一種用于堤壩潰堤口的攔截網及其施工方法與流程

技術領域：

本發明涉及堤壩潰堤口搶險技術，尤其涉及一種用于堤壩潰堤口的攔截網及其施工方法。

背景技術：
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在洪澇災害期間，部分堤壩在長時間高水位浸泡下堤體松軟，在水壓力作用下有可能發生潰堤，進而引起較大的災害。如2010年6月20日，江西撫河唱凱堤在超警戒水位作用下發生潰堤，形成347米長、4米多深的決口，導致大片房屋被淹、近10萬人被迫離開家園，造成嚴重的經濟損失和社會影響；2013年8月23日黑龍江干流同撫大堤東段同江市八岔鄉下游出現潰口，潰口寬度發展至420m，致使48個村莊3200多人被迫轉移；歷史上黃河、淮河均發生過多次決堤，造成巨大的人員與財產損失。

堤壩決口是突發性突發事件，災情會隨時間推移而越發嚴重，必須迅速組織搶險救援。快速封堵決口并加固復堤，以控制事態進一步惡化，這是根本性措施。若堤壩決口水流速度過大，會把拋入的石渣、塊石料、鋼筋石籠、鉛絲石籠、砂卵石等材料沖走，大大降低堵復效果，浪費施工材料。因此，堤壩潰堤決口堵復施工時，有必要采取措施降低決口處的水流速度。

如在1998年8月7日至12日的長江九江干堤決口封堵過程中，就在決口處前方7~8m處沉了包括1艘長75m、載重1650t的運煤船在內的8艘船只，并在沉船的外側拋投袋裝碎石、砂包、糧食、鋼筋籠，打木樁和鋼管樁，形成了一個長200m、寬2m高4m的半月形圍堰，削減了決口流量、降低了流速，減緩了決口向兩側的擴展，為后續潰堤口的鋼木土石封堵施工提供了堅實的第一道防線。

但也可以看出，這類在決口前方的沉船措施雖對降低流速有一定作用，但代價巨大，物資耗損大，施工具有一定的盲目性，是緊急情況下的不得已選擇。亟待尋求一種工程量較小、所用物資少、施工速度快的降低決口流速的搶險辦法。

若能在決口前方設置一個具有足夠強度的攔截網，用來降低決口的流速，替代常見的沉船措施，勢必促進現有技術的革新與進步。

技術實現要素：
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為了彌補現有技術問題的不足，本發明的目的是提供一種用于堤壩潰堤口的攔截網及其施工方法，其結構簡單、施工方便、組裝靈活，能有效降低潰堤口的水流流速，為潰堤口的堵復施工提供第一道安全防線。

本發明的技術方案如下：

用于堤壩潰堤口的攔截網，其特征在于，包括若干根鋼樁、橫向連梁、鋼管與帷幕，每根鋼樁中下部設有系泊環與一個預留孔，上部設一個預留孔；橫向連梁兩端附近設置套管，橫向連梁一側壁上焊接一排螺旋套桿；帷幕上下端設有與螺旋套桿相配合的套孔；

兩個鋼樁上依次套裝有兩個橫向連梁，其中下方橫向連梁底部壓住鋼樁系泊環，上下兩個預留孔內分別插裝限位下方橫向連梁上部、托住上方橫向連梁的托桿，兩個橫向連梁的螺旋套桿位于同一側，帷幕上下端通過套孔套裝在上下橫向連梁的螺旋套桿上構成單元攔截網；多個單元攔截網首尾相接構成整個攔截網。

所述的用于堤壩潰堤口的攔截網，其特征在于，所述的鋼樁底部為錐狀樁尖，鋼樁中下部自下至上設有系泊環與一個預留孔，系泊環與鋼樁同軸且內壁與鋼樁外壁之間通過連接桿固定，鋼樁上部也設有一個預留孔；系泊環與下部預留孔之間間距大于橫向連梁兩倍高度。

