取土、开缺口、放牧及耕种农作物、搭棚屋等人为损坏现象。
7)对表面排水系统,应注意有无裂缝或破坏,沟内有无障碍阻水及泥砂淤积。
(2)观察和检查技术。堤坝险情如果在坡面或顶面显露出来,一般均能及时发现和处理。最危险的险情是堤坝内部存在的裂缝、管漏、洞穴等内部隐患,多年来均采用人工或机械锥探,通过工人感觉或向锥孔中灌浆水来判断。近年来各地研制用电测法探测堤坝内部隐患,取得了一定进展。
1)暗裂仪。系采用直流电阻法,如果堤坝土壤为导电均匀的介体,即土的含水量、土层容重较均匀,易导电,电阻率ρs较低,土壤各层结构松散或有裂缝、洞穴的隐患,局部含水量过大等则不易导电,其电阻率ρs较高。通过实测的ρs值,即可分析堤内有无隐患。山东省水利科学研究院研制开发这类探测仪,在一些地方推广使用。
2)甚低频电磁法。利用频率为15~25k Hz长波电台发射的电磁波为场源,在地表、空中或地下探测场的参数变化,从而获得电性局部差异或地下构造的信息。电磁波(一次场)在传播过程中,遇到低阻体时(水位以下砂卵石渗漏带与充填较密实的砂卵石或完整基岩相比为低阻体),极化形成涡流,涡流在其周围空间产生相当强的二次场。一般情况下,二次场与一次场合成后改变了一次场的振幅、方向和相位,即引起了一次场的畸变。而测量某些参数的畸变,即可分析发现地下低阻的存在。如砂卵石基础未作处理或处理不够彻底和基岩其他隐患均会产生不同程度的渗漏。渗漏较为严重的部位,甚至产生管涌而淘空充水,其电性参数较渗漏微弱的地段和围岩有很大的差异。地质体的电性参数变化越大,则地质体内外或空间中电磁场的相应变化也越明显。据此,探测区内电磁场的时空分布状态,便可以寻找或查明地质隐患。
例如,湖南澧水黄沙湾大堤建于砂卵石基础上,建成后不断发生管涌险情,虽多次进行导渗、压渗、回填、灌浆处理,耗资45万元仍未根本解决渗漏问题。为了探明漏水通道,给高压喷射灌浆提供依据,采用甚低频电磁法进行探测,由探测资料分析,探到4处主要渗通道。1985年进行针对性的高喷灌浆,取得良好效果。
3)自然电场法。在自然条件下,无需向地下供电,在地面就可观测到两点间的电位差值。通过观测测线上不同测点的自然电位值,从而分析推断出隐患存在的部位。一般岩土颗粒的表面常有过剩的离子价键,它吸附周围水体中的异性离子。当水静止时,水体中正负离子的总数相等,水体显电中性。当水流动时,水体中正负离子分布不均衡,未被吸附的离子被流水带走,形成“过滤电场”。自然电场法就是探测分析过滤电场。隐患埋藏越浅,分布范围大,其中水流速度越大,则观测到的自然电位值就越明显。堤、坝、闸等都是挡水蓄水建筑物,运行时均具有一定水头,若存在有渗漏隐患,必然会形成较强的过滤电场,因而,就可以探测隐患位置。
例如,湖南省还在黄沙湾大堤用自然电场法检查高压喷射灌浆板墙的防渗效果,在益阳县鱼形山水库探测大坝渗漏,均取得较好效果。(www.daowen.com)
