馮 峰，靳曉穎，王烙斌，黃玉富

（黃河水利職業(yè)技術(shù)學(xué)院 水土資源利用研究中心，河南 開封 475004）

黃河堤防除險(xiǎn)加固組合式移動(dòng)圍堰研究

馮 峰，靳曉穎，王烙斌，黃玉富

（黃河水利職業(yè)技術(shù)學(xué)院 水土資源利用研究中心，河南 開封 475004）

黃河堤防工程由于汛期洪水的浸泡、沖刷等原因，常在臨河側(cè)產(chǎn)生護(hù)面缺失、裂縫、漏洞等險(xiǎn)情。在水流持續(xù)沖刷和浸泡下，險(xiǎn)情會(huì)快速惡化。為了能夠使堤防隱患處快速與洪水隔離，創(chuàng)造良好的無水或靜水施工搶險(xiǎn)條件，設(shè)計(jì)出一種組合式移動(dòng)圍堰。該圍堰具有易組合，可拆卸，使用方便，快速有效的特點(diǎn)。

黃河堤防；除險(xiǎn)加固；組合結(jié)構(gòu)；移動(dòng)圍堰

0 引言

黃河由于泥沙淤積嚴(yán)重，俗稱 “地上懸河”［1］。黃河大堤是在民埝的基礎(chǔ)上逐漸加高培厚形成的，質(zhì)量參差不齊，隱患多，防汛形勢(shì)十分嚴(yán)峻［2］。2002年，王協(xié)亮等［3］分析了黃河歷史上發(fā)生較大洪水時(shí)堤防出現(xiàn)的險(xiǎn)情，得出主要險(xiǎn)情是大堤在高水位、長(zhǎng)時(shí)間作用下，堤基滲透穩(wěn)定遭到破壞時(shí)發(fā)生的，如滲水、管涌、流土、液化等大多發(fā)生在歷史潰口處、古河道匯入處和堤后深塘處。另一類主要險(xiǎn)情是，堤身在洪水長(zhǎng)期浸泡下，土體抗剪強(qiáng)度低，發(fā)生漏洞、裂縫、滑坡等險(xiǎn)情。2003年，郭全明等［4］重點(diǎn)論述了黃河堤防險(xiǎn)情發(fā)生的原因及特點(diǎn)。他們通過對(duì)歷年黃河大堤險(xiǎn)點(diǎn)、險(xiǎn)段（包括老口門、管涌、滲水、裂縫、堤身殘缺、堤身缺口、順堤行洪7項(xiàng)）統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，滲水變形占險(xiǎn)點(diǎn)總數(shù)的46%以上。這說明，滲透變形問題是黃河堤防的首要問題。截至2002年，通過采用放淤固堤、修筑前后戧、垂直截滲墻、錐探灌漿等除險(xiǎn)加固措施，前后兩次所編列的113處堤防險(xiǎn)點(diǎn)已基本消除完畢。隨著標(biāo)準(zhǔn)化堤防的建成，黃河堤防安全將進(jìn)一步得到提高。2009年，汪自力等［5］對(duì)黃河下游堤防的安全性進(jìn)行了分析，提出堤防的安全涉及堤防本身、穿堤建筑物、河道整治工程等。由于黃河下游存在“二級(jí)懸河”，而且堤防多由沙性土構(gòu)成，平時(shí)基本不臨水，堤身、堤基存在的隱患難以顯露，對(duì)堤防安全構(gòu)成嚴(yán)重威脅。因此，有必要加強(qiáng)堤防安全監(jiān)測(cè)預(yù)警工作。他們針對(duì)堤防隱患探測(cè)及安全監(jiān)測(cè)、穿堤建筑物土石結(jié)合部滲水監(jiān)測(cè)、河道整治工程根石探測(cè)與監(jiān)測(cè)、堤防安全評(píng)估等存在的問題，提出了解決的思路。2010年，連惠瑤等［6］通過調(diào)查，分析當(dāng)前黃河下游堤防險(xiǎn)點(diǎn)隱患的概況，提出保障黃河不決口的最有效措施是，以放淤固堤為主，當(dāng)背河側(cè)100m范圍內(nèi)有村莊時(shí)，采用截滲墻消除隱患；對(duì)分散的局部隱患，采用壓力灌漿等方法消除。

