理論與實(shí)踐：防洪搶險(xiǎn)組合堤壩的研發(fā)與應(yīng)用
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作者：張毅
1 研發(fā)背景
在黃河口地區(qū)，黃河下游治理成效明顯，堤防堤頂加寬、邊坡放緩等加固工程對(duì)于黃河突發(fā)大水時(shí)保護(hù)兩岸安全起到了較強(qiáng)的屏障作用。但黃河清8以下河段無堤防工程保護(hù)，大水沖刷黃河口自然保護(hù)區(qū)，對(duì)保護(hù)區(qū)內(nèi)生產(chǎn)、生活生態(tài)設(shè)施造成極大威脅。
東營市位于黃河人�？�，現(xiàn)有的城市防洪設(shè)施無法滿足城市防洪需求。近三年來，城市主干道、主干泄洪道頻繁出現(xiàn)險(xiǎn)情，搶險(xiǎn)時(shí)，常采用柳石枕、土工袋等備用的防洪搶險(xiǎn)物資進(jìn)行臨時(shí)性、應(yīng)急性搶險(xiǎn)。此類搶險(xiǎn)手段往往存在施工周期長、搶險(xiǎn)效果差等缺點(diǎn)，如臨大水，易因搶險(xiǎn)不及時(shí)或搶險(xiǎn)施工不合格造成洪災(zāi)。鑒于上述情況，研發(fā)了一種能夠快速投入搶險(xiǎn)使用的防洪搶險(xiǎn)設(shè)施，在洪災(zāi)來臨之前，排除洪災(zāi)隱患是當(dāng)務(wù)之急。
2設(shè)計(jì)理念及研發(fā)過程
通過借鑒國內(nèi)江河及重點(diǎn)城市防洪搶險(xiǎn)工作的先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合水利施工成功案例，本著一次投入、多次使用、成本低廉、牢固耐用的原則，提出的初期設(shè)計(jì)方案為在易出險(xiǎn)位置預(yù)埋支撐樁，通過上橫梁、中橫梁、下橫梁和豎桿組成單組堤壩主體，單組堤壩主體通過連接件互相連接固定，中橫梁的外側(cè)通過鎖扣活動(dòng)連接側(cè)支撐桿；側(cè)支撐桿的上端與中橫梁的外側(cè)連接，下端插在單組堤壩主體一側(cè)的預(yù)埋樁孔內(nèi)。下橫梁的底部固定有多個(gè)插腳；堤壩主體內(nèi)插有長方體形狀的內(nèi)擋板和長方體形狀的外擋板。結(jié)構(gòu)如圖1所示。
通過在下橫梁底部固定插腳和下阻水板，避免由于下部土壤松軟，水從下部涌出的問題；單組堤壩主體中的內(nèi)擋板采用較厚的鋼板，有利于快速施工阻隔洪水；外擋板采用加強(qiáng)密封的橡膠板或者塑料板，避免洪水滲出或漏出。
該專利獲批后，公司馬上投入資金進(jìn)行試生產(chǎn)，并進(jìn)行了實(shí)踐。經(jīng)實(shí)踐發(fā)現(xiàn)該專利兩大弊端：第一個(gè)是地下部位占總高度的比例過低，后經(jīng)多方調(diào)試，最終確定地下部分總體埋深為總高度的2/3；第二個(gè)弊端為背水面（垂直于堤壩）無支撐端，僅靠垂直應(yīng)力起到的阻水效果不顯著，在改進(jìn)過程中，豎桿上部安裝了垂直方向上的支撐桿。將發(fā)現(xiàn)的兩大弊端修正后，制作了改進(jìn)型的組合堤壩，2014年8月29號(hào)進(jìn)行了實(shí)地試驗(yàn)，阻水效果提升顯著，改進(jìn)型的組合堤壩如圖2所示。
3 組合堤壩特點(diǎn)
經(jīng)過專利發(fā)明、專利實(shí)行、專利改進(jìn)三個(gè)過程，總結(jié)出了防洪搶險(xiǎn)緊急攔洪用組合堤壩的六個(gè)特點(diǎn)：一是防洪防汛能力強(qiáng)，效果優(yōu)良；二是安裝簡(jiǎn)便，一般4-10人即可快速完成組裝與拆卸；三是結(jié)構(gòu)牢固，能夠抵御高于堤壩1. 50m之內(nèi)的洪水位（通過設(shè)計(jì)可提升高度）；四是成本低廉，一次生產(chǎn)可重復(fù)使用；五是安裝型式多樣，既可在易出現(xiàn)位置預(yù)留樁孔，在洪災(zāi)來臨之前，將組合堤壩其余部位進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)組裝，節(jié)約了寶貴的搶險(xiǎn)時(shí)間，又可臨時(shí)運(yùn)用機(jī)械下樁，進(jìn)行堤壩組合安裝；六是不占用地上空間，除預(yù)留安裝孔外，其余堤壩組合部位均可儲(chǔ)存在防汛倉庫中，便于管理。
