CN115030090B - 一种基于拦阻自闭的江河溃口快速抢堵系统 - Google Patents

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CN115030090B CN202210679374.5A CN202210679374A CN115030090B CN 115030090 B CN115030090 B CN 115030090B CN 202210679374 A CN202210679374 A CN 202210679374A CN 115030090 B CN115030090 B CN 115030090B
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Abstract

本发明涉及江河堤防溃口抢堵系统，特别涉及一种中小河流堤防溃口的抢堵系统，属于水利工程领域，其IPC分类号为E02B 1/00，E02B 3/02。本发明采用的刺状骨架抛投物具有易于运输组装、透水好、抓地牢固的特点，在溃口持续均布抛投刺状骨架抛投物，在溃口处形成刺状骨架抛投物堆积体，拦阻溃口水流中的悬浮物，降低水流冲击力和形成阻水坝体，然后抛投大块石和铅丝石笼，实现溃口的快速堵复，具有显著的社会效益和经济效益。

Description

一种基于拦阻自闭的江河溃口快速抢堵系统
技术领域
本发明涉及江河堤防溃口抢堵系统，特别涉及一种中小河流的堤防溃口的抢堵系统，属于水利工程领域，其IPC分类号为E02B 1/00，E02B 3/02。
背景技术
我国是一个江河纵横、洪水频发的国家，汛期洪水引发的江河堤防溃口是众多洪水险情中造成损失最严重、影响面最大、抢险最为艰难的重大险情。据有关资料显示，每年洪灾损失占全年损失的近三分之一，江河堤防溃口堵复事关国计民生、十万火急。尤其是对于堤顶狭窄、河道障碍物众多、地处偏僻、交通不便等恶劣因素普遍存在的中小河流堤防溃口，在堤防溃口后临背河全是水的情况下，远途调集的现代化大型机械装备到达现场需要较长时间的卸车、组装和道路展宽、加固等准备过程，往往是溃口已经扩大、灾害也已基本形成的时候才能展开堵口抢险施工，而先期到达的抢险队员因缺乏适宜技术、装备等不得不待命或做一点力所能及的辅助工作，极大的降低了堤防堵口的积极作用和重要意义。
现有的江河堤防溃口堵复方案，存在的主要问题在于：
(1)我国的大型河流一般都设有流域委员会作为专门的管理机构，设有专业队伍负责平时的管理和养护，各级管理部门也设有专业的抢险队伍，各河段尤其是易出险工程都备有专业的抢险物料，但中小河流堤防平时管理不到位，缺乏专业抢险队伍和抢险物料，一旦出现溃口，发现不及时，调人和物料不及时，准备时间长、速度慢，等到具备堵口的人力、物力条件时，基本上都是在洪水过后，或者口门发展扩大至接近稳定，才在一片汪洋中开始抢险施工，经常是连续奋战4～5天以上方能完成堵口，导致溃口下游严重的人员和财产损失。
(2)溃口堵口后期，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，口门冲击力非常大，例如，2021年郑州7.20暴雨后卫河彭村堤防溃口，最后阶段以连续将多部装满石头的大卡车填入口门，但仍然被激流冲出去近10米远，主要原因在于：一是卡车填入口门内，口门水流冲击力大于石车稳定力而翻滚；二是装满石头的卡车虽重达几十吨，但没有任何抓地能力。
