河道整治工程险情抢护施工方法.docx
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河道整治工程险情抢护施工方法
河道整治工程险情抢护施工方法
河道整治工程是为了控导主溜、控制河势所修建的坝、垛、护岸工程。
河道整治工程由险工、控导和护滩工程组成(图1)。
险工是依托堤防修建的坝、垛、护岸工程,主要作用是防止水流直接冲刷堤防,并兼具控制河势的作用。
控导和护滩工程是修建在滩岸上的坝、垛、护岸工程,其区别是控导工程修建的主要目的是控导主流,而护滩工程修建的主要目的是保护滩地、村庄、码头等,次要目的是约束水流,控制河势。
一、坝垛结构
坝垛结构由两部分组织,一是土坝基,由壤土修筑,是裹护体依托的基础;二是裹护体,由石料等材料修筑。
裹护体是坝基抗冲的“外衣”。
坝基依靠裹护体保护维持其不被水冲刷,保其安全;裹护体依靠坝基而维持其自身稳定,发挥抗冲作用。
裹护体的上部称为护坡或护坦,下部称护根或护脚。
石护坡依其表层石料施工方法不同,一般分为乱石护坡、扣石护坡、砌石护坡(图2),分别称为乱石坝、扣石坝、砌石坝。
护根一般由柳石枕、乱石、铅丝笼等抛投物筑成,护根是护坡的基础,护根的强弱,即护根的深度、坡度、厚度对护坡的稳定起着决定性的作用。
二、坝垛险情
坝垛出险的因素很多,有设计方面的原因,如坝垛布局不当、标准不足、护根过浅等。
有施工方面的原因,如坝基土质差、未压实、护根护坡坡度陡、使用石块小等。
有管理方面的原因,如观测不及时、抢护不力、反滤失效等。
有水流
方面的原因,如河势不稳、大溜顶冲、水位高、流速大等。
有地质方面的原因,如沙质河床、层淤层沙格子底等。
但最根本的一点是坝垛的强度与水流的强度是否相适应。
在一定水流强度下,坝垛强度大不出险,坝垛强度弱易出险。
坝垛强度反映在许多方面,如坝基土质压实质量、护坡设计与施工质量等,但最主要的是护根的深度,其次是护根的坡度和厚度。
护根深度满足不了冲刷深度,护根体要坍塌下滑使其上部护坡甚至坝基连带破坏出险。
当护根深度达到冲刷深度,护根坡度陡厚度小,承受不了上部土石压力时,仍可能发生坍塌破坏出险。
如护根深度、坡度、厚度均不足时则会出大险。
坝垛险情有四种,即坍塌、滑动、漫溢、溃膛塌陷。
(一)坍塌险情。
有护根坍塌、护坡坍塌、护坡与护根同时坍塌及部分坝基与护根护坡整体坍塌等。
坍塌的速度取决于工程根基强弱,老工程一般是以平墩慢蛰的形式出现,新修工程则多发猛墩猛的形式出现,即突然发生大体积的坍塌险情。
(二)滑动险情。
主要发生在险工上,当坝高较大、坡度较陡、基础较差时,有可能发生“圆弧滑动”式险情,护坡、护根及坝基(部分)整体向下滑塌。
(三)漫溢险情。
主要发生在控导护滩工程上,由于坝顶允许漫溢且又无抗冲材料防护,当过坝水流流速较大时,对土坝基顶部造成冲刷破坏。
(四)溃膛塌陷险情。
发生在护坡与坝基结合部,当土体被冲,形成凹坑时,护坡即发生塌陷破坏。
三、坝垛险情抢护
坝垛抢险贵在及时。
一旦发现险情要立即采取措施奋力抢护。
抢险不及时会使小险发展成大险,抢护更加艰难,甚至出现坝长截短、坝基冲断及垮坝等现象。
险工坝垛冲垮堤防将直接受到威胁,甚至有决口危险。
坝垛抢险原则是“护土固根”。
