專利名稱：一種土石壩潰壩被動泄流搶險方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一種土石壩潰壩被動泄流搶險方法，屬于水利工程土石壩防汛搶險領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
我國已建水庫大壩8. 6萬多座，小型塘壩640多萬座，其中90%以上為土石壩。這些水庫建設(shè)年代久遠(yuǎn)，許多都是當(dāng)?shù)剞r(nóng)民自建，水文系列短，對水庫防洪庫容和泄洪能力估計不足，許多水庫設(shè)計和建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)低，普遍存在泄洪設(shè)施泄流能力不足的現(xiàn)象(許多小水庫溢洪道泄流能力均不達(dá)標(biāo))，一旦遇到超標(biāo)準(zhǔn)洪水極有可能發(fā)生漫頂潰壩事故，將會給下游帶來嚴(yán)重的災(zāi)難。以往的土石壩漫頂搶護(hù)主要以預(yù)防為主，比較常見的方法就是筑堰搶護(hù)，即在壩頂筑子提來防御漫頂洪水對下游坡面的沖刷，常用的土堰形式主要有粘性土堰、 袋裝土堰、板狀土堰、柳石土堰等。傳統(tǒng)的搶筑子提技術(shù)需要事先備足物料，存在效率低、汛期過后處理復(fù)雜等缺點。還有一種常用的搶護(hù)方法是搶挖溢洪道泄流。對于我國面廣量大的小型水庫、塘壩，平時維護(hù)力量就較為薄弱，出現(xiàn)漫頂險情時搶挖溢洪道往往開挖進(jìn)度較慢，常常難以奏效。另外，由于土石壩通常是不允許漫頂過水的，臨時搶挖溢洪道存在一個重要的風(fēng)險即是漫頂水流沖刷壩體，甚至引起全面潰壩的事故。鑒于此，本發(fā)明提出一種新方法，采用“疏”、“防”結(jié)合，研究一套應(yīng)急泄流槽快速構(gòu)建技術(shù)，利用“爆破”技術(shù)或機(jī)械開挖方式實現(xiàn)應(yīng)急泄流槽的快速構(gòu)建，利用特制的高強合成材料，實現(xiàn)應(yīng)急泄流槽的迅速加固。該項技術(shù)具有實用性強，實施簡便，推廣應(yīng)用前景廣泛等諸多特點，對于我國面廣量大的中小型水庫防洪搶險具有重要的價值，對于提高我國處置潰壩突發(fā)性洪水災(zāi)害，編制應(yīng)急預(yù)案，發(fā)布洪水預(yù)警，組織撤離與逃生，實施緊急救援等均具有重要的意義。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種在土石壩漫頂風(fēng)險較高情況下預(yù)先布置泄流通道，或在土石壩漫頂達(dá)到漫頂潰壩第二階段以前，應(yīng)急布置泄流通道，降低庫水位，消除潰壩風(fēng)險的方法。一種土石壩潰壩被動泄流搶險方法，包括以下步驟當(dāng)土石壩具有高潰壩風(fēng)險，但尚未漫頂時，或者當(dāng)土石壩已開始漫頂，但潰壩現(xiàn)狀未達(dá)到第二階段以前，利用連續(xù)錨桿預(yù)先在設(shè)計泄流槽內(nèi)錨定防水型土工織物構(gòu)建土石壩被動泄流通道。發(fā)明人對土石壩漫頂潰決進(jìn)行了多次試驗，將土石壩漫頂?shù)臐Q過程分為五個階段，具體而言包括第一階段漫頂初期壩下游坡形成沖溝，第二階段形成臺階狀跌坎，第三階段臺階狀跌坎合并，第四階段臺階狀跌坎下切并向上游擴(kuò)展，第五階段壩體橫向擴(kuò)展并最終潰決。由于錨定防水型土工織物的方法非常迅速，因此本方法在漫頂潰壩到達(dá)第二階段(形成臺階狀跌坎)以前，作為避免擴(kuò)大損失的方法均可使用。具體泄流搶險方法為(1)確定泄流槽位置及泄流槽口門尺寸；