4使用方案
提前在需防護(hù)的位置布置組合堤壩施工線，洪水來臨時(shí)，通過人工或機(jī)械，將單組堤壩主體固定在需防護(hù)的施工線位置，通過插腳、暗樁插入土壤深處，而下阻水板可以直接與土壤接觸，甚至進(jìn)入土壤內(nèi)部，避免由于下部土壤松軟而無法阻擋水從下部涌出，同時(shí)打開外部側(cè)支撐桿，起到支撐作用；然后，迅速將鋼板制成的內(nèi)擋板通過上橫梁插入單組堤壩主體，分別安裝上外擋板，進(jìn)一步加強(qiáng)密封效果。兩個(gè)單組堤壩主體之間通過連接件固定，使其成為一個(gè)完整的防洪裝置，亦可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況需要，在背水側(cè)堤壩底部布設(shè)土工袋，增強(qiáng)側(cè)應(yīng)力，在洪水威脅消除后，可按照安裝的倒序進(jìn)行組合堤壩的拆解回收，以便下次再用。
5組合堤壩分類
根據(jù)工程實(shí)際及不同需求，組合堤壩可分為重型組合堤壩和輕便型組合堤壩兩種。
5.1 重型組合堤壩
針對(duì)黃河三角洲自然保護(hù)區(qū)易受黃河大水沖刷的問題，在易出險(xiǎn)部位進(jìn)行了大型組合堤壩設(shè)計(jì)及布置，重型組合堤壩擋板組合后形成防洪墻，通過立柱下壓杠桿鎖緊裝置作用而產(chǎn)生的下壓力對(duì)防洪擋板予以鎖緊，并通過來水自身對(duì)防洪擋板橫向側(cè)壓的沖擊力，使防洪擋板上防水膠條之間及底部防洪擋板膠條與地面壓緊，防洪擋板表面與同定邊柱及中立柱上帶翼防水膠條壓緊，從而達(dá)到設(shè)計(jì)的密封防水效果。重型組合堤壩總高度3. 50m，地面或平均水位以上0.50m，以下3m。
重型組合堤壩具有以下五個(gè)特點(diǎn)：一是可快速安裝、拆卸及堆疊收藏；二是抗水壓能力較強(qiáng)；三是具有可上下位置自由調(diào)節(jié)的立柱下壓杠桿鎖緊裝置；四是立柱兩側(cè)設(shè)有帶翼側(cè)防水膠條，利用洪水自然動(dòng)壓力側(cè)壓模式，水量越大密閉效果越好；五是選用的材料均為耐腐材質(zhì)，可常年放置于易出現(xiàn)險(xiǎn)情的位置。其結(jié)構(gòu)如圖3所示，現(xiàn)場(chǎng)效果如圖4所示。
5.2輕型組合堤壩
輕型組合堤壩不需要繁雜的組裝，單體堤壩即為成品，使用時(shí)，僅需將兩個(gè)堤壩連接即可，根據(jù)情況需要，可用土工袋壓腳。輕便式單體組合堤壩可應(yīng)對(duì)小規(guī)模洪水災(zāi)害及城市泄洪溝突然提升的小規(guī)模洪水威脅，具有組裝簡(jiǎn)單、成本低廉、可重復(fù)使用的特點(diǎn)。2014年夏末秋初，輕型組合堤壩在東營市廣利河泄洪溝防汛中投入使用，取得良好效果。其結(jié)構(gòu)如圖5所示，現(xiàn)場(chǎng)使用情況如圖6所示。
6 小 結(jié)
歷經(jīng)立項(xiàng)——攻關(guān)——申報(bào)專利——試行——改進(jìn)——推廣六個(gè)研發(fā)過程，研制出了防洪搶險(xiǎn)緊急攔洪組合堤壩。該科研成果，2014年獲國家實(shí)用新型專利，專利號(hào)：ZL. 201420080257.8。
通過實(shí)際應(yīng)用表明，防洪搶險(xiǎn)緊急攔洪組合堤壩具有防護(hù)效果好、防護(hù)布置迅速、成本經(jīng)濟(jì)、可循環(huán)利用、尺寸可調(diào)等優(yōu)點(diǎn)，目前該型式堤壩已在黃河三角洲保護(hù)區(qū)及東營市推廣應(yīng)用，效果明顯。
7【摘 要】
雨季突發(fā)暴雨，對(duì)河道防汛設(shè)施威脅很大 現(xiàn)有的防洪搶險(xiǎn)措施通常是在易出險(xiǎn)位置修建堤壩或者在現(xiàn)有堤壩基礎(chǔ)上加高加寬，但遷這些措施抵御突發(fā)洪水的能力明顯不足 本文介紹了一種獲得國家專利的科研成果——防洪搶鹼組合堤壩，陔堤壩具有功能齊安裝迅速、效果突出、成本低廉的特點(diǎn)，在實(shí)際應(yīng)用中效果較好。