护土即是尽量保护坝基土不被冲刷或少被冲刷。
固根即是当坝垛出现险象如坝顶裂缝、护根石小范围坍塌时,说明护根不足,需要抛投料物加固,以防出大险。
(一)坍塌险情抢护
坍塌险情是坝垛最常见的一种较危险的险情。
又分为塌陷、滑塌和墩蛰三种。
塌陷是坝垛坡面局部发生轻微下沉的现象。
滑塌是护坡在一定长度范围内局部或全部失稳发生坍塌下落的现象。
墩蛰是坝垛护坡连同部分土坝基突然蛰入水中,是最为严重的一种险情,如抢护不及就会产生断坝、垮坝等重大险情。
坝垛出现坍塌险情的原因是多方面的,它是坝前水流、河床组成、坝垛结构和平面形式等多种因素相互作用的结果。
一是坝垛根石走失;二是坝前冲刷坑的形成。
一般来说完全由根石走失引发坝垛出险的情况是较少的,由于河床沙粒径远小于坝垛块石粒径,因而伴随着根石的走失河床局部常常发生剧烈冲刷,形成冲刷坑,冲刷坑的形成和发展是造成坝垛坍塌险情的要本原因。
1、塌陷险情抢护
采用抛石、抛笼的方法进行加固,利用机械或人工将块石或铅丝笼投到出险部位,加固坝垛坡脚,提高坝体的抗冲性和稳定性,并将坝坡恢复到了险前的设计状况(图3)。
抛石加固时应注意以下几点:
(1)抛石要以固根为主,兼顾护坦。
(2)抛石要到位,有航运条件的河流可采用船只定位抛投。
(3)水深流急、险情发展较快时,应尽量加大抛石粒径。
当块石粒径不能满足要求时可抛投铅丝笼、混凝土块等,同时采用施工机械加快、加大抛投量,限制险情发展,争取抢险主动。
(4)铅丝笼一般用于坝前头部位,迎水面、背水面裹护部位不宜抛投。
由于装填铅丝笼及抛投多道工序,加固速度较慢,一般仅用于土坝基未暴露,以加固性质为主的抢护。
(5)抛石后要及时控测,检查抛投质量,发现漏抛部位要进行补抛。
2、滑塌险情抢护
滑塌险情抢护要视险情的大小和发展的快慢程度而定。
一般的坦石滑塌宜用抛石、抛笼方法抢护。
当坝身土坝基外露时,可先采用柳石枕、土袋或土袋枕抢护滑塌部位,防止水流直线淘刷土坝基,然后用铅丝笼或柳石枕固根,加深加大基础,提高坝体稳定性。
具体方法如下:
(1)抛块石或铅丝笼
抛投方法同塌陷险情抢护抛石加固,但块石抛投量和抛投速度要大于塌陷险情,有航运条件的河流可采用船抛和岸抛同时进行,以使险情尽快得到控制。
(2)抛土袋
当块石短缺或供给不足时可采用抛土袋等方法进行临时抢护。
方法是:
在草袋、麻袋、土工编织袋内装入土料,每个土袋重量要大于50kg,土袋装土的饱满度为70%-80%,以充填砂土、砂壤土为好,装土后用铅丝或尼龙绳绑扎封口,土工编织袋应用手提式缝包机封口。
抛土袋护根最好从船上抛投,或在岸上用滑板滑入水中,层层压叠。
流速较大时,可将几个土袋用绳索捆扎后投入水中;也可将多个土袋装入预先编织好的大型网兜内,用吊车吊放入水。
抛投土袋所形成的边坡掌握在1:
1.0-1:
1.5(图4)。
(3)抛柳(秸)石枕
当坝基土胎外露险情较严重时,水流会淘刷土坝基,仅抛块石抢护速度慢、耗资
大,这时可采用抛柳石枕进行抢护。
枕长一般长5m-10m,直径0.8m-1.0m,柳石体积比2:
1,也可按流速大小或出险部位调整比例。
柳石枕构造及抢护结构见(图5),具体做法如下:
①平整场地。
