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玻纤格栅在防洪工程抢险中的应用

作者: 发布于:2018/11/7 23:05:27 点击量:

玻纤格栅作为一种新型材料,以其独特的性能逐渐被应用于防洪工程抢险中。玻纤格栅是一种新型岩土工程材料.它由合成聚合物和各种产品制成.它放置在土壤内部、表面或层间,起到加固或保护土壤的作用。具有耐冲击、耐磨、耐腐蚀、重量轻等特点。在防洪工程应急救援中,玻纤格栅主要用于排水和防渗功能,起到排水、防渗和防渗的作用.经常用于堤防、涵闸、拦门等的抢险,及时排除险情。防洪工程具有整体性强、抢险速度快、适应性强、储运方便、成本低、耐久性好、可重复使用等特点。

关键词:玻纤格栅在防洪工程中的应用研究

玻纤格栅

1.玻纤格栅的特性

玻纤格栅作为一种新型材料,以其独特的性能逐渐被应用于防洪工程抢险中。玻纤格栅的主要原料有聚丙烯、聚乙烯、聚酰胺、高密度聚乙烯、聚氯乙烯等。玻纤格栅是一种新型岩土工程材料.它由合成聚合物和各种产品制成.它放置在土壤内部、表面或层间,起到加固或保护土壤的作用。玻纤格栅可分为土工织物、土工膜、特种玻纤格栅和复合玻纤格栅四种类型。玻纤格栅不仅具有较高的强度。而且具有耐冲击、耐磨、耐腐蚀、重量轻等特点。防洪工程具有整体性强、抢险速度快、适应性强、储运方便、成本低、耐久性好、可重复使用等特点。

2.土工织物的功能与作用

玻纤格栅中的土工织物具有强度高、单位重量轻、透水性强、耐腐蚀性和耐磨性好的特点.同时,它们还具有以下功能:排水功能:土工织物可以阻隔和收集土壤中的渗水,并可以将渗水沿垂直织物平面或平行织物平面排出土壤。过滤功能:由于土工织物的水力特性,在排水渗水的同时,可以防止土壤颗粒的产生。隔离功能:土工织物可将性质不同或级配不同的土石材料隔离开来,避免相互混合,从而保证施工质量。:土工织物具有较高的抗拉强度,能抑制土的应变,提高土的综合变形模量,减少土的变形,改善土的受力状态。

3.玻纤格栅的应用现状

玻纤格栅是20世纪70年代末传入我国的,应用于岩土工程是近50年来发展起来的一项新技术。从1991年起,国家防汛抗旱总指挥部将下达玻纤格栅生产和储存任务,作为防汛抢险物资.编织袋、复合布、土工布、防浪布(I.e.被薄膜覆盖的织布)等分别存放在所有流域。防洪工程抢险所用材料重量轻,运输方便,不易腐烂.施工简单、快捷、有效.玻纤格栅具有能满足防汛抢险要求的特点。据统计,1998年用于防汛抢险的玻纤格栅总面积达1亿多平方米。实践证明,玻纤格栅在防汛抢险中具有不可替代的优势。此外,土工织物施工工艺简单,易于保证工程质量,施工速度快,造价低。因此,土工织物将成为防洪工程非常理想的新材料。

二、防洪工程抢险传统物资

安全防洪工程主要采取两个层次的措施:一是保护,避免险情发生;二是应急救援,即一旦发生险情,应采取有效措施迅速排除险情。防洪工程抢险常用的传统材料主要有土料、砂料、石料、草包、麻包等.它们作为救援物资历史悠久,效果良好.目前仍是防汛抢险的主要物资。这些材料虽然具有来源广、就地取材量大等优点,但也存在重量大、体积大、运输困难、劳动强度大、施工速度慢、工程质量难以保证等缺点。

三.玻纤格栅在防洪工程抢险中的应用

如何在汛期使用玻纤格栅进行应急防护是亟待解决的问题。我国使用天然纤维材料(秸秆材料)护堤、抢险、堵口的历史源远流长,但使用玻纤格栅抗洪抢险仍是一项新技术。在防洪工程应急救援中,玻纤格栅主要用于排水和防渗功能,起到排水、防渗和防渗的作用.经常用于堤防、涵闸、拦门等的抢险,及时排除险情。

防洪坝是防洪的主要屏障,是战胜洪水的物质基础。汛期河流水位很高,往往很高.当洪水紧靠堤坝时,它将在水流的作用下被破坏.堤段存在薄弱环节或隐患,遇水易发生险情。防洪工程的主要险情包括漫(溢)洪、背河坡大规模散(渗)水、翻砂、涨(泡)水、坝内过流渠道和裂缝(洞)、坝坡趾部隆起和向外移动(滑坡)、坝面边坡大规模塌(塌)水、风浪等。防洪工程应急救援预案应当根据不同类型的险情和险情原因制定.玻纤格栅在防洪工程应急救援中的应用,还应根据险情类型、险情原因和救援方案等,选择不同的类型。

