浅谈堤防管涌险情的抢护

浅谈堤防管涌险情的抢护浅谈堤防管涌险情的抢护 钟广文钟广文 澧县紧邻西洞庭湖 由于这个地区水网交织 洪水期水流相 互干扰 同时又受到虎渡河 目平河的顶托影响 水情极为复杂 加上河道淤积 使得水位不断抬高 高洪水位持续时间长 各种 险情不断发生 特别是堤防基础为双层结构 管涌时常发生 本 人根据实践经验 对重要险情管涌的抢护 谈点个人的意见 堤防管涌的涵义和形成堤防管涌的涵义和形成 堤防基础一般多为双层结构 上层是粘土或壤土弱透水层 下层为砂层或砾石层 即强透水层 如果堤基没有处理或防渗处 理不彻底 留有渗水通道 当渗透水压力大于地基透水层和表层 弱透水层允许压力时 不少砾石中的细沙颗粒在粗颗粒孔隙中发 生移动 上层弱透水粘壤土层也被顶穿 沙粒和土粒带出地面以 上 这种现象 称为管涌 如堤防基础为单层结构 即粘性土或 壤土层 当渗透压力增大 使堤防背水堤脚附近局部土体表面隆 起裂缝或大块土体移动 而随渗流水流失 这种现象称为流土 管涌 流土一般多发生在堤防背水坡坡脚附近的地面上 管涌多 呈孔状出水口 冒出细沙或粘土粒 出水口孔径小的如蚁穴 大 的可达几十厘米 少则出现一两个 多者出现孔群 冒沙处形成 沙环 所以也称 翻沙鼓水 或 泡泉 流土出现土块隆 起 膨胀 断裂或浮动等现象 也称 牛皮胀 但在实际抢险 中没有区分 把这两者统称为管涌 随着江河水位上升 高水位 持续时间的增长 特别是在上部弱透水层较薄处或被人为破坏 管涌险情就容易出现 涌水量和挟沙量相应增多 就有可能导致 堤基形成渗水通道 造成堤身表面局部塌陷 如抢护不及时 严 重者有决堤的危险 应引起高度重视 万勿掉以轻心 堤防管涌的抢护原则堤防管涌的抢护原则 当堤防出现管涌时 抢护的原则概括为 反滤导渗 控制涌 水带沙 留有渗水出路 堤防发生管涌时 其渗流的入渗点均 在堤身临水面深水下的强透水露头或弱透水层较薄处 以及基础 垂直防渗设施未封闭的地方 由于水深 渗入点分散 难以检查 和封堵 一般在堤身的背水坡脚附近出现险情处 采用反滤导渗 控制涌水带沙 给渗水留下出路 这样既可使细沙 粘土粒不再 随渗水流出地面 又可以降低渗透水压力 使险情得到稳定 堤防管渗一般抢护的措施堤防管渗一般抢护的措施 当堤防出现管涌处数较多 面积较大 并互相连成一片 渗 水涌沙比较严重的地方 根据控制涌水带沙 留有渗水出路的抢 护原则 多采用砂石反滤盖压 以稳定险情 在抢险前 尽可能 地清理险区范围内的杂物 如管涌涌水带沙较严重的出口 铺设 反滤有困难时 可先用块石或砖块抛填 以消杀涌水水势 然后 按反滤要求 铺设粗砂 小石子和大石子各一层 厚度约 最后盖压一层沙袋或块石 予以保护 当发生大面积管涌险情时 如当地没有备用较多的砂石反滤 料 一时抢运也有困难 可用土工织物代替 在险情处 先铺一 层土工织物 代替反滤料 其上铺设透水的砂石混合料 最后压 一层沙袋 予以保护 当堤防背水坡坡脚附近地面出现管涌数目不多 面积不大的 情况 或者数目虽多 但未连成一片 可以分个或分小片 按上 述采用反滤料盖压抢护 对于水下的管涌 当水深较浅时 也可 用反滤料抢护 根据所用导渗材料不同 具体抢护方式有以下两 种 砂石反滤围井 当上下游水头差较小时 可采用此法 在抢护时 先将管涌 周围一切带有尖 棱的石块和杂物清除 表面稍加平整 按反滤 要求 分层铺设粗砂 小石子和大石子 每层厚度约 然后在其周围用土袋抢筑围井 其高度以能使 渗水不挟带泥沙从井内冒出为度 如发现反滤料下沉 可继续填 筑滤料 直至险情稳定为止 为防止围井内水位过高 可用竹管 或钢管穿过井壁 