本步驟是通過上游洪水預(yù)報得知上游在近期仍有較大洪水，而土石壩現(xiàn)已達(dá)到或逼近校核洪水位，現(xiàn)有泄洪措施無法滿足泄洪量要求，這時應(yīng)迅速在壩體上選定預(yù)備泄流槽位置，依據(jù)預(yù)報洪水流量確定泄流槽口門尺寸。(2)利用連續(xù)錨桿在下游壩坡預(yù)定泄流槽槽身位置錨定防水型土工織物；(3)對壩腳進(jìn)行攤鋪防護(hù)或拋石防護(hù)。(4)利用爆破或機(jī)械開挖降低壩頂高程，形成泄流槽泄流口門。上述的利用爆破是在壩頂設(shè)定的泄流槽內(nèi)埋設(shè)炸藥，藥室布置高程距離大于計算的爆破壓縮圈半徑，并有一定的安全值，避免爆破破壞應(yīng)急泄流槽頂部固定結(jié)構(gòu)；由于在潰壩泄流搶險的過程中縮短施工時間是最重要部分，因此本方法中的土工織物與傳統(tǒng)的土工織物的鋪設(shè)方法有所不同，由于本方法構(gòu)筑的是臨時建筑物，因此土工織物不通過傳統(tǒng)的錨固溝或掩埋的方式施工而是通過如下方法進(jìn)行施工。上述利用連續(xù)錨桿預(yù)先在設(shè)計泄流槽內(nèi)錨定防水型土工織物構(gòu)建土石壩被動泄流槽包括如下內(nèi)容a.錨定高程范圍為壩下游水面至預(yù)定壩頂泄流槽下緣；b.錨定水平范圍根據(jù)如下方法確定Wh 彡 2 3B，其中Wh為水平鋪設(shè)寬度(m)，B為設(shè)計泄流槽寬(m)。c.當(dāng)壩高小于或等于IOm時，防水型土工織物采用經(jīng)線法布置；當(dāng)壩高大于10m，小于15m時，防水型土工織物采用經(jīng)緯線交叉法布置；經(jīng)多次實踐，發(fā)明人得出這樣的施工方法能較快地鋪設(shè)土工織物，并且土工織物的狀態(tài)在泄流期間基本能滿足臨時構(gòu)筑物的穩(wěn)定要求。上述的經(jīng)線法布置是指土工織物卷軸沿泄流槽自上而下滾落鋪設(shè)，沿壩軸線方向疊合方法為單向逐層疊合，疊合交叉寬度為2 6倍錨寬，這些土工織物不能相互膠結(jié)，這樣可防止水流沖力在上下層土工織物間形成累加效應(yīng)。上述的經(jīng)緯線交叉法布置是指土工織物卷軸先按照經(jīng)線法鋪設(shè)在泄流槽口門正下方壩坡后(該處最易受到?jīng)_蝕)，在距泄流槽底緣1/4壩高位置及距離下游水面1/4壩高位置沿水平向各鋪設(shè)兩幅土工織物卷軸，以逐級防護(hù)下游壩坡，鋪設(shè)長度為2 :3B，兩幅土工織物卷軸疊合方法為上壓下，疊合交叉寬度為2 6倍錨寬。緯線布置上壓下可以使水流不會沖刷土工織物的接口處。上述連續(xù)錨桿為龜殼型連續(xù)錨。龜殼型連續(xù)錨包括錨頭和錨桿。錨頭中間有孔， 錨桿從孔中穿過固定，這樣的設(shè)計便于運輸。上述的防水型土工織物為三維復(fù)合濾墊及其他不透水的抗沖刷能力強的柔性材料。本發(fā)明的有益效果在于1、提供了一種全新土石壩潰壩被動泄流搶險方法；2、本方法避免了在土石壩被迫溢流時的垮壩風(fēng)險，保障了下游人民的生命財產(chǎn)安全；3、本方法施工時間短，確保了工程能夠在洪水到來前完工。