綜上所述，這些與黃河堤防隱患及除險(xiǎn)加固相關(guān)的技術(shù)發(fā)展和實(shí)踐積累為堤防除險(xiǎn)加固技術(shù)的深入研究奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)［7～8］。目前，我國(guó)對(duì)黃河堤防工程隱患的分布、類型、原因等研究較為深入，對(duì)黃河堤防除險(xiǎn)加固的方法研究仍集中在如何探測(cè)、排查、施工方法上。在具體的除險(xiǎn)加固工程技術(shù)上，也集中在截滲墻、前后戧堤工程、標(biāo)準(zhǔn)化堤防建設(shè)等方面，而且主要放在了汛期后的加固工程處理上。

1 現(xiàn)有的技術(shù)方案和解決的技術(shù)問題

1.1 現(xiàn)有的技術(shù)方案

放淤固堤加固技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是，可加寬堤防工程的斷面，延長(zhǎng)滲徑長(zhǎng)度，使其防滲效果好，穩(wěn)定性強(qiáng)，有利于抗震，也便于以后的抗洪搶險(xiǎn)，為搶險(xiǎn)爭(zhēng)取時(shí)間［6］。通過長(zhǎng)期放淤固堤，減少河床中泥沙，加寬加高堤防工程，使黃河下游變?yōu)橄鄬?duì)地下河，是黃河下游防洪治理的戰(zhàn)略措施。自20世紀(jì)70年代起，黃河上就開始實(shí)施放淤固堤工程。放淤施工工序簡(jiǎn)單，效率高，不受氣候條件的影響，能連續(xù)作業(yè)。放淤固堤加固的缺點(diǎn)是：堤防工程淤區(qū)和取土區(qū)占用耕地；淤區(qū)和取土區(qū)多為沙土，若不及時(shí)妥善處理，極易產(chǎn)生沙化，導(dǎo)致環(huán)境惡化，給當(dāng)?shù)厝罕娚a(chǎn)生活帶來不便；淤區(qū)施工用水量大，如果排水出路處理不當(dāng)，可能引起周邊地區(qū)土壤次生鹽堿化。

根據(jù)黃河下游堤防在高水位作用下容易發(fā)生重大險(xiǎn)情的狀況，應(yīng)選用推土機(jī)、裝載機(jī)、挖掘機(jī)、自卸汽車、鏟運(yùn)機(jī)等大型機(jī)械進(jìn)行高強(qiáng)度的土石方作業(yè)［3］。采用機(jī)械裝運(yùn)拋投，能夠極大地加快搶險(xiǎn)速度，減輕搶險(xiǎn)人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，迅速控制住險(xiǎn)情。據(jù)統(tǒng)計(jì)，人工和機(jī)械配合的搶險(xiǎn)方式與傳統(tǒng)人工搶險(xiǎn)方式比較，可提高搶險(xiǎn)效率6～7倍，節(jié)省投資76%。在人和機(jī)械配合搶護(hù)重大險(xiǎn)情時(shí)，指揮調(diào)度部門應(yīng)充分考慮各種復(fù)雜情況，合理布置場(chǎng)地，合理安排人員和機(jī)械（人工負(fù)責(zé)柳料的運(yùn)輸、紡織袋裝土、捆拋柳枕等任務(wù)，機(jī)械設(shè)備用于加修前戧、后戧，運(yùn)送土石料，拋投塊石、鉛絲籠及土袋等工作）。在人員和機(jī)械配合技巧上，要優(yōu)先選擇人搶車休、車搶人休和輪搶輪休等方案。

1.2 擬解決的技術(shù)問題

研究一種適用于堤防工程除險(xiǎn)加固的圍堰，需要解決的技術(shù)問題主要有以下3個(gè)。

（1）擋水，創(chuàng)造良好的無水或靜水施工搶險(xiǎn)條件。當(dāng)?shù)虊螇纹掠捎谘雌诤樗慕?、沖刷等原因產(chǎn)生護(hù)面缺失、裂縫、漏洞等險(xiǎn)情時(shí)，需要盡快與水隔離，減小水的楔形作用，避免險(xiǎn)情進(jìn)一步惡化，從而產(chǎn)生嚴(yán)重的裂縫、漏水、決口或在壩后下游產(chǎn)生管涌、流土、漏洞等損害。

