03鋼木土石組合壩封堵決口技術方案

1、鋼木土石組合壩封堵決口技術方案一、該技術產生的背景我國有一萬多條江河，8.5 萬座水庫，2365 個垸，共有堤 防25萬多公里，從遠古的大禹治水，到今天高科技發(fā)展時代， 由于洪澇導致堤坊決口，造成重大危害，幾乎幾年發(fā)生一次。 我國每年的災情損失中，水災占 40%，臺風占 20%，干旱占 15%，地震占 15%。因此，水災是我們國家非常關注的自然災 害之一。那么，一旦洪災形成，封堵決口又成為洪魔斗爭的一 道難題。雖然，拋投物料、石籠、石串、捆埽、沉船等方法都 產生了非常積極的作用，成為我們國家傳統(tǒng)的抗洪堵口方法， 并沿用至今。但從封堵的效益看，由于物料在動水中穩(wěn)定性差， 加之浮力作用，物料往往一

2、入水就被沖走。所以實際用料是計 劃用料的 1.2-1.5 倍,有時則達到 2-3 倍以上，不但造成了巨大 浪費，更重要的是拖延了堵口的有利時機和時間。為此，如何 解決動水中拋投物料穩(wěn)定性差的問題，可以說是國內外抗洪專 家最頭疼的問題。采用鋼木土石組合壩封堵決口技術，是用鋼管搭設腳手架 的結構原理，形成了“護固壩頭”“鋼管組合”“筑頭植樁”“袋 石回填”“斜撐加固”“設置導流”“掛枝理順”“快速合攏”的 搶險戰(zhàn)法。這項技術從方法、材料及實施步驟等方面，較系統(tǒng) 的解決了動水中堵口難、時間長、成功率低等問題，使防洪堵 口技術得到重大突破。二、概念、原理及基本結構（一）概念“鋼木土石組合壩”就是將鋼管

3、和木樁按一定密度植入決 口底部，連接固定成鋼木框架，集攏袋裝碎石并以土石砌筑護 坡，而形成的擋水堤壩。（二）結構 鋼木土石組合壩的基本結構由鋼木框架、填塞物、上下游 護坡和防滲體四部分組成。鋼木框架就是由直徑 5 厘米的鋼管 沿大壩軸線縱向植入數(shù)列豎樁，而后按一定間隔分上下兩層進 行縱橫連接，而后，依托鋼框架植入直徑約 15-20 厘米的木樁 加固而成的框架結構，并在背水面加設斜撐樁；填塞物主要是 袋裝碎石料或煤塊等顆粒狀物體，上下游護坡就是用袋裝土石 按一定的比例砌筑的斜坡；防滲體主要用塑料布、防水土工布 和紅粘土堆砌而成。（三）原理 按一定規(guī)律，設計的鋼木土石組合壩內的鋼木框架是這種 壩體

4、的骨架。鋼木框架在動水中是一種準穩(wěn)定結構，它具有一 種特殊的控制力，這種力能將隨機拋投到動水中的，屬于散體 的袋裝土石料集攏起來，并能提高這些散體在水下的穩(wěn)定性， 而它自身將隨拋投物增多并達到壩頂時，其穩(wěn)定狀態(tài)就由準穩(wěn) 定變成真正意義的穩(wěn)定，這就是鋼木土石組合壩的原理。運用 這個原理，可以根據決口處的水力學、工程地質、隨機邊坡等 方面的資料，設計鋼木土石組合壩用于封堵決口。一般采用弧 形鋼木框架集攏土石料，運用土工織物作防滲體，從而形成具 有綜合抗力和防滲能力的防護堤壩。從受力情況看：一是鋼管框架阻水面小，減緩了洪水對框架的沖擊力。二是以鋼管框架為依托，為打筑木樁等作業(yè)創(chuàng)造了條件。 （也就是構

5、筑了一個作業(yè)平臺）三是鋼木框架設計成弧形結構主要是為了提高合攏的成功 率。那么為什么要設置拱形壩呢？（是因為河道堤防決口，在 決口處往往形成一道或幾道較深的沖溝，如果直接跨過決口， 堵口壩在深溝處就難于合攏，因水深流速大。如果向上游一定 距離填筑堵口壩，一來因過水斷面大，流速就相對決口處要小 一些，比較容易合攏；二來堵口壩可避開深溝流速大的弊端， 提高堵口合攏的成功率。于是堵口壩在形式上就形成了向上游 彎的拱形，簡單說就是要避開較深的沖溝，避開較大流速，容 易合攏。拱矢高可根據沖溝上延長度而定。）提高壩體的整體性和穩(wěn)固性。五是背水面的斜撐樁和護坡對直墻壩體起到了加強支撐的 作用。三、搶險戰(zhàn)法、

