[發明專利]一種利用土工合成材料截流的汛期堤壩決口快速搶險方法

有效

• 申請號: 201910174401.1
• 申請日: 2019-03-08
• 公開（公告）號: CN109881634B
• 公開（公告）日: 2020-06-30
• 發明（設計）人: 岑威鈞;都旭煌;李鄧軍;陳司寧
• 申請（專利權）人: 河海大學
• 主分類號: E02B3/16
• 分類號: E02B3/16
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 石艷紅

1.一種利用土工合成材料截流的汛期堤壩決口快速搶險方法，其特征在于：包括如下步驟：

步驟1，準備搶險材料：搶險材料包括土工格柵、土工席墊、復合土工膜、土工袋和堤壩決口填筑所需的土石料；其中，土工格柵、土工席墊和復合土工膜為成卷購置，將與卷筒相連接的土工格柵、土工席墊和復合土工膜，均稱為起始端；另將土石料裝入土工袋備用；

步驟2，確定堤壩決口大小和搶險處理范圍：清理堤壩決口附近區域的雜物，測量堤壩決口參數，堤壩決口參數包括決口底部寬度B_m、決口上游水位H、決口底部高程H_c、下游淹沒水位H₂以及決口邊坡與水平方向夾角α；根據測量的堤壩決口參數，估測決口過水斷面的面積A，進而確定堤壩決口的搶險處理范圍；

步驟3，確定土工格柵、土工席墊和復合土工膜的鋪設尺寸及土工袋填筑量：根據步驟2確定的堤壩決口的搶險處理范圍，確定土工格柵、土工席墊和復合土工膜在堤壩決口處的鋪設長度、寬度及土工袋填筑量，對步驟1準備的土工格柵、土工席墊和復合土工膜以起始端為基準，進行裁切，去除多余部分；其中，土工格柵、土工席墊和復合土工膜的鋪設范圍應完全覆蓋堤壩決口，并超出其邊緣1m以上；

步驟4，預估決口封堵完成后作用在土工合成材料上的水流沖擊力，包括如下步驟：

步驟41，計算流經決口的水流量，計算公式如下：

Q＝1.71B_mS(H-H_c)^1.5+1.2tan(90-α)S(H-H_c)^2.5 (1)

其中，Q為流經決口的水流量，單位m³/s；B_m為決口底部寬度，單位m；H為決口上游水位，單位m；H_c為決口底部高程，單位m；α為決口邊坡與水平方向夾角，S為下游淹沒修正系數；

步驟42，計算決口處水流的行近流速，計算公式如下：

其中，V₀為決口處水流的行近流速，單位m/s；Q為流經決口的水流量，單位m³/s；A為決口過水斷面的面積，單位m²；

步驟43，計算作用在土工合成材料上的水流沖擊力，計算公式如下：

F＝βρQV₀ (3)

其中，F為水流沖擊力，單位kN；β動量修正系數；ρ為水體密度，取1.0×10³kg/m³；Q為流經決口的水流量，單位m³/s；V₀為決口處水流的行近流速，單位m/s；

步驟5，計算橫梁和土工合成材料的錨固力：

F_m＝KF/n (4)

其中，F_m為橫梁和土工合成材料的錨固力，單位kN；K為安全系數，取1.2～1.4；F為水流沖擊力，單位kN；n為錨桿數量；

步驟6，架設橫梁：在鄰近迎水面的堤壩頂部水平架設橫跨堤壩決口的橫梁，用于土工格柵、土工席墊和復合土工膜上端的固定；橫梁與迎水面坡頂距離不小于0.5m，橫梁兩端各超出堤壩決口邊緣1.5m以上，并通過錨桿錨固于壩體上，根據步驟5中獲得的錨固力確定錨桿的錨固深度；錨桿錨固深度的計算公式如下：

其中，l_a為錨桿的錨固深度，單位m；F_m為橫梁和土工合成材料的錨固力，單位kN；ξ為錨桿和土層黏結工作條件系數；D為錨桿直徑，單位m；f為土層和錨桿黏結強度特征值，單位kPa；錨固深度的確定，能確保截流過程中橫梁和土工合成材料在水流沖擊力作用下穩定可靠；

步驟7，鋪設和固定土工格柵：將土工格柵尾端水平固定在橫梁上，將土工格柵起始端用鋼管固定加重，確保土工格柵緊貼壩面鋪設；土工格柵起始端的兩邊角處各綁定一個錨桿，將土工格柵從堤壩頂部沿迎水坡面壩坡自上而下滾動鋪設，當起始端位于決口以下且處于緊繃狀態時，啟動錨桿，將土工格柵起始端兩角錨固在壩面上，根據公式(6)確定錨桿的錨固深度；

步驟8，鋪設土工席墊：在步驟7中的土工格柵表面鋪設土工席墊，土工席墊的鋪設方法為：將土工席墊尾端水平固定在橫梁上，在土工席墊的起始端用鋼管固定加重，從堤壩頂部沿壩坡自上而下滾動鋪設，使土工席墊自然展開并緊貼在土工格柵表面，由于土工格柵處于緊繃狀態且具有較強的承載力，因此鋪設在土工格柵表面的土工席墊不會被堤壩決口的湍急水流沖走，且能明顯減小堤壩決口處的過水量，減緩流速；

步驟9，鋪設復合土工膜：在步驟8的土工席墊表面鋪設復合土工膜；在復合土工膜的起始端用鋼管固定加重，從堤壩頂部沿壩坡自上而下滾動鋪設，使復合土工膜自然展開，并在水壓力作用下緊密貼合在土工席墊表面，從而在堤壩決口處形成完整的擋水層，封堵水流；

步驟10，填筑土工袋：復合土工膜鋪設結束后，基本完成了對堤壩決口入口處的截流；此時應及時在土工格柵后側的堤壩決口內填筑裝有土石料的土工袋，鞏固決口土工合成材料封堵的穩定性；通過分層次削減堤壩決口處過水量和水流流速，分階段完成對堤壩決口的封堵，從而確保堤壩決口搶險的成功實施；其中，步驟8鋪設的土工格柵能有效均化決口處水流分布，減緩水流流速；另外，土工格柵提供承載力，為柔性土工席墊和復合土工膜的鋪設提供受力支撐面，避免土工席墊和復合土工膜被湍急的水流沖走，確保搶險過程高效安全的進行；步驟9鋪設的土工席墊能有效減小堤壩決口水流流速，進一步控制過水量；鋪設的復合土工膜起到封堵水流的作用；最終填筑的土工袋鞏固了堤壩決口封堵的穩定性。