CN118007586A - 一种基于锚阵生根-阻拦协同的堤防溃口快速封堵系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于锚阵生根‑阻拦协同的堤防溃口快速封堵系统，属于水利工程领域，采用自堤防两端同时进行溃口快速封堵的方法。本发明利用火箭发射车将带索火箭锚打入溃口底部河床中，沿锚索滑投钢网石笼，对溃口处的水流起到缓冲减流作用，再利用振冲植桩机沿堤防轴线打入两排钢管桩，之后在桩体前布置钢丝网片，建立基于锚阵生根‑阻拦协同溃口封堵的“中流砥柱”，后续抛投钢网石笼及装有土料与石块的三角锥状抛投物，直至露出水面后推土进占，实现大溃口的快速且有效的封堵，使得堵口效率不随门口宽度的影响，且能够减少抛投封堵物料的用量、节省封堵时间。

Description

一种基于锚阵生根-阻拦协同的堤防溃口快速封堵系统

技术领域

本发明属于水利工程领域，涉及江河、水库堤防溃口的快速封堵系统，尤其涉及一种基于锚阵生根-阻拦协同的堤防溃口快速封堵系统。

背景技术

我国水资源丰富，江河众多且时空分布不匀，为了更好利用水资源且抵御洪水灾害，人们修建了大量的堤防工程。如遇大洪水，洪水引发的江河堤防溃口的险情会严重威胁当地农业、交通、生态环境以及居民生命财产安全等，抢险比较艰难，据相关资料显示，每年洪灾损失占全年损失的近三分之一。此外，当溃口处水深与流速较大时，传统封堵方式难以实现抛投物料在溃口处的“生根”，以及短时间内溃口封堵，因此有必要寻求一种高效、快速、安全的新型溃口封堵技术来解决上述不足，尽量减少灾区群众的财产损失。

现在的江河、水库堤防的快速溃口封堵技术，存在的主要缺陷有：

(1)目前堤防溃决往往发生在交通不便的地方，溃决后决口临背河全是水，抢险器材和物料运输难，堵口物料筹集比较困难。根据以往的堵口经验，当溃口水流流速较大时，抛投的物料以石料最佳，尤其是大块的块石，当利用传统的封堵方法进行堵口时就需要大量的石料，为准备堵口材料往往花费很长时间，大大延长了封堵时间，按照以往的案例往往需要五至六天才能实现溃口的彻底封堵，这就大大增加了下游的财产损失。

(2)随着溃口封堵的进行，溃口宽度逐渐减小，堵口处的水流条件逐渐变差，水深变大，流速增加，门口的冲击力逐渐增大，抛投的堵口物料难在溃口处的河床稳定，致使抛投物料的需求量更大，这就增加了堵口的难度，降低了堵口效率。

发明内容

本发明为了解决传统堤防溃口封堵技术中的不足，现提出了一种基于锚阵生根-阻拦协同的施工成本低，安全可靠，具有高效率且基于就地取材的堤防溃口快速封堵系统。

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

一种基于锚阵生根-阻拦协同的堤防溃口快速封堵系统，包括断堤头1、裹头防护体6、火箭锚缓流结构、钢管桩7、钢丝网片8、钢网石笼2以及三角锥状抛投物10与块石混合进占体9、土石覆盖体。布置形式如下：

所述断堤头1顶部布置有多个固定桩，多个固定桩整体成梅花状排列，多个火剪锚4打在临近河道侧的河床上且在河床上大致成直线布置，每个火剪锚4尾端连接有锚索5，锚索5的另一端固定在断堤头1顶部的固定桩上；所述锚索5上挂着带有挂钩的钢网石笼2，钢网石笼2从河床上逐渐堆叠直至露出水面，形成火箭锚缓流结构；所述堤头裹护体6布置在断堤头1的跟脚与岸坡面上；所述钢管桩按照选定的堤防进占轴线从断堤头1上向中间布置两排，钢管桩之间的距离根据堤防溃口的实际情况选定；所述钢丝网片8布置河道侧的钢管桩前，钢网石笼2与块石进占体抛投在临近断堤头的河床上，三角锥状抛投物10抛投在钢网石笼2与块石进占体上，其相互堆叠且逐渐堆积，直至露出水面，土石覆盖体覆盖在其上。