6、步驟及作業(yè)編組（一）搶險戰(zhàn)法 該技術搶險戰(zhàn)法為“護固壩頭、框架進占、導流合攏、防 滲固壩”。第一步：護固壩頭（俗稱裹頭）我們應根據原壩體的基礎與堅固程度以及現(xiàn)有的材料，合 理確定加固形式。通常分三步進行： 一是圍繞壩頭密集打筑一 排木樁（如原壩體土質較軟應先從決口兩壩頭上游一側 3 米處 開始）；二是木樁之間用8號鐵絲連接固定；三是在木樁排內填 塞袋裝石料。使決口兩端壩頭形成較堅固的保護外殼，以控制 決口不在擴大，為框架進占創(chuàng)造有條件。如果壩體土質較堅硬 及材料又缺乏的情況下，也可直接用鋼管護固壩頭，其作業(yè)方 法與木樁作業(yè)時相同。第二步：框架進占 框架進占共分五個步驟進行：1、設置框架基礎首先

7、在決口兩端各縱向設置兩根標桿 ，以確定壩體軸線方 向，爾后確定列數(shù)，植樁開數(shù)應根據壩體寬度而定，通常按列 與列之間22.5米設置。然后從原壩頭1015米處開始設置 框架基礎，框架基礎長度是根據水位差，土質、流速及拋投物 的密度而確定的可根據情況有效延長。作業(yè)時按照先清理場地， 后將鋼管按前后間隔1.52米,左右間隔22.5米打入壩體， 入土深度1.5米以上，頂部露出0.40.5米左右。然后,縱、橫 分別用數(shù)根鋼管連接成網狀結構,并在網狀框架內填塞袋裝石料, 既加固了框架基礎,又方便作業(yè)實施。2、設置鋼框架框架基礎完成后，我們按三列樁設計為例，作業(yè)手將 6 根 鋼管按前后間隔1米，左右間隔22.

8、5米植入河底，入土深度 過11.5米，水面余留部分作為護攔，形成框架輪廓。然后， 用10根鋼管作為連接桿件，分別用卡扣圍繞立體鋼樁，水平橫 向、縱向分前后和上下、左右兩層進行連接，形成框架。當完 成兩個以上框架時，要設置一個X型或八字形的系材，以穩(wěn)固 框架結構。然后在設置好的框架上每層鋪設少量木板或竹排， 形成上下作業(yè)平臺，便于人員作業(yè)。首端鋼管框架完成后即設置木樁，其方法是將木樁一端加 工成錐形，沿鋼管框架上游邊緣線植入第一排木樁，樁距0.2 米；沿鋼框架中心線緊貼鋼樁植入第二排木樁，樁距05米；沿 鋼管框架下游內沿植入第三排木樁，樁距08米；木樁入土深度 均不小于1 - 15米。4、連接固

9、定即用8號鐵絲將打筑好的木樁分上下兩道，連接固定在鋼 管框架上。使之形成整體，以增強框架的綜合抗力，防止集攏于框架內的石料袋流失，如木樁不能滿足時也可以加密鋼樁。圖3木樁打筑圖4連接固定5、填塞護坡將預先裝好石子的編織草袋或麻袋運至壩頭，在設置好的 鋼木框架內由下至上兩袋扎口對內均勻錯縫填塞，填塞高度約2 米時，下游和上游同時展開護坡。護坡的比例要根據決口的寬 度、江河底部的土質、流量及原堤壩的堅固程度等綜合因素確 定，邊坡設計是壩體閉氣防滲的結構要求，如果采用土工布作 防滲層，防滲體的邊坡應滿足安全防滲的要求，其邊坡最少應 為1:4 - 1:6，上游護坡設計是由防滲材料在水下的穩(wěn)定性而確 定

10、的，當填塞進占到3-6米時，應在原壩體與新筑壩體結合部 用袋裝石料進行錯縫加固，坡度寬不小于4-8米，加固距離應 延伸至原壩體10 -20米。（這是新老壩體結合部的安全滲徑要 求，搭接長度是根據土質和水位差的安全滲徑而確定，為確保 安全，通常為12倍水位差以上，1米水位差搭接長度是12米）第三步：導流合攏合攏是堵口的關鍵環(huán)節(jié)，其直接關系到堵口的成敗。因此， 應嚴密組織，科學籌劃，其作業(yè)順序：1、設置導流排導流排有多種，常用的有四種：木樁排，鋼樁排，水泥樁 排，沉船等四種方法，但在封堵決口要求時間短，時效性很強 的情況下，根據條件采用木樁排和沉船比較適宜，因此是一種 臨時性導流措施：當合攏口寬1

11、520米時，為確保合攏的成功 率，在上距壩頭1530米處與壩體約成30度角時，設置一道 導流排，長度視口門寬度而定。導流排用木樁密集設置，間隔 為0.51米，然后用鐵絲固定，加掛樹枝或草袋等，也可用沉 船的方法，以達到分散沖向口門的流量，減輕合攏口的壓力之 目的。2、設置圍堰在水深，流速大時，條件具備，允許時也可以在決口的上 游2030米處與原壩體成弧形沉放載重船，然后在船的間隙處 拋投土石料設置圍堰，九江就是采取設置圍堰的措施以達到減 輕封堵決口的難度。3、加密設置斜撐樁 加密設置斜撐樁有兩種情況：一是為穩(wěn)固新壩體，保證合 攏順利進行，在合攏處 1520 米的中間部位斜撐樁間距由 2 米變?yōu)?/p>