圖1實施例一泄流槽設(shè)計示意圖；圖2實施例一泄流槽構(gòu)造示意圖；圖3實施例二土石壩潰壩第一階段壩下游坡形成沖溝示意圖；圖4實施例二泄流槽構(gòu)造示意圖；圖5實施例三泄流槽構(gòu)造示意圖；圖6實施例四龜殼錨俯視示意圖；圖7實施例四龜殼錨對稱軸剖視示意圖；圖8 土石壩潰壩第二階段壩下游形成臺階狀跌坎示意圖；圖9 土石壩潰壩第三階段壩下游臺階狀跌坎合并示意圖；圖10 土石壩潰壩第四階段壩下游臺階狀跌坎下切并向上游擴(kuò)展示意圖；圖11 土石壩潰壩第五階段壩下游壩體橫向擴(kuò)展并最終潰決示意圖。
具體實施例方式實施例一土石壩潰壩被動泄流搶險方法，包括以下步驟根據(jù)大壩風(fēng)險評估得出圖1中土石壩1-1具有高潰壩風(fēng)險，壩頂高程8. 0m，壩上水位已達(dá)到7. 6m校核洪水位，根據(jù)短期預(yù)報，在未來3天上游仍有較大流量過程，土石壩1原有泄洪通道年久失修已經(jīng)廢棄，預(yù)計5小時后土石壩將發(fā)生漫頂，需在5小時內(nèi)構(gòu)建應(yīng)急泄流設(shè)施。(1)根據(jù)計算結(jié)果，在壩頂中部設(shè)計寬5m頂高程7. 5m的泄流槽1-2，見圖1。泄流槽利用微差爆破施工，泄流槽下壩面錨定防水型土工織物三維復(fù)合濾墊，(2)利用連續(xù)錨桿在下游壩坡預(yù)定泄流槽槽身位置錨定防水型土工織物；a.錨定高程范圍為壩下游水面2. 5m高程至預(yù)定壩頂泄流槽下緣7. 5m高程；b.錨定水平范圍為WH彡2 :3B，其中Hww= 8m, B = 5m，H = 2. 5m 7. 5m，其水平錨定范圍自上至下為Wh ^ IOm 15m ；由于整體壩面需要進(jìn)行保護(hù)，因此最終選定水平錨定范圍定為15m，選用寬度為5m的三維復(fù)合濾墊1_3，選用寬度為30cm的龜殼錨4 ；c.由于壩高為8m，采用經(jīng)線法布置；布置為四軸三維復(fù)合濾墊經(jīng)向鋪設(shè)，首先施工中間的三維復(fù)合濾墊，然后左右壓疊逐步鋪設(shè)。將中間的兩張疊合在一起，然后將這兩張三維復(fù)合濾墊的一端錨定7. 5m高程位置，然后將三維復(fù)合濾墊滾軸沿下游壩面滾落，然后分別以同樣方法鋪設(shè)兩側(cè)的三維復(fù)合濾墊再錨定接縫，兩接縫處疊合不小于2倍錨寬度 0. 6m。(3)最后在坡腳處拋石護(hù)坡1-4，見圖2。(4)泄流槽利用微差爆破施工，形成泄流槽泄流口門。施工在3小時內(nèi)完成，爆破后土石壩下游面未被淘刷，持續(xù)3天穩(wěn)定泄洪，未對下游造成淹沒損失。
實施例二圖3中土石壩2-1壩頂高程8m已開始漫頂，潰壩現(xiàn)狀達(dá)到第一階段下游坡形成沖溝未達(dá)到第二階段形成臺階狀跌坎，如圖3所示。(1)根據(jù)現(xiàn)有潰口寬度確定流槽口門尺寸為3. 5m ；(2)利用連續(xù)錨桿在下游壩坡預(yù)定泄流槽槽身位置錨定防水型土工織物；a.錨定高程范圍為壩下游水面至泄流槽頂端，鋪設(shè)順序為自上而下；b.潰口邊線最寬處為3. 5m，錨定水平范圍為Wh彡2 3B，其中H現(xiàn)頂=8m，B = 3. 5m,計算得Wh > 7 10. 5m,為加大保護(hù)力度水平錨定范圍為10. 5m。