堤坝抢险技术.ppt

堤坝抢险 2010年3月 株洲市防汛抗旱指挥部办公室 前言 堤坝是防御洪水的主要工程设施 我市有各类堤防3千余公里 水库8百余座 每年汛期主要凭借这些堤 坝挡御洪水侵袭 堤坝多数由土石或砼筑成 经常受到渗流穿透 水流冲刷 风流袭击等影响 发生危及堤坝安全的各种险情 迅速地采取科学抢护措施 使隐患化险为夷 是抗洪工作中的重中之重 堤坝防洪抢险技术是一门十分重要的科学 目录 第一章渗水处理第二章翻砂鼓水处理第三章管涌抢险第四章裂缝处理第五章滑坡处理 第六章漏洞抢险第七章跌窝处理第八章漫溢处理第九章崩岸抢险第十章风浪抢险 第一章渗水处理 一 险情 在汛期高水位下 堤坝背水坡及坡脚附近出现土壤潮湿或发软并有水渗出的现象 称为渗水或散浸 渗水险情处理不及时 就可能发展为管涌 滑坡或漏洞等险情 造成溃垸垮坝灾害 图1 1渗水示意图 二 原因分析 在水压力作用下 水流渗入堤坝 将填土分为上干下湿两部分 干 湿土的分界线叫浸润线 浸润线与背水坡面的交点称逸出点 有反滤体的逸出点在体内 逸出点以下的坡面和坡脚 土壤浸水发软 甚至汇集成涓涓细流即为渗水险情 图1 2堤身渗水图 堤坝发生渗水的主要原因 除与高水位持续时间较长直接有关外 堤坝断面不足 背水坡偏陡 堤坝内土质透水性强 又无防渗斜墙或其它有效的控制渗流的工程设施或者施工接头不紧密 堤防与涵闸 输水管 溢洪道接合不实等均能引起渗水 三 抢护原则 以 临水截渗 背水导渗 为原则 堤身渗水是出险的先兆 若堤坝背水坡出现散浸 应先查明发生渗水的原因和险情的程度 如浸水时间不长而且渗出的是清水 应及时导渗 并加强观察 注意险情变化 若渗水严重或已开始渗出浑水 则必须迅速防治管涌 防止险情扩大 查漏是防汛最普遍的基础工作 渗漏早发现 早处理 可防止滑坡 管涌等大险发生 防患于未然 四 抢护方法 一 临水截渗 此法通过增加阻水层 可减小渗水量 降低浸润线 达到控制渗水险情和稳定堤坝的目的 此法可分为以下几种 1 粘土前戗截渗 2 桩柳 土袋 前戗截渗 3 土工膜截渗 图1 3黏土前戗截渗示意图 单位 m 图1 4土袋前戗截渗 图1 5桩柳前戗截渗 图1 6土工膜截渗 单位 m 二 反滤导渗沟 此法适用于背水坡大面积严重渗水 主要是在背水坡开挖导渗沟 并在沟内铺设反滤料 使渗水集中在沟内排出 同时以降低浸润线 使堤背坡面趋于稳定 同时避免带出土粒 扩大出水孔道 导渗沟的具体修筑方法如下 常用的开沟方法从堤脚向堤身切入 掘进深度以导出渗水为度 一般沟深0 5m 1 0m 宽0 5m 0 8m 沟的尺寸和间距应根据具体情况决定 顺边坡方向的横沟每隔6m 10m开一条 施工时先顺坡脚开挖一条排水沟 使渗水排向远离坡脚的排水道 然后向坡面上开导渗沟 导渗沟要与排水沟相连 逐段开挖 逐段填滤料 一直作到出现渗水的最高点以上 导渗的底坡一般与边坡相同 其沟底要求平整顺直 如开沟后排水仍不顺畅时 可于横沟之间再增开横沟或斜沟 以改善排渗效果 图1 7导渗沟开沟示意图 三 反滤层法 对于透水性强的堤坝 在反滤料源丰富 断面较小或土体过于稀软不宜做导渗沟时 可采用反滤层法抢护 此法主要是在渗水坡上满铺反滤层 使渗水排出 根据所用反滤材料不同 具体方法有以下几种 1 沙石反滤层 2 梢料反滤层 3 土工织物反滤层 图1 8沙石反滤层示意图 单位 cm 图1 9梢料反滤层示意图 单位 cm 四 透水后戗法 这种方法又称透水压浸台法 一般适用于断面单薄 坡面渗水严重 滩地窄狭 背水坡较陡 或背水坡脚有潭坑 池塘的堤段 具体抢护方法有 沙土后戗 梢土后戗 