12、 1 米。二是新壩體高度如超過 6 米時，斜撐樁每間隔 1 米設置一根，應在直墻中間部位增設第二根斜撐樁，為了確保 直墻的穩(wěn)定性，（如上游有物體可利用時，如沉船，防浪林等， 可設置接桿或拉繩，也可采取拋錨的方法設置拉繩，以達到上 拉下頂之合力穩(wěn)固框架）4、連通鋼木框架首先快速連通鋼木框架，以增強鋼木框架的整體抗力。5、分層加快填塞速度合攏前，在口門上游掛樹枝，插竹排理順口門沙的流向， 并在兩端適當位置提前備足填料，縮短傳遞距離，合攏時，兩 端同時快速分野填料直至合攏。第四步：防滲固壩對鋼木土石組合壩進行上、下游護坡后，在其上游護坡中 間位置鋪兩層土工布，中間夾一層塑料布，作為新筑壩的防滲 層。

13、防滲層兩端應延伸到決口外原壩體 810 米的范圍，并用 袋裝土石料壓坡面和坡腳。壓坡腳時，決口處不小于 4 米，其 他不小于 2 米。在條件許可的情況下，如上游設置了圍堰，也 可以直接用散裝紅粘土填塞，達到閉氣的目的。（二）作業(yè)編組運用此項技術作業(yè)通常編成五個作業(yè)組。1、框架組：每端由1名指揮員和8名作業(yè)手組成。負責設 置鋼管框架及支撐桿件。2、木樁組：每端由 1名指揮員和 24名作業(yè)手組成，負責木樁的加工和植入。3、連接固定組：每端由1名指揮員和6名作業(yè)手組成，負責木樁與鋼管框架的連接固定。4、填塞砌墻組：根據地方大小，由1名指揮員和若干名作業(yè)手組成。負責向鋼木框架內堵塞石子袋及上、下游護坡

14、。5、防滲組：由1名指揮員和若干名作業(yè)手組成，負責在迎水面護坡覆蓋土工布，再用袋裝土石料或紅粘土防滲固壩。采用“鋼木土石組合壩封堵決口技術”與傳統(tǒng)的堵口方法 相比較，具有科學、可靠、實用、安全四個特點。一是科學性。之所以說科學，其一是將作業(yè)平臺與遠日點 壩體融為一體，結構合理，作業(yè)簡便。這樣既便于堵口作業(yè)， 又便于物料的運輸，有效地阻攔了水流，把鋼木框架與傳統(tǒng)的 搶險技術有機結合，增加了壩體的綜合抗力，因此說它具有一 定的科學性。二是可靠性。由于壩體采用鋼木框架和直墻結構，除能有 效的提高作業(yè)率外，還能使新筑堤壩縱向和橫向形成整體，增 強了壩體穩(wěn)定性，性能可靠。三是實用性。此技術簡單易學，不需

15、要大型的機械設備等， 作業(yè)手經過短期培訓即可掌握。堵口所需物料都是一些常規(guī)的 建筑材料，應急籌措方便，不受地域限制，工程造價底，便于 推廣應用。而且汛期過后還可以回收再利用，經濟效益高，實 用性強。是安全性。在原壩體上植樁起壩，增強了新老壩體的嚙合力，既提高了新筑壩體的穩(wěn)定性，同時采用鋼木框架既解決 了動水中不易植樁的難題，又為搶險人員提供了較安全的作業(yè) 平臺，風險小，安全可靠。此項技術使用范圍，適用于水深 6 至8米以下，流速每秒34米以下，土質為沙壤和膠粘土為宜。五、運用中需要注意把握的幾個問題我們在實踐中運用此搶險戰(zhàn)法應把握以下四個方面的問題：（一）要合理用兵。封堵決口不同于一般水利工程，不僅 要求部隊要有很強的突擊力，而且要做到行動一致，有序作業(yè)， 因此要力求成建制用兵，這樣既便于協(xié)調指揮，又可確保作業(yè) 進度和質量。（二）要連續(xù)突擊。堵口作業(yè)因時效性較強，能否及時封 堵不僅關系到能否將經濟損失降低至最低限度，而且直接關系 到該項戰(zhàn)法使用的成功率。因此，運用該項戰(zhàn)法必須一鼓作氣， 連續(xù)突擊，晝夜實施，力求以最快速度封堵決口，因新筑壩體 起著改變水流流向和抵御水流頂沖的作用，在水流受阻轉向過 程中形成回流沿順壩和護岸坡腳水流將淘刷河床降低新筑壩體