堤防工程土工合成材料应用技术(25)

发表日期:2004-12-06 浏览人数: 作者:包承纲 主编 来源:水利工程网  评论
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第四节 汛期常见的险情和抢险实例

  汛期江河水位上涨,常居高不下,同时还受到大风大浪冲袭,在堤防薄弱部位,很容易酿成险情。从历年各地汛期情况来看,主要险情有如下数种:

  一、岸坡崩坍

  堤防的迎水岸坡,尤其是水流弯道处的凹岸,顶冲迎溜,加上风浪作用,最易使岸坡底受到冲刷或淘空,形成陡坡,终致失稳而坍或窝崩,危及堤防安全。同时也由于持续高水位,使堤内土体浸润饱和,抗剪强度降低而导致堤坡失稳。水位下降时,堤坡土体内重力水来不及排出,形成指向迎水坡面的渗流力。加上孔隙水压力过高,也是引起滑坡的重要原因。塌岸情况如图5-5 所示。

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5-5 塌岸示图


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5-6 堤身内帮示意图

  临河堤岸出现大块土体崩塌或滑脱,威胁堤身,需及时抢护。可行的抢险方法如下:

  (1) 对于堤外无滩迎流顶冲的崩塌险情,当必须临河抢护时,应以护脚为主。这时可在监河侧抛石、石笼、织造土工织物土枕或袋土,或在崩岸段沉放织造土工织物(或非织造土工织物)软体排,在其上加足够压载以抵抗水流冲力。如果堤身太单薄,还需视情况在背水坡加筑防汛袋土内帮,内帮用袋土透水性要适当大些,可用2号防汛袋以利排水,如图5-6。为了确保安全度汛,在必要时,还可用防汛袋土在出险堤内侧筑退堤,作为第二防线。如1998年九江市溃口段在堵口时,就在后面用防汛袋另筑堤设防。

  (2) 如果堤坡发生严重崩塌,可在迎水坡采取防汛袋土垒坡外帮,边垒袋土,边填土还坡,分层填筑,使外帮顶面高出水面0.5m以上,或与堤顶齐平。堤身特别单薄处也可以再加筑内帮,如图5-7所示。

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5-7 堤身外帮(及内帮)示意图

  (3) 堤坝陡坎抡护。经急流顶冲,堤坝前形成陡坎险情时,可采用织造土工织物土枕防护,其方法为:用织造土工织物或其与土工膜复合制成长612m、Φ5060cm的土枕,枕内装土,其结构如图5-8。沉放时把长土袋放在陡坎边缘,齐力往下推滚,如图5-9。如此一个接一个往下沉放,直到陡坎处土枕高出水面为止。这种方法在许多陡坎抢护工程中应用。

  [实例5-1] 漳河河北省陈村段堤岸坍塌抢险

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5-8  加载用长土袋

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5-9  堤坝陡坎抢护示意图

  19907月上旬,岳城水库腾库迎汛,当漳河下泄流量为500m3/s,在河北省临漳县陈村堤段河流,主流顶冲堤岸,冲毁了大堤。部分坍塌段和险工段采用了抗老化聚丙烯织造土工织物(简称软体排底布)、聚乙烯塑料绳(简称绳)和袋土等三种材料组成的抢险排体。排体尺寸系根据出险堤段长度、淘刷深度和堤防高度确定。陈村共铺放6块抢险排体,护坡长77m,如图5-10

  险用排体的制作步骤如下:

  (1) 用封包机Gx9—1GK9—2缝制排体底布,底布宽810m,长1215m

  (2) 排体底布下缘缝成Φ40cm的压载横枕,枕长1215m,横枕与底布合为一体,其两头敞口,供装土用。

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5-10  陈村抢险位置示意图(单位:m)

  (3) 在排体底布与横枕两端边缘处,上下对应缝上两根Φ5mm的护枕绳,其中一根与排体底布局部连接,另一根在横枕上面与枕轴线平行,并在其上每隔20cm缝接一根Φ2mm、长25cm的细绳,待横枕装土后,使土枕上端与排体底布上的Φ5mm的绳接扎起来。

