03钢木土石组合坝封堵决口技术方案.docx

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03钢木土石组合坝封堵决口技术方案

钢木土石组合坝封堵决口技术方案

一、该技术产生的背景

我国有一万多条江河，8.5万座水库，2365个垸，共有堤防25万多公里，从远古的大禹治水，到今天高科技发展时代，由于洪涝导致堤坊决口，造成重大危害，几乎几年发生一次。

我国每年的灾情损失中，水灾占40%，台风占20%，干旱占15%，地震占15%。

因此，水灾是我们国家非常关注的自然灾害之一。

那么，一旦洪灾形成，封堵决口又成为洪魔斗争的一道难题。

虽然，抛投物料、石笼、石串、捆埽、沉船等方法都产生了非常积极的作用，成为我们国家传统的抗洪堵口方法，并沿用至今。

但从封堵的效益看，由于物料在动水中稳定性差，加之浮力作用，物料往往一入水就被冲走。

所以实际用料是计划用料的1.2-1.5倍,有时则达到2-3倍以上，不但造成了巨大浪费，更重要的是拖延了堵口的有利时机和时间。

为此，如何解决动水中抛投物料稳定性差的问题，可以说是国内外抗洪专家最头疼的问题。

采用钢木土石组合坝封堵决口技术，是用钢管搭设脚手架的结构原理，形成了“护固坝头”“钢管组合”“筑头植桩”“袋石回填”“斜撑加固”“设置导流”“挂枝理顺”“快速合拢”的抢险战法。

这项技术从方法、材料及实施步骤等方面，较系统的解决了动水中堵口难、时间长、成功率低等问题，使防洪堵口技术得到重大突破。

二、概念、原理及基本结构

（一）概念

“钢木土石组合坝”就是将钢管和木桩按一定密度植入决口底部，连接固定成钢木框架，集拢袋装碎石并以土石砌筑护坡，而形成的挡水堤坝。

（二）结构

钢木土石组合坝的基本结构由钢木框架、填塞物、上下游护坡和防渗体四部分组成。

钢木框架就是由直径5厘米的钢管沿大坝轴线纵向植入数列竖桩，而后按一定间隔分上下两层进行纵横连接，而后，依托钢框架植入直径约15-20厘米的木桩加固而成的框架结构，并在背水面加设斜撑桩；填塞物主要是袋装碎石料或煤块等颗粒状物体，上下游护坡就是用袋装土石按一定的比例砌筑的斜坡；防渗体主要用塑料布、防水土工布和红粘土堆砌而成。

（三）原理

按一定规律，设计的钢木土石组合坝内的钢木框架是这种坝体的骨架。

钢木框架在动水中是一种准稳定结构，它具有一种特殊的控制力，这种力能将随机抛投到动水中的，属于散体的袋装土石料集拢起来，并能提高这些散体在水下的稳定性，而它自身将随抛投物增多并达到坝顶时，其稳定状态就由准稳定变成真正意义的稳定，这就是钢木土石组合坝的原理。