图1 10沙土后戗示意图 图1 11梢土后戗示意图 单位 m 图1 2渗水处理 第二章翻沙鼓水处理 一 险情 翻沙鼓水一般指堤坝背水坡脚或堤坝脚保护带产生的冒水冒沙现象 堤坝基脚和保护带为沙卵石透水层 在水压力作用下 出口处有些细颗粒被渗流冲动 发生翻沙鼓水 多发生在背水坡脚附近水凼或水田中 翻出颗粒为细沙 颗粒细小均匀 且无粘性 翻沙鼓水可发展成为管涌 造成堤坝溃决 翻沙鼓水 图2 1透水堤基渗流图 二 原因分析 坝基为强透水的沙层 或透水地基表层粘性土覆盖 被天然或人为的因素破坏 在水位升高时 渗透坡降变陡 渗透流速及压力加大 当渗透坡降大于堤基土体允许的渗透坡降时 即发生渗透破坏 形成翻沙涌水 三 抢护原则 翻沙鼓水抢护原则以 减势抑沙 为主 即将渗水导出而降低渗水压力 彭水而不带沙以稳定险情 四 抢护方法 1 反滤围井 在涌出口处修筑反滤围井以制止涌水带沙 防止险情扩大 有以下几种 1 沙石反滤围井 2 梢料反滤围井 3 土工织物反滤围井 图2 2沙石反滤围井示意图 单位 cm 图2 3梢料反滤围井 单位 cm 图2 3梢料反滤围井 单位 cm 2 反滤铺盖法 此法通过建造反滤铺盖 降低涌水流速 制止泥沙流失 有以下几种 1 沙石反滤铺盖 2 梢料反滤铺盖 3 土工织物反滤铺盖 图2 4沙石反滤铺盖示意图 单位 cm 图2 5梢料反滤铺盖示意图 单位 cm 图2 6土工织物反滤铺盖示意图 单位 cm 3 透水压渗台法 修筑透水压渗台可以平衡渗压 延长渗径 减小渗透比降 并能导渗滤水 防止土料流失 使险情趋于稳定 此法适用于涌水较多 范围较大 反滤料不足而沙土料源丰富之处 图2 7透水压渗台示意图 4 蓄水反压法 此法的作用原理同养水盆法 为了减小渗压水头 常利用管道引水入塘或临时安装抽水机注入水塘 抬高塘坑水位 制止冒沙现象 图2 8背水月堤示意图 翻沙鼓水处治实例 第三章管涌抢险 管涌是指水在堤坝内或堤基层渗透流动已带出大量土颗粒 从堤坝迎水面至背水坡脚或保护带已形成流水通道 水流继续带出大量土颗粒 孔道在迅速扩大 这种管涌出口在堤坡 则有水束射出 流量有0 01 1 0 s 发生在堤内脚保护带 则如泉水上涌 口径有1 2m 涌水柱高0 3 1m 甚至更高 这种险情发展过程为几小时至十几小时 如不紧急抢治 很快就造成决堤垮坝 洞庭湖区1954年以后的20多次万亩以上堤垸的溃决80 是管涌所至 管涌有的发生在堤身 堤脚 也有离堤内脚几十米或上百米的垸内 所以 当堤坝的险情达到管涌阶段 抢护的速度就是关键 图3 1管渗图 一 管涌原因 管涌的原因是在外河高洪水位或水库高水位的水头作用下 堤坝内的细颗粒被堤坝体内流水带至出口流失 随着流失土粒逐渐增多 流速增大 较粗颗粒也逐渐流失 便会贯穿成连续通道形成管涌 防护方面的原因多由于对渗透和冒沙发现迟 或者是错误的抢险方法 延误时间 没有及时制止土颗粒带出 根据洞庭湖区群众的防汛经验 在防汛巡查时 要特别注意堤背水坡和堤脚是否出现浑水沙眼 因为管涌前兆是出浑水 故应特别注意冒浑水沙眼 翻沙鼓水和管涌现象都是鼓水涌沙 一般也将翻沙鼓水称为管涌 但鼓水翻沙尚未破坏堤身结构 管涌则是已带出堤身颗粒 形成过水通道 成为溃垸性险情 处理尤为急迫 故本书对管涌特作论述 二 抢险原则 管涌抢护的原则是 先抛石筑围消刹水势 再做滤体导水抑沙 因管涌已快速破坏堤身 因此必须急抛石 块石 混合粗卵石 以杀水势 速堆反滤体阻土粒出 三 抢护方法 抢护方法与治渗水和鼓水翻沙原理相同 做法相似 具体为以下几种 1 混合沙卵石反滤堆 对严重的管涌先抛砖 渣 