  (4) 在排体底布两侧和中间缝制等间距4条Φ60cm、长10m的织造土工织物布袋(长土袋)纵向压载土枕,两侧的纵向土枕每隔30~50cm与排体底布缝成一体。

  (5) 为了增加排体的抗拉强度和固定排体的沉放位置,各纵向土袋的上下分别缝上Φ5mm纵向拉筋绳,并将这些绳兜过横枕底部。

  (6) 在排体上端缝上Φ10mm的挂排缆绳。纵向拉筋绳和挂排缆绳之间预留一定长度,以便挂徘时与岸桩联结。

  (7) 用于抢险排体的上游侧,靠横枕处缝一根Φ5mm的定位引绳(或叫横向拉筋绳),排体下游侧沿纵枕缝制一条宽60cm的织造土工织物布条,供多排沉放搭接,见图511。

  崩塌堤岸的抢护方法及步骤如下:

  (1) 在险工堤段上展开抢险用排体。

  (2) 往横枕内装土(横向压载)。抢险队伍由4050人组成,分为两组,从两端同时向袋内装土,边装边抖动,使袋内土压实,同时用Φ2mm细绳捆扎,间距约20cm

  (3) 滚排成捆。抢险队员站到横枕一侧,齐力滚动排体,使卷成捆,然后将排捆移至河坡堤肩处,以待沉徘。

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5-11  抢险用软体排结构

  (4) 打挂排桩。在对准纵向压载土枕的堤顶上打6根木桩,桩顶高出堤面3040cm,将纵向拉筋绳及缆绳拴在桩上。挂排引绳松紧要适当,使排体沉好后其上缘超出水面0.5m。

  (5) 沉排护险。抢险人员站到排捆一侧,面向迎水面,齐力往下推滚排体,并用助沉工具推动,使其下沉到预定位置,同时在上游侧牵动横向拉筋绳,使准确就位。

  (6) 往纵向压载土袋内装土(纵向压载)。抢险人员分成四组,上游边侧纵向土枕应先装土,依次往下游土袋内装土。纵向压袋装土完毕后,抢护工作结束。

  铺设排体时应注意,铺放第一块时,必须使排体达到坍塌段的上游不小于5m,并注意防止排体下部被淘刷。如发现排体脚部有冲刷坍塌,应及时放松挂排缆绳,使整个排体下滑,覆盖住坍塌部位。纵向压载也要逐渐加高至水面以上0.5m

  在本工程中,排体铺好后,当漳河下泄200m3/s流量时,迎流顶冲的游流上移到护岸排上,不到半天河床被刷深45m。排体和柳石箱连接处(5-11),由于游涡淘刷,有两块排体的宽22m的下游端的土坡被淘空,局部塌入水中,此时排体依然起到对堤岸的保护作用。其余4块排经局部补充加载后,在流速2m/s冲刷下,排体仍稳定无恙,保住了堤岸。上述局部加载,是用长6m(或更长)、Φ60cm的长土袋(图5-11)一端缝合,另一端敞口,并在土袋两端各1m处缝一根Φ8mm的塑料绳,绕过土袋予以固定。在岸边定位时土袋可竖向并列,也可顺坡滚下。陈村抢险时就采用了这种方法。

  用土工合成材料排体在堤防抢险时,纵向排体袋内装土到最后打桩锚因为止,全过程仅需23min(20),若包括向袋内装土的准备工作也不过10多min,速度快,效果好。

  [实例5-2] 新济洲崩岸时陡坎的抢护

  199883日,在安徽与江苏交界处的长江新济洲河段的新济洲头西侧堤防发生崩岸,长30m,混凝土护坡出现裂缝,长100多m,挡浪墙外倾,堤前有一道长约300m的冲槽。抢险时在迎水坡用土工织物覆盖,上压装石子的织造土工织物袋,堤顶填缝密实,冲槽抛石护脚。用整块土工织物覆盖迎水坡后,再压上石袋,这种抢险方法,使崩岸和裂缝都没有扩大。