因此，如何在溃口时尽快将专业抢险器材、物料调运到场，并快速将人力、物力投入有限的场地内，尤其是如何提高合龙成功率，是溃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江河堤防溃口堵复技术中的不足，提供一种基于拦阻自闭的施工成本低、操作简便高效、安全可靠、就地取材和水、陆、空三位一体的江河溃口快速抢堵系统。本发明的技术解决方案如下：
一种基于拦阻自闭的江河溃口快速抢堵系统，包括裹头防护体、抛投桥、刺状骨架抛投物堆积体、铅丝网石笼与大块石混合进占体和覆盖体；
所述裹头防护体由内部装填有砂石的铅丝笼串联而成，推抛在削低的断堤头平台岸边坡面和根脚，用于遏制溃口扩大和稳固断堤头；
所述抛投桥架设在溃口上空，包括支架底座、支架扶臂、支架轮、支架门、紧拉调节器、锚锭、钢丝绳、滑轮、吊钩和牵拉控制绳，所述锚锭和支架底座埋设和坐落在溃口的两岸，所述钢丝绳连通溃口两岸并通过所述支架门与所述紧拉调节器的一端连接，所述紧拉调节器的另一端与锚锭连接；
所述刺状骨架抛投物堆积体由抛投在所述溃口一侧区域的多层刺状骨架抛投物组成，所述刺状骨架抛投物通过所述抛投桥均布抛投在溃口的一侧区域，抛投区域应大于口门宽度的3/4；所述刺状骨架抛投物堆积体顶部初始与溃口水面基本齐平，后期受覆盖体覆压和进占机械压密而下降；
所述刺状骨架抛投物包括拦阻钢管、拦阻钢杆、拦阻钢钩和导向板；所述导向板固定在所述拦阻钢管的尾端，且所述导向板的方向与所述拦阻钢管的长度方向垂直；所述拦阻钢杆间隔固定在所述拦阻钢管上，所述拦阻钢钩为倒刺形，间隔焊接在所述拦阻钢杆上；
所述铅丝网石笼与大块石混合进占体由铅丝网石笼与大块石混合推抛在溃口的另一侧区域形成；所述铅丝网石笼与大块散石混合进占体和所述刺状骨架抛投物堆积体自溃口两侧同时施工；
所述覆盖体覆盖在所述刺状骨架抛投物堆积体上面，由大块石、铅丝石笼和石子等组成。
进一步地，所述拦阻钢管11外径160mm，壁厚5mm，长度15～20m；所述拦阻钢杆12外径22mm，长度1.5～2.0m；所述拦阻钢钩13长0.2～0.3m，所述导向板14为直径1.0m、壁厚3mm的圆形钢板。
本发明的发明点及其技术效果在于：
(1)现有溃口抢险器材的致命缺陷是难以抓地、不透水导致易被冲走。本发明采用的刺状骨架抛投物有效克服了上述缺陷。刺状骨架抛投物阻水面积很小，高度透水，抛投后顺水流方向入水，由于其阻水小，自重大，很快沉入河底，其指向下方的刺状拦阻钢杆插入河床，实现快速抓地，稳固于河床上，均布抛投、密布于河床设定范围的刺状骨架抛投物形成底床防护层，减小口门河床地面流速和冲刷，后续抛投的多层刺状骨架抛投物之间通过拦阻钢杆互相支撑和拉扯，形成口门刺状骨架抛投物堆积体，水流穿越刺状骨架抛投物堆积体空档的过程中，水流中的植物根系、杂草等悬浮物被刺状拦阻钢杆和拦阻钢钩拦阻，刺状骨架抛投物堆积体棚架空档逐渐被拦阻的水流悬浮物所填塞，堆积体透水逐步减小，持续减缓口门流速；悬浮在河水中的根系、杂草等，比重非常接近于1，被挂阻后不会过大减小刺状骨架抛投物在口门水流中的重量和稳定性，棚架的刺状骨架抛投物通过其刺状拦阻钢杆的互相拉扯和底层抓地而实现累积拦阻水流中悬浮物后的整体稳定，保证刺状骨架抛投物堆积体累积阻拦水流中悬浮物后不被水流冲走或冲垮(即实现了本发明所述的拦阻自闭)。
(2)现有溃口抢险器材另一个重大缺陷是：为了能够在水流湍急的溃口口门内立住脚，只能采用单体巨大的器材，而这类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、连续投入溃口，导致口门抢堵缓慢和意义降低。本发明采用的抢险工具包括抛投桥、刺状骨架抛投物、裹头防护体、进占材料等，没有大的单体，利于运输和现场组装，甚至是单兵分体携带、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。
