CN102535397B - 利用三维复合滤垫抢护堤防背水坡渗水险情的方法及设备 - Google Patents
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Abstract
利用三维复合滤垫抢护堤防背水坡渗水险情的方法及设备。方法是：预先制作好三维复合滤垫和连接件插销；发现险情后将三维复合滤垫和连接件运至现场；清理堤防背水坡渗水险情场地；将若干块三维复合滤垫置于堤防背水坡渗水处，并加盖重；将置于堤防背水坡渗水险情处的各三维复合滤垫用连接件连接成一整体。所使用的三维复合滤垫由三层材料构成，特征是：所述三层材料中的上、下两层均为滤层，中间为滤芯层，三层材料复合成一整体。本发明将防汛工作中抢护堤防背水坡渗水险情的土石方工程改为由专用设备实施的快速方法，将传统材料改为利用工厂化批量生产的新材料。能够用很短的时间在渗水险情处铺设三维复合滤垫，为防汛抢险争取宝贵的时间。
Description
技术领域
本发明涉及一种汛期防汛抢险的方法及设备，特别是一种利用三维复合滤垫抢护汛期堤防背水坡渗水险情的方法，以及该方法所使用的设备。
背景技术
我国现有堤防25×104km，其中主要堤防6.57×104km。由于当时筑堤条件的限制，造成目前的堤防特点是堤基条件和堤身填筑质量差。在汛期高水位作用下，堤防易产生滑坡和漏洞等险情，从而引起堤防背水坡渗水险情的发生和发展。
对堤坝渗水险情的抢护，应以"临水截渗、背水导渗"为原则，从而达到减少水体入渗、降低浸润线和稳定堤身的目的。同时，在抢护渗水险情之前，应查明发生渗水的原因和险情的危险程度，结合险情和水情，决定采用"截渗"、"导渗"单一措施或"截渗导渗并重"的综合措施及时抢护。一般根据临水的深度、流速，风浪的大小，取土的难易等决定采取何种截渗方法，传统的方式主要有：（1）土工膜截渗。当缺少粘性土料时，在水深较浅时，可采用土工膜加保护层的办法，达到截渗的目的。具体做法是：①在铺设前，应清理铺设范围内的边坡和坡脚附近地面，以免造成土工膜的损坏；②土工膜沿边坡的长度可根据具体尺寸预先粘结好，以满铺渗水段边坡并深入临水坡脚以外1m以上为止。顺边坡宽度不足可以搭接，但搭接长应大于0.5m；③铺设前一般在临水堤坝肩上将土工膜卷在8～10m的滚筒上，在卷滚前，土工膜的下边折叠粘牢形成卷筒，并插入直径4～5cm的钢管加重（如无钢管可填充土料、石块等），使土膜能沿坡紧贴展铺；④土工膜铺好后，应在其上满压1～2层内装沙石的土工袋，由坡脚下端压起，逐层错缝向上压，不留空隙，作为土工膜的保护层，同时起到防风浪的作用。（2）抛粘土截渗。当临水不太深，风浪不大，附近有粘性土料，而且取土较易，可采用此法。具体做法是：①根据堤坝渗水范围和渗水严重程度确定抛筑尺寸。一般顶宽3～4m，长度至少超过渗水段两端各3m，前戗顶可视背水坡渗水最高出逸点的高度决定，一般高出水面约1m；②抛土前应将边坡上杂草、树木尽量清除，以免抛填不实，影响戗体截渗效果；③在临水堤坝肩准备好粘性土料，然后集中力量沿临水坡由上而下，由里而外，向水中缓慢推下。由于土料入水后的崩解、沉积和固结作用，即成截渗戗体。如临水较深或土坝有防浪墙，也可使用船只抛土。（3）土袋前戗截渗。当临河水流较急或风浪较大，土料易被冲失，可在水面以下堤坝坡脚以外先用土袋筑一隔墙，然后再抛填土料。具体做法是：在临水堤坝脚以外用土袋筑一道防冲墙，其厚度及高度以能防止水流和波浪冲刷戗土为度。导渗主要是 当堤坝背水坡大面积严重渗水时，开挖导渗沟、铺设反滤料。