在出险部位临近水面的坝顶选好抛枕位置平整场地,在场地后部上游一侧打拉桩数根,再在抛枕的位置铺设垫桩一排,垫桩长2.5m,间距0.5m-0.7m,两垫桩间放一条捆枕绳,捆枕绳一般为麻绳或铅丝,垫桩小头朝外。
②铺放柳石。
以直径1m的枕为例,先顺枕轴线方向铺柳枝宽约1m,柳枝根梢要压茬搭接铺放均匀,压实后厚度0.15m-0.2m。
柳枝铺好后排放石料,石料排成中间宽、上下窄,直径约0.6m的圆柱体,大块石小头朝里、大头朝外排紧,并用小块石填满空隙或缺口,两端各留0.4m-0.5m不排石,以盘扎枕头。
在排石达0.3m高时,可将中间拴有“+”木棍或条形块石的龙筋绳放在石中排紧,以免筋绳滑动。
待块石铺好后,再在顶部盖柳,方法同前。
③捆枕。
将枕下的捆枕绳依次捆紧,多余绳头顺枕轴线互相连接,必要时还可在枕的两旁各用绳索一条,将捆枕绳相互连系。
捆枕时要用绞棍或其他方法捆紧,以确保柳石枕在滚落过程中不折断、不漏石。
④推枕。
推枕前先将龙筋绳活扣拴于坝顶的拉桩上,并派专人掌握绳的松紧度。
推枕时要将人员分配均匀站在枕后,切记人不要骑在垫桩上,推枕号令一下,同时行动合力推枕,使枕平稳滚落入水。
需要推枕维护的出险部位多受大溜顶冲,水深流急,根石坍塌后,断面形态各异,枕入水后难以平稳下沉到适当位置,这时应加强水下探测,除及时放松龙筋绳外,还可用底钩绳控制枕到预定位置。
底钩绳应随捆枕绳一同铺放,间距2.5m-3m,强度介于龙筋绳与捆枕绳之间。
如果河床淘刷严重,应在枕前加抛第二层枕,再下沉再加抛,直至高出水面1m为止,然后在枕前加抛散石或铅丝龙固脚,枕上用散石抛至坝顶。
(4)抛土袋枕
土袋枕是由编织布缝制而成的大型土袋,装土成形后形状类似柳石枕。
空袋可预先缝制,当发现险情后迅速往出险地点装土抛投,具有以下特点:
运输方便,操作简单,抢险速度快;船抛、岸抛、人工抛、机械抛均可,适用范围广;对土质没有特殊要求,用其代替抛石投资省;用其替代柳石枕,有利于保护生态环境。
其操作方法如下:
①缝制土袋。
土袋由幅宽2.5m-3m的编织布缝制而成,长3m-5m,宽、高均为0.6m-0.7m,顶面不封口以便于装土。
②装土。
将缝制好的土袋放在抛投架上,没有抛投架也可直接放在靠近坝垛出险部位的坝顶,开口部位朝上,装入土料并压实,以增加土袋枕抗冲性。
③捆枕。
土袋装好土料后,盖上顶盖,用手提式缝包机封口,然后用捆枕绳扎紧,防止推枕时土袋扭曲撕裂或折断。
④推枕。
用抛投架或人工推枕。
人工推土袋枕方法同推柳石枕。
3、墩蛰险情抢护
墩蛰险情抢护应先采用柳石搂厢、柳石枕、土袋加高加固坍塌部位,防止水流直接淘刷土坝基,然后用铅丝笼或柳石枕固根,加深加大基础,提高坝体稳定性。
(1)抛土袋
当坝垛发生墩蛰险情时,土胎外露,这时急需对出险部位进行加高防护,防止土坝基进一步冲刷险情扩大。
对土坝基的加高防护可采用大量抛投土袋的方法,当土袋抛出水面后,再在前面抛投块石裹护并护根(图6)
(2)抛柳石枕
当墩蛰范围不大时,可采用抛柳石枕方法进行抢护,柳石枕的制作和抛投方法同基础滑塌险情的抢护,所不同的是靠近坝垛的内层柳石枕必须紧贴土坝基,使其起到保护土体免受水流冲刷的作用。
(3)柳石搂(混)厢
柳石搂(混)厢是以柳(秸、苇)石为主体,以绳、桩分层连接成整体的一种轻型水工结构(图7),主要用于坝垛墩蛰险情的抢护及在堤、岸严重崩塌处