  二、管涌与流土

  在汛期高水位作用下,堤内外水压力差引起地下水的渗流运动。当渗透压力大到一定程度后,堤背水侧坡面或地表土体会发生渗透变形。较常见的有管涌和流土。管涌俗称翻砂鼓水,是土体中的细颗粒沿着骨架颗粒间的孔隙被冲出土体的现象,发生在不均匀的无粘性土层。管涌孔径可达数毫米至数百毫米,孔周形成环状沙丘,冒水处水色混浊。近堤管涌的发展会导致土体塌陷乃至溃堤。流土是在渗流出口处土体突然松动隆起,发生浮动的现象,发生在粘性土层或比较均匀的无粘性土层。其危害与管涌相当。值得指出的是,在多层地基的堤段,险情往往相伴发生。见图5-12

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5-12  管涌险情示意

  顺便指出,管涌与流土的实质虽然不同,但在防汛中,群众都把它们统称为“管涌,不做细分,其抢护方法也类似,因此下文中也均以“管涌”称之。管涌是汛期堤防险情中最常见,也是危害性最大的隐患之一,因此掌握它的正确抢险方法十分重要。其方法如下:

  对于管涌等险情,应采用前面提到的上堵下排方案来消除。当管涌不严重时,可直接在管涌部位,覆以透水性良好的、孔径较大的非织造土工织物,上压砂砾等盖重,即形成透水盖重,使渗水畅排,而土粒却被截留原位。当管涌严重时,可在涌水孔周围堆筑围井,井内保持一定水位,以降低该处的水力梯度,消除导致管涌的动水力(我国南方俗称其为养水盆”),使土体恢复稳定,如图5-13

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5-13  消除管涌的围井示意

 

  
  由于土工织物具有良好的过滤性和透水性,处理范围较大的管涌和堤坡内的导滤排水是比较理想的。根据以往管涌抢险的经验,要制止管涌险情的发展需要解决三方面的问题,即消减渗透水压力;保土排水;盖重镇压。消减渗透水压力是抢险成功的前提,在大量涌水、水柱高喷的情况下,不可能采取任何保土的措施;保土排水是管涌抢险的根本,有了渗透水压力的削减,才能进行保土排水的步骤;而盖重镇压则是保护保土排水措施的安全,不被剩余的渗透压力破坏。在上述三个步骤中,土工

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5-14 桩膜围堰管涌抢险

合成材料都有广泛的用武之地。对于第步骤,可以采用1号防汛袋枪填。对于第步骤,则要用透水性很好的非织造无纺织物,也可用合适的透水织造型织物滤土排水.但它们的孔径应比GB50290—98《土工合成材料应用技术规范》所规定的按反滤层准则确定的土工织物的孔径要大些。目前有些部门正在研究一种专用于抢管涌的土工网垫,它可根据不同土质制成不同尺寸、不同厚度和不同层数,将使操作更为方便快捷。对于第步骤,则可用2号防汛袋作为压重,但要保证它们的透水性。其次也可在管涌孔周围筑围井以水压水,以减小堤内外水头差。筑围井的方法有几种,最普通的是用防汛袋堆筑成小围埂,埂内注水,也可采用桩膜围堰方法快速形成挡水围堰,内注水反压。后者更为简便,且可回收,所用的膜可以是彩条布、土工膜,或复合土工膜。如图5-14所示。

  [实例5-3] 堤段地基管涌抢险

  江西省都昌县矶山湖坪下堤南端,以往是发生管涌最严重的堤段。1988年秋讯前,在堤背水坡16m高程至坡脚外的部分堤段内,平铺非织造土工织物,长300m,宽20m,上压50cm厚砂砾石,施工速度很快。险工处理刚完成,长江大秋汛就到来了。1988年914日,当鄱阳湖水位达19.88m,内湖水位12.88m时,在砂石料滤层区突然出现约10m2的管涌群。而上述以非织造土工织物处理过的地段却是清水缓缓流出,无任何管涌或其他异常现象。非织造土工织物反滤层的造价比砂石料节省材料费12.9%,省工l/3,充分显示了土工织物滤层的可靠性与经济性,也充分说明了保护渗流出口的重要性。