进一步的，所述的断堤头1削低，形成施工平台。削低断堤头顶，同时适当修正边坡，即将堤防溃口的上下游断堤头陡坡削至1:1-1：0.5的边坡，上下游尖角削成圆头。

进一步的，所述的裹头防护体6是由钢网石笼2串联而成的，用绳索将钢网石笼2串联起来，在堤顶边缘整体推入水中，抛掷在经过削低后的断堤头平台岸边坡面和跟脚，进行堤头的裹护，防止堤头被冲后退，口门继续扩大，同时为进占生根创造条件。

进一步的，所述的火箭锚缓流结构，其包括火箭锚4、锚索5、堤顶固定梅花桩、带挂钩的钢网石笼2；多个火箭锚4由火箭发射车打在靠近河道侧溃口底部的河床上，每个火箭锚4的尾部连接有锚索5，多个火剪锚4与其上的锚索5形成多个滑投通道，多通道沿着锚索滑投钢网石笼2，钢网石笼2由于自重与锚索5的作用入水并逐渐堆积；与此同时，在断堤头顶部打一组由十根固定桩组成的梅花桩，待钢网石笼2滑投完毕，将锚索5另一端固定在堤顶梅花桩上，形成火箭锚缓流结构，改善溃口水流条件，即对溃口水流起到一定的缓流作用，便于后续的堤头裹护与进占施工。

进一步的，所述钢网石笼以及块石混合进占体抛投在两排钢管桩之间，以及溃口底部河床进行护底；所述三角锥状抛投物与块石抛投在护底的钢网石笼与块石上，逐层抛投相互堆叠直至露出水面，即完成抛投。

进一步的，所述土石覆盖体是在三角锥状抛投物露出水面后由推土机覆盖在上面，实现溃口的快速封堵，其由土料、石子等组成。

进一步地，所述钢网石笼上设置有一个挂钩，便于投放车沿着锚索将钢网石笼投放到溃口预定的位置，形成缓流结构用于缓冲水流。

进一步地，所述三角锥状抛投物是由三个成120度的半圆柱形状的中空结构拼接构成，且为滤水保土的土工材料制成，其中一个半圆柱上锥盖可以打开用来装填本地土料以及小型石料等，便于就地取材，待填充物料填满后可以盖上锥盖，利用锁扣扣紧，实现抛投土料物料的快速封装。

进一步地，所述封堵系统采用是自堤防两端同时进行溃口快速封堵的方法。

本发明利用振冲植桩机沿堤防轴线从断堤头逐渐向溃口中间打两排钢管桩，两排钢管桩之间的距离根据具体堤防情况进行选定；所述钢丝网片布置在河道侧的桩前，其可通过钢丝套环固定在桩上，该结构对体积较小的抛投物可以起到一定的拦阻作用，减少抛投料的损失。

本发明的发明点与技术效益如下：

(1)现有堤防溃口封堵系统中，随着封堵过程的进行，溃口宽度不断减小，致使堵口处的流速增大，水深加大，封堵难度增加。本发明在溃口河道侧构建的火箭锚-锚索-钢网石笼的缓冲减流结构，可以有效对水流实现外挑且缓冲作用，改善溃口处的水流条件，为后续封堵创造良好的条件，让堵口效率不随门口宽度的影响。

(2)现有溃口的封堵过程存在的问题是当溃口发生时水流流速大，冲击力大，致使抛投的物料难以抓底，很难在水底稳定。本发明中火箭锚缓流结构、两排钢管桩及布置在桩前的钢丝网片共同形成的阻拦协同封堵的“中流砥柱”，其可以有效对抛投的封堵物料进行拦阻与支撑作用，防止一些抛投物料会被水流冲走，增加其在水流中的稳定性，大大减少抛投封堵物料的用量。

