CN114960548B - 一种堤防决口的抢堵方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种堤防决口的抢堵方法，属于水利工程领域，其IPC分类号为E02B 1/00，E02B 3/02。本发明利用树枝形组合体对水流的阻力小、抓地牢固、组装快速的特点，先在决口抛投树枝形组合体，形成立体网状的拦阻架，降低水流冲击力，将后续抛投的铅丝石笼或大块石拦阻并固定在拦阻架的上游或内部，实现快速输送、快速组装、快速连续投放，短时间内全面展开抢险作业，快速堵口，具有显著的社会效益和经济效益。
Description
技术领域
本发明涉及河流、水库堤防决口的抢堵方法，属于水利工程领域，其IPC分类号为E02B 1/00，E02B 3/02。
背景技术
我国河流、水库众多，也是一个洪水频发的国家。洪水引发的各种险情中，堤防决口是造成生命和财产的损失最严重的，而且抢险也是最为困难的。决口抢堵要“抢早、抢小”，十万火急，尽量减小灾区群众的生命财产损失。
现有的堤防决口抢堵方案，存在的主要问题在于：
(1)大部分决口发生在堤顶狭窄、交通不便的地方，决口临背河全是水，抢险器材和物料运输困难，而且现有的抢险器材组装需要较长时间，严重影响决口抢堵的快速、不间断进行。因此，现在的决口抢堵，准备时间长、速度慢，经常是连续奋战4～5天以上方能完成堵口，导致决口下游严重的生命和财产损失。
(2)决口堵口后期的合龙阶段，随着口门的缩小，流速快速增加，特别是到了最后的10m宽以内时，水流的冲击力非常大。
(3)河南黄河勘测规划设计研究院有限公司提出了一种基于拦阻自闭的江河溃口快速抢堵方法，采用架设在溃口上空的抛投桥向溃口抛投刺状骨架抛投物形成刺状骨架抛投物堆积体，然后抛投大块石和铅丝石笼，覆压在所述刺状骨架抛投物堆积体上，直至溃口合龙。
然而，上述技术方案仍然存在诸多需要改进的地方：一是架设抛投桥费时费力，而且用抛投桥的吊钩抛投效率不高；二是随着口门的缩小，在溃口最后合龙阶段，进占体仍然有被冲垮的可能；三是刺状骨架抛投物是单独的个体，无法根据抢险需要灵活调节其总长度；四是刺状骨架抛投物的导向板与长度方向垂直，有阻水的副作用，大量的刺状骨架抛投物在水中的阻水作用更大，在最后的合龙阶段易被冲走。
因此，如何在堤防发生决口时尽快将专业抢险器材、物料调运到场，并快速组装、投入抢险，尤其是如何提高合龙成功率，是决口抢堵亟需解决的技术问题。
发明内容
本发明为了解决现有堤防决口抢堵技术中的不足，提供一种的施工成本低、组装操作简便高效、合龙成功率高的抢堵方法。本发明的技术解决方案如下：
一种堤防决口的抢堵方法，包括以下步骤：
(一)在决口两侧大堤上制作施工平台：将决口两侧的堤顶削低，扩大决口两侧的堤顶面积，形成面积较大的施工平台，为抢险车辆进出和抢险作业面扩大创造条件；同时减小堤头与决口的水位高差，便于堵口器材向决口内投放；
(二)修建裹头：在决口两侧的堤头抛投铅丝石笼，形成裹头，稳固堤头，防止决口扩大；裹头的顶端与施工平台齐平，且裹头应压实；
(三)在决口两侧同时抛投树枝形组合体，形成决口两侧拦阻架：在决口两侧的施工平台上同时组装树枝形组合体，推入决口内，直至所述树枝形组合体露出水面，形成决口两侧拦阻架，用挖掘机或装载机的铲斗将所述的决口两侧拦阻架初步压实；
所述树枝形组合体包括主干钢管、主杈钢管和导向板；所述主杈钢管的尾端穿过所述主干钢管并用螺栓固定在所述主干钢管上，所述主杈钢管每组2根或4根，同一组的所述主杈钢管在所述主干钢管上的间距为5～10cm；每组所述主杈钢管在所述主干钢管上的间距为1.0～1.5m；在所述主杈钢管上按照0.3～0.5m的间距焊接有支杈钢杆；所述导向板用螺栓固定在每根所述主干钢管侧壁上，在所述导向板上设有加强肋；