所述的用于堤壩潰堤口的攔截網，其特征在于，所述的橫向連梁包括兩根平行間隔設置的鋼管，兩根鋼管上下端面分別焊接安裝一排條形鋼板固定，上下兩排條形鋼板位置一一對應，橫向連梁兩端附近設置套管，套管內徑大于鋼樁外徑；套管焊接安裝于上下兩排最外側的條形鋼板內側壁上；橫向連梁其中一根鋼管的外壁沿著水平方向焊接一排螺旋套桿，每根螺旋套桿與條形鋼板相互對應。

所述的用于堤壩潰堤口的攔截網，其特征在于，所述的帷幕采用熱塑性材料制成帶孔洞的矩形柔性圍擋結構，帷幕的兩端設置與螺旋套桿相匹配的套孔。

所述的用于堤壩潰堤口的攔截網，其特征在于，所述的單元攔截網中上下橫向連梁對應的條形鋼板空隙中還插裝有鋼管，鋼管位于帷幕非迎水面一側且工作時接觸泥底。

一種用于堤壩潰堤口的攔截網的施工方法，其特征在于，包括如下步驟：

1）、組裝橫向連梁與鋼樁：

把多個橫向連梁首尾相接的套住各鋼樁壓在系泊環上，用托桿穿入鋼樁的兩個預留孔并進行固定，再把另外一組橫向連梁同樣首尾相接的套住各鋼樁壓在最上方的托桿上，上下兩排各橫向連梁的螺旋套桿位于同一側，把各帷幕一端的套孔穿入、固定在鋼樁底部各橫向連梁上的螺旋套桿上，在各鋼樁的系泊環上綁定鋼索，然后把各帷幕卷縮、簡單固定在底部各橫向連梁上螺旋套桿的一側，由此完成橫向連梁與鋼樁的組裝；

2）、打入鋼樁：

把組裝好的鋼樁運至堤壩潰堤口的上方，選擇合適位置依次把各鋼樁鉛直的打入泥中，各橫向連梁帶螺旋套桿的一側位于迎水面，使各橫向連梁與鋼樁組成的結構體系在潰堤口上方形成一定長度的半月形圍堰形狀；各鋼樁的入土深度為樁尖至系泊環之間的距離；

3）、插入鋼管：

在各鋼樁的上方綁定鋼索，并與綁定在鋼樁下方系泊環上的鋼索一起，拉至潰堤口迎水面一側一定距離的位置進行鎖定、固定；把各鋼管插入上下兩排橫向連梁對應的條形鋼板空隙中，使各鋼管均勻的貫穿上下兩排橫向連梁的空隙且接觸泥底；

4）、展開與固定帷幕：

把卷縮、固定在鋼樁下方的各帷幕解開且逐步向上拉起、展開，在水流作用下帷幕將緊密貼住各鋼管，最終把各帷幕完全展開并使上部一端的套孔穿入、固定在上部各橫向連梁的螺旋套桿上，使帷幕形成圍擋結構減緩、約束流向潰堤口的水流流速；檢查與確認鋼樁的鉛垂性、鋼索固定的可靠性、減緩水流流速的有效性與整體穩定性滿足要求時，施工結束。

本發明的有益效果是：

1、本發明通過鋼樁與固定的鋼索來承擔攔截網的荷載，承載力大，強度高，能約束流速、水位差較大的水流，能有效降低潰堤口的水流流速，為潰堤口的堵復施工提供理想環境；

2、本發明各構件體積與重量小，組裝方便，施工簡單。提前在搶險前把主體結構組裝完畢后，搶險期間僅需把組裝結構打入搶險點即可，施工速度快，能適應潰堤搶險的應急需要；

3、本發明潰堤口堵復施工結束后，可按照組裝時相反的順序，取下帷幕、拔出鋼管、解開鋼索，逐個拔出鋼樁，即實現整體的拆除；拆除后的各個構件，可在后續的洪澇災害中重復利用。