  [实例5-4] 淮河陈大湾堤段地基管涌抢险

  19917月,淮河大堤陈大湾堤段背水坡脚出现了一直径3040cm的翻砂鼓水孔,孔口堆积了砂环,冒出的水柱高达30cm。抢险时用了一块质量为400g/m2的非织造土工织物,长宽皆5.3m,铺在乎整的管涌孔口上,试图压住管涌翻砂,但由于方法不恰当,开始时并未收到预期效果。当在织物中央加块石压重时,其周围鼓起;相反,在织物周围压块石时,则中间又鼓起。往上面再铺30cm厚的石料,仍有浑水流出;把压重加厚到60cm时,浑水依旧不止;再增厚压重到1.0m多时,渗出水才变清。待数小时后,非织造土工织物四周又流出浑水,说明险情仍未完全排除。后来在管涌孔周围修筑了一个长30m、高1m多的大围井,险情方被控制。

  评论:

  (1) 在铺非织物土工织物前,管涌孔内应先填人透水砂石料或用透水性大的小尺寸1号防汛袋装砂砾石抛入孔内,以削减一定的渗透力,然后再处理管涌,如上面所述。

  (2) 非织造土工织物具有“保土排水”效果是肯定的,但可能所用非织造土工织物的透水性偏小,所以应选用等效孔径较大、透水性较强的非织造或织造型土工织物。

  (3) 管涌往往以群体形式出现,即除主管涌口外,还潜藏着许多隐蔽的管涌口,分布范围较广。倘若非织造土工织物的覆盖面积不够,仅只堵住了主管涌口,周围小管涌群仍将发展和扩大,因此在处理和防护时,应采用较大范围的防治方法。

  (4) 加非织造土工织物铺盖和盖重镇压后,渗水可能不会马上变清,一般需经过3060min后才出清水,应注意观测。

  [实例5-5] 洪湖市长江干堤小沙角管涌抢险

  1998731日~830日,在洪湖市长江干堤小沙角堤段(桩号490920491000)先后发生6处管涌,均位于该处一水潭内,距堤脚4055m。管涌孔径0.040.4m,涌出的沙盘直径0.38m不等。由于险情规模大、距堤近,受到当地干部群众高度重视,并得到了军队的支援。抢险的基本方法是:先用卵石等粗粒材料投入管涌孔压住较强的水花,再用砾石、砂、砾石、卵石正负五级滤层筑好导滤堆(对管涌规模小的仅用砂、砾、石三级材料),每级材料厚0.4m左右,并沿水潭周围田埂抢筑围井,抽水反压,直到提高潭水位达1.5m。围井材料一律采用了防汛编织袋装土料。经及时探查、及时处理,险情得到了控制。

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5-15 小沙角管涌点平面颁

  图5-15与表5-5描述了险情发生的大致位置和险情与内外水位条件及时间的关系。

5-5

1998年小沙角管涌有关情况

 

桩号

出险日期

离堤脚
(m)

管涌
编号

管径
(cm)

江水位
(m)

塘水位
(m)

水位差
(m)

备注

491+000

7

29

08

00

45

1

4

33.43

26

7.37

在内平台坡上高程27.8 m

490+000(2)
490+995(3
)

8

3

 

 

55

1.2

20

33.37

26.3

7.07

加高水塘周围袋土高度,抬高水位

490+920

8

10

10

45

40

4

40

33.71

27.4

6.31

加高水塘周围袋土高度,抬高水位

490+940

8

10

11

05

55

5

20

33.71

27.4

6.31

加高水塘周围袋土高度,抬高水位

490+933

8

30

16

00

44

6

20

33.58

27.53

6.05

加高水塘周围袋土高度,抬高水位

  评论:

  (1) 本例比较正确地贯彻了抢管涌的“三原则”,即“削减水压”、“保土排水”和“盖重镇压”,故一举成功。

  (2) 传统的砂砾石分层反滤也是有效的,只要有料源,但必须保证分层填筑,不可混杂,且每层必须有一定的厚度。

  [实例5-6] 监利长江干堤三支角管涌抢险

  监利长江干堤三支角在1998814日,外江水位35.41m时,在桩号574十800距堤内脚6090m的水塘内出现27个管涌,其中孔径0.3m3孔、0.12m11孔、0.05m的13孔,涌砂量为0.10.5m3,立即采用三级导滤堆处理。821日,外江水位上涨到36.3m,在桩号575100~575140距堤内脚80m的鱼塘内出现10个管涌孔,其中孔径1.2m0.8m各一个,其余8孔均为0.10.3m。经水下探模,所有管涌孔均位于原鱼塘无水时所挖的一条不规则的深沟内。为此,向管涌孔内紧急抛块石(厚0.2m)、卵石和碎石(0.2m),再铺纱窗布,后填粗砂0.2m,再铺一层纱窗布,填卵石、碎石各0.2m,形成三级导滤堆,并沿鱼塘四周抢筑围堰,最大直径3m,引江水反压、抬高塘水位lm。在400m2出险范围内平铺反滤料完成后,险情基本得到控制。

  以上两例是98防汛期间长江中下游干堤比较典型的出险和抢险案例。我们可以作出如下评论:

  (1) 在堤后水潭和其他人工取土坑,由于表层的弱透水土层被减薄,往往成为出险率最高的地方。应备足抢险物料,严加防范。

  (2) 对这类险情的抢护,只能排,不能堵。因为管涌的邻近区域都承受着相同的水压力,土层已接近临界安全状态。如果堵死,新的管涌必然接通而起,使险情无法消除。而排的方法除了保土性能外,可以起局部降压作用。

  (3) 案例中采用了局部导滤降压与大范围围井贮水反压相结合的办法。主要是因为外江水位一直在升高、管涌数量增多、险情加重的原故,这种方法用简易快速的手段对较大范围的临界状态的土层增加了压重,又保留了局部的排水反滤,是一种成功的经验。

  (4) 纱窗布有效孔径约为1.5mm,透水性大于A×10-lcm/s,可保护0.5mm粒径以上土料,在案例中使用效果良好。可见在抢护类似险情中土工织物的规格与一般反滤材料的设计不同,应做专门研究。

  三、堤坝背水坡散浸

  排水方法。

  散浸是地下水浸润面已从背水坡面出逸的表现,如不及时处理,也有可能发展为管涌、滑坡或漏洞等险情。常用抢护方法如下:

  (1) 背水坡一般散浸可采用沿堤坡每隔一定距离开浅沟,填以砂砾料和土工织物包裹的导渗

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5-16 铺织物排渗

 

 
  (2) 若渗流量过大,出浑水,背水坡土松软,有滑坡塌陷等险情,宜用非织造土工织物作反滤层排水,以稳定堤身。其方法有二:一是用非织造土工织物做贴坡排水,如图5-16;二是沿堤坡开挖导渗沟,沟内铺土工织物,回填砂砾透水料,或再以袋土封顶,如图5-17


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5-17  铺织物排渗

 

  (3) 如堤身断面不足,外滩狭窄,且背水坡产生严重散浸,则需在背水坡加筑透水压浸,则需在背水坡加筑透水压浸台,如图5-18。抢护方法是视险情范围,先在背水坡面上铺一块比散浸范围大一些的非织 图5-17土工织物导渗沟造土工织物至堤脚,织物上缘应在浸润线以上0.5m,顺堤线挖一条深、宽各0.5m的防滑沟,将织物埋在沟内,回填袋土或散土。为便于排水,每隔35m放一道Φ1015cm


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5-18 压浸台

的以织造土工织物包裹的砂袋或软式透水管(可以回收),使其与土工织物下缘连接起来,以便把渗水引至堤外小沟排走。在土工织物表面分层填土或堆袋土做成压浸台。

 

[责任编辑:yeguiren]

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