所述主干钢管的两端均设有内螺纹，两个或多个主干钢管通过连接钢管连接，组成更大长度的树枝形组合体，所述连接钢管的两端设有与所述内螺纹匹配的外螺纹，所述连接钢管的中间设有插孔；
(四)施工决口两侧上游铅丝石笼进占体：在决口两侧拦阻架的上游端抛投铅丝石笼，直至露出水面，用挖掘机或装载机的铲斗初步压实，形成决口两侧上游铅丝石笼进占体；
(五)施工决口两侧大块石进占体：用挖掘机或装载机向所述决口两侧拦阻架抛投大块石，大块石落入并填充所述树枝形组合体之间的空隙，直至露出水面，用施工车辆初步压实，形成稳固的决口两侧大块石进占体；
(六)以已经完成的决口两侧大块石进占体和决口两侧上游铅丝石笼进占体为作业平台，重复步骤(三)～步骤(五)，从决口两侧向决口中央逐步进占；
(七)施工龙门口上游横向拦阻架：当决口口门宽度小于5m时，剩余口门作为龙门口，在龙门口进水口的上游端，垂直水流方向持续抛投不安装导向板的树枝形组合体，在决口两侧上游铅丝石笼进占体的支撑下，树枝形组合体横在决口进水口上游端，形成龙门口上游横向拦阻架，消减龙门口的水流冲击力；
(八)决口合龙：以步骤(六)形成的决口两侧上游铅丝石笼进占体和决口两侧大块石进占体为作业平台，自决口两侧向决口内快速连续抛投树枝形组合体，直至树枝形组合体露出水面，形成龙门口拦阻架；然后，用挖掘机或装载机向所述龙门口拦阻架抛投大块石，大块石落入并填充所述龙门口拦阻架的空隙，直至大块石露出水面，用施工车辆压实，形成稳固的龙门口抢堵体，所述龙门口抢堵体与所述决口两侧上游铅丝石笼进占体和决口两侧大块石进占体形成完整的决口封堵坝体；
(九)闭气；向所述决口封堵坝体顶面铺放碎石和/或粗砂，填充坝体顶面，边铺放边用施工机械反复碾压，并加高培厚；同时，将碎石、粗砂和粘土混合在一起，装入麻袋或土工袋中，抛投在所述决口封堵坝体上游面，将坝体渗水控制在允许范围，实现决口闭气。
进一步地，所述主干钢管外径160mm，壁厚5mm，长度8～12m，所述主杈钢管外径22mm，长度1.5～2.0m，所述支杈钢杆直径1cm，长0.2～0.3m，所述导向板为边长1.0m、壁厚3mm的正方形钢板。
进一步地，所述主干钢管两端的内螺纹方向相反，所述连接钢管两端的外螺纹方向相反；将所述连接钢管的两端分别插入两个相邻的主干钢管，用木棒或钢棒插入所述插孔内，快速转动连接钢管，将两根主干钢管连接起来，然后再组装所述主杈钢管和导向板；或将连接钢管的两端分别插入两个已经组装完成的树枝形组合体的主干钢管内，用木棒或钢棒快速转动连接钢管，将两端的主干钢管连接固定在一起。
进一步地，步骤(八)中，在形成稳固的龙门口抢堵体之前，若龙门口拦阻架有向下游移动现象，应在抛投大块石的同时，在龙门口拦阻架中打入固定桩，所述固定桩选择工字钢或树干制作而成。
本发明的发明点及其技术效果在于：
(1)现有决口抢堵器材的致命缺陷是不透水，且没有抓地能力，在入水时会遭遇巨大的水力冲击，往往还未坐底即被冲走。本发明采用的树枝形组合体有效克服了上述缺陷，具备三个突出特点：
一是高度透水，阻水面积很小，并且其上面纵横分布的枝杈切割水流，有效消减水流冲击力；二是设置在其中间的导向板与其主干钢管方向一致，抛投入水时导向板在水流的冲击下，能够快速引导树枝形组合体的主干钢管方向与水流方向一致，顺水流方向入水下沉；三是自重大，下沉阻力小，很快沉入河底，指向下方的主杈钢管插入河床，实现快速抓地，快速坐底；连续快速抛投在决口内的树枝形组合体交叉堆叠，形成一个整体的立体网状拦阻架，由于拦阻架之间具有较大的空隙，其过水能力强，对水流的消能效果好，为后续抛投的大块石和铅丝石笼提供了稳定的支撑。