土工织物和加筑透水后戗等方法，引导渗水排出，降低浸润线，但必须避免水流带走土料颗粒，使险情趋于稳定。传统的做法主要有： （1）沙石导渗沟。堤坝背水坡导渗沟的形式一般有纵横沟、"Y"字形沟和"人"字型沟等。沟的尺寸和间距应根据渗水程度和土壤性质确定。顺堤坝边坡的竖沟一般每隔6～10m开挖一条沟深一般不小于0.5m。在施工时，可沿坡脚稍下游开挖一条排水纵沟，填好反滤料。纵沟应与附近地面原有排水沟渠连通，将渗水排至远离坡脚外。然后在边坡上开挖导渗竖沟，与排水纵沟相连。逐段开挖，逐段填反滤料，一直挖填到边坡出现渗水的最高点稍上。开挖时严禁停工待料，导致险情恶化。导流竖沟底坡一般与堤坝边坡相同，边坡以能使土体站得住为宜，其沟底要求平整顺直。如开沟后排水仍不显著时，可于竖沟之间增加密度或开斜沟，以改善排渗效果。导渗沟内要按反滤层要求分层填放粗沙、小石子（卵石或碎石，一般粒径0.5～2.0cm）、大石子（卵石或碎石，一般粒径4～10m），每层厚度要大于20cm。沙石料可用天然料或人工料，但务必洁净，否则要影响反滤效果。反滤料铺筑时，要严格掌握下细上粗，两侧细中间粗，分层包住，切忌粗料（石子）与导渗沟底沟壁土壤接触，并粗细不能掺合。为防止泥土掉入导渗沟内，阻塞渗水通道，可在导渗沟的沙石料上铺草袋或土工织物，然后压上土袋、块石保护。（2）反滤层导渗。 当堤坝透水性较强，背水坡土体过于稀软，经挖沟实验，采用导渗沟确有困难。同时反滤料又比较容易取得，可采用此法抢护。该法是在渗水边坡上满铺反滤层，使渗水排出。一般背水坡导渗上部压块石保护，并延至堤脚以外，起镇脚作用，以防滑坡。根据使用反滤材料不同，主要有沙石反滤层和土工织物反滤层等方法。①沙石反滤层。 当堤身单薄、背水坡较陡、外滩狭窄、内坡产生严重散浸时，可用此法。即先将背水坡渗水范围的软泥、草皮杂物等清除，其开挖深度10～20厘米，然后采用比堤坝透水性大的砂料填筑，要密实。压浸台一般高出浸润线出逸点0.5～1.0m，顶宽2～4m，外坡一般1:3～1:5，长度应超过散浸堤段两端各3米以上。堤脚以外挖一排水沟，将渗水导排到低洼之处。反滤料的质量要求，铺填方法以及保护措施与沙石导渗反滤料相同。 ②土工织物反滤层。按沙石反滤层的要求，在渗水边坡清好后，先铺设一层符合滤层要求的土工织物。铺设时应保持搭接宽度不小于20cm。然后再满铺一般透水料，其厚度不小于40～50cm。上面铺盖草袋等压土，最后再压块石或土袋保护。
发明内容
本发明的任务是提供一种利用三维复合滤垫抢护堤防背水坡渗水险情的方法，将抗洪工作中抢护堤防背水坡渗水险情的土石方工程改为由专用设备实施的快速方法，将土石方工程中使用的传统材料改为利用工厂化批量生产的新材料，即一种抢护堤防背水坡用的三维复合滤垫。该方法应能够用很短的时间在堤防背水坡渗水处铺设三维复合滤垫，为抗洪争取宝贵的时间。同时考虑节省人力物力，施工便捷和经济耐用等因素，三维复合滤垫应当能够反复使用，可降低防汛抢险的成本，另外，与土石相比，工厂化生产的三维复合滤垫体积较小，为运输和物资储备提供方便。同时，其性能稳定，比土壤、砂石更加可靠。三维复合滤垫可以直接铺设到清理好的堤防坡面上，十分方便、迅速。它不仅能透水保砂，而且有足够的导水能力保证渗水的及时排除，稳定险情，抑制险情的发展。
实现上述任务的技术方案是：一种利用三维复合滤垫抢护堤防背水坡渗水险情的方法。步骤如下：
根据设计要求，制作好适当规格和型号的三维复合滤垫和连接件插销；
发现堤防背水坡渗水险情后，将选择好的三维复合滤垫和连接件等运至现场；
清理堤防背水坡渗水险情场地；
将三维复合滤垫置于堤防背水坡渗水处，并加盖重；