抢修工程。
它具有体积大、柔性好、抢险速度快等优点。
具体施工方法如下:
①准备工作。
当坝垛出现险情后,首先要查看溜势缓急,分析上下游河势变化趋势,勘测水深及河床土质,以确定铺底宽度和使用“家伙”;其次是做好整修边坡、打顶桩、布置捆厢船或捆浮枕、安底钩绳等修厢前准备工作。
②搂(混)厢。
首先要在安好的底钩绳上用练子绳编结成网,其次在绳网上铺厚约1m的柳秸料一层,然后在柳料上压0.2m-0.3m厚的块石一层,块石距埽边0.3m左右,石上再盖一层0.3m-0.4m厚的散柳,保护柳石总厚度不大于1.5m。
柳石铺好后,在埽面上打“家伙桩”和腰桩。
将底钩绳每间隔一根搂回一根,经“家伙桩”、腰桩拴于顶桩上,这样底坯完成。
以后按此法逐坯加厢,每加一坯均需打腰桩,腰桩的作用是使上下坯结合稳固,适当松底钩绳,保持埽面出水高度在0.5m左右,一直到搂厢底坯沉入河底。
将所有绳、缆搂回顶桩,最后在搂厢顶部压石或土封顶。
③抛柳石枕和铅丝笼。
为维持厢体稳定,搂厢修做完毕后要在厢体前抛柳石枕或铅丝笼护脚固根。
(二)坝垛滑动险情抢护
滑动险情是坝垛在自重和外力作用下失去稳定,护坡连同部分土胎从坝垛顶部沿弧形破裂面向河内滑动的险情。
坝垛滑动分骤滑和缓滑两种,骤滑险情突发性强,易发生在水流集中冲刷处,抢护困难对防洪安全威胁大,这种险情看似与坍塌险情中的猛墩猛蛰相似,但其出险机理不同,抢护方法也不同。
坝岸滑动与坝垛结构断面、河床组成、基础的承载力、坝基土质、水流条件等因素有关。
当滑动体的滑动力大于抗滑力时,就会发生滑动险情。
不同的滑动类别采用的抢护方法也不同。
对缓滑应以减载、止滑为原则,可采用抛石固根等方法进行抢护;对骤滑应以搂厢或土工布软排体等方法保护土胎,防止水流进一步冲刷坝岸。
抢护方法如下:
1、抛石固根及减载抢护
抛石一定要选在坝垛坡脚附近,压住滑动面底部出逸点,避免将块石抛在护坡中上部,当水位比较高时,应选用船只抛投或吊车抛放。
在固根的同时还应做好坝垛上部的减载,如移走备防石,拆除洪水位以上部分,放缓坝体边坡等,以减轻载荷。
2、土工布软体排抢护
当坝垛发生骤滑,水流严重冲刷坝体土胎时,除可采取搂厢抢护外,还可以采用土工布软体排进行抢护,具体做法如下:
(1)排体制作
用聚丙烯或聚乙烯编织布若干幅,按常见险情出险部位的大小缝制成排布,也可预先缝制成10m×12m的排布,排布下端再横向缝0.4m左右的袋子,两边及中间缝宽0.4m-0.6m的竖袋,竖袋间距可根据流速及排体大小来定,一般3m-4m。
横、竖袋充填后起压载作用。
在竖袋的两侧缝直径1cm的尼龙绳,将尼龙绳从横、竖袋交接处穿过编织布,并绕过横袋,留足长度作底钩绳用;再在排布上下两端分别缝制一根直径1cm和1.5cm的尼龙绳。
各绳缆均要留足长度,以便与坝垛顶桩连接(图8)。
(2)下排
在坝垛出险部位的坝顶展开排体,将横袋内装满土或砂石料后封口,然后以横袋为轴卷起移至坝垛边,排体上游边应与未出险部位搭接。
在排体上下游侧及
底钩绳对应处的坝垛上打顶桩,将排体上端缆绳的两端分别拴在上下游顶桩上固定,同时将缝在竖袋两侧的底钩绳一端拴在桩上。
然后将排推入水中,同时控制排体下端上下游侧缆绳,避免排体在水流冲刷下倾斜,使排体展开并均匀下沉。