(2)现有决口抢堵器材另一个重大缺陷是：为了能够在水流湍急的决口口门内立住脚，只能采用单体巨大的器材，在交通极为不便的抢险现场运输极为困难，组装速度慢，不能快速、连续投入决口，导致口门抢堵失败。本发明采用的树枝形组合体，仅包括主干钢管、主杈钢管和导向板三种组件，存储、运输、组装极为方便快捷，甚至可以人工分体携带、现场组装，实现快速输送、快速组装、快速连续投放，真正实现短时间内全面展开抢险作业，抢早、抢小，快速堵口。
(3)本发明的树枝形组合体，主干钢管两端设有方向相反的内螺纹，连接钢管两端也相应设有方向相反的外螺纹，当需要更大长度的树枝形组合体时，只需将连接钢管两端分别插入两个相邻的主干钢管，或两个已经组成完成的树枝形组合体的主干钢管内，用木棒或钢棒插入连接钢管中间的插孔内，快速转动连接钢管，就能同时将两端的主干钢管连接固定在一起，无需转动主干钢管或两个已经组成完成的树枝形组合体，极大提高了组装速度。
(4)本发明在决口宽度小于5m作为龙门口，在前期形成的决口两侧上游铅丝石笼进占体之间的龙门口进水口上游，垂直水流方向抛投不安装导向板的树枝形组合体，形成龙门口上游横向拦阻架，进一步消减水流冲击力，然后再施工龙门口拦阻架，保障决口合龙一次成功。
(5)本发明在拦阻架之间只抛投大块石，用来填充拦阻架之间的空隙，相比用铅丝石笼等其他物料，无需任何组装，自卸卡车即运即抛，速度更快，而且填充更为充分，后续更容易闭气。
附图说明
图1为本发明的抢堵方法第一阶段平面图；
图2为本发明的抢堵方法第一阶段下游立视图；
图3为本发明的抢堵方法第一阶段上游立视图；
图4为本发明的抢堵方法第二阶段平面图；
图5为本发明的抢堵方法第二阶段下游立视图；
图6为本发明的抢堵方法第三阶段平面图；
图7为本发明的抢堵方法第四阶段平面图；
图8为本发明的抢堵方法第四阶段下游立视图；
图9为本发明的树枝形组合体正视图；
图10为本发明的树枝形组合体横断面剖视图；
图11为本发明的两个树枝形组合体连接示意图。
图中，堤顶1，施工平台2，裹头3，决口两侧拦阻架4，决口两侧上游铅丝石笼进占体5，决口河底6，决口两侧大块石进占体7，龙门口上游横向拦阻架8，龙门口拦阻架9，树枝形组合体10，主干钢管11，内螺纹111，主杈钢管12，分杈钢杆13，导向板14，加强肋141，连接钢管15，外螺纹151，插孔152，龙门口抢堵体16，固定桩17。
具体实施方式
下面结合图1-图10，对本发明的堤防决口抢堵方法做详细说明。
本发明的一种堤防决口的抢堵方法，包括以下步骤：
(一)在决口两侧大堤上制作施工平台。将决口两侧的堤顶1削低，扩大决口两侧的堤顶面积，形成面积较大的施工平台2，为抢险车辆进出和抢险作业面扩大创造条件；同时减小堤头与决口的水位高差，便于堵口器材向决口内投放。
(二)修建裹头。在决口口门两侧的堤头抛投铅丝石笼，形成裹头3，稳固堤头，防止决口扩大。裹头3的顶端与施工平台2齐平，且裹头3应适当压实，保证进占堵口时裹头不坍塌、后退。
(三)在决口两侧同时抛投树枝形组合体10，形成决口两侧拦阻架4。如图1和图2所示，在决口两侧的施工平台2上同时组装树枝形组合体10，然后用推土机、挖掘机、装载机等施工机械将单个或多个树枝形组合体10推入决口内，也可以用人力推入决口内，直至所述树枝形组合体10露出水面，形成决口两侧拦阻架4。用挖掘机或装载机的铲斗将所述的决口两侧拦阻架4初步压实。
