理论教育 洪水危机处理技术-洪水危机应急预案编制和处理技术

洪水危机处理技术-洪水危机应急预案编制和处理技术

时间:2023-11-20 理论教育 版权反馈
【摘要】:堤防溃口险情的发生,具有明显的突发性质。因此,要针对这种紧急情况,采用适宜的堵口抢险应急措施。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。(二)截流1.沉船截流根据1998年九江堤防决口抢险的经验,沉船截流在封堵决口的施工中起到了关键的作用。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,可有效地实现封堵,并减少决口河床冲刷。

洪水危机处理技术-洪水危机应急预案编制和处理技术

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。

(一)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,抛下砂石袋后,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,抛下砂石袋,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,将土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。

为减少作裹头的困难和防止口门过分冲深,不必强求就地抢做裹头,可等堤头不大量坍塌时,再进行保护。或者是考虑流量可能加大的程度,估算口门达到的宽度,从口门向后退适当距离,挖断堤身,在新的堤头上预做裹头,称截头裹(图3-64)。一般在水浅流缓土质较好的条件下,可在堤头周围打桩,沿桩内侧贴笆、席、土工布或柳笆、散柳、秸料等,然后在桩与堤头之间填土。如不打桩,亦可抛石或投编织袋装土裹护。在水深流急土质较差的条件下,可在堤头前辅放土工布软体排或抛柳枕、做柳石搂厢埽裹头。如挖断堤身,在地面做截头裹时,应沿裹头部位,向下挖基槽深1~2m,然后按预计的流速,选择上述相当的方法做裹头。做裹头要备足抢护料物,准备口门发生冲刷坍塌等险情时进行抢护。裹头的迎水和背水部分,根据口门水势情况,都要维护到适当长度(图3-65)。

(二)截流

1.沉船截流

根据1998年九江堤防决口抢险的经验,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。

图3-64 截头裹开挖示意图

图3-65 裹头示意图

图3-66 沉船底部空隙示意图

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,如图3-66所示。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,如图3-67所示。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,可有效地实现封堵,并减少决口河床冲刷。

图3-67 底部开舱船舶示意图

(a)装料时;(b)卸料时
1—料舱;2—空舱;3—统舱;G—重心;W—浮心

2.装配式箱型结构截流

装配式箱型结构截流技术,其基本构想是:依托我国交通战备器材“多用途浮箱”快速拼组大面积高承载力平台的相关技术,设计一种具有堵口截流、大幅度减小口门处流速压和动水压力的特殊用途器材,用这种器材在决口处实施截流,然后采用土石堵口技术完成后续作业。

箱型拼装单元是在防汛抢险工程技术研究中心研制成功的多用途浮箱(获1996年国家科技进步二等奖)的基础上,根据堵口截流的特殊用途改进的新型浮箱器材。在研制多用途浮箱器材的过程中形成了系统的箱体结构计算理论、设计理论和制造工艺方法,取得了大量的箱型单元及结构物的试验数据资料,并在总体模数化设计、拼装性能、箱间连接接头等3项技术获得了国家专利。目前多用途浮箱已在内河和海上大量应用,在宁波市大榭岛开发区架设的全长445m的跨海浮桥,已在海上使用几年并经受了12级强热带风暴的严峻考验而完好无损。因此,堵口所需箱型单元的强度、刚度、拼装性能等技术指标完全可以实现。

由箱型单元拼组而成的用于决口处截流的大面积平台称为箱型结构堵口平台。使用时,根据决口处的宽度、深度、流速,并通过对箱型结构及坝堤的计算分析,确定箱型结构堵口平台的尺寸(其长、宽应各大于决口的宽、深),然后利用箱型单元灵活的拼组性能,把数个箱型单元拼组成整体、分离或异型平台,以适应不同的河床及坝堤情况,构成堵口平台。

箱型结构堵口平台由箱型单元拼装而成。利用箱型单元灵活的拼组性能,把箱型单元纵横向拼组成整体、分离或异型平台,以适应不同的河床及堤坝情况,达到良好的堵水效果。然后由动力船拖带至决口处一定位置,通过遥控爆破等技术使之侧立,达到封挡决口正面水流、缓解水势的目的,为最终封堵决口争取时间、创造有利条件。

(三)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3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。采用立堵法,最困难的是实现合龙。这时,龙口水头差大,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,采用巨型块石笼抛入龙口,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。

堵口时用土和料物,从口门两堤头相对进堵,堵到龙门口,最后进行合龙,称为立堵。有以下几种方法:

(1)填土进堵。从口门两端相对填土进堵,逐步缩窄口门,最后达到一定宽度时迅速合龙。具体做法可根据口门水深和流速大小采取不同方法。如在选定的堵口坝线上的静水区或流速较小的地区直接填土进堵。如流速较大,土被冲走,可用席子或土工布缝成略大于水深的大筒,四周用杆子撑开,直立水中,再向筒中倒土(俗称“土囤”)进占。如流速再大,则应用打桩、抛枕、抛笼等进堵。至于合龙,在龙口不太宽,水头差不太大的情况下可用下列简单方法合龙。

