黄河堤防除险加固组合式移动围堰研究

冯 峰，靳晓颖，王烙斌，黄玉富

（黄河水利职业技术学院 水土资源利用研究中心，河南 开封 475004）

黄河堤防除险加固组合式移动围堰研究

冯 峰，靳晓颖，王烙斌，黄玉富

（黄河水利职业技术学院 水土资源利用研究中心，河南 开封 475004）

黄河堤防工程由于汛期洪水的浸泡、冲刷等原因，常在临河侧产生护面缺失、裂缝、漏洞等险情。在水流持续冲刷和浸泡下，险情会快速恶化。为了能够使堤防隐患处快速与洪水隔离，创造良好的无水或静水施工抢险条件，设计出一种组合式移动围堰。该围堰具有易组合，可拆卸，使用方便，快速有效的特点。

黄河堤防；除险加固；组合结构；移动围堰

0 引言

黄河由于泥沙淤积严重，俗称 “地上悬河”［1］。黄河大堤是在民埝的基础上逐渐加高培厚形成的，质量参差不齐，隐患多，防汛形势十分严峻［2］。2002年，王协亮等［3］分析了黄河历史上发生较大洪水时堤防出现的险情，得出主要险情是大堤在高水位、长时间作用下，堤基渗透稳定遭到破坏时发生的，如渗水、管涌、流土、液化等大多发生在历史溃口处、古河道汇入处和堤后深塘处。另一类主要险情是，堤身在洪水长期浸泡下，土体抗剪强度低，发生漏洞、裂缝、滑坡等险情。2003年，郭全明等［4］重点论述了黄河堤防险情发生的原因及特点。他们通过对历年黄河大堤险点、险段（包括老口门、管涌、渗水、裂缝、堤身残缺、堤身缺口、顺堤行洪7项）统计发现，渗水变形占险点总数的46%以上。这说明，渗透变形问题是黄河堤防的首要问题。截至2002年，通过采用放淤固堤、修筑前后戗、垂直截渗墙、锥探灌浆等除险加固措施，前后两次所编列的113处堤防险点已基本消除完毕。随着标准化堤防的建成，黄河堤防安全将进一步得到提高。2009年，汪自力等［5］对黄河下游堤防的安全性进行了分析，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。由于黄河下游存在“二级悬河”，而且堤防多由沙性土构成，平时基本不临水，堤身、堤基存在的隐患难以显露，对堤防安全构成严重威胁。因此，有必要加强堤防安全监测预警工作。他们针对堤防隐患探测及安全监测、穿堤建筑物土石结合部渗水监测、河道整治工程根石探测与监测、堤防安全评估等存在的问题，提出了解决的思路。2010年，连惠瑶等［6］通过调查，分析当前黄河下游堤防险点隐患的概况，提出保障黄河不决口的最有效措施是，以放淤固堤为主，当背河侧100m范围内有村庄时，采用截渗墙消除隐患；对分散的局部隐患，采用压力灌浆等方法消除。

综上所述，这些与黄河堤防隐患及除险加固相关的技术发展和实践积累为堤防除险加固技术的深入研究奠定了坚实的基础［7～8］。目前，我国对黄河堤防工程隐患的分布、类型、原因等研究较为深入，对黄河堤防除险加固的方法研究仍集中在如何探测、排查、施工方法上。在具体的除险加固工程技术上，也集中在截渗墙、前后戗堤工程、标准化堤防建设等方面，而且主要放在了汛期后的加固工程处理上。

1 现有的技术方案和解决的技术问题

1.1 现有的技术方案

放淤固堤加固技术的优点是，可加宽堤防工程的断面，延长渗径长度，使其防渗效果好，稳定性强，有利于抗震，也便于以后的抗洪抢险，为抢险争取时间［6］。通过长期放淤固堤，减少河床中泥沙，加宽加高堤防工程，使黄河下游变为相对地下河，是黄河下游防洪治理的战略措施。自20世纪70年代起，黄河上就开始实施放淤固堤工程。放淤施工工序简单，效率高，不受气候条件的影响，能连续作业。放淤固堤加固的缺点是：堤防工程淤区和取土区占用耕地；淤区和取土区多为沙土，若不及时妥善处理，极易产生沙化，导致环境恶化，给当地群众生产生活带来不便；淤区施工用水量大，如果排水出路处理不当，可能引起周边地区土壤次生盐碱化。

根据黄河下游堤防在高水位作用下容易发生重大险情的状况，应选用推土机、装载机、挖掘机、自卸汽车、铲运机等大型机械进行高强度的土石方作业［3］。采用机械装运抛投，能够极大地加快抢险速度，减轻抢险人员的劳动强度，迅速控制住险情。据统计，人工和机械配合的抢险方式与传统人工抢险方式比较，可提高抢险效率6～7倍，节省投资76%。在人和机械配合抢护重大险情时，指挥调度部门应充分考虑各种复杂情况，合理布置场地，合理安排人员和机械（人工负责柳料的运输、纺织袋装土、捆抛柳枕等任务，机械设备用于加修前戗、后戗，运送土石料，抛投块石、铅丝笼及土袋等工作）。在人员和机械配合技巧上，要优先选择人抢车休、车抢人休和轮抢轮休等方案。