選用寬度為5m的三維復(fù)合濾墊，選用寬度為30cm的龜殼錨4，利用龜殼錨4在泄流槽內(nèi)錨定三維復(fù)合濾墊 1-3。c.由于壩高為8m，故采用經(jīng)線法布置，布置為三軸三維復(fù)合濾墊垂向滾落鋪設(shè)， 頂部設(shè)雙排龜殼錨錨定。(3)最后在坡腳處拋石護(hù)坡1-4，見圖4。施工在1小時內(nèi)完成，土石壩下游面未被繼續(xù)淘刷，持續(xù)12小時穩(wěn)定泄洪，錯過下游洪峰，未對下游造成淹沒損失。實施例三根據(jù)大壩風(fēng)險評估得出土石壩3-1具有高潰壩風(fēng)險，壩頂高程Hm，庫容80000m3， 壩上水位已達(dá)到12. 5m校核洪水位，根據(jù)短期預(yù)報，在未來3天上游仍有較大流量過程，土石壩原有泄洪通道年久失修已經(jīng)廢棄，預(yù)計8小時后土石壩將發(fā)生漫頂，需在8小時內(nèi)構(gòu)建應(yīng)急泄流設(shè)施。(1)根據(jù)計算結(jié)果，在壩頂中部設(shè)計寬IOm頂高程13m的泄流槽，泄流槽下壩面錨定防水型土工織物三維復(fù)合濾墊，見圖5。(2)利用連續(xù)錨桿在下游壩坡預(yù)定泄流槽槽身位置錨定防水型土工織物；a.錨定高程范圍為壩下游水面細(xì)高程至預(yù)定壩頂泄流槽下緣13m高程；b.設(shè)計潰口寬度為10m，錨定水平范圍為Wh彡2 !3B，其中Hww= 15m,B = 10m， 計算得Wh ^ 20m 30m，為加大保護(hù)力度水平錨定范圍選為30m，選用寬度為5m的三維復(fù)合濾墊，選用寬度為30cm的龜殼錨4 ；c.由于壩高為Hm，故采用經(jīng)緯線交叉法布置；布置為經(jīng)線五軸三維復(fù)合濾墊 3-2，緯線四軸三維復(fù)合濾墊3-3，其中緯線兩軸布置在距壩底四分之三個潰口底緣高程即高程9. 75m處，緯線另兩軸布置在距壩底四分之一個潰口底緣高程即高程3. 25m處，緯線疊壓在經(jīng)線上，見圖5。施工時先將經(jīng)線三軸三維復(fù)合濾墊的一端錨定1 !!高程位置，然后將三維復(fù)合濾墊滾軸沿下游壩面滾落，然后在距壩底四分之一個潰口底緣高程處橫向鋪設(shè)平面第一、二緯線三維復(fù)合濾墊，在鋪設(shè)同時以龜殼錨連續(xù)錨定上部三維復(fù)合濾墊，兩接縫處疊合不小于6倍錨寬度1. 8m，鋪設(shè)好壩體下部兩軸后，鋪設(shè)壩體上部兩軸。(3)最后在坡腳處拋石護(hù)坡1-4。(4)泄流槽機(jī)械開挖施工。施工在5小時內(nèi)完成，土石壩下游面未被淘刷，持續(xù)3天穩(wěn)定泄洪，未對下游造成淹沒損失。實施例四
如圖6，圖7所示龜殼錨4包括錨桿41，錨身42，錨身為龜殼型減小水流阻力，錨身上有錨孔43，錨桿41穿過錨孔43插入土石壩。
權(quán)利要求
1.一種土石壩潰壩被動泄流搶險方法，其特征在于包括以下步驟(1)確定泄流槽位置及泄流槽口門尺寸；(2)利用連續(xù)錨桿在下游壩坡預(yù)定泄流槽槽身位置錨定防水型土工織物；(3)對壩腳進(jìn)行攤鋪防護(hù)或拋石防護(hù)；(4)利用爆破或機(jī)械開挖降低壩頂高程，形成泄流槽泄流口門。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種土石壩潰壩被動泄流搶險方法，其特征在于所述利用連續(xù)錨桿預(yù)先在設(shè)計泄流槽內(nèi)錨定防水型土工織物構(gòu)建土石壩被動泄流槽包括如下內(nèi)容a.