如图9和图10所示，所述树枝形组合体10包括主干钢管11、主杈钢管12和导向板14；所述主杈钢管12的尾端穿过所述主干钢管11并用螺栓固定在所述主干钢管11，所述主杈钢管12每组2根或4根，优选4根，同一组的所述主杈钢管12在所述主干钢管11上的间距为5～10cm(指主杈钢管12管壁之间的距离)；每组所述主杈钢管12在所述主干钢管11上的间距为1.0～1.5m。在所述主杈钢管12上按照0.3～0.5m的间距焊接有支杈钢杆13。所述导向板14用螺栓固定在每根所述主干钢管11侧壁上，也就是说，所述导向板14的方向与所述主干钢管11的长度方向相同。为防止导向板14被水流冲击发生弯曲，在所述导向板14上设有加强肋141。
根据需要可以有多种规格型号，但为了存储、运输及组装方便，单根所述主干钢管11的长度不宜过大。本实施方式中，所述主干钢管11外径160mm，壁厚5mm，长度8～12m，所述主杈钢管12外径22mm，长度1.5～2.0m，所述支杈钢杆13直径1cm，长0.2～0.3m，所述导向板14为边长1.0m、壁厚3mm的正方形钢板。
如图11所示，当需要更大长度的树枝形组合体10时，用连接钢管15将两根主干钢管11连接起来，然后再组装所述主杈钢管12和导向板14；或者用连接钢管15将两个或多个组装完成的树枝形组合体10连接起来。为提高连接效率，所述主干钢管11的两端均设有内螺纹111，且两端的内螺纹111方向相反；所述连接钢管15的两端设有与所述内螺纹111匹配的外螺纹151，所述连接钢管15的中间设有插孔152。当需要更大长度的树枝形组合体10时，只需将连接钢管15的两端分别插入两个相邻的主干钢管11，或两个已经组成完成的树枝形组合体10的主干钢管11内，用木棒或钢棒插入连接钢管15中间的插孔152内，快速转动连接钢管15，就能同时将两端的主干钢管11连接固定在一起，无需转动主干钢管11或两个已经组成完成的树枝形组合体10，极大提高了组装速度。
本发明的树枝形组合体10具备三个突出特点：
一是高度透水，阻水面积很小，并且其上面纵横分布的枝杈切割水流，有效消减水流冲击力；二是设置在其中间的导向板14与其主干钢管11方向一致，抛投入水时导向板14在水流的冲击下，能够快速引导树枝形组合体10与水流方向保持一致，顺水流方向入水下沉；三是自重大，下沉阻力小，很快沉入河底，下方的主杈钢管12插入河床，实现快速抓地，快速坐底；连续快速抛投在决口内的树枝形组合体10交叉堆叠，形成一个整体的立体网状拦阻架4，由于拦阻架之间具有较大的空隙，其过水能力强，对水流的消能效果好，为后续抛投的大块石和铅丝石笼提供了稳定的支撑。
(四)施工决口两侧上游铅丝石笼进占体5。步骤(3)形成的决口两侧拦阻架4初步压实后，决口两侧的水流冲击力大大减小，为在决口两侧拦阻架4上游端抛投铅丝石笼提供了施工条件，在决口两侧拦阻架4的上游端抛投铅丝石笼，直至露出水面，并用挖掘机或装载机的铲斗初步压实，形成决口两侧上游铅丝石笼进占体5。决口两侧拦阻架4将所述成决口两侧上游铅丝石笼进占体5稳稳拦阻在决口两侧水流中，保证铅其不被水流冲走或冲垮。
由于铅丝石笼比其他物料如大块石、柳石枕等更为密实，抛投铅丝石笼更容易实现堵口合龙后的闭气。
(五)施工决口两侧大块石进占体7。用挖掘机或装载机向所述决口两侧拦阻架4抛投大块石，大块石落入并填充所述树枝形组合体10之间的空隙，直至露出水面，用施工车辆初步压实，形成稳固的决口两侧大块石进占体7。
(六)以已经完成的决口两侧大块石进占体7和决口两侧上游铅丝石笼进占体5为作业平台，重复步骤(三)～步骤(五)，从决口两侧向决口中央逐步进占。