1.2 拟解决的技术问题

研究一种适用于堤防工程除险加固的围堰，需要解决的技术问题主要有以下3个。

（1）挡水，创造良好的无水或静水施工抢险条件。当堤坝坝坡由于汛期洪水的浸泡、冲刷等原因产生护面缺失、裂缝、漏洞等险情时，需要尽快与水隔离，减小水的楔形作用，避免险情进一步恶化，从而产生严重的裂缝、漏水、决口或在坝后下游产生管涌、流土、漏洞等损害。

（2）操作简单，施工方便，效果良好。堤防汛期险情发展速度快，因此，需要用于除险加固的围堰操作简单，能够快速实施，从而尽快实施除险加固的后续补救措施。

（3）在缺少动力的条件下，能够快速拆装，重复利用。堤防工程一般位于河流的两侧，远离城镇，缺少动力，而堤防本身由于堤顶宽度、筑堤材料等限制，需要考虑设备的运行、安装等问题。

2 组合式移动围堰的设计思路和构造

2.1 围堰的设计思路

为了实现围堰挡水，创造良好的无水或静水施工抢险条件的功能，用立柱、斜轨、加固片、固定轴组装成一个稳定的框架，在2个立柱之间依次放入互扣平板，在斜轨和加固片组成的三角形框架内依次放入互扣侧板，从而形成顶部、底部敞开，正面、侧面封闭的组合式围堰（如图1所示）。围堰组合形成后，将与河流洪水的动水形成有效隔离，在围堰内形成静水。之后，拉动牵引绳索，使其固定在土工膜最前端的导向片上，并向上进行牵引拉动，使土工膜沿坡面能够移动 （土工膜的两侧嵌在斜轨的凹槽内），当土工膜向上牵引出水面，并到达固定轴处时，将牵引绳索固定在固定桩上。

为了实现围堰操作简单，施工方便，效果良好的功能，在固定轴上设置固定环，并在围堰组合好后，用固定桩固定在堤坡上，防止其滑动或移动。在立柱、斜轨组成框架后，采用8个加固片和螺栓将框架组合牢固，并用加固片和螺栓对立柱1斜轨进行加固组合。

为了实现围堰在野外缺少动力的条件下还能够快速拆装，重复利用的功能，所有的组成构件都应能灵活拆装。

图1 组合式移动围堰结构示意图Fig.1 Combined mobile cofferdam structure

2.2 围堰的结构及构件

组合式移动围堰由立柱、斜轨、加固片、固定轴、互扣平板、互扣侧板组成，其结构图如图1所示。（1）立柱上3个方向有凹槽，可以使围堰在顺水流方向延长，当堤防临水坡险情面积较大时，能够覆盖和包围住险情的位置和面积（如图2所示）。（2）斜轨的3个方向有凹槽，两个侧凹槽是为了固定土工膜在向上延展时的运动轨迹和方向。（3）为了防止渗水，在互扣平板的每个平板上和互扣侧板的每个侧板上都设计了互扣凹凸槽。在槽中，都设有2个侧向橡胶止水带（如图3和图4所示）。（4）土工膜卷在中心轴上，中心轴由卡槽固定片固定在立柱的内侧底部。中心轴及土工膜可以根据险情的具体需要而进行安装或拆卸。当安装时，只需要将中心轴放入卡槽固定片中即可（如图5所示）。

图2 组合式移动围堰平面图Fig.2 Combined mobile cofferdam p lan

图3 围堰侧板互扣示意图Fig.3 Interlocking side panel of cofferdam

图4 围堰前面平板互扣示意图Fig.4 Interlocking flat plate of cofferdam

图5 土工膜定轴展开示意图Fig.5 Geomembrane fixed axis

3 结语

针对黄河堤防工程在汛期出现破坏、裂缝和漏水等险情，设计出一种适用于堤防汛期除险加固的组合式移动围堰。对于汛期洪水时发生的险情，该围堰能够及时进行挡水处理，减小水的楔形作用，从而避免险情进一步恶化；能够满足快速实施和方便操作的要求，使险情尽快控制，为除险加固赢得时间。另外，在野外缺少动力的条件下，该围堰所有的组成构件均能重复利用，拆卸方便，省时省力，移动快速。

［1］沈细中，兰雁，赵寿刚，等.黄河标准化堤防工程淤背的合理设计宽度［J］.哈尔滨工业大学学报，2009，41（10）：197－201.

［2］黎桂喜，崔建中，齐洪海，等.消除黄河下游近堤险点隐患之探讨［J］.人民黄河，2002，24（12）：16－17.

［3］王协亮，杨玉林，楚延峰，等.黄河下游堤防出险原因及对策［J］.黄河水利职业技术学院学报，2002，14（4）：16－17.

［4］郭全明，张宝森，仵海英.黄河堤防险情调查分析［J］.地质灾害与环境保护，2003，14（3）：45－49.

［5］汪自力，周杨，张宝森.黄河下游堤防安全管理技术探讨［J］.长江科学院院报，2009，26（12）：96－98.

［6］连惠瑶，周 森，何蕴华.黄河下游堤防现有隐患处理技术［J］.黄河水利职业技术学院学报，2010，22（1）：8－9.

［7］刘洪才.黄河防汛抢险知识读本［M］.山东黄河防汛办公室，2000：20-22.

［8］水利部黄河水利委员会.防汛抢险技术［M］.郑州：黄河水利出版社，2000：12-15.

[责任编辑 杨明庆]

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

黄河水利职业技术学院科学技术项目：黄河堤防工程除险加固组合式移动围堰设计研究（2014KXJS009）。

冯 峰（1978-），女，河南驻马店人，副教授，博士后，研究方向：水利工程结构设计、水资源高效利用。