一种防止堤防和土坝漫顶破坏的应急抢险装置及施工方法

摘要

本发明公开了一种防止堤防和土坝漫顶破坏的应急抢险装置及施工方法，装置包括沿堤防顶面和下游坡面铺设的护坡材料；在相邻护坡材料之间设有用于排除漏水的塑料盲沟；塑料盲沟的两侧设有用于锚固的金属构件，相邻护坡材料的搭接处设置用于填充缝隙的止水构件。施工方法包括准备阶段、铺设与锚固以及水化成型阶段，洪水来临前预先往混凝土帆布上浇水水化，混凝土帆布遇水后在短时间内硬化成型，形成具有一定强度和刚度的结构，从而保护堤防免受洪水冲刷破坏。本发明可独立运行，无需与防浪墙等防渗设施结合，不需要大型机械，劳动强度低，施工速度快，可在堤防的施工期内进行安装，也可在汛期来之前临时安装，适用于防洪抢险应急工程。

说明书

技术领域

本发明涉及一种水利工程抢险装置，尤其涉及一种防止堤防和土坝漫顶破坏的应急抢险装置及施工方法。

背景技术

堤防与土坝是水利工程中较为常用且性能优良的挡水建筑物，在抵御洪水方面起到了尤为重要的作用。值得注意的是，近年来由于全球气候变暖导致极端天气越来越多，水库及江河湖泊经常遭遇超标洪水，而超标洪水极可能造成堤防和土坝漫顶，洪水漫顶往往会引起堤防决口和土坝溃决，将给沿岸和下游居民造成巨大生命和经济财产损失。

防止堤防和土坝漫顶破坏的传统技术手段主要有：修筑防浪墙、临时抢筑子堤和利用附近的溢洪道加大泄洪。防浪墙易产生裂缝引发渗流，危及墙体本身的稳定和安全，进而产生漫顶的风险。另外，当突发洪水超过防浪墙的设计标准时，仍有水位超高、漫顶的隐患。临时抢筑子堤一般采用沙袋或者直接填土的方式，在堤顶修建临时小堤，这种方式费工费时，工作量大，充填土料不易获取，运输困难，而且施工进度受到天气等多方面的影响，不能保证在洪水到来之前修筑至安全高程。利用溢洪道加大泄洪可在一定程度上减缓洪水来临时水位上升幅度，但是当洪水超过溢洪道设计标准或者遭遇闸门故障、洪水调度不当等紧急情况时，堤防或土坝仍可能会遭遇漫顶破坏。

公开号为CN209760148U和CN110158546B专利采用由PET布、土工膜和土工布组成的复合土工材料铺设于坝体背水坡来抵御洪水漫顶冲刷，这类方法对于任何洪水位都可以起到防止漫顶破坏的作用，但是该材料硬度较低且厚度较薄，在施工和运行过程中容易被石子等尖锐物体刺破，而且质量较轻，在洪水作用下难以维持自身稳定。此外，该装置需要结合防浪墙来布置，不适用于无防浪墙的堤防和土坝。公开号为CN211142975U和CN211142976U的专利利用洪水漫顶时自动展开的土工膜来保护坝顶和下游面，该材料同样具有硬度低、厚度薄、质量轻等缺点，而且该装置利用自动展开的方式来铺设土工膜，难以保证将坝面铺设完全、平整，进而难以避免水流冲刷堤坝土体。公开号为CN103485311A和CN203583436U的专利利用三维柔性植被护坡来保护土堤背水坡免受洪水漫顶冲刷破坏，该装置护坡效果好，成型后能够有效减少洪水漫顶对土堤的破坏。但是该装置需要对草皮进行播种、养护，且必须等待草皮生长到足够高度才能实现其功能，耗时较长，不能满足洪水来临时的应急抢险需求。

发明内容

发明目的：本发明的目的在于提供一种施工简单快速、防渗效果好并且针对任意洪水位都能防止堤防和土坝漫顶破坏的应急抢险装置；本发明的第二目的在于提供上述应急抢险装置的施工方法。