(3)本发明中的三角锥状抛投物为滤水材料制成，质量轻且便于组装，构件内部可装防汛沙或块石等物料，可就地准备封堵材料，节省封堵时间，减少对大块石料的需求。三角锥状抛投物以上所述独特的形状结构，可以有效减少在水中受到的冲击力，提高在水中的稳定性，此外抛投的不同的三角锥状抛投物其三个方向上的半圆柱在空间上相互支撑与拉扯，增加其在河床上的稳定性，实现在河床底部的快速堆叠，形成堵口处三角锥状抛投物堆积体，可以有效对溃口起到封堵作用。

附图说明

图1为本发明的堤防溃口快速封堵系统空间布置的俯视图；

图2为本发明的堤防溃口快速封堵系统第一阶段的示意图；

图3为本发明的堤防溃口快速封堵系统第二阶段的示意图；

图4为本发明的堤防溃口快速封堵系统第三阶段的示意图；

图5为本发明的堤防溃口快速封堵系统第四阶段的示意图；

图6为本发明的带挂钩的钢网石笼的示意图；

图7为本发明的堤顶梅花桩布置与钢管桩的示意图；

图8为本发明的钢丝网片的示意图；

图9为本发明的三角锥状抛投物的示意图。

图中：1断堤头；2带挂钩的钢网石笼；3堤顶固定梅花桩；4火箭锚；5锚索；6裹头防护体；7钢管桩；8钢丝网片；9钢网石笼及块石混合进占体；10三角锥状抛投物；21钢网石笼的挂钩；101三角锥状抛投物的锥盖；102三角锥状抛投物的锁扣。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案与效益更加详细，下面结合附图1-图9所示实施例对本发明作进一步的说明。

本发明的堤防溃口封堵系统的具体实施步骤如下：

(一)考察溃口的水流条件，制定堵口方案。在获取堤防溃口信息后，根据溃口的形状与水流情况，选定溃口封堵堤防轴线，确定进占方案(占数以及占长)、合龙和闭气方案，从而实现溃口的快速封堵。

(二)削低堤头，修整边坡，形成施工平台。如图1-图5所示，削低断堤头顶，同时适当修正边坡，即将堤防溃口的上下游断堤头陡坡削至1:1-1：0.5的边坡，上下游尖角削成圆头，目的为使后续抛投的裹护体与断堤头1紧密结合，防止溃膛发生；适度扩大堤顶面积、减小断堤头顶与溃口水位高差，使堤防顶有一平整开阔的施工场地，为抢险车辆进出和抢险作业施展创造条件。

堵口专业抢险队及堵口装备(火箭发射车、专用滑投机具、振冲植桩机和其它封堵设备等)快速赶赴溃口现场；同时在堤顶上利用钢丝网片将块石与其它封堵材料组装成钢网石笼，在堤顶堆放整齐便于后续的利用。

(三)修建堤头裹护体，稳定断堤头。如图1-图5所示，组装部分钢网石笼后利用机械在堤防底部边缘摆放整齐，用绳索串联起来，之后整体推下水，将其抛掷在经过削低后的断堤头平台岸边坡面和跟脚，形成裹头防护体，防止堤头被冲后退，口门继续扩大，为后续进占生根创造条件。

(四)发射火箭锚，滑投钢网石笼，构建火箭锚缓流结构。如图1-图5所示，待堤头裹护完毕，布置火箭锚缓流结构，所述火箭锚缓流结构包括火箭锚4、锚索5、堤顶固定梅花桩3、带挂钩的钢网石笼2；选定封堵堤防轴线，根据溃口的条件选定打锚的位置，先在堤顶合适的位置打一组具有十根固定梅花桩3，同时利用火箭发射车将带索5的火箭锚打入溃口底部的河床中，按照拟定的打锚的位置打入多个火箭锚后，火箭锚与锚索构成钢网石笼的多个滑投通道，后多通道沿着锚索5滑投带有挂钩的钢网石笼2，钢网石笼2在自重与锚索作用下逐渐堆叠，直至各通道的钢网石笼露出水面，将锚索5上的另一端固定在堤顶固定梅花桩3上，形成火箭锚缓流结构，为与进占创造条件。