将井内水位适当降低 以免围井附近再次发生 管涌 并防止井壁倒塌 造成更大险情 土工织物反滤围井 在抢护管涌时 其方法与砂石反滤围井基本相同 只是用土 工织物代替砂石反滤料 先在管涌处铺设土工织物 然后在其上 填压砂砾石透水料或沙袋 周围用土袋垒砌 做成围井 可按出 水口数量多少分布 可以单个或多个垒砌围井 其他同上 当上下游水头差较小 高水位持续时间较短 管涌周围地表 坚实 完整 渗透性较小 未遭受破坏 当地既无反滤砂石料 又无土工织物时 可在管涌周围用土袋抢筑围井 抬高井内水位 以减少堤防临背水头差 降低渗透水压力 制止涌水带沙 也可 稳定险情 抢险管涌应注意事项抢险管涌应注意事项 采用上述各种抢护方法制止管涌险情发展时 应注意 切忌在背水坡附近用不透水土料抢堵管涌 以免截断 堤坝的渗水出路 造成渗水压力加大 不仅不能稳定险情 反而 使险情恶化 使用无反滤层围井法 井壁要有足够的高度和强度 并严密监视井壁周围地面是否有新的管涌险情出现 二 五年九月二十六日 大力推广预制混凝土砌块护坡 一 前一 前 言言 我国常见的护坡形式有抛石 砌石 现浇混凝土 沥青混凝 土等 各种护坡形式都有其适用条件 也都存在明显不足 预制 混凝土砌块护坡在欧美等国较为普遍 它具有抗波浪效果好 工 程质量便于控制 施工快速 便捷 有一定柔性 整体美观和环 保等特点 借鉴国外在混凝土砌块护坡研究和应用上的成功经验 结合我国国情 就混凝土砌块护坡设计 砌块生产 施工等方面 亟待解决的问题开展研究 对混凝土砌块护坡在我国的推广应用 丰富水利工程护砌形式 提高我国堤坝防护水平 有着重要的实 际意义 二 混凝土砌块护坡二 混凝土砌块护坡 为防止堤坝迎水面免遭波浪和水流作用侵蚀 需采取工程措 施加以保护 在我国 砌石和现浇混凝土是最常见的两种护坡形 式 砌石护坡在石料资源充足地区较为普遍 不足之处在于工程 质量不易控制 整体性不好 耐久性差 现浇混凝土护坡整体性 好 抗风浪能力强 在相同波要素条件下 所需护砌厚度小 可 节省原材料 较为经济 其不足之处一是难以适应地基变形 特 别是新建堤坝 一旦出现塌陷 很难修复 二是从环境角度看 整体现浇的水泥河道难融于周边自然环境 也不利于水生生物的 栖息生存 随着混凝土砌块制造技术水平的提高 适应机械化施 工和环境保护需要 具有很好抗波浪作用效果的混凝土砌块护坡 在欧美等发达国家得到广泛应用 已成为海岸 河道 湖泊 水 库 渠道等护砌工程的主要护坡形式 混凝土砌块护坡有以下主要特点 混凝土砌块护坡是以人工预制混凝土砌块作为护面层单 元的一种铺砌式斜坡保护结构 虽然本质上属散体护坡 但规则 的块型和一定的铺砌方式 使相邻砌块可以相互作用共同抵御波 浪和水流的作用 因此 从结构上讲 砌块护坡介于散体护坡 抛石 干砌石 和整体护坡 现浇混凝土 之间 护坡用砌块平面尺寸较小 一般厚度在 左右 因而有一定的柔性 从渗透性看 也介于完全渗透性的抛 石护坡和非渗透性的现浇混凝土护坡之间 属半渗透性护坡 因 而在波荷载作用下 这类护坡的破坏机理也有别于其他护坡形式 波生浮力 扬压力 造成的砌块脱落是护坡结构破坏的主要形式 常见的护坡砌块有柱形块 矩形块 异体块 从砌块间 的连接方式看 有松散砌块 联锁砌块和砌块排 松散砌块彼此 间无连接 一般用于波浪和水流作用较弱的护坡工程 联锁砌块 是利用自身的特殊结构使相互间可以咬合的砌块 在水平方向上 的咬合为水平联锁块 在垂直方向上的咬合称垂直联锁块 垂直 联锁块用于波浪作用较强的护坡 联锁砌块抗御动力作用效果较 好 砌块排是多个砌块之间通过缆绳连接而成的 