技术方案：本发明的一种防止堤防和土坝漫顶破坏的应急抢险装置，包括沿堤防顶面和下游坡面铺设的若干用于防洪水冲刷的护坡材料，相邻的护坡材料相互搭接形成护坡；在相邻的两块护坡材料之间还设有用于排除漏水的塑料盲沟，所述塑料盲沟的一端延伸至上游坡面并朝向洪水入侵的方向，另一端沿着边坡方向延伸至下游坡面的底部；所述塑料盲沟的两侧设有用于将相邻护坡材料进行锚固的金属构件，相邻护坡材料的搭接处还设置有用于填充缝隙的止水构件，所述金属构件穿过护坡材料和止水构件并与堤防固定。

进一步的，为了保证施工的简便，所述护坡材料为由混凝土帆布母材通过裁剪而形成的连续完整的整体，所述的混凝土帆布铺满堤防顶面和下游坡面，并与堤防顶面和下游坡面紧密贴合。混凝土帆布是由水泥基体和三维织物组成的复合材料毯，具有厚度薄、快硬高强、限制裂缝宽度等优点，在遇水水化后能够在短时间内形成较高的强度，并具有良好的抗渗性和抗冲刷性能。

进一步的，所述的塑料盲沟为截面直径为10~15cm的中空圆柱形结构，塑料盲沟表面的开孔率为80~85%。塑料盲沟是由塑料芯体外包裹滤布组成，塑料芯体是以热可塑性合成树脂为主要原料，经过改性，在热熔状态下，通过挤压出细的塑料丝条，再通过成型装置将挤出的塑料丝在结点上熔接，形成三维立体网状结构，具有集水性好，空隙率大，排水性好，抗压性强，耐压性好等优点，可以保证水流进入塑料盲沟内时，当局部止水结构发生渗漏时，将渗漏的水沿塑料盲沟排向下游，保证护坡内部无累计水压产生，因此水不会渗透到堤坝下游坡面及内部；优选的，塑料盲沟朝向洪水入侵方向的端部采用密封盖进行封口处理，可以进一步防止洪水直接进入塑料盲沟内。

进一步的，所述止水构件采用遇水膨胀的橡胶止水条，所述橡胶止水条的膨胀系数为2~2.5，由于堤防的表明可能会存在凹凸不平的表面，因此当混凝土帆布铺设后并不能保证其表面是一个完整的平面，当相邻的混凝土材料搭接时，相邻两块混凝土帆布交接处由于不均匀变形而容易产生缝隙，因此采用橡胶止水条后遇水膨胀后可以适应不同的缝隙，并保证混凝土帆布之间的紧密贴合，提高防渗效果。

进一步的，所述护坡材料在下游坡底和堤防顶面分别沿水平方向和上游坡面延伸1~1.5m，进行一定程度的延伸设置可以进一步提高防洪性能；优选的，所述塑料盲沟的整体长度与护坡材料一致，可以最大程度的覆盖渗漏的盲点区域，从而保护堤防顶面和下游坡面免受洪水冲刷破坏。

本发明还涉及所述防止堤防漫顶破坏的应急抢险装置的施工方法，包括以下步骤：

步骤一、对待铺设的下游坡面和堤防顶面进行整平处理，清理杂物，按待铺设的下游坡面和堤防顶面的尺寸将混凝土帆布母材裁剪成所需的尺寸；

步骤二、采用自上而下法将混凝土帆布铺设在下游坡面和堤防顶面，沿着堤坝轴线方向分块铺设，且相邻的两块混凝土帆布在搭接处铺设塑料盲沟和橡胶止水条，塑料盲沟两侧用金属构件进行锚固；将混凝土帆布布满整个下游坡面和堤防顶面，并与所有被铺设的平面紧密贴合；