运用这个原理，可以根据决口处的水力学、工程地质、随机边坡等方面的资料，设计钢木土石组合坝用于封堵决口。

一般采用弧形钢木框架集拢土石料，运用土工织物作防渗体，从而形成具有综合抗力和防渗能力的防护堤坝。

从受力情况看：

一是钢管框架阻水面小，减缓了洪水对框架的冲击力。

二是以钢管框架为依托，为打筑木桩等作业创造了条件。

（也就是构筑了一个作业平台）

三是钢木框架设计成弧形结构主要是为了提高合拢的成功率。

那么为什么要设置拱形坝呢？

（是因为河道堤防决口，在决口处往往形成一道或几道较深的冲沟，如果直接跨过决口，堵口坝在深沟处就难于合拢，因水深流速大。

如果向上游一定距离填筑堵口坝，一来因过水断面大，流速就相对决口处要小一些，比较容易合拢；二来堵口坝可避开深沟流速大的弊端，提高堵口合拢的成功率。

于是堵口坝在形式上就形成了向上游弯的拱形，简单说就是要避开较深的冲沟，避开较大流速，容易合拢。

拱矢高可根据冲沟上延长度而定。

）

四是可有效的将抛投物集拢在框架内，使之具有较强抗力，提高坝体的整体性和稳固性。

五是背水面的斜撑桩和护坡对直墙坝体起到了加强支撑的作用。

三、抢险战法、步骤及作业编组

（一）抢险战法

该技术抢险战法为“护固坝头、框架进占、导流合拢、防渗固坝”。

第一步：

护固坝头（俗称裹头）

我们应根据原坝体的基础与坚固程度以及现有的材料，合理确定加固形式。

通常分三步进行：

一是围绕坝头密集打筑一排木桩（如原坝体土质较软应先从决口两坝头上游一侧3米处开始）；二是木桩之间用8号铁丝连接固定；三是在木桩排内填塞袋装石料。

使决口两端坝头形成较坚固的保护外壳，以控制决口不在扩大，为框架进占创造有条件。

如果坝体土质较坚硬及材料又缺乏的情况下，也可直接用钢管护固坝头，其作业方法与木桩作业时相同。

第二步：

框架进占

框架进占共分五个步骤进行：

1、设置框架基础

首先在决口两端各纵向设置两根标杆，以确定坝体轴线方向，尔后确定列数，植桩开数应根据坝体宽度而定，通常按列与列之间2—2.5米设置。

然后从原坝头10—15米处开始设置框架基础，框架基础长度是根据水位差，土质、流速及抛投物的密度而确定的可根据情况有效延长。

作业时按照先清理场地，后将钢管按前后间隔1.5—2米,左右间隔2—2.5米打入坝体，入土深度1.5米以上，顶部露出0.4—0.5米左右。

然后,纵、横分别用数根钢管连接成网状结构,并在网状框架内填塞袋装石料,既加固了框架基础,又方便作业实施。

2、设置钢框架

框架基础完成后，我们按三列桩设计为例，作业手将6根钢管按前后间隔1米，左右间隔2—2.5米植入河底，入土深度过1—1.5米，水面余留部分作为护拦，形成框架轮廓。

然后，用10根钢管作为连接杆件，分别用卡扣围绕立体钢桩，水平横向、纵向分前后和上下、左右两层进行连接，形成框架。

当完成两个以上框架时，要设置一个X型或八字形的系材，以稳固框架结构。

然后在设置好的框架上每层铺设少量木板或竹排，形成上下作业平台，便于人员作业。

图1设置钢框架图2木桩打筑

3、木桩打筑

首端钢管框架完成后即设置木桩，其方法是将木桩一端加工成锥形，沿钢管框架上游边缘线植入第一排木桩，桩距0.2米；沿钢框架中心线紧贴钢桩植入第二排木桩，桩距0.5米；沿钢管框架下游内沿植入第三排木桩，桩距0.8米；木桩入土深度均不小于1－1.5米。

4、连接固定

即用8号铁丝将打筑好的木桩分上下两道，连接固定在钢管框架上。

使之形成整体，以增强框架的综合抗力，防止集拢于框架内的石料袋流失，如木桩不能满足时也可以加密钢桩。

图3木桩打筑图4连接固定

5、填塞护坡

将预先装好石子的编织草袋或麻袋运至坝头，在设置好的钢木框架内由下至上两袋扎口对内均匀错缝填塞，填塞高度约2米时，下游和上游同时展开护坡。

护坡的比例要根据决口的宽度、江河底部的土质、流量及原堤坝的坚固程度等综合因素确定，边坡设计是坝体闭气防渗的结构要求，如果采用土工布作防渗层，防渗体的边坡应满足安全防渗的要求，其边坡最少应为1:

4－1:

6，上游护坡设计是由防渗材料在水下的稳定性而确定的，当填塞进占到3－6米时，应在原坝体与新筑坝体结合部用袋装石料进行错缝加固，坡度宽不小于4－8米，加固距离应延伸至原坝体10－20米。

（这是新老坝体结合部的安全渗径要求，搭接长度是根据土质和水位差的安全渗径而确定，为确保安全，通常为12倍水位差以上，1米水位差搭接长度是12米）

第三步：

导流合拢

合拢是堵口的关键环节，其直接关系到堵口的成败。

因此，应严密组织，科学筹划，其作业顺序：

1、设置导流排

导流排有多种，常用的有四种：

木桩排，钢桩排，水泥桩排，沉船等四种方法，但在封堵决口要求时间短，时效性很强的情况下，根据条件采用木桩排和沉船比较适宜，因此是一种临时性导流措施：

当合拢口宽15－20米时，为确保合拢的成功率，在上距坝头15－30米处与坝体约成30度角时，设置一道导流排，长度视口门宽度而定。

导流排用木桩密集设置，间隔为0.5－1米，然后用铁丝固定，加挂树枝或草袋等，也可用沉船的方法，以达到分散冲向口门的流量，减轻合拢口的压力之目的。

2、设置围堰

在水深，流速大时，条件具备，允许时也可以在决口的上游20－30米处与原坝体成弧形沉放载重船，然后在船的间隙处抛投土石料设置围堰，九江就是采取设置围堰的措施以达到减轻封堵决口的难度。