一般施工前装 配 采用机械铺设 适于水下护坡 砌块块型 几何尺寸可按需要设计生产 砌块的强度 密度 渗透性等性能指标也可选择不同的原材料来满足不同的设 计要求 砌块形状规则 尺寸统一 施工效率高 工程质量易于 控制 施工受天气影响小 从蚌埠闸 入海水道枢纽等工程施工 实际应用看 平面联锁砌块 单块重 人工护砌每人每 日可达 国外砌块护坡多采用机械施工 效率更 高 整体美观 通过块型 铺砌方式及颜色的变化 可将每 一个护坡工程都建设成为一个景观工程 具有环保概念 在砌块生产过程中 应用粉煤灰 钢渣 矿渣等工业废料 可避免天然石料开采对环境带来的影响 利用先进的砌块成型设备制作护坡用混凝土砌块 产量 高 质量稳定 对护砌量大 工期紧的护坡工程优势更为突出 在相同波要素条件下 砌块护块厚度小于砌石护坡 加 之施工效率高 对施工现场的材料堆场面积需要小 具有一定的 经济性 三 混凝土砌块设计三 混凝土砌块设计 混凝土砌块护坡得以广泛应用的重要原因是人们可以根据需 要设计生产不同的几何形状 尺寸 密度 开孔率和开孔方式 达到工程安全 质量 经济性和环境要求的统一 目前我国的砌 块护坡刚开始起步 还没有经实验和实际应用证明性能优良的砌 块可供选择 也没有专业化的水利护坡用砌块专业设计生产厂商 故特提出如下原则供砌块设计或选择时参考 经济性 当护坡工程投资不是限制因素时 可选择几何形状 非联锁 的矩形块 柱状块 在相同波要素条件下 满足稳定要求的砌块 厚度较联锁砌块厚 此类砌块生产效率高 必要时也可现场手工 预制 安全性 对于波浪侵蚀严重的护坡工程 可采用开孔砌块 联锁砌块 或开孔联锁砌块 以减小护砌厚度 开孔增加了护面层的渗透性 有利于减少浮力 模型试验表明 在相同条件下 开孔率达到 时 可以减少约 的砌块厚度 联锁是增加抗力措施 开孔联锁则是减少荷载和增加抗力措施并用 砌块结构 为保证砌块有一定的抗折能力 砌块最大边长与最小边长之 比应控制在 之内 开孔 槽 砌块要考虑结构最薄处能抗 御波浪冲击力 孔径和槽宽要根据垫层颗粒设计 以防止垫层碎 石被波浪洗出 开孔应均匀布置 砌块边缘设计为弧状 以减少 搬运过程中的碰撞损坏 生产效率 砌块形状越复杂 生产效率越低 一般砌块每个生产循环时 间为 开孔联锁砌块则需 砌块施工 垂直联锁砌块不利于机械施工 在欧美等国实际应用较少 而我国劳动力成本相对较低 可以推广应用 人力施工时 单块 重量不宜超过 以确保两人协作能顺利铺砌 一般 左右的砌块 一个人即可铺砌 施工效率很高 对较重 的砌块 可采用简易夹具辅助施工 环境要求 包括工程周边自然环境 审美要求 水生生物生存环境等方 面 荷兰海堤护坡所用柱状砌块上部就设计了 厚的生态层 以利于小动物爬行 四 混凝土砌块生产四 混凝土砌块生产 生产设备与生产工艺 混凝土砌块生产设备主要包括配料与搅拌系统 铺料与成型 系统 传送与码垛系统 自动控制系统等 其生产过程如下 生 产所用的碎石 砂等材料通过装载车装入室外集料斗 通过自动 配料系统送入搅拌机 水泥罐中的水泥 粉煤灰罐中的粉煤灰通 过螺旋输送器 水泥均匀送入搅拌机 水箱内的水通过自动测水 加水系统加入搅拌机拌和 搅拌机能够根据原材料的含水量实现 自动加水 拌和料再通过自动成型系统均匀地铺入模具型腔 经 过预压 振动成型 脱模等工序 成型后的湿产品落在特制的栈 板上 经湿传送机 湿检 升板机输送到养护室进行湿养护 后 再经降板机 干传送机 码垛机将干产品码垛 到木托盘上 空栈板经翻转 栈板回送机 喂板机再提供给成型 机 进行下一个生产循环 码垛好的干生产品经包装 