（2）操作簡(jiǎn)單，施工方便，效果良好。堤防汛期險(xiǎn)情發(fā)展速度快，因此，需要用于除險(xiǎn)加固的圍堰操作簡(jiǎn)單，能夠快速實(shí)施，從而盡快實(shí)施除險(xiǎn)加固的后續(xù)補(bǔ)救措施。

（3）在缺少動(dòng)力的條件下，能夠快速拆裝，重復(fù)利用。堤防工程一般位于河流的兩側(cè)，遠(yuǎn)離城鎮(zhèn)，缺少動(dòng)力，而堤防本身由于堤頂寬度、筑堤材料等限制，需要考慮設(shè)備的運(yùn)行、安裝等問題。

2 組合式移動(dòng)圍堰的設(shè)計(jì)思路和構(gòu)造

2.1 圍堰的設(shè)計(jì)思路

為了實(shí)現(xiàn)圍堰擋水，創(chuàng)造良好的無水或靜水施工搶險(xiǎn)條件的功能，用立柱、斜軌、加固片、固定軸組裝成一個(gè)穩(wěn)定的框架，在2個(gè)立柱之間依次放入互扣平板，在斜軌和加固片組成的三角形框架內(nèi)依次放入互扣側(cè)板，從而形成頂部、底部敞開，正面、側(cè)面封閉的組合式圍堰（如圖1所示）。圍堰組合形成后，將與河流洪水的動(dòng)水形成有效隔離，在圍堰內(nèi)形成靜水。之后，拉動(dòng)牽引繩索，使其固定在土工膜最前端的導(dǎo)向片上，并向上進(jìn)行牽引拉動(dòng)，使土工膜沿坡面能夠移動(dòng) （土工膜的兩側(cè)嵌在斜軌的凹槽內(nèi)），當(dāng)土工膜向上牽引出水面，并到達(dá)固定軸處時(shí)，將牽引繩索固定在固定樁上。

為了實(shí)現(xiàn)圍堰操作簡(jiǎn)單，施工方便，效果良好的功能，在固定軸上設(shè)置固定環(huán)，并在圍堰組合好后，用固定樁固定在堤坡上，防止其滑動(dòng)或移動(dòng)。在立柱、斜軌組成框架后，采用8個(gè)加固片和螺栓將框架組合牢固，并用加固片和螺栓對(duì)立柱1斜軌進(jìn)行加固組合。

為了實(shí)現(xiàn)圍堰在野外缺少動(dòng)力的條件下還能夠快速拆裝，重復(fù)利用的功能，所有的組成構(gòu)件都應(yīng)能靈活拆裝。

圖1 組合式移動(dòng)圍堰結(jié)構(gòu)示意圖Fig.1 Combined mobile cofferdam structure

2.2 圍堰的結(jié)構(gòu)及構(gòu)件

組合式移動(dòng)圍堰由立柱、斜軌、加固片、固定軸、互扣平板、互扣側(cè)板組成，其結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。（1）立柱上3個(gè)方向有凹槽，可以使圍堰在順?biāo)鞣较蜓娱L(zhǎng)，當(dāng)?shù)谭琅R水坡險(xiǎn)情面積較大時(shí)，能夠覆蓋和包圍住險(xiǎn)情的位置和面積（如圖2所示）。（2）斜軌的3個(gè)方向有凹槽，兩個(gè)側(cè)凹槽是為了固定土工膜在向上延展時(shí)的運(yùn)動(dòng)軌跡和方向。（3）為了防止?jié)B水，在互扣平板的每個(gè)平板上和互扣側(cè)板的每個(gè)側(cè)板上都設(shè)計(jì)了互扣凹凸槽。在槽中，都設(shè)有2個(gè)側(cè)向橡膠止水帶（如圖3和圖4所示）。（4）土工膜卷在中心軸上，中心軸由卡槽固定片固定在立柱的內(nèi)側(cè)底部。中心軸及土工膜可以根據(jù)險(xiǎn)情的具體需要而進(jìn)行安裝或拆卸。當(dāng)安裝時(shí)，只需要將中心軸放入卡槽固定片中即可（如圖5所示）。