最后向竖袋内装土或砂石料,并依照横袋沉降情况适时放松缆绳和底钩绳,直到横袋将坝体土胎全部护住。
(三)漫溢险情抢护
漫溢是指洪水漫过坝垛顶部并出现溢流现象。
当漫溢水流流速大于坝基顶土的抗冲流速时,坝垛顶部将发生冲刷破坏,甚至出现断坝、垮坝等重大险情。
造成坝垛漫溢的原因是:
发生大洪水时,河道宣泄不及洪水超过坝垛设计标准,水位高于坝顶或施工中遇到漫顶洪水。
设计时对波浪的计算与实际差异较大,实际浪高超过计算浪高,并在最高水位时越过坝垛顶部。
施工中坝垛未达到设计高程,或因地基有软弱夹层,填土夯压不实产生过大的沉陷量,使坝垛高程低于设计值。
由于潜坝、控导护滩工程顶部设计标准较低,在较大洪水时,出现漫顶险情。
坝垛漫溢进行抢护时,采取的原则是:
加高止漫,护顶防冲。
抢护方法有修筑子堤和护顶防漫。
1、修筑子堤
加高坝垛顶部一般常采用子堤形式。
子堤类型有:
(1)纯土子堤。
在坝垛顶部距上游坝肩0.5m-1m处筑埝。
埝顶宽0.6m-1m,边坡1:
1-1:
1.5,顶高超过预估最高水位o.5m-1m。
在抢筑时,沿子堤轴线开挖一条结合槽,槽深约0.2m,底宽约0.3m,边坡1:
1,清除子堤底宽范围内的草皮、杂物,并将表层刨松或犁成小沟,以利新老土结合。
填筑子堤土料宜选用粘性土,尽量避免用砂土或腐殖土(图9)。
(2)土袋子堤。
用土工编织袋或麻袋、草袋装粘性土料,装七八成满,以利铺砌。
土袋于上游坝肩处分层交错叠垒,顶宽1m,坡度1:
1。
土袋后修戗宽1m左右,边坡1:
1-1:
1.5,子堤加高至洪水位以上0.5m-1m。
此法适用于坝头靠溜或风浪较大处(图10)。
(3)柳石(土)枕子堤。
当取土困难,土袋缺乏而柳料又比较丰富时适用此法。
具体做法是:
根据子堤高度,确定使用柳石枕的数量。
如高度为0.5m、1m、1.5m的子堤分别用1个、3个、6个,按品字堆放。
第一枕前面至坝肩留0.5m-1m,并在其两端各打木桩1根,以固定柳石(土)枕,或在枕下挖深0.1m的沟槽,以免滑动和渗水。
枕后用土做戗,戗下开挖结合槽,清除草皮杂物,刨松表层土以利结合。
然后在枕后分层铺土夯实直至戗顶。
其顶宽一般不小于1m,边坡不陡于1:
1,如土质较差时应当加宽戗顶并适当放缓坡度(图11)。
2、护顶防漫
当预报水位较高、子堤防护难以奏效时,漫溢不可避免。
为防止过坝水流冲刷破坏,可在坝顶铺设防冲材料防护,方法有:
(1)柳把护顶。
在坝顶前后各打一排桩,用绳或铅丝将柳捆成直径0.5m左右的柳把,然后将柳把相互搭接铺在坝顶上,再用小麻绳或铅丝绑扎在桩上,防止坝顶被冲。
如漫坝水流水深流急,可在两侧木桩之间直接铺一层厚0.3m-0.5m的柳料,再在柳料上面压块石,以提高防冲能力(图12)。
(2)土工布护顶。
将土工布铺放于坝顶,用木桩将土工布固定于坝顶,木桩数量视具体情况而定。
一般行间距3m。
为使土工布与坝顶结合严密不被风浪掀起,可在其上铺压土袋一层。
(四)溃膛险情抢护
坝垛溃膛是坝胎土被水流冲刷形成较大的沟槽,导致坦石陷落的险情。
坝垛溃膛险情发生初始,根石、坦石未见蛰动,仅是坦石后的坝基土出现小范围的冲蚀。
随着冲蚀深度、冲蚀面积的逐渐扩大,最终坦石失去依托而坍塌。