3、加密设置斜撑桩

加密设置斜撑桩有两种情况：

一是为稳固新坝体，保证合拢顺利进行，在合拢处15－20米的中间部位斜撑桩间距由2米变为1米。

二是新坝体高度如超过6米时，斜撑桩每间隔1米设置一根，应在直墙中间部位增设第二根斜撑桩，为了确保直墙的稳定性，（如上游有物体可利用时，如沉船，防浪林等，可设置接杆或拉绳，也可采取抛锚的方法设置拉绳，以达到上拉下顶之合力稳固框架）

4、连通钢木框架

首先快速连通钢木框架，以增强钢木框架的整体抗力。

5、分层加快填塞速度

合拢前，在口门上游挂树枝，插竹排理顺口门沙的流向，并在两端适当位置提前备足填料，缩短传递距离，合拢时，两端同时快速分野填料直至合拢。

第四步：

防渗固坝

对钢木土石组合坝进行上、下游护坡后，在其上游护坡中间位置铺两层土工布，中间夹一层塑料布，作为新筑坝的防渗层。

防渗层两端应延伸到决口外原坝体8－10米的范围，并用袋装土石料压坡面和坡脚。

压坡脚时，决口处不小于4米，其他不小于2米。

在条件许可的情况下，如上游设置了围堰，也可以直接用散装红粘土填塞，达到闭气的目的。

（二）作业编组

运用此项技术作业通常编成五个作业组。

1、框架组：

每端由1名指挥员和8名作业手组成。

负责设置钢管框架及支撑杆件。

2、木桩组：

每端由1名指挥员和24名作业手组成，负责木桩的加工和植入。

3、连接固定组：

每端由1名指挥员和6名作业手组成，负责木桩与钢管框架的连接固定。

4、填塞砌墙组：

根据地方大小，由1名指挥员和若干名作业手组成。

负责向钢木框架内堵塞石子袋及上、下游护坡。

5、防渗组：

由1名指挥员和若干名作业手组成，负责在迎水面护坡覆盖土工布，再用袋装土石料或红粘土防渗固坝。

四、主要特点

采用“钢木土石组合坝封堵决口技术”与传统的堵口方法相比较，具有科学、可靠、实用、安全四个特点。

一是科学性。

之所以说科学，其一是将作业平台与远日点坝体融为一体，结构合理，作业简便。

这样既便于堵口作业，又便于物料的运输，有效地阻拦了水流，把钢木框架与传统的抢险技术有机结合，增加了坝体的综合抗力，因此说它具有一定的科学性。

二是可靠性。

由于坝体采用钢木框架和直墙结构，除能有效的提高作业率外，还能使新筑堤坝纵向和横向形成整体，增强了坝体稳定性，性能可靠。

三是实用性。

此技术简单易学，不需要大型的机械设备等，作业手经过短期培训即可掌握。

堵口所需物料都是一些常规的建筑材料，应急筹措方便，不受地域限制，工程造价底，便于推广应用。

而且汛期过后还可以回收再利用，经济效益高，实用性强。

四是安全性。

在原坝体上植桩起坝，增强了新老坝体的啮合力，既提高了新筑坝体的稳定性，同时采用钢木框架既解决了动水中不易植桩的难题，又为抢险人员提供了较安全的作业平台，风险小，安全可靠。

此项技术使用范围，适用于水深6至8米以下，流速每秒3－4米以下，土质为沙壤和胶粘土为宜。

五、运用中需要注意把握的几个问题

我们在实践中运用此抢险战法应把握以下四个方面的问题：

（一）要合理用兵。

封堵决口不同于一般水利工程，不仅要求部队要有很强的突击力，而且要做到行动一致，有序作业，因此要力求成建制用兵，这样既便于协调指挥，又可确保作业进度和质量。

（二）要连续突击。

堵口作业因时效性较强，能否及时封堵不仅关系到能否将经济损失降低至最低限度，而且直接关系到该项战法使用的成功率。

因此，运用该项战法必须一鼓作气，连续突击，昼夜实施，力求以最快速度封堵决口，因新筑坝体起着改变水流流向和抵御水流顶冲的作用，在水流受阻转向过程中形成回流沿顺坝和护岸坡脚水流将淘刷河床降低新筑坝体和稳定，如将底部淘空就会造成新筑坝体松动而前功尽弃。

（三）要平行作业。

两岸回填的速度、高度要尽是保持相对平衡，特别是框架内的回填，当两岸进占5米时回填要迅速展开，并使两岸各2－3个框架的回填形成落差，导致水流偏移造成新的险情。

（四）要维护加固。

决口合拢后，必须对堤坝的其它重点部位进行维护，防止新的险情发生，当水情发生变化时，应适情对新筑堤坝进行加固，观察时间不少于7－10天，形成坝体后，局部产生下沉是正常现象，因为坝体填料和坝体上游水压力的作用，它有一个密度变形的过程，这不是险情。