(一)洪水溢(溢)险抢险

发生超标准洪水时,要迅速加强防护,防止洪水泛滥、决口。副堤采用编织袋建造,副堤编织袋宽度一般为0..5-0.6m,长度0.9-1m,袋内土壤重量40kg-60kg,便于人工搬运。雨天道路泥泞、缺土时,可以用编织袋装土修筑编织袋、土堤,用编织袋装土,防止涌水。路基位于何琳一侧,顶宽1.5m-2m,坡度可以更陡。例如,当流速较高或风浪较大时,软床垫可采用聚丙烯织布或无纺布制成,软床垫下端可缝制直经30cm至50cm的管状袋。抢护时,将排体展开在何琳堤肩上,在管状袋内装满土后,将两侧袋口缝合,卷成捆,将排体上端压在副堤顶或堆挂,用人力推动卷体下沉至波谷下方,并随洪水位波动幅度而调整。使堤坡防暴雨冲刷与堤顶防溢软排水形成一体,取得较好效果(图1)。图1编织袋土堤示意图

(二)大规模分散浸没(渗水)险情抢险

当汛期高水位持续时间较长时,在渗流压力的作用下,一些土石坝采用混合材料或施工质量差.蓄水后,随着洪水位的升高,水压增大,浸润线相应增大,渗流也随之增大.最后,水从后水坡流出。如果渗流过大,出现浑水,背水坡较软,存在滑坡、坍塌等危险,应采用土工布进行反滤排水,稳定坝体。土工织物用于土坝松散入渗排水有两种方法.一是采用土工织物进行边坡排水.二是在土坝边坡开挖一条渗沟.土工布放在沟里,小石头堆在上面。

1、边坡排水方法

使用土工织物排水边坡时,一般应考虑以下因素:土工织物的物理特性(孔径和分布、厚度、压缩性);被保护土壤的物理力学性质(粒径分布、孔隙度和渗透系数);水力条件(渗透方向为或往复);作用在土工织物上的力以及土工织物应具有的、压缩和撕裂强度。

土工织物边坡排水的施工方法是先将路堤边坡整平,或填沙,然后铺设土工织物。土工织物通常铺设在0.比逃生点高出5%.5-1m以上。然后在土工布上铺石头,在石头上放一块石头。施工时,不要穿带钉子的鞋,以免刺穿织物。织物之间的重叠通过缝纫或化学粘合剂粘合,重叠宽度通常约为15cm(图.2)。

图2边坡排水方法示意图

当渗水通过土工布排出时,可在堤脚挖一条渗水沟,收集并导出.同时,土工布也铺设在沟内。排水沟开挖平整.土工布应紧贴排水沟底部和两侧,并搭接粘贴在路堤边坡和坝坡土工布上.最后,在沟内填砂砾和碎石进行称重。

2.导渗沟开挖

该施工方法包括以下步骤:开挖多个横向凹槽(I.e.垂直于堤身纵轴)从浸润线沿坡面的逸出点至堤脚,其中沟槽之间的距离一般为5m左右,沟槽深度为0.3-0.5m,宽度0.3-0.8m,挖沟平整后铺设土工布,在土工布上放置小石块。土工布放入沟内时,沟外应预留一定宽度的布,沟外的布用草垫覆盖,以减少阳光曝晒(图.3)。

无花果.3开挖及渗导示意图

(三)沙、水(管道)险情抢险

汛期水位较高时,由于相邻水面与背水面的水位差,会发生渗漏.由于渗漏,坝基基础薄弱的坝基后河坡脚附近或坡脚以外(包括水池、池塘或水田)经常发生渗漏变形,造成管道、流动土壤、滑坡等险情.如果不及时处理,大坝的安全将受到威胁。土工织物被用作过滤层,从可能发生渗漏破坏的路堤路段取土.通过试验和计算确定土工织物的类型,然后选择所需的土工织物。但在防汛抢险中,有时没有时间检验,只能用经验来处理。使用土工织物防止管道危险时,一个是土工织物过滤围井,另一个是土工织物过滤压力(盖)。

1、土工织物过滤围井施工方法

(1)平整管道周围或严重散落浸泡的地面,清除草皮碎片和尖锐石块。

(2)如果管口较小,管口可以用整片土工布覆盖.如果管口较大或相邻,土工布应相互重叠,用线缝合或化学键合在一起。搭接宽度一般为15-20厘米。软土地基或水下施工时,搭接宽度应为40-60cm。

(3)将土工布覆盖在管口处,I.e.用重物固定,然后将2-4厘米直径的鹅卵石或容易从周围渗透的鹅卵石压向中心,厚度为30-50厘米。将石头或混凝土块压在石头顶部,最终形成一个高中心低周边的重物。