(七)施工龙门口上游横向拦阻架8。随着决口两侧上游铅丝石笼进占体5和决口两侧大块石进占体7一步步向决口中央进占，口门宽度一步步缩小，口门内水流流速和冲击力也越来越大。当口门宽度小于5m时，剩余口门作为龙门口，为保障龙门口截流一次成功，在龙门口进水口的上游端，垂直水流方向持续抛投不安装导向板14的树枝形组合体10，在决口两侧上游铅丝石笼进占体5的支撑下，树枝形组合体10横在决口进水口，形成龙门口上游横向拦阻架8，消减龙门口的水流冲击力。
(八)决口合龙。以步骤(六)形成的决口两侧上游铅丝石笼进占体5和决口两侧大块石进占体7为作业平台，自决口两侧快速连续抛投树枝形组合体10，直至树枝形组合体10露出水面，形成龙门口拦阻架9。然后，用挖掘机或装载机向所述龙门口拦阻架9抛投大块石，大块石落入并填充所述树枝形组合体10之间的空隙，直至大块石露出水面，用施工车辆压实，形成稳固的龙门口抢堵体16，，所述龙门口抢堵体16与所述决口两侧上游铅丝石笼进占体5和决口两侧大块石进占体7形成完整的决口封堵坝体，决口成功合龙。
在形成稳固的龙门口抢堵体16之前，若龙门口拦阻架9有晃动或向下游移动现象，应在大块石抛投的同时，在龙门口拦阻架9中打入固定桩17，提高其稳定性。固定桩17可以选择工字钢或就地取材的树干制作而成，利用挖掘机的铲斗或打桩锤打入。
(九)闭气；初步形成的决口封堵坝体存在较大空隙而漏水严重，为防止坝体发生渗透破坏和进一步诱发溃决，要在合龙后尽快实现坝体闭气。闭气的方式有多种，本实施方式采用向坝体顶面铺放碎石和/或粗砂，填充坝体顶面，边铺放边用施工机械反复碾压，并加高培厚；同时，将碎石、粗砂和粘土混合在一起，装入麻袋或土工袋中，抛投在封堵坝体上游面，将坝体渗水控制在允许范围，实现闭气，最终实现决口堵复目标。
Claims (4)
1.一种堤防决口的抢堵方法，其特征在于，包括以下步骤：
(一)在决口两侧大堤上制作施工平台：将决口两侧的堤顶(1)削低，扩大决口两侧的堤顶面积，形成面积较大的施工平台(2)，为抢险车辆进出和抢险作业面扩大创造条件；同时减小堤头与决口的水位高差，便于堵口器材向决口内投放；
(二)修建裹头：在决口两侧的堤头抛投铅丝石笼，形成裹头(3)，稳固堤头，防止决口扩大；裹头(3)的顶端与施工平台(2)齐平，且裹头(3)应压实；
(三)在决口两侧同时抛投树枝形组合体(10)，形成决口两侧拦阻架(4)：在决口两侧的施工平台(2)上同时组装树枝形组合体(10)，推入决口内，直至所述树枝形组合体(10)露出水面，形成决口两侧拦阻架(4)，用挖掘机或装载机的铲斗将所述的决口两侧拦阻架(4)初步压实；
所述树枝形组合体(10)包括主干钢管(11)、主杈钢管(12)和导向板(14)；所述主杈钢管(12)的尾端穿过所述主干钢管(11)并用螺栓固定在所述主干钢管(11)上，所述主杈钢管(12)每组2根或4根，同一组的所述主杈钢管(12)在所述主干钢管(11)上的间距为5～10cm；每组所述主杈钢管(12)在所述主干钢管(11)上的间距为1.0～1.5m；在所述主杈钢管(12)上按照0.3～0.5m的间距焊接有支杈钢杆(13)；所述导向板(14)用螺栓固定在每根所述主干钢管(11)侧壁上，在所述导向板(14)上设有加强肋(141)；所述导向板(14)的方向与所述主干钢管(11)的长度方向相同，抛投入水时导向板(14)在水流的冲击下，快速引导树枝形组合体(10)与水流方向保持一致，顺水流方向入水下沉；