坦石坍塌后并不能使溃膛停止,相反常因石间空隙增加进一步加剧冲刷使险情恶化。
1、坝垛溃膛出险原因:
乱石坝:
因护坡石间隙大,与土坝基(或滩岸)结合不严,或土坝基土质多沙,抗冲能力差,除雨水易形成水沟浪窝外,当洪水位相对稳定时,受风浪影响水位变动处坝基土逐渐被淘蚀,坦石下塌后退失去防护作用而导致险情发生。
扣石坝或砌石坝:
水下部分有裂缝或腹石存有空洞,水流串入土石结合部,淘刷形成横向沟槽,使腹石错位坍塌,在外表反映为坦石变形下陷。
抢护坝垛溃膛险情的原则是“翻修补强”,即发现险情后拆除水上护坡,用抗冲材料补充被水冲蚀土料,加修后膛,然后恢复石护坡。
2、抢护方法
有抛石抢护、抛土袋抢护、抛枕抢护法。
具体操作如下:
(1)抛石抢护法
此法适用于险情较轻的乱石坝,即坦石塌陷范围不大,深度较小且坝顶未发生变形(图13),用块石直接抛于塌陷部位,并略高于原坝坡,一是消杀水势增加石料厚度,二是防止上部坦石下塌。
(2)抛土袋抢护法
若险情较重,坦石滑塌入水土坝基裸露,采用土工编织袋、麻袋、草袋装土等进行抢护(图6)。
先将溃膛处挖开,然后用无纺土工布铺在开挖的溃膛底部及边坡上作为反滤层,用土工编织袋、草袋或麻袋装土,每个土袋充填度70%-80%,用尼绳或细铅丝扎口,在开挖体内顺坡上垒,层层交错排列,宽度1m-2m,坡度1:
1.0,直至达到计划高度为止。
在垒筑土袋与土坝基之间空隙用土填实,使坝与土袋紧密结合。
袋外抛石或笼复原坝坡。
(3)抛枕抢护法
如果险情严重,坦石坍塌入水,坝基裸露土体冲失量大,险情发展速度快,可采用大柳石枕(又叫懒枕)、柳石搂厢等方法进行抢护。
懒枕即是就地捆枕(图14)。
其做法如下:
①首先抓紧时间将溃膛挖开至过水深槽,开挖边坡1:
1.5-1:
1.0。
然后沿临水坝坡以上打根桩多排,前排拴底钩绳,排距0.5m,桩距0.8m-1m。
沿着拟捆枕的部位间隔0.7m垂直于柳枕铺放麻绳一条。
②铺放底坯料。
在铺放好的麻绳上放宽0.7m、厚0.5m(压实厚度)的柳料,作为底坯。
③设置家伙桩。
在铺放好的底坯料上,两边各留0.5m,间隔0.8m安设棋盘家伙桩一组,并用绳编底。
在棋盘桩上顺枕的方向加拴群绳一对,并在棋盘桩的两端增打2m长的桩各一根,构成蚰蜒抓子。
④填石。
在棋盘桩内填石1m高,然后用棋盘绳扣拴缚封顶,即在宽0.8m、高1m的枕心。
这种结构的优点是不会出现断枕、跑石现象。
⑤包边与封顶。
在枕心上部及两侧裹护柳厚约0.5m。
⑥捆枕。
先将枕用麻绳捆扎结实,再将底钩绳搂回拴死于枕上,形成高宽各为2m中间有桩固定的大枕。
⑦在桩上压石,或向蛰陷的槽内混合抛压柳石,以制止险情发展。
汛后水位降低后,将出险处开挖,重新处理修做垫层,再恢复原工程结构。
3、注意事项
①抢护坝垛溃膛险情,首先要通过观察找出串水的部位进行截堵,消除冲刷。
在
截堵串水时,切单纯向沉陷沟槽内填土,以免仍被水流冲走,扩大险情贻误抢险时机。
②坝体蛰陷部分要根据具体情况采用懒枕或柳石搂厢等法抢护。
③坝垛前抛石或柳石枕维护,以防坝体滑塌前爬。
④水位降低后或汛后,应将抢险时充填的料物全部挖出,按照设计和施工要求进行修复
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