再输送到 养护室养护 然后再送到成品堆场养护 即 可出厂 配方与外加剂 成型机采用振动加压密实成型的工艺 水灰比一般小于 所配混凝土为干硬性混凝土 为保证产品内部均匀 表 面不产生麻面 孔洞等现象 要求混凝土有一定流动性 因此所 需集料级配要合理 护坡用混凝土砌块配方一般包括水泥 碎石 砂 水泥用量一般占 碎石占 左右 为 连续级配 含砂率为 为中粗砂 为提高产品质量 降低生产成本 该项目组根据蚌埠地区原材料 实际情况 进行了配合比优化设计试验 试验考察了水泥含量 碎石含量 粉煤灰参量 含砂率 个因素 每个因素分别分三个 水平 通过九次试验 优化出最佳配比 并在实际生产中应用 取得了良好效果 该工艺生产的混凝土砌块一般不需其他添加剂 除改善混凝土的某些性能时才需添加 如减水剂 防冻剂等 但 要在实验的基础上科学添加 对砌块颜色有特殊要求时 可在面 料或整个基料中添加彩色颜料 砌块生产质量控制 搞好砌块生产环节的质量控制对于砌块成品质量和工程安全 有十分重要意义 生产质量控制主要包括 原材料质量与配合比 搅拌的质量 成型时的质量 砌块养护温度 湿度和时间 栈板 的平整度等 五 混凝土砌块护坡施工五 混凝土砌块护坡施工 混凝土砌块砌筑工艺 在砌块护坡施工中 清基 削坡 土工布及垫层铺设与砌石 护坡要求相同 可按国家现行规范要求执行 砌块护坡施工方法 简便易行 对施工人员没有特别要求 结合澧水堤段护坡等几个 工程砌块施工实践 提出了混凝土砌块护坡人力施工的具体要求 砌块砌筑从条埂一侧开始 由堤脚向堤肩方向进行 在水平和垂 直方向分别挂线 确保铺砌面整齐 美观 砌块间隙按 控制 砌块由垂直方向进入护砌位置 借助锤子 垫 木块 进行水平和高度调整 层面要拍打平实 禁止将砌块从远 距离水平推向护砌位置 避免对垫层影响 砌筑过程中要随时检 查其平整度 必要时用碎石调整 一个作业面完成后要及时用混 凝土封顶 以避免降水冲刷垫层 为增强护面层整体稳定性 方 便多作业面同时施工 可每隔 设混凝土或浆砌石条 埂 条埂厚度为 左右 宽度与砌块宽度相同 条埂的空 隙 对联锁砌块而言 可用现浇混凝土填补 砌块施工效率 砌块护坡施工效率较高 从多处工程实际铺砌看 人均日砌 护面积均大于 熟练工可达 同时 施工效率与 砌块块型关系密切 块型越复杂 效率越低 不论何种块型 施 工效率均高于砌石护坡施工 且质量易于控制 护坡成本价格水平分析 根据大多数工程的实际施工效率 考虑不同运距 对干砌块 石和水平联锁砌块两种不同护砌方式价格水平比较结果表明 在 材料运距为 50 时 两种护砌方式每平方米护坡综合单价水平 相同 运距越长 砌块护坡单价水平越低 六 砌块护坡应用前景广阔六 砌块护坡应用前景广阔 利用混凝土砌块进行堤坝护坡 在我国尚处在起步阶段 虽然在这方面做了一些探索 但仍不够全面 应进一步开展相关 研究工作 不断完善混凝土砌块护堤技术 并在总结实际应用经 验的基础上 尽快出台混凝土砌块护堤技术国家规范 我国护坡工程量大面广 既有新建工程 又有改造工程 随 着社会发展和环境保护要求的提高 对护坡工程质量要求也会越 来越高 混凝土砌块护坡作为一种新型护坡形式 优点突出 未 来应有广阔的应用前景 浅谈人字闸的设计人字闸的设计 前前 言言 人字闸是一种钢筋混凝土半固定式蓄水闸门 由于支架为人 字形状 故称人字闸 它是丘陵区拦蓄小泉小水 进行综合开发 利用的有效形式 能很好地解决因小河流季节性较强 流量小而 产生的用水矛盾 它的主要特点是投资小 见效快 蓄水 泄水 调度运用简单易行 灵活方便 又能解决冲淤问题 实现蓄清排 哄 小水大用 