在以上步骤进行时，需要在堤顶比较平坦的地方组装三角锥状抛投物10，打开三角锥状抛投物10的顶盖101，向里面充填防汛砂、块石以及当地土石料等，后锁住其上的锁扣102，组装完毕后堆叠整齐便于后面的抛投。

(五)在溃口处植入两排钢管桩，抛投钢网石笼以及三角锥状抛投物，进行进占施工。如图1-图9所示，按照选定的堤防封堵轴线，利用振冲植桩机从两端逐渐向中间植入两排钢管桩7，两排桩之间的距离根据堤防溃口的实际水流条件设定，沿着桩体在河道侧在桩体铺设钢丝网片8，用钢丝固定在其临近桩体上，与以上火箭锚缓流结构共同形成锚阵生根-阻拦协同的封堵“中流砥柱”。

在此基础上，由口门的两端同时进占施工，可以提高抢险效率。从堤头上利用抛投机械将钢网石笼9或者块石抛投在两排钢管桩7的中间，以及抛投在河床上进行护底，可以减少水流对河床的冲刷，便于后续溃口的封堵，再在两排钢管桩7前后上不断抛投组装好的三角锥状抛投物10，三角锥状抛投物在空间上相互堆叠，其从河床逐渐堆积直到露出水面后，即完成了封堵系统的关键部分，最后在利用推土机推动堆放在堤顶的土石覆盖体进行进占，按照以上方法由近岸逐渐向中间推进，直至完成一“占”，并按照进占方案逐“占”向中央进行。火箭锚缓流结构、两排钢管桩7及河道侧桩前的钢丝网片8构成的基于锚阵生根-阻拦协同的封堵“中流砥柱”是本发明的核心部分，火箭锚-锚索-钢网石笼组成的结构可以有效的对水流进行外挑与拦阻，改善溃口处的水流条件，使抛投物在水流中更加稳定，两排钢管桩7以及河道侧桩前的钢丝网片结构对体积较小的抛投物可以起到拦阻作用，两种结构联合作用，共同建立起锚阵生根-阻拦协同的堤防溃口快速封堵系统。

(六)溃口合龙。如图1-图9所示，按照步骤(五)快速进占封堵，当溃口的宽度逐渐减少至5-10米，自两端断堤头1由火箭锚发射车将多个连接有锚索5的火箭锚4打入溃口底部的河床中，此时根据龙口水流情况适当增加火剪锚的布置数量，两端的火箭锚4位置尽量靠近，锚索与火剪锚形成钢网石笼的滑投通道，沿通道自堤防两端滑投钢网石笼2，再在两端沿轴线打两排钢管桩7且在中间实现连接，之后在河道侧桩体前布置钢丝网片8，形成基于锚阵生根-阻拦协同的封堵体系；抛投物料进占，从堤头上先将钢网石笼9或者块石抛投在两排钢管桩7的中间，以及抛投在溃口的河床上进行护底，后在两排桩体7前后上不断抛投组装好的三角锥状抛投物10，直到露出水面后，即完成了合龙关键部分，然后在推动堆放在堤顶的土石覆盖体完成合龙。

(七)闭气。完成合龙后，由于抛投形成的堆积体存在较大空隙而渗漏严重，龙门口还有较多的漏水，直接在占体后填土闭气比较困难，需要在占体采取措施，减少占体漏水，防止堤防再次溃决，必须在短时间内完成闭气。首先在闭气坝体的上游坡面上铺设土工反滤布，利用土工反滤布的反滤功能，以及坝体漏水而在坝体上游坝坡产生的吸附力，减少坝体漏水量，减缓坝体后的渗水速度，再在闭气坝体的下游水中倒土修筑后戗，最终实现坝体的闭气，完成溃口封堵的目标。

以上所述实施例仅表达本发明的实施方式，但并不能因此而理解为对本发明专利的范围的限制，应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些均属于本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种基于锚阵生根-阻拦协同的堤防溃口快速封堵系统，其特征在于，所述的堤防溃口快速封堵系统采用自堤防两端同时进行溃口快速封堵的方法。