圖2 組合式移動(dòng)圍堰平面圖Fig.2 Combined mobile cofferdam p lan

圖3 圍堰側(cè)板互扣示意圖Fig.3 Interlocking side panel of cofferdam

圖4 圍堰前面平板互扣示意圖Fig.4 Interlocking flat plate of cofferdam

圖5 土工膜定軸展開示意圖Fig.5 Geomembrane fixed axis

3 結(jié)語(yǔ)

針對(duì)黃河堤防工程在汛期出現(xiàn)破壞、裂縫和漏水等險(xiǎn)情，設(shè)計(jì)出一種適用于堤防汛期除險(xiǎn)加固的組合式移動(dòng)圍堰。對(duì)于汛期洪水時(shí)發(fā)生的險(xiǎn)情，該圍堰能夠及時(shí)進(jìn)行擋水處理，減小水的楔形作用，從而避免險(xiǎn)情進(jìn)一步惡化；能夠滿足快速實(shí)施和方便操作的要求，使險(xiǎn)情盡快控制，為除險(xiǎn)加固贏得時(shí)間。另外，在野外缺少動(dòng)力的條件下，該圍堰所有的組成構(gòu)件均能重復(fù)利用，拆卸方便，省時(shí)省力，移動(dòng)快速。

［1］沈細(xì)中，蘭雁，趙壽剛，等.黃河標(biāo)準(zhǔn)化堤防工程淤背的合理設(shè)計(jì)寬度［J］.哈爾濱工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2009，41（10）：197－201.

［2］黎桂喜，崔建中，齊洪海，等.消除黃河下游近堤險(xiǎn)點(diǎn)隱患之探討［J］.人民黃河，2002，24（12）：16－17.

［3］王協(xié)亮，楊玉林，楚延峰，等.黃河下游堤防出險(xiǎn)原因及對(duì)策［J］.黃河水利職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，2002，14（4）：16－17.

［4］郭全明，張寶森，仵海英.黃河堤防險(xiǎn)情調(diào)查分析［J］.地質(zhì)災(zāi)害與環(huán)境保護(hù)，2003，14（3）：45－49.

［5］汪自力，周楊，張寶森.黃河下游堤防安全管理技術(shù)探討［J］.長(zhǎng)江科學(xué)院院報(bào)，2009，26（12）：96－98.

［6］連惠瑤，周 森，何蘊(yùn)華.黃河下游堤防現(xiàn)有隱患處理技術(shù)［J］.黃河水利職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，2010，22（1）：8－9.

［7］劉洪才.黃河防汛搶險(xiǎn)知識(shí)讀本［M］.山東黃河防汛辦公室，2000：20-22.

［8］水利部黃河水利委員會(huì).防汛搶險(xiǎn)技術(shù)［M］.鄭州：黃河水利出版社，2000：12-15.

[責(zé)任編輯 楊明慶]

Research on Yellow River Dike Reinforcement Combined M obile Cofferdam

FENG Feng,JIN Xiao-ying,WANG Luo-bin,HUANG Yu-fu
(Yellow River Conservancy Technical Institute，Kaifeng 475004，Henan，China)

Due to the soak,washing of flood,there are often some dangerous cases on the inner side of Yellow River dike,such as cracking,loopholes and so on.The situation will get worse because of the continuous flow washing and soak.In order to isolate the hidden danger from flood,create the better emergency condition,by technical analysis,it designs a combined mobile cofferdam.It can control the flood effectively,rescue and save the cofferdam quickly.At the same time,the cofferdam is easily combined, removable,easy to use and effective.

Yellow River dike;reinforcement;combined structure;mobile cofferdam

TV866

A

1008-486X（2015）02-0001-03

2014-11-18

黃河水利職業(yè)技術(shù)學(xué)院科學(xué)技術(shù)項(xiàng)目：黃河堤防工程除險(xiǎn)加固組合式移動(dòng)圍堰設(shè)計(jì)研究（2014KXJS009）。

馮 峰（1978-），女，河南駐馬店人，副教授，博士后，研究方向：水利工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、水資源高效利用。