(4)土工布的铺设面积取决于管道的尺寸和需保护的渗水断面范围,其面积应大于需保护的渗水范围0.5m以上(图4)。

无花果.4土工织物过滤罩示意图

施工中应注意以下两点:首先,当管道处水压较高,土工布被覆盖时,经常被水柱向上推.一般来说,这是不够的压力.石块应连续填压,或用草袋包装,直至压平。其次,如果砂眼直径较大,土工布受压后会下垂,甚至撕裂。在这种情况下,洞内应填满大石块、小石块或石屑(可能略高于附近地面3-5厘米),以分散集中的渗流.在石屑上铺设土工布,按上述方法压重。

铺设土工布后,土壤中的细颗粒被渗水带走,水变浑浊.一段时间后,如果水质变得清澈,说明土壤中的颗粒不再流失,土工布起到了引导渗流的作用。

2.土工布背滤压毯

土工织物反滤层施工要求与土工织物反滤封闭井基本相同。平整地面、清除杂物后,根据涌流的流速,采取抛石或砖的措施,消除砂和水势,先铺一层土工布,再铺透水材料厚度为40-50cm的普通砖和石头,或铺5-10cm厚的沙子,最后压盖一层石头(图.5)。在单个管孔中,颗粒材料(如卵石等)可以填充在后过滤土工布袋(或草包)中进行排水和渗透。

无花果.5土工织物压滤毯示意图

(4)大坝渗水通道(漏洞)的危险性

在汛期水位较高的情况下,当大坝长期靠在水面上时,穿越坝体或靠近背水坡和坡脚的地基的水孔就是漏洞。泄漏的水流称为压力管道流.流速高,冲击力强.危险局势发展迅速。当存在漏洞的危险时,我们应该尽最大努力迅速抓住并堵塞漏洞。抓住和保护漏洞的原则是“前拦截后,后同时进行”."。当漏水进水口较大或附近有许多开口时,何琳可采用复合土工布软帘堵漏,在后水坡铺设无纺布堵漏。抢劫和保护的具体方法如下:

1、复合土工膜布软帘罩封堵

首先在复合土工布的上端和下端分别缝制一个宽约10m的环,在上端套筒环上穿一根直径约10cm的钢管,在下端套筒环上穿一根直径约30cm的钢管,将复合土工布完全缠绕在下端钢管上,准备一部分细长钢管,在堤肩上打孔2根木桩,将卷起的复合土工布的上端放在堤肩上,准备覆盖上部软帘辊两端分别设有套环,套环上连接有钢管制成的助推推杆。盖到位后,可转动导杆收回导杆重复使用。当开口被盖堵塞并向下滚动时,操作者推动薄膜滚动钢管滚动到水中,使薄膜沿堤坡铺设,开口被覆盖。如果没有这样做一次,可以继续将瓷砖放在一边,直到开口被堵塞。放置时注意两排砌块的重叠不小于0.5m。然后迅速将土工织物袋扔在膜表面,并按压它们,以防止漂浮和冲洗掉(图6)。

无花果.6复合土工布软帘罩示意图

2、土工布背水坡堵孔

当堤身出现渗漏或裂缝时,靠近水面的斜坡被柔软的床垫覆盖.水后面的斜坡通常可以用无纺织物铺设,并覆盖足够量的可渗透材料。如果出水太强,可先在出水口处覆盖一层土工布,用土袋或枕头将滤井迅速围起堆至水面以上20厘米处,将透水材料倒入滤井内称重(图.7)

无花果.7土工布背水坡堵孔示意图

(五)堤坝、危险作业人员坍塌险情抢护

当大坝上游存在较大面积坍塌危险时,可采用覆盖软垫进行防护.采用聚丙烯编织布和聚氯乙烯绳网构成软床垫,软床垫位于坍塌危险点.然后用混凝土块或土工织物土、石袋压沉至坍塌段.大部分这种危险需要每分钟都进行防护(图.8和图.9)。

无花果.8应急救援软件包结构图.9风灾保险人员软件包示意图

1-φ5mm纵筋绳;2-φ10mm电缆;1-股份;2-波峰;三排体;4-道碴枕;5-砾石枕;波高的6-2倍

3.纺织布条;4-紧急救援和疏散;5-φ60cm纵向土枕;

6-φ5mm定位导向绳;7-横枕;8-φ20毫米

间距20毫米;9-水流方向

软件排应急救援施工方法如下:

1.展览布置机构。将排出的物体运至危险区,放在相应的堤顶,展开。

2.横向枕载荷。是指救援队将装满泥土的编织袋放在横枕的中心线上,折叠枕巾将尼龙绳端头捆绑在一起,形成装满泥土的横枕。

3、卷成捆。救援队站在横枕的一边,卷成捆,把捆绑在面向水面的斜坡肩上。

4、打桩挂排。在与纵向枕相对应的堤顶堆4-6根桩,将纵向加固绳绑在桩上.紧密度应适中,使桩身上端下沉后超过水面。

5、重行保险。面对水面斜坡,应急救援队将排体向下推,将排体下沉到预定位置,收紧上游侧的横向系带绳,固定排体位置,避免移位和翻转。

6.纵向道碴。救援队分成四组,同时将装满泥土的编织袋放入指定的垂直袋中,直到水面露出。

(六)风浪险情抢护

汛期河水上涨后,坝前水深增大,水面变宽.当风速较高,风向与风向一致时,会形成强烈的冲击波。风浪较小的,将靠近水面的坝坡冲刷成浪脊,风浪较大的,造成坝坡坍塌、滑坡等险情。防风浪主要是减少风浪对临水边坡的影响。土工织物防风浪有两种方法,一种是土工织物(膜)防浪,另一种是土工织物防浪软件。

1、土工布(膜)防浪

路堤边坡铺设土工布或土工膜布,以抵抗波浪对路堤的破坏.具体措施如下:

土工织物(膜)在制作过程中的宽度应根据风浪影响路堤边坡的范围确定.一般不少于4m.高路堤宽度可达8m-9m.如果宽度和长度不够,应根据需要提前粘贴或焊接。当薄膜长度小于防护堤段长度时,允许重叠.堤沿重叠长度不小于1m,铺设时钉牢,不被风浪覆盖。

铺设前,应清除铺设范围内路堤边坡上的石块、树枝、杂草和土块,以免造成土工布损坏。

铺设时,土工织物的上边缘一般应高于一级洪水位.5m-2m,两侧用间距1m的扁钉固定在岸坡上,上下扁钉的行距不得超过2m。超过极限时,可在土工布中间加一排或多排钉子。平头钉由20cm2的面积和0.在5厘米钢板的中心焊接一根长30厘米至50厘米、直径2厘米的钢筋。土工织物也可在与平头钉相同的位置用长度30cm、厚度20cm的预制混凝土块或砾石袋压制(图.10)。

图10土工织物(膜)防浪示意图

2.防浪软土工布

土工织物软防浪布置是将聚丙烯机织物或非机织物缝合成宽度为5m~10m的简单排体,长度根据风浪的高度和超高确定,一般为5m~8m,机织物下端横缝直径为0.3m-0.5m卧式枕袋。运送时,将排体放在堤顶,横向枕上均匀包裹封土口,卷成捆,人力推动卷成的排体沿堤坡滚动,下沉到波谷以下1m左右,在排体上抛撒压土袋或土枕,防止土工织物排体卷起或冲走。当水位下降时,仍有风浪冲刷岸坡的危险,因此应及时松开吊绳滑下(图.11)。实践证明,使用土工织物或无纺布的抗风、防浪效果较好.同时具有施工速度快、土工布可回收利用的特点。

图11土工织物防软波

三.结论和建议

在抢险防洪工程险情时,应根据土质情况选择护土、防管涌、防淤积、透水土工布。选择应根据应用要求和被保护土壤的粒径和级配。处理管涌、下游边坡分散淋滤、开沟导渗等危险,排透水织布效果好。

使用土工织物进行防汛抢险时,必须在汛期前缝合好各种抢险救援机构。根据可能出现的各种险情,做好相应的应急救援准备.一旦有危险,你可以马上处理.否则会耽误时间,造成不必要的损失。

防汛备用土工织物材料应根据险情需要配制。

土工织物是防洪抢险的一项新技术,对保证汛期堤坝安全具有重要意义。在岸边树木较多的情况下,常规救援技术必须与土工织物救援技术相结合。汛期前,要组织快速救援队,做好训练和演练。人员少而精,一般30-50人。

四.结束语

玻纤格栅在我国的应用起步较晚,但发展很快。土工织物的独特优势越来越受到广大水利工程工作者的认可.防洪工程抢险具有广阔的前景和巨大的潜力。为了更好地将玻纤格栅应用于防洪工程,国家防总办公室近两年来做了大量的应用研究工作。1998年洪水过后,对玻纤格栅管道防护的危险性进行了研究.着重研究了玻纤格栅管道防护的机理和施工工具.并对软床垫的施工工具进行了专门研究,取得了初步成果.例如,玻纤格栅软垫在防洪抢险试验研究和实际应用中的应用在世界上处于领先地位。由于其方法相对简单,成本比传统方法低,特别是可减少大量砂石运输,社会效益和经济效益明显。随着社会的发展,人们对玻纤格栅的功能和特性逐渐了解和研究.玻纤格栅将越来越广泛地应用于防洪工程等水利建设工程中。


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