附圖說明：

圖1為本發明的鋼樁結構示意圖。

圖2為本發明的橫向連梁結構示意圖。

圖3為本發明的鋼樁與橫向連梁組裝示意圖。

圖4為本發明的帷幕展開結構示意圖。

圖5為本發明的單元攔截網結構示意圖。

圖6為本發明鋼樁施工完畢示意圖。

圖7為本發明鋼管套入橫向連梁示意圖。

圖8為本發明帷幕展開示意圖。

圖9為本發明本發明的攔截網竣工示意圖。

圖10為本發明攔截網整體結構示意圖。

附圖標記說明：1、鋼樁；2、預留孔；3、系泊環；4、橫向連梁；5、套管；6、螺旋套桿；7、托桿；8、鋼管；9、帷幕；10、套孔；11、孔洞；12、堤壩；13、潰堤口；14、鋼索。

具體實施方式：

參見附圖：

一種用于堤壩潰堤口的攔截網，包括鋼樁1、橫向連梁4、鋼管8與帷幕9，鋼樁1中下部帶系泊環3與一個預留孔2、上部設一個預留孔2，橫向連梁4由兩根平行的鋼管基于上下多排條形鋼板焊接而成、兩端附近設置套管5，橫向連梁4的一側焊接一排螺旋套桿6，帷幕9為熱塑性材料制成的帶孔洞11的矩形柔性圍擋結構，組裝時先把橫向連梁4套住各鋼樁1壓在系泊環3上，用托桿7穿入鋼樁的兩個預留孔2并進行固定，再把另一個橫向連梁4套住各鋼樁1壓在上方的托桿7上，兩個橫向連梁4的螺旋套桿6位于同一側，把鋼管8插入上下橫向連梁4對應的條形鋼板空隙中，再把帷幕9的上下端套孔10分別穿入、固定在上下橫向連梁4上的螺旋套桿6上，由此構成攔截網，如圖5所示。

鋼樁1底部為錐狀樁尖，鋼樁1中下部設系泊環3與一個預留孔2、上部設一個預留孔2，系泊環3與下部預留孔2之間的距離略大于橫向連梁4的兩倍高度，如圖1所示。系泊環3供綁定下部鋼索14綁定使用，預留孔2供穿入、固定托桿7使用。鋼樁1的入土深度為樁尖至系泊環3之間的距離。可根據不同的地質條件設計不同的鋼樁入土深度。可生產與制作不同尺寸的鋼樁供實際工程選用。

橫向連梁4由兩根平行的鋼管基于上下多排均勻間距的條形鋼板焊接而成，橫向連梁4的兩端附近設置套孔5，橫向連梁4的一側焊接一排螺旋套桿6，套孔5的內徑大于鋼樁1的樁徑，如圖2所示。

橫向連梁4整體結構呈對稱分布，多排均勻間距的條形鋼板之間可供鋼管8插入，鋼管8的直徑小于相鄰條形鋼板之間、平行鋼管之間的間距；螺旋套桿6供套入帷幕9的套孔10使用。螺旋套桿6為小直徑鋼筋螺旋旋轉而成，帷幕9套在螺旋套桿6上后，在動水壓力作用下，帷幕9難以脫離、逃逸螺旋套桿6。

帷幕9為熱塑性材料(如高密度聚乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯等)制成的帶孔洞11的矩形柔性圍擋結構，帷幕9的兩端設置與螺旋套桿6相匹配的套孔10，如圖4所示。

可定義帷幕9的孔洞11的總面積與帷幕9的外輪廓總面積之比為孔洞率，孔洞率越小，帷幕9擋水效果越好，其受到的水壓力越大；孔洞率越大，帷幕9擋水效果越差，其受到的水壓力越小。工程實際中可根據實際水流情況選擇合適的孔洞率，可生產不同孔洞率的帷幕9供現場選用。甚至可在同一工程的不同位置選用不同孔洞率的帷幕9。