闲水忙用 具有较好的经济效益和社会效益 人字闸的特点及效益人字闸的特点及效益 特点 人字闸与滚水坝 重力坝相比它能解决库区淤积问 题 蓄清排洪 使用寿命是滚水坝的 10 倍 投资小 见效快 运行管理方便 它的造价虽然是同等库容滚水坝的 2 倍 但由于 克服了淤积问题 延长了使用寿命 故而相对降低了工程造价 还有 人字闸控制面积较小 一般为 13hm2 可与流动机泵配合 多处兴建 效益 经济效益 每处人字闸可使 6 2Ohm2旱地变水地 配合滴微灌等节水技术 种植经济作物 养鱼养鸭 年经济效益 可达 8 万元左右 防洪效益 实行梯级开发 联合调度 防洪 效益明显 生态效益 实行梯级开发联合调度可达到涵养水源 减少水土流失 改善生态环境的目的 人字闸工程的适用范围 规划 设计和施工人字闸工程的适用范围 规划 设计和施工 适用范围 地形地貌方面 要求在河道比降较小 集水流域面积适中 的地区 蓄水区应该开阔平缓 闸址处尽量狭窄且两岸地形对称 这样蓄水量大 水力条件好 闸址处河床宽度不宜大于 50m 闸 址距规划区应尽可能近 应优先发展可以自流或扬程小的地块 河道 沟道呈 V 字形构造及山石区 两岸土地面积小 坡度 大 扬程高的地区不宜建人字闸 地质方面 在基岩上建闸应 避开上下游贯通的纵向裂缝发育地段 土基应满足地基承载力要 求和防止不均匀沉陷 地质条件不好 河床 蓄水区渗漏严重地 区不宜建人字闸 水源方面 水源要符合流域总体规划要求 服从水量调配且与灌溉效益相适应 一般情况下 人字闸拦蓄水 头为 1 8 2 5m 调节水量适宜于 O 5 万 2 O 万 m3 清水流量 较大或较小的河流上不宜建人字闸 流量应在 0 03m3 s 和 0 2m3 s 之间 规划 人字闸以河流 沟道等小泉小水为规划单元 以水土平衡 计算为依据 考虑流动机泵串联使用时的扬程 应重点规划扬 程在 50m 以下的水土资源 和人字闸相配套的水保工程规划 以小流域为单元 兼顾行政区域的完整性 在规划过程中应注意 与当地经济发展的远 中 近期目标相结合 因地制宜 综合开 发 同一流域应自上而下梯级开发 实现水资源的统一调配 应 充分发挥现有水利工程设施的效益 其次考虑和新发展的自流 流动机泵 滴微灌 固定扬水站等工程相配套的工程 设计 库容及闸前水深的确定 无正规水文资料者 可利用相邻或相关流域进行推求 或 采用测定枯水期流量并计算日蓄水量的方法得到来水资料 用水 包括生活用水和灌溉用水 生活用水可统计人口及大牲畜数量 灌溉用水可根据作物种植比例 面积 灌水定额等作出简单的灌 溉制度 确定轮灌时间 天数 计算轮灌间隔时间 天数 计算 一次灌溉用水量 根据来 用水资料绘出库容频率曲线图 从 图中找出与设计保证率 可根据当地实际在 50 和 75 之间选取 相当 且来水偏于不利的年份作为典型年进行调节计算 根据 典型年年内来水情况及用水情况进行水量平衡计算 灌溉期总用 水量与来水量的差值即为兴利库容 根据水深 库容曲线即可得 出闸前水深 水文计算 根据当地的自然条件和闸坝周围的防洪要求确定防洪标准 最低标准是按 20 年一遇洪水设计 50 年一遇洪水校核 依据已 定标准计算过洪流量 确定翼墙高度 海漫长度及其他防洪设施 必要时应确定出关闸蓄水时间 放闸泄洪时间 以及汛期监视制 度 确保建筑物 农田 村庄 道路等的安全 结构形式的确定与配筋计算 人字闸结构由四大部分组成 闸基 一般应将人字架镶 嵌在基岩上 砌石固定 无基岩的地方 应计算砌石基础 人 字架和闸板 为钢筋混凝土构造 翼墙与泄水涵 如图 1 剖面 图如图 2 所示 一般情