将置于堤防背水坡渗水险情处的三维复合滤垫用连接件连接成一整体。
完成本申请第2个发明任务的方案是，以上方法所涉及的三维复合滤垫，由三层材料构成，其特征在于：所述三层材料中的上、下两层均为滤层，中间为滤芯层，三层材料复合成一整体。
所述的滤层采用满足土体渗透性要求的过滤材料；例如：短纤针刺无纺土工布或长丝针刺无纺土工布。所述的滤芯层采用三维网垫，由结晶热塑性材料制成。例如采用：低密度聚乙烯、高密度聚乙烯或聚丙烯中的一种单一材料或两种或两种以上构成的组合材料。
该滤垫中间层为滤芯层，具有特殊的三维结构，滤芯层包括一个近似直线型小弧度弯曲主肋条，以及上层和下层各一条与主肋条夹角约为45°角的辅助肋条，从而使滤芯层具有很好的抗拉和抗压性能，保证其上覆盖沙袋等盖重时不发生变形，同时，由于其有良好的过水通道，其平面导水性能非常好，排水通畅，能够及时排除由滤层材料渗进的水体。滤层的技术特性均通过实验室试验确定，根据技术参数的变化，形成不同规格的三维复合滤垫产品。
本申请提供的防汛抢护堤防背水坡渗水险情的方法，将防汛工作中抢护堤防背水坡渗水险情的土石方工程改为由专用设备实施的快速方法，将土石方工程中使用的传统材料改为利用工厂化批量生产的新材料。该方法应能够用很短的时间在渗水险情处铺设三维复合滤垫，为防汛抢险争取宝贵的时间。本发明提供的三维复合滤垫，将抗洪工作中的土石方工程改为使用批量化的工业产品，使用方便，实施迅速。实验表明：铺设三维复合滤垫时，只需将这种滤垫直接铺设到清理好的堤坝坡面上即可，铺设非常简单，方便和迅速，4个人10分钟内能铺设200平方米，这种三维复合滤垫可以为抗洪争取宝贵的时间，它能够反复使用，可降低抗洪器材的成本，运输和储备方便，机械强度稳定，比土壤、沙石更加可靠。而且其平面排水特性不会因盖重而影响其特性。各三维复合滤垫间用连接件加以连接固定，这样可以大幅度降低抗洪工作的成本。同时因工业产品的规格齐全，可以适应不同土质地层的需要。整齐的产品也给运输、储备抗洪物资提供了方便。
具体实施方式
实施例1，一种防汛抢护堤防背水坡渗水险情的方法，包括以下操作步骤：
根据设计要求，制作好适当规格和型号的三维复合滤垫和连接件；
发现堤防背水坡渗水险情后，将选择好的三维复合滤垫和连接件等运至现场；
清理堤防背水坡渗水险情场地；
将三维复合滤垫滤垫置于堤防背水坡渗水处，并加盖重；
将置于堤防背水坡渗水险情处的三维复合滤垫用连接件连接成一整体。
以上方法所涉及的三维复合滤垫，由滤层材料和三维网垫等三层构成，其特征是：上、下均为滤层，两层均采用满足土体渗透性要求的过滤材料（如短纤针刺无纺土工布和长丝针刺无纺土工布等），中间为滤芯，为特殊结构的三维网垫，三层材料复合一整体。所述的特殊结构三维网垫由结晶热塑性材料（如低密度聚乙烯（LDPE）、高密度聚乙烯（HDPE）和聚丙烯（PP）等单一材料或组合材料）制成，具有特殊的三维结构，使其具有很好的抗拉和抗压性能，保证其上覆盖沙袋等盖重时不发生变形，同时，由于其有良好的过水通道，其平面导水性能非常好，排水通畅，能够及时排除由滤层材料渗进的水体。滤层的技术特性均通过实验室试验确定，根据技术参数的变化，形成不同规格的三维复合滤垫产品。作为过滤材料的土工织物技术性能指标见表1，三维网垫的指标指标见表2，三维复合滤垫的技术指标见表3。
表1 土工织物技术性能指标
表2 三维网垫技术性能指标
| 项 目 | 单位 | 三维网垫技术指标 |
| 卷宽 | m | ≧4.0 |
| 厚 度 | mm | 5.0～8.0 |
| 密 度 | g/cm3 | 0.94 |