附图说明
图1为本发明的快速抢堵系统第一阶段平面布置图；
图2为本发明的快速抢堵系统第一阶段上游立视图；
图3为本发明的快速抢堵系统第二阶段平面布置图；
图4为本发明的快速抢堵系统第二阶段上游立视图；
图5为本发明的刺状骨架抛投物侧视图；
图6为本发明的刺状骨架抛投物横断面剖视图；
图7为本发明的铅丝网片示意图；
图8为本发明的铅丝笼示意图。
图中，支架底座1，支架扶臂2，支架轮3，支架门4，紧拉调节器5，锚锭6，钢丝绳7，滑轮8，吊钩9，牵拉控制绳10，拦阻钢管11，拦阻钢杆12，拦阻钢钩13，导向板14，铅丝网片龙骨15，铅丝网目丝16，铅丝网砂石袋或土袋笼裹头防护体17，铅丝网石笼与大块散石混合进占体18，水体悬浮物19，钢丝锁扣20。
具体实施方式
下面结合图1-图8，对本发明的基于拦阻自闭的江河溃口快速抢堵系统做详细说明。
一种基于拦阻自闭的江河溃口快速抢堵系统，包括裹头防护体、抛投桥、刺状骨架抛投物堆积体、铅丝网石笼与大块石混合进占体18和覆盖体；
所述裹头防护体由内部装填有砂石的铅丝笼串联而成，推抛在削低的断堤头平台岸边坡面和根脚，用于遏制溃口扩大和稳固断堤头；
所述抛投桥架设在溃口上空，包括支架底座1、支架扶臂2、支架轮3、支架门4、紧拉调节器5、锚锭6、钢丝绳7、滑轮8、吊钩9和牵拉控制绳10，所述锚锭6和支架底座1埋设和坐落在溃口的两岸，所述钢丝绳7连通溃口两岸并通过所述支架门4与所述紧拉调节器5的一端连接，所述紧拉调节器5的另一端与锚锭6连接；
所述刺状骨架抛投物堆积体由抛投在所述溃口一侧区域的多层刺状骨架抛投物组成，所述刺状骨架抛投物通过所述抛投桥均布抛投在溃口的一侧区域，抛投区域应大于口门宽度的3/4；所述刺状骨架抛投物堆积体顶部初始与溃口水面基本齐平，后期受覆盖体覆压和进占机械压密而下降；
所述刺状骨架抛投物包括拦阻钢管11、拦阻钢杆12、拦阻钢钩13和导向板14；所述导向板14固定在所述拦阻钢管11的尾端，且所述导向板14的方向与所述拦阻钢管11的长度方向垂直；所述拦阻钢杆12间隔固定在所述拦阻钢管11上，所述拦阻钢钩13为倒刺形，间隔焊接在所述拦阻钢杆12上；
所述铅丝网石笼与大块石混合进占体18由铅丝网石笼与大块石混合推抛在溃口的另一侧区域形成；所述铅丝网石笼与大块散石混合进占体18和所述刺状骨架抛投物堆积体自溃口两侧同时施工；
所述覆盖体覆盖在所述刺状骨架抛投物堆积体上面，由大块石、铅丝石笼和石子等组成。
利用本发明的快速抢堵系统实施溃口抢堵的具体方法，包括以下步骤：
(1)消低断堤头，形成施工平台；如图1-图4所示，在堤防溃口的上下游断堤头上，本着适度扩大堤顶面积、减小断堤头顶与溃口水位高差的目的，削低断堤头顶，在断堤头形成较大的施工平台，为抢险堵口车辆快捷进出和抢险作业面扩大创造条件。
(2)修筑裹头防护体；如图1-图4、图7和图8所示，抢险队员快速将携带的铅丝网片展开，利用钢丝锁扣20将铅丝网片龙骨15缝合连接成笼，并串联为一定长度的带笼，放置于削低的断堤头岸边，快速向笼内装填砂石或土袋，再利用钢丝锁扣20将铅丝网片龙骨15缝合封口后，通过机械或人工结合推掀装置(单兵携带、现场组装而成)将笼体推入溃口中，在溃口两端的堤头上，即溃口上下游断堤头上，形成铅丝网砂石袋或土袋笼裹头防护体17，遏制溃口扩大和稳固断堤头，保证进占堵口时裹头不坍塌、后退。