1)关门合龙:如龙口宽2~3m,用比龙口宽度略长的粗桩一根,在桩上捆秸、柳,作成直径1~2m的由子(即秸、柳捆),放在龙口上游一侧,一端固定如同门扇,另一端拴上绳子,在口门对面用力拉,并借水流使由子呈关门形式,横卡在龙口上,拦截绝大部分水流后,再急速抛土袋抢堵合龙,此法必须计划周密,由经验丰富的工人操作,否则容易将由子顺水流冲走,俗称“放箭”。(www.daowen.com)

图3-68 沉排合龙示意图

2)沉排合龙:用梢料扎成方形或梯形的沉排,放在龙口的上游,沉排方格内填入少量土袋,以排不沉入水中为限,然后用人控制,或用船拉住,使沉排顺水流漂浮至龙口。梯形排应使小头在前,方形排要使一个角先入龙口,待沉排卡在龙口上稳定后,再往排上抛填土袋、石料和秸草等物料,使排沉到河底,直至超出水面,再以土填筑(图3-68)。

3)横梁法合龙:用直径20~30cm以上的木桩两根或一根钢轨做横梁,架在龙口上,两端固定在已作好的龙门口上,横梁前插一排桩(直径10cm),桩前铺柳笆,柳笆前沉一梢捆,上压土袋,就会逐渐使水断流(图3-69)。

(2)打桩进堵。打桩进堵做法不一,举例如下:

1)一般土质较好,水深2~3m的口门,从两端裹头起,沿选定的堵口坝线,打桩2~4排,排距1.0~2.0m,桩距0.5~1.0m,打桩入土深度为桩长1/3~1/2。桩顶用木杆纵横相连捆牢。在下游一排桩后,加打戗桩。然后从两端裹头起,在排桩之间压入柳条(或柴),水深时可用长杆叉子向下压柳,压一层柳,抛一层石(或袋土),这样层柳层石一直压到水面以上。随压柳随在排桩下游抛土袋,填土做后戗。排桩上游如冲刷严重,再抛柳石枕维护,直至合龙。如果合龙前口门流速太大,层柳层石前进困难,可采用抛柳石枕或抛铁丝笼装石合龙,用土工布软体排或土袋堵漏,前后填土闭气(图3-70)。

图3-69 横梁法合龙示意图

图3-70 打桩进堵示意图

2)从两端裹头起,按预定堵口坝线打桩一排,桩距0.5~1.0m(视流速而定),桩与桩之间用横梁捆牢,并打戗桩支承。然后从两端在排桩的迎流面,逐段下柳笆或梢帘,并在柳笆前压柴、填土(或土袋),层柴层土压出水面。同时填土做前后戗加固。如果进堵到一定程度,因水深流急,前法不能前进时,可打桩稳住填压的部分,再用抛枕或抛石笼抢堵合龙(图3-71)。

图3-71 打桩进堵示意图

2.平堵法

平堵是沿口门选定的堵口坝线,利用架桥或船平抛料物,如抛散石、混凝土体、柳石(土)枕、铅丝笼或竹笼装石、土袋等,从河底开始逐层填高,直至高出水面,以堵截水流。

(1)架桥平堵,施工程序分为3步。

1)架桥:沿选定的堵口坝线,做桩式简支桥,一般每隔3m打桩一排,每排桩4根,间距2~3m,木桩直径视水深而定(一般30cm左右),桩长以设计桥面至口门底的高度,再加打入河底1/3到1/2的深度为限。在每排桩上斜加支撑,桩顶连接成桥面,有的还在桥面上辅轻便铁轨,用机动车运料,以增加抛投料物的速度。

2)铺底,在桥的下游面,在抛投料物之前,先用土工布或柴排、钢丝网等,铺于河底,以防冲刷。护底的长度和宽度,按预计的冲刷范围而定。

3)投料:在桥上运送料物沿线抛投。要随时测量水深,控制料物均衡上升。料物抛出水面后,在坝前加筑埽工或抛投土袋截漏,然后填土闭气。1922年黄河山东利津宫家堵口和汉江王家营堵口曾采用架桥平堵法,取得成功(这两处堵口全配合使用了引河和挑水坝等措施)。王家营架桥平堵平面布置如图3-72所示。

图3-72 王家营架桥平堵平面示意图

(2)抛料船平堵。

1)在选定的堵口坝线上设置控制点,树立标杆,以准确控制坝线方向。

2)沿坝线定位抛石:所有运石船停泊在坝线上,所有船的中心,均对准两端标杆,成一直线。然后集中力量,全线铺开,齐头并进定点抛石料,当堵口坝线抛出许多石堆,高出水面后,再用大船集中抛填石堆之间,使之连成一线,形成拦河坝。运石船以30~50t较为灵活方便,抛投效果较好。吨位大的船,定位困难,加上吃水深,块石出仓极不方便,不宜采用。

3)抛土袋堵漏:截流坝完成后,一般漏水严重,必须抛投土袋等堵漏。抛投土袋前要事先测量摸清块石分布范围,设置抛投标志,要先远后近,先深后浅,先难后易,顺序进行,厚度达到均匀一致,一般填厚1.0m左右。

4)填土闭气:抛土袋堵漏后,如渗水仍然不止,可采取用船迅速在土袋上游填土。填土量要集中,进度要快,循序前进,填一段保一段,巩固一段,最后达到全线闭气。1969年长江湖北田家口堵口工程,曾采用抛料船平堵,获得成功。

3.混合堵法

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年抗洪过程中,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做护栏,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,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。

(四)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,可用抛投黏土的方法,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。

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