4)TZT-1型堤坝隐患自动探测仪。山东省水利科学研究院研制出TZT-1型堤坝隐患自动探测仪,该仪器的性能特点如下:①该仪器具备电法勘探堤坝隐患所需的全部功能,可分别采用视电阻率法,激发极化法,自然电位进行测量,具有自动补偿、自动测量、记录、计算、显示打印等功能。②在视电阻率法测量中,该仪器可任意设置电极装置系数。③在自然电位法测量中,该仪器采用软件滤波,对外界干扰电场进行自动处理,使测量精度得到很大的提高,即能对8个通道巡回检测,也可选择8个通道中任意一个通道进行测试。④在激发极化测量中,应用供电过程测出一次场的参数,对二次场可进行十种不同时段衰减数值的测量,供电时间可在任意选用,30s、40s、45s、60s及手控等,通过微机取样自动计算充电率,半衰时参数,测值准确可靠。⑤该仪器内部有恒流源装置,可以对堤坝隐患加快测试速度。
5)探地雷达。中国科学院广州地球化学研究所研制的探地雷达,是将频率为几十兆赫至几千兆赫电磁脉冲通过发射天线送入,再接收反射波信号并加以识别分析。据介绍,测深可达30~50m,分辨率达几厘米。
6)其他电测探测仪:中国水利水电科学研究院的SD-2型大坝渗漏探测仪;黄河水利委员会物探大队的SD-1型瞬变电磁仪、浅层地震仪、MIR—IC/MIS高密度电阻率连续电测仪;江西九江市水科所的TTY-1型便携式智能堤坝隐患探测仪等。
2.治河工程及穿堤建筑物的观察检查
(1)治河工程检查的主要内容为:
1)观察建筑物有无裂缝、坍塌、蛰陷、倾斜、块石松动破坏、垫层流失等现象。
2)密切注意本河段的河势变化。观察上下游河湾演变趋势、河中洲滩及对岸边的冲淤移动、险工贴流范围及主流顶冲上堤下挫位置及变化情况。
3)工程附近流速流态观察。观察有无漩涡、泡水及回流现象,它们的范围、强度有无变化。
4)基础及根石的摸探。河道受水深流急的主流顶冲区,经常发生基础根石沉陷和走失,严重威胁工程安全,所以应经常探测基础根石的稳定情况,探明根石是否流失,坡度、厚度是否达到要求等。
(2)穿堤建筑物检查的主要内容为:
1)观察建筑物各部分有无裂缝、渗漏、管涌、坍塌、倾斜、滑动现象,表面有无脱壳松动或侵蚀现象。
2)检查涵闸附近土堤与闸墙、翼墙联结部分有无缝隙、渗漏、蛰陷、水沟等损坏现象。
3)对输水、泄水建筑物的进口段、弯段、岔管段和溢流堰面等部位,过流后应观察有无气蚀磨损或剥落钢筋外露等现象。建筑物末端的边墙底板有无淘刷、排水孔有无堵塞现象。
4)观察伸缩缝内填充物有无流失或漏水现象。
5)检查金属结构是否出现裂纹或焊缝开裂,表面油漆是否剥落和生锈。铆接结构应检查铆钉是否松动脱落。木结构有无腐蚀、开裂、虫蛀、脱榫、弯曲等现象。
6)钢板衬砌和钢管、金属闸门的框架和面板,应注意观察有无不正常变形,有无气蚀和磨损。
7)对启闭机,应观察运转是否灵活,有无不正常的声响和振动,传动机件和承重构件有无损坏磨损、变形,门槽有无堵塞、闸门吊点结构是否牢靠,止水设备是否完好,有无漏水,地脚螺丝是否松动,制动器是否有效,润滑油是否充足,安全保护设备是否完好等。
8)检查电源、线路是否处于备用状态,备用电源能否正常并入和切断,配电柜的仪表及避雷装置是否正常等。
9)仔细查看钢丝绳缆有无锈蚀、断丝、除锈油是否流失变质。
10)要注意涵闸关闸和泄水时闸前水流流态及漂浮物的观察。进水口段水流是否顺直,出口水流形态是否正常稳定,拦污栅是否堵塞壅水。监视上游河弯发展,沙滩动态及其可能对取水口的影响。
11)观察涵闸下游渠道中有无翻沙鼓水现象。
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