所述主干钢管(11)的两端均设有内螺纹(111)，两个或多个主干钢管(11)通过连接钢管(15)连接，组合成更大长度的树枝形组合体(10)，所述连接钢管(15)的两端设有与所述内螺纹(111)匹配的外螺纹(151)，所述连接钢管(15)的中间设有插孔(152)；
(四)施工决口两侧上游铅丝石笼进占体(5)：在决口两侧拦阻架(4)的上游端抛投铅丝石笼，直至露出水面，用挖掘机或装载机的铲斗初步压实，形成决口两侧上游铅丝石笼进占体(5)；
(五)施工决口两侧大块石进占体(7)：用挖掘机或装载机向所述决口两侧拦阻架(4)抛投大块石，大块石落入并填充所述树枝形组合体(10)之间的空隙，直至露出水面，用施工车辆初步压实，形成稳固的决口两侧大块石进占体(7)；
(六)以已经完成的决口两侧大块石进占体(7)和决口两侧上游铅丝石笼进占体(5)为作业平台，重复步骤(三)～步骤(五)，从决口两侧向决口中央逐步进占；
(七)施工龙门口上游横向拦阻架(8)：当决口口门宽度小于5m时，剩余口门作为龙门口，在龙门口进水口的上游端，垂直水流方向持续抛投不安装导向板(14)的树枝形组合体(10)，在决口两侧上游铅丝石笼进占体(5)的支撑下，树枝形组合体(10)横在龙门口进水口上游端，形成龙门口上游横向拦阻架(8)，消减龙门口的水流冲击力；
(八)决口合龙：以步骤(六)形成的决口两侧上游铅丝石笼进占体(5)和决口两侧大块石进占体(7)为作业平台，自龙门口两侧向龙门口内快速连续抛投树枝形组合体(10)，直至树枝形组合体(10)露出水面，形成龙门口拦阻架(9)；然后，用挖掘机或装载机向所述龙门口拦阻架(9)抛投大块石，大块石落入并填充所述龙门口拦阻架(9)的空隙，直至大块石露出水面，用施工车辆压实，形成稳固的龙门口抢堵体(16)，所述龙门口抢堵体(16)与所述决口两侧上游铅丝石笼进占体(5)和决口两侧大块石进占体(7)形成完整的决口封堵坝体；
(九)闭气；向所述决口封堵坝体顶面铺放碎石和/或粗砂，填充坝体顶面，边铺放边用施工机械反复碾压，并加高培厚；同时，将碎石、粗砂和粘土混合在一起，装入麻袋或土工袋中，抛投在所述决口封堵坝体上游面，将坝体渗水控制在允许范围，实现决口闭气。
2.根据权利要求1所述的一种堤防决口的抢堵方法，其特征在于，所述主干钢管(11)外径160mm，壁厚5mm，长度8～12m，所述主杈钢管(12)外径22mm，长度1.5～2.0m，所述支杈钢杆(13)直径1cm，长0.2～0.3m，所述导向板(14)为边长1.0m、壁厚3mm的正方形钢板。
3.根据权利要求1所述的一种堤防决口的抢堵方法，其特征在于，所述主干钢管(11)两端的内螺纹(111)方向相反，所述连接钢管(15)两端的外螺纹(151)方向相反；将所述连接钢管(15)的两端分别插入两个相邻的主干钢管(11)，用木棒或钢棒插入所述插孔(152)内，快速转动连接钢管(15)，将两根主干钢管(11)连接起来，然后再组装所述主杈钢管(12)和导向板(14)；或将连接钢管(15)的两端分别插入两个已经组装完成的树枝形组合体(10)的主干钢管(11)内，用木棒或钢棒快速转动连接钢管(15)，将两端的主干钢管(11)连接固定在一起。
4.根据权利要求1所述的一种堤防决口的抢堵方法，其特征在于，步骤(八)中，在形成稳固的龙门口抢堵体(16)之前，若龙门口拦阻架(9)有向下游移动现象，应在抛投大块石的同时，在龙门口拦阻架(9)中打入固定桩(17)，所述固定桩(17)选择工字钢或树干制作而成。
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