(3)架设抛投桥，组装刺状骨架抛投物；如图1-图4所示，在溃口的上下游断堤头平台上组装抛投桥，所述抛投桥包括支架底座1、支架扶臂2、支架轮3、支架门4、紧拉调节器5、锚锭6、钢丝绳7、滑轮8、吊钩9和牵拉控制绳10，利用动力救生抛投器或应急动力舟艇实现尼龙绳的溃口两岸连通，用尼龙绳牵拉钢丝绳7连通溃口两岸，埋设锚锭6，安装紧拉调节器5和钢丝绳7、滑轮8、吊钩9、牵拉控制绳10，调节紧拉调节器5，绷紧溃口两岸的钢丝绳7，在溃口上空快速架设形成抛投桥。在架设抛投桥的同时，在溃口的上游断堤头或下游断堤头组装刺状骨架抛投物。如图5和图6所示，所述刺状骨架抛投物包括拦阻钢管11、拦阻钢杆12、拦阻钢钩13和导向板14；所述导向板14以焊接或其他方式固定在所述拦阻钢管11的尾端，且所述导向板14的方向与所述拦阻钢管11的长度方向垂直；所述拦阻钢杆12按照1.5～2.0m的间距固定在所述拦阻钢管11上，所述拦阻钢钩13为倒刺形，按照0.5～0.6m的间距发散焊接在所述拦阻钢杆12上。根据需要可以有多种规格型号。本实施方式中，所述拦阻钢管11外径160mm、壁厚5mm、长度15～20m，所述拦阻钢杆12外径22mm、长度1.5～2.0m，所述拦阻钢钩13长0.2～0.3m，所述导向板14为直径1.0m、壁厚3mm的圆形钢板，组装成的刺状骨架抛投物的重量约1000kg，可顺水流导向。
应当选择交通不方便的溃口一侧组装刺状骨架抛投物，如上游断堤头交通不便，就在上游组装，否则，在下游组装，不需要在溃口两岸同时组装。在交通方便的溃口的另一侧进行铅丝网石笼和大块石等其他物料的运输、准备。
(4)在溃口的上下游断堤头同时进行进占施工；如图1-图4所示，自溃口一端的断堤头开始，持续均布抛投刺状骨架抛投物，形成刺状骨架抛投物堆积体，所述抛投区域应大于口门宽度的3/4；同时，在相对的另一端断堤头，进行铅丝网石笼与大块石混合进占体18的施工。自口门的两端同时进占施工，可以提高抢险效率，而且此时属于口门进占初期，由于口门宽度较大，水流冲击力较小，采用传统的铅丝网石笼与大块石混合进占，不会被冲走。
抛投刺状骨架抛投物的具体方法是：将组装完成的刺状骨架抛投物悬挂在吊钩9上，所述导向板14朝向背水一端，人工操控滑轮8将刺状骨架抛投物运送决口上空设定位置，操控吊钩9张开，抛下刺状骨架抛投物，落入口门水流中的刺状骨架抛投物在导向板14的作用下顺水流方向入水，落向河底，拦阻钢杆12插入河床抓地，稳固于河床上。
铅丝网石笼与大块石混合进占体18的施工方法是：利用钢丝锁扣20将铅丝网片龙骨15缝合连接组合成便于自卸汽车运输和装卸的方形笼，并抬放至自卸汽车斗内，利用装载机或挖掘机快速向笼内装填块石，再利用钢丝锁扣20将铅丝网片龙骨15缝合封口，形成铅丝网石笼，运输至岸边，利用推土机推入溃口；为提高铅丝网石笼效能和降低其使用数量，应根据决口水流实际情况，配合一定数量的大块散石作为进占材料，形成铅丝网石笼与大块散石混合进占体18。
刺状骨架抛投物是本发明的核心和关键，刺状骨架抛投物阻水面积很小、高度透水，初始抛投的刺状骨架抛投物顺水流方向入水、落向河底，其指向下方的刺状拦阻钢杆插入河床抓地、稳固于河床上，均布抛投、密布于河床设定范围的刺状骨架抛投物形成底床防护层，减小口门河床地面流速和冲刷，继续均布抛投、形成摞置棚架于底层上的第二层抛投刺状骨架抛投物，两层刺状骨架抛投物之间通过拦阻钢杆12互相支撑和拉扯，层层棚架、摞置立于溃口水流中，直至接近于水面，形成最终的口门刺状骨架抛投物堆积体，水流穿越刺状骨架抛投物堆积体空档的过程中，水流中的植物根系、杂草等悬浮物被刺状拦阻钢杆12和拦阻钢钩13拦阻，刺状骨架抛投物堆积体棚架空档逐渐被拦阻的水流悬浮物所填塞，堆积体透水逐步减小，持续减缓口门流速；悬浮在河水中的根系、杂草等，比重非常接近于1，被挂阻后不会过大减小刺状骨架抛投物在口门水流中的重量和稳定性，棚架的刺状骨架抛投物通过其刺状拦阻钢杆的互相拉扯和底层抓地而实现累积拦阻水流中悬浮物后的整体稳定，保证刺状骨架抛投物堆积体累积阻拦水流中悬浮物后不被水流冲走或冲垮。