2.根据权利要求1所述的一种基于锚阵生根-阻拦协同的堤防溃口快速封堵系统，其特征在于，所述的堤防溃口快速封堵系统包括断堤头(1)、裹头防护体(6)、火箭锚缓流结构、钢管桩7、钢丝网片(8)、钢网石笼(2)以及三角锥状抛投物(10)与块石混合进占体(9)、土石覆盖体；布置形式如下：所述断堤头(1)顶削低，同时修正边坡，形成施工平台；所述断堤头(1)顶部布置有多个固定桩，多个火剪锚(4)打在临近河道侧的河床上且在河床上大致成直线布置，每个火剪锚(4)尾端连接锚索(5)的一端，锚索(5)另一端固定在断堤头(1)顶部的固定桩上；所述锚索(5)上挂着带有挂钩的钢网石笼(2)，钢网石笼(2)从河床上逐渐堆叠直至露出水面，最终形成火箭锚缓流结构；所述堤头裹护体(6)布置在断堤头(1)的跟脚与岸坡面上；所述钢丝网片(8)布置河道侧的钢管桩前，钢网石笼(2)与块石进占体抛投在临近断堤头的河床上，三角锥状抛投物(10)抛投在钢网石笼(2)与块石进占体上，其相互堆叠且逐渐堆积，直至三角锥状抛投物(10)露出水面，土石覆盖体覆盖在其上，实现溃口的快速封堵。

3.根据权利要求2所述的一种基于锚阵生根-阻拦协同的堤防溃口快速封堵系统，其特征在于，所述的火箭锚缓流结构包括火箭锚(4)、锚索(5)、堤顶固定梅花桩、带挂钩的钢网石笼(2)，布置过程为：首先，将多个火箭锚(4)固定在靠近河道侧溃口底部的河床上，多个火剪锚(4)与其上的锚索(5)形成多个滑投通道，多个滑投通道沿着锚索滑投钢网石笼(2)，钢网石笼(2)由于自重与锚索(5)的作用入水并逐渐堆积；待钢网石笼(2)滑投完毕，将锚索(5)另一端固定在堤顶梅花桩上，形成火箭锚缓流结构，改善溃口水流条件。

4.根据权利要求2所述的一种基于锚阵生根-阻拦协同的堤防溃口快速封堵系统，其特征在于，所述的固定桩在断堤头(1)顶部整体成梅花状排列。

5.根据权利要求2所述的一种基于锚阵生根-阻拦协同的堤防溃口快速封堵系统，其特征在于，所述的钢管桩按照选定的堤防进占轴线从断堤头(1)上向中间布置两排，钢管桩之间的距离根据堤防溃口的实际情况选定。

6.根据权利要求2所述的一种基于锚阵生根-阻拦协同的堤防溃口快速封堵系统，其特征在于，将堤防溃口的上下游断堤头陡坡削至1:1-1：0.5的边坡，上下游尖角削成圆头。

7.根据权利要求2所述的一种基于锚阵生根-阻拦协同的堤防溃口快速封堵系统，其特征在于，所述的裹头防护体(6)是由钢网石笼(2)串联而成的，用绳索将钢网石笼(2)串联起来，在堤顶边缘整体推入水中，抛掷在经过削低后的断堤头平台岸边坡面和跟脚，进行堤头的裹护，防止堤头被冲后退，口门继续扩大，同时为进占生根创造条件。

8.根据权利要求2所述的一种基于锚阵生根-阻拦协同的堤防溃口快速封堵系统，其特征在于，所述钢网石笼以及块石混合进占体抛投在两排钢管桩之间，以及溃口底部河床进行护底；所述三角锥状抛投物与块石抛投在护底的钢网石笼与块石上，逐层抛投相互堆叠直至露出水面，完成抛投。

9.根据权利要求2所述的一种基于锚阵生根-阻拦协同的堤防溃口快速封堵系统，其特征在于，所述三角锥状抛投物(10)是由三个成120度的半圆柱形状的中空结构拼接构成，且为滤水保土的土工材料制成，其中一个半圆柱顶部设有锥盖，打开锥盖填充物料后利用锁扣扣紧，实现抛投土料物料的快速封装。