步骤三、当洪水来临前，预先往混凝土帆布上浇水水化，混凝土帆布遇水后在短时间内硬化成型，从而保护堤防顶面和下游坡面免受洪水冲刷破坏。

优选的，为了保证在相邻两块混凝土帆布护坡交接处不产生不均匀变形，浇水时应先水化两块混凝土帆布护坡搭接部分，再水化其余混凝土帆布护坡部分。

有益效果：本发明和现有技术相比，具有如下显著优点：

（1）采用混凝土帆布作为该装置的主体部分，混凝土帆布可以提前预制，成卷存储，方便装卸和运输。

（2）本发明装置的现场施工安装不需要大型机械，劳动强度低，施工速度快，可在堤防或土坝的施工期内进行安装，也可在汛期到来之前临时安装，适用于防洪抢险这类应急工程。

（3）混凝土帆布在遇水之前可对其形状进行任意切割裁剪，在遇水之前具有良好的柔韧性和贴附性，可以根据地势特征布置成不同的形状结构，能够适应不同的坡面。

（4）本发明能够允许堤防或土坝漫顶而不受到破坏。混凝土帆布护坡铺设于顶面和下游坝坡，在洪水到来时遇水水化后，混凝土帆布护坡能够在短时间内硬化成型，形成具有一定刚度、强度和硬度的结构，其抗折和抗压强度分别可达到10MPa和40MPa，并具有良好的抗渗性，从而有效地保护顶面和下游边坡免受洪水冲刷破坏，而且具有足够的自重来维持自身结构的稳定性。

（5）本发明装置尤其适用于高度在30m以下的堤防和土坝，且可以独立运行，无需与防浪墙等防渗设施相结合。

附图说明

图1为本发明的装置用于堤防的三维示意图；

图2为本发明的装置用于堤防的横断面图；

图3为本发明的装置在下游坡面进行铺设、搭接与锚固的平面示意图；

图4为本发明的装置中相邻两块混凝土帆布搭接位置的细部详图；

图5为本发明的装置在下游坡脚处铺设的细部详图；

图6为本发明的装置在顶面处铺设的细部详图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

参见图1-4所示，一种防止堤防和土坝漫顶破坏的应急抢险装置，包括堤防3，堤防3包括了上游坡面4、堤防顶面5和下游坡面6；在堤防顶面5和下游坡面6上铺设护坡材料1，护坡材料1采用混凝土帆布，预先将混凝土帆布裁剪成与堤防顶面5和下游坡面6的表面积一致的尺寸，相邻的护坡材料1相互搭接形成护坡；在相邻的两块护坡材料1之间设有用于排除漏水的塑料盲沟10，塑料盲沟10的一端延伸至上游坡面4并朝向洪水入侵的方向，另一端沿着边坡方向延伸至下游坡面6的底部，塑料盲沟10为截面直径12cm的中空圆柱形结构，开孔率为85%，塑料盲沟10左右两侧搭接宽度为10cm，塑料盲沟10朝向洪水入侵方向的端部采用密封盖11进行封口处理；在相邻两块护坡材料1的交接处，塑料盲沟10位于上层混凝土帆布8和下层混凝土帆布7之间，上层混凝土帆布8包裹着塑料盲沟10，同时在上层混凝土帆布8和下层混凝土帆布7之间铺设止水构件9，止水构件9为遇水膨胀的橡胶止水条，橡胶止水条的膨胀系数为2.5，并利用金属构件2对上层混凝土帆布8和下层混凝土帆布7进行固定，金属构件2为锚钉，穿过混凝土帆布和橡胶止水条并与堤防3固定；如图5所示，护坡材料1在下游坡面6的底部需要沿着水平方向延伸1m长度；如图6所示，护坡材料1需要铺满堤防顶面5，并沿着上游坡面4延伸1m长度。

具体施工时：

（1）准备阶段。对待铺设的下游坡面6和堤防顶面5进行整平处理，清理掉碎石、树枝等杂物。按待铺设的下游坡面6和堤防顶面5的尺寸定制足够数量的混凝土帆布母材，并按照分块要求将混凝土帆布母材裁剪成所需的尺寸。

（2）铺设与锚固。护坡材料1在下游坡面6上采用自上而下法铺设，沿着坝轴线方向分块铺设，且相邻的护坡材料1在交接处上下两层混凝土帆布之间铺设塑料盲沟10和橡胶止水条。混凝土帆布护坡1需要布满整个下游坡面6和顶面5，并与所有被铺设的平面紧密贴合。

（3）水化成型。当洪水来临前，预先往混凝土帆布上浇水水化，混凝土帆布护坡遇水后在短时间内硬化成型，硬化时间为4h，形成具有一定强度和刚度的结构，并具有良好的抗渗性，从而保护顶面和下游坡面免受洪水冲刷破坏，而且具有足够的自重来维持自身结构的稳定性。为了保证在相邻两块混凝土帆布交接处不产生不均匀变形，浇水时应先水化两块混凝土帆布交接部分，再水化其余护坡部分。

除了上述堤防案例以外，本发明防止堤防和土坝漫顶破坏的应急抢险装置可应用于任意一座高度在30m以下的堤防和土坝，且均具有相同或类似的施工方式。