| 单位面积质量 | g/m2 | 600.0～1200.0 |
| 抗拉强度（纵向） | kN/m | 5.0～12.0 |
| 导水率（纵向） | m2/s | 5.0×10-4～2.0×10-1 |
表3 三维复合滤垫技术特性指标
| 项目 | 单位 | 指标 |
| 导水率 | m2/s | 5.0×10-4～2.0×10-1 |
| 幅 宽 | m | ≥4.0 |
| 厚 度 | mm | 8.0～12.0 |
| 拉伸强度（纵向） | kN/m | 8.0～20.0 |
另外，实际抢险时，需要在三维复合滤垫上盖重，以防止其产生移动，但此种盖重尽作为一种防止其移动的措施，并不起其它作用，可以根据现场进行配置。经过室内和中试试验以及计算分析，推荐采用防汛编织袋袋装砂石料，每袋重10～20kg，每隔3～5米的距离均匀放置。
在抢护堤防背水坡险情试验并确定了三维复合滤垫的型号规格和大小和其上的基础上；在室外进行了模拟现场应用三维复合滤垫抢护堤防背水坡渗水险情的中间试验，进一步明确了应用三维复合滤垫防汛抢险的可行性，完善了三维复合滤垫的结构。进一步明确了应用三维复合滤垫抢护实际的堤防背水坡渗水险情是可行的，并且经济、简便、快速和效果好，但要根据实际的土质、水流等条件选择合适的滤层材料（土工织物）。
Claims (6)
1.一种利用三维复合滤垫抢护堤防背水坡渗水险情的方法，其特征在于，步骤如下：
预先制作好三维复合滤垫和连接件插销；
发现堤防背水坡渗水险情后，将三维复合滤垫和连接件运至现场；
清理堤防背水坡渗水险情场地；
将若干块三维复合滤垫置于堤防背水坡渗水处，并加盖重；
将上述置于堤防背水坡渗水险情处的若干块三维复合滤垫用连接件连接成一整体；
所述的加盖重方式为：采用防汛编织袋袋装砂石料，每袋重10～20kg，每隔3～5米的距离均匀放置；
所述的三维复合滤垫结构如下：该三维复合滤垫由三层材料构成，所述三层材料中的上、下两层均为滤层，中间为滤芯层，三层材料复合成一整体；
所述的滤芯层采用三维网垫。
2.一种权利要求1所述的利用三维复合滤垫抢护堤防背水坡渗水险情的方法所使用的设备：三维复合滤垫；该三维复合滤垫由三层材料构成，其特征在于：所述三层材料中的上、下两层均为滤层，中间为滤芯层，三层材料复合成一整体；所述的滤层采用满足土体渗透性要求的过滤材料；所述的滤芯层采用三维网垫。
3.根据权利要求2所述的利用三维复合滤垫抢护堤防背水坡渗水险情的方法所使用的设备：三维复合滤垫，其特征在于：所述的满足土体渗透性要求的过滤材料选自：短纤针刺无纺土工布或长丝针刺无纺土工布。
4.根据权利要求2所述的利用三维复合滤垫抢护堤防背水坡渗水险情的方法所使用的设备：三维复合滤垫，其特征在于：所述的三维网垫由结晶热塑性材料制成；所述的结晶热塑性材料选自：低密度聚乙烯、高密度聚乙烯或聚丙烯中的一种单一材料或两种以上构成的组合材料。
5.根据权利要求4所述的利用三维复合滤垫抢护堤防背水坡渗水险情的方法所使用的设备：三维复合滤垫，其特征在于：所述的滤芯层结构是：滤芯层包括一个近似直线型小弧度弯曲主肋条，以及滤芯层的上层和下层各有一条与主肋条夹角为45°角的辅助肋条。.
6.根据权利要求2～5之一所述的利用三维复合滤垫抢护堤防背水坡渗水险情的方法所使用的设备：三维复合滤垫，其特征在于：所述的三维复合滤垫的规格按照以下表格中数据进行限定：
表1 土工织物技术性能指标
表2 三维网垫技术性能指标
表3 三维复合滤垫技术特性指标
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