(5)溃口合龙；所述刺状骨架抛投物堆积体顶部接近水面后，停止所述铅丝网石笼与大块散石混合进占体18的施工，由溃口的上下游同时向口门内、所述刺状骨架抛投物堆积体上抛投大块石和铅丝石笼，覆压、初步密实所述刺状骨架抛投物堆积体，抛投的大块石和铅丝石笼露出水面并不再下沉后，再用施工车辆进一步压实，形成稳固的进占体，然后以稳定的进占体作为作业平台，持续向口门中间抛投、压实，直至溃口合龙，形成完整、密实的堵口坝体。
(6)闭气；初步封堵溃口的坝体因填筑料体积大、缺乏有效压实等，坝体存在较大空隙而漏水严重，影响堵口坝体安全，为防止坝体发生渗透破坏和进一步诱发溃决，要在合龙后第一时间快速向坝体顶面、上游坡面适时铺放碎石及土，找平和填充堵口坝体顶面和空隙，并加高培厚，碾压坝体，将坝体渗水控制在允许范围，最终实现决口堵复目标。

Claims (2)

1.一种基于拦阻自闭的江河溃口快速抢堵系统，包括裹头防护体、抛投桥、刺状骨架抛投物堆积体、铅丝网石笼与大块散石混合进占体(18)和覆盖体；
所述裹头防护体由内部装填有砂石的铅丝笼串联而成，推抛在削低的断堤头平台岸边坡面和根脚，用于遏制溃口扩大和稳固断堤头；
所述抛投桥架设在溃口上空，包括支架底座(1)、支架扶臂(2)、支架轮(3)、支架门(4)、紧拉调节器(5)、锚锭(6)、钢丝绳(7)、滑轮(8)、吊钩(9)和牵拉控制绳(10)，所述锚锭(6)埋设在溃口的两岸，所述支架底座(1)坐落在溃口的两岸，所述钢丝绳(7)连通溃口两岸并通过所述支架门(4)上的支架轮(3)与所述紧拉调节器(5)的一端连接，所述紧拉调节器(5)的另一端与锚锭(6)连接；支架门(4)设置在支架底座(1)上，支架扶臂(2)设在支架底座(1)与支架门(4)之间，支架轮(3)设在支架门(4)顶部，滑轮(8)设在钢丝绳(7)上，吊钩(9)设在滑轮(8)上，牵拉控制绳(10)用于牵拉吊钩(9)；
所述刺状骨架抛投物堆积体由抛投在所述溃口一侧区域的多层刺状骨架抛投物组成，所述刺状骨架抛投物通过所述抛投桥均布抛投在溃口的一侧区域，抛投区域应大于口门宽度的3/4；所述刺状骨架抛投物堆积体顶部初始与溃口水面基本齐平，后期受覆盖体覆压和进占机械压密而下降；
所述刺状骨架抛投物包括拦阻钢管(11)、拦阻钢杆(12)、拦阻钢钩(13)和导向板(14)；所述导向板(14)固定在所述拦阻钢管(11)的尾端，且所述导向板(14)的方向与所述拦阻钢管(11)的长度方向垂直；所述拦阻钢杆(12)间隔固定在所述拦阻钢管(11)上，所述拦阻钢钩(13)为倒刺形，间隔焊接在所述拦阻钢杆(12)上；
所述铅丝网石笼与大块散石混合进占体(18)由铅丝网石笼与大块石混合推抛在溃口的另一侧区域形成；所述铅丝网石笼与大块散石混合进占体(18)和所述刺状骨架抛投物堆积体自溃口两侧同时施工；
所述覆盖体覆盖在所述刺状骨架抛投物堆积体上面，由大块石、铅丝石笼和石子组成。
2.根据权利要求1所述的一种基于拦阻自闭的江河溃口快速抢堵系统，其特征在于，所述拦阻钢管(11)外径160mm，壁厚5mm，长度15～20m；所述拦阻钢杆(12)外径22mm，长度1.5～2.0m；所述拦阻钢钩(13)长0.2～0.3m，所述导向板(14)为直径1.0m、壁厚3mm的圆形钢板。
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