块石等填塞 杀住急流和水柱 同时速运混合沙卵石 堆筑反滤体 堆体的范围为管涌口径的十倍左右 直径几米至十几米 堆体厚度 高度 一般几米 以制住土颗粒大量涌出为宜 用沙石堆反压治管涌不能像盖瓶口那样一下塞死 施工既要快速 又要逐步进行 抛块石以杀高水势 堆卵石 粗沙以缓流速 压细沙以止土出 一次堵得过死 往往容易改换出口 图3 2透水压渗台抢护管涌示意图 2 月堤蓄水反压 在堤坝出险外围抢筑月堤 拦蓄涌水 抬高水位 用水反压制止沙出 实际实施过程往往是筑反滤堆和蓄水反压相结合 3 临水面截流 若管涌是堤身孔洞所至 可以在临水坡用防水土工织布复盖 上面再加土袋压盖 管涌抢险实例 图3 3堤基管涌断面图 第四章裂缝一 险情 裂缝是滑坡的先兆 堤坝水位低或水位快速下降时 迎水坡容易产生裂缝 高洪水位时 背水坡容易产生裂缝 堤坝裂缝按其出现部位可分为表面裂缝 内部裂缝 按其走向可分为横向裂缝 纵向裂缝 龟纹裂缝 有些裂缝可能发展为渗透变形 有些可能发展成为滑坡 因此应善于识别裂缝的性质 判明其发生原因 分而治之 图4 1裂缝图 二 原因分析 1 堤外坡较陡 外河水低时 暴雨渗入堤身 外坡下沉 引起裂缝 2 高水位渗流作用下 背水坡由于抗剪强度降低 引起滑坡裂缝 特别是背水有塘坑 堤脚软弱时 更容易发生 3 临水坡脚被冲刷淘空或水位骤降时 引起临水坡半月形滑动裂缝 三 抢护原则 处理裂缝要先判明成因 属于滑动性或坍塌性裂缝 应先从处理滑坡和坍塌着手 否则达不到预期效果 如仅系表面裂缝 应堵塞缝口 以免雨水进入 横向裂缝是最危险的裂缝 如已横贯堤坝 水流易于穿越 冲刷扩宽 甚至形成决口 如部分横穿 也因缩短了浸径 浸润线抬高 使渗水加重 造成堤坝破坏 因此 对于横向裂缝 不论是否贯穿 均应迅速处理 四 抢护方法 1 灌堵裂缝2 开挖回填3 横墙隔断 图4 2裂缝处理图 裂缝处理 第五章滑坡处理一 险情 背水坡滑动是堤坝背水坡边坡失稳下滑造成的险情 开始时在堤坝顶部或边坡上发生裂缝 随着裂缝的发展即形成滑坡 一般滑坡分圆弧滑动和局部挫落两种 二 原因分析 迎水面高水位持续时间长 在渗压水的作用下 浸润线升高 土体抗剪强度降低 在渗压力和土重增大的情况下 导致背水坡失稳而引起滑坡 或者堤坝基础松软 有易液化土层或软弱夹层 以及靠近水塘等 使堤防本身的稳定安全系数不足 或堤坝加高培厚时 贴膏药 使填土抗剪强度不足而失稳 图5 1滑坡图 图5 2滑动面计算示意图 图5 3主滑体的简化确定 三 抢护原则 背水坡滑坡抢护的重点是保护未滑动部分堤身不继续崩坍 因此 抢护的原则一方面是导渗还坡 恢复边坡稳定 另一方面在临水面同时采取帮戗措施 以减少渗流 进一步稳定堤身 如堤坝单薄 质量差 为补救削坡后造成的削弱 应采取加筑后戗的措施 予以加固 如基础不好 或靠近背水坡脚有水塘 在采取固基或填塘措施后 再行还坡 四 抢护方法 1 滤水土撑法2 滤水后戗法3 滤水还坡法4 前戗截渗法5 护脚阻滑法 图5 4滤水土撑示意图 图5 5沙土还坡示意图 图5 6导渗沟滤水还坡示意图 图5 8滤水固脚土撑法示意图 第六章漏洞一 险情 在汛期或高水位情况下 堤坝涵闸穿孔或沿管壁附近出现贯通堤坝的流水孔洞 称为漏洞 二 原因分析 出现漏洞的原因很多 主要是堤坝内有隐患所形成 例如 堤内埋有阴沟 暗涵 屋基 棺木 蚁穴 兽洞等 或者涵洞周围填土不实 高水位在外水作用下 渗水冲动带走泥土 就形成了漏洞 或者闸门穿孔 三 抢护原则 漏洞抢护的原则是 前堵后导 临背并举 强调要抢早抢小 一气呵成 在抢护时应首先在临水找到漏洞进水口 及时堵塞 