錨定高程范圍為壩下游水面至預(yù)定壩頂泄流槽下緣；b.錨定水平范圍根據(jù)如下方法確定Wh彡2 3B，其中Wh為水平鋪設(shè)寬度(m)，B為設(shè)計泄流槽寬(m)，c.當(dāng)壩高小于或等于IOm時，防水型土工織物采用經(jīng)線法布置；當(dāng)壩高大于10m，小于15m時，防水型土工織物采用經(jīng)緯線交叉法布置。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種土石壩潰壩被動泄流搶險方法，其特征在于所述的經(jīng)線法布置是指土工織物卷軸沿泄流槽自上而下滾落鋪設(shè)，沿壩軸線方向疊合方法為單向逐層疊合，疊合交叉寬度為2 6倍錨寬，這些土工織物不能相互膠結(jié)。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種土石壩潰壩被動泄流搶險方法，其特征在于所述的經(jīng)緯線交叉法土工織物卷軸先按照經(jīng)線法鋪設(shè)在泄流槽口門正下方壩坡后，在距泄流槽底緣 1/4壩高位置及距離下游水面1/4壩高位置沿水平向各鋪設(shè)兩幅土工織物卷軸，鋪設(shè)長度為2 :3B，兩幅土工織物卷軸疊合方法為上壓下，疊合交叉寬度為2 6倍錨寬。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種土石壩潰壩被動泄流搶險方法，其特征在于所述連續(xù)錨桿為龜殼型連續(xù)錨。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種土石壩潰壩被動泄流搶險方法，其特征在于所述的龜殼型連續(xù)錨包括錨頭和錨桿。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種土石壩潰壩被動泄流搶險方法，其特征在于所述的防水型土工織物為不透水的抗沖刷能力強的柔性材料。
全文摘要
本發(fā)明的目的是提供一種在土石壩漫頂風(fēng)險較高情況下預(yù)先布置泄流通道，或在土石壩漫頂達(dá)到漫頂潰壩第二階段以前，應(yīng)急布置泄流通道，降低庫水位，消除潰壩風(fēng)險的方法，屬于水利工程土石壩防汛搶險領(lǐng)域。本發(fā)明方法主要包括(1)確定泄流槽位置及泄流槽口門尺寸；(2)利用連續(xù)錨桿在下游壩坡預(yù)定泄流槽槽身位置錨定防水型土工織物；(3)對壩腳進(jìn)行攤鋪防護(hù)或拋石防護(hù)；(4)利用爆破或機(jī)械開挖降低壩頂高程，形成泄流槽泄流口門，提供了一種全新土石壩潰壩被動泄流搶險方法；縮短了工期避免了在土石壩被迫溢流時的垮壩風(fēng)險，保障了下游人民的生命財產(chǎn)安全。
文檔編號E02B7/06GK102409640SQ20111025793
公開日2012年4月11日 申請日期2011年9月2日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月2日
發(fā)明者劉寧, 劉火箭, 吳澤斌, 宣國祥, 張志彤, 曾晨軍, 李云, 李君 , 王曉剛, 祝龍, 黃岳, 黃金池 申請人:水利部交通運輸部國家能源局南京水利科學(xué)研究院