截断水源 同时在背水漏洞出水口采取滤水的措施 制止土壤流失 防止险情扩大 切忌在背水用不透水料物强塞硬堵 四 抢护方法 1 临水截堵 塞堵法 盖堵法 2 背水导滤 反滤围井 土工织物反滤导渗体 3 抽槽截洞 抽槽截洞 是处理穿透堤坝漏洞的措施之一 浑水漏洞经过内围反滤处理后 可以考虑在堤坝顶槽截断漏洞 挖深以不超过两米为宜 图6 1导引式堵洞示意图 第七章跌窝处理一 险情 跌窝又称陷坑 一般在汛期或暴雨后堤坝突然发生局部塌陷而形成 这种险情既破坏堤坝的完整性 又常缩短渗径 有时伴随涌水 管涌或漏洞同时发生 严重时有导致堤坝突然失事的危险 二 原因分析 堤坝内有鼠 蚁 防空洞等洞穴 堤坝两端山坡接头 两工段接头填土不实等人为洞隙 或堤坝内部涵管断裂 经渗透水土流失而形成跌窝 三 抢护原则 根据险情出现部位 采取不同措施 以 抓紧翻筑抢护 防止险情扩大 为原则 如跌窝处伴有渗水 管涌 漏洞等险情 采用填筑反滤导渗材料的办法处理 四 抢护方法 1 翻筑回填 2 外帮封堵 3 填筑滤料 图7 1翻筑回填跌窝 第八章漫溢一 险情 洪水位持续上涨并逼近堤坝顶面高程 如不及时迅速加高抢护 水流即漫顶而过 1998年洞庭湖区有2000多km洪峰水位超过堤顶高程 二 原因分析 造成堤坝漫溢的原因是 上游发生超标准洪水 洪水位超过堤坝的设计防御标准 堤防上的交通码头因车辆碾压沉落 河道内存在有阻水障碍物 缩小了河道的泄洪能力 抬高了水位 使水位壅高而超过堤顶 风浪以及地震 风暴潮等壅高了水位 图8 1漫溢图 三 抢护原则 及时 果断 不能延误时机 就地取材抢修子堤 或者扩大溢泄 迅速降低水位 四 抢护方法 堤防防漫溢的方法 不外泄 蓄 挡三个方面 蓄是利用上游水库进行调度调蓄 泄是采取临时性分洪 滞洪和行洪措施 挡则是采取以修子堤为主的工程措施 提高堤防高程 本节介绍汛期抢修子堤 埝 提高防洪能力的工程措施 其子堤种类有 1 纯土子堤 埝 2 土袋子堤 埝 3 桩柳 木板 子堤 埝 4 沙卵石袋子堤 图8 2土袋子堤 单位 m 图8 3砂卵石袋子堤示意图 第九章崩岸抢险一 发生崩岸险情的原因 堤防无外滩 河泓紧逼 汛期大溜直冲堤身 在弯道凹岸更受环流淘刷影响 都会导致堤防失隐而崩塌 水库紧急泄水 洪峰过后河道中水位急骤降落 堤坝渗水外排不及时形成反向渗压 加之土体饱和后抗剪强度降低等影响 促使堤坝岸坡沿圆弧面滑进塌 防汛中常将此险情称为 落水险 二 崩塌险情的抢护原则 崩塌险情抢护原则是 抛石护脚 增强堤坝的稳定性 三 抢护方法有以下几方面 一 缓流消浪 1 挂柳挂枕 选拔枝繁叶茂的柳树头 根部系在堤防顶部木桩上 在树梢枝叉上捆轧石块 顺坡推入水中 也可将柳树头的根部挂上大石坡或砂石袋 用船将其由下游向上游 由深到浅依次抛沉 2 竹木排防浪 风浪较大的江河湖泊及水库常将竹 木材分层叠扎成排 厚度一般为20 30cm 较小的排体 可拴在堤坝面的木桩上 随水位涨落松紧绳缆 同时排下附以石块中砂石袋以稳定和调整排位 二 增强堤坝稳定性 护石固基 护石固基最常用的是散抛块石 运石船按险情要求定位 一般抛法是由远及近抛投 要求抛准 抛平 抛匀 抛石直径与水流缓急有关 一般为20 40厘米 抛投船应在抢护点上涨10 20米 使抛石随水流下移沉于抢护点 对于水深流急之处 可用铅丝笼 土工纺织袋 竹笼 柳条笼装石抛投 三 提高坡面抗冲能力 1 土工织物防冲 土工膜布防冲 施工快捷方便 已得到广泛使用 具体作法是 先将坡面陡坎稍加平整清理 把拼接好的膜布展开铺在坡面上 膜布高出洪水位1 5 2 0米 四周用平头钉钉