鋼樁1與橫向連梁4、鋼管8的組裝示意圖如圖3所示，上下兩個橫向連梁4的螺旋套桿6位于同一側。底部的橫向連梁4壓在鋼樁1的系泊環3上，且被底部預留孔2的托桿7進行限位與柔性固定；上部的橫向連梁4壓在上部預留孔2的托桿7上。鋼管8插入上下橫向連梁4對應的條形鋼板空隙中，鋼管8的底部接觸泥底，鋼管8的長度大于上下兩個橫向連梁4之間的距離。在水流作用下，鋼管8將壓迫、緊靠在橫向連梁4背水面一側的鋼管上。

攔截網的整體結構如圖5所示，帷幕9固定在上下兩個橫向連梁4的螺旋套桿6上。水流壓力作用在帷幕9上，帷幕9再把相應壓力傳遞給各鋼管8，鋼管8再把壓力通過上下兩個橫向連梁4傳遞給鋼樁1，鋼樁1再把壓力傳遞給固定在鋼樁1上下兩端的鋼索14上。

帷幕9受到水壓力作用后，其發生柔性變形，在各鋼管8之間形成向背水面的凸出弧形狀。帷幕9應具有足夠的強度與韌性，在較大的水壓力作用下不產生過大變形與破裂；帷幕9與螺旋套桿6接觸處會產生較大的應力集中，帷幕9的材料強度應能抵抗該應力集中而不發生撕裂。帷幕9的內外均有便于確定水深的高度刻度線，方便觀測水位。帷幕9上下端套孔10之間的距離，略大于上下兩個橫向連梁4的螺旋套桿6之間的距離；帷幕9的寬度，應大于相鄰鋼樁1之間的距離。帷幕9的主要參數為：帷幕高度、寬度、孔洞率，可生產與制作不同組合參數的系列帷幕9，供實際工程靈活選用。

優選地，鋼樁1的直徑取8~15cm，為空心鋼管樁。

優選地，帷幕9的強度應能承受10m水頭差作用而不發生破裂與較大變形。

一種用于堤壩潰堤口的攔截網的施工方法，詳細描述如下：

1）、組裝橫向連梁與鋼樁：

把多個橫向連梁4首尾相接的套住各鋼樁1壓在系泊環3上，用托桿7穿入鋼樁的兩個預留孔2并進行固定，再把另外一組橫向連梁4同樣首尾相接的套住各鋼樁1壓在最上方的托桿7上，上下兩排各橫向連梁4的螺旋套桿6位于同一側，把各帷幕9一端的套孔10穿入、固定在鋼樁1底部各橫向連梁4上的螺旋套桿6上，在各鋼樁1的系泊環3上綁定鋼索14，然后把各帷幕9卷縮、簡單固定在底部各橫向連梁4上螺旋套桿6的一側，由此完成橫向連梁與鋼樁的組裝。

潰堤口搶險具有緊迫性，故所提攔截網結構中的各個構件、帷幕9、打樁設備及其他輔助工具，應提前儲備，在洪澇災害期間能夠迅速運至搶險現場，滿足搶險的應急需要。提前在搶險前把主體結構組裝完畢后，搶險期間僅需把組裝結構打入搶險點即可，施工速度快，能適應潰堤搶險的應急需要。

2）、打入鋼樁：

把組裝好的鋼樁運至堤壩潰堤口的上方，選擇合適位置依次把各鋼樁1鉛直的打入泥中，各橫向連梁4帶螺旋套桿6的一側位于迎水面，使各橫向連梁4與鋼樁1組成的結構體系在潰堤口上方形成一定長度的半月形圍堰形狀。各鋼樁1的入土深度為樁尖至系泊環3之間的距離，如圖6所示。

組裝后的攔截網骨架應有足夠的長度，能夠明顯約束、減少堤壩12的潰堤口13附近的水流流速，對潰堤口13形成有效的保護圍堰。

3）、插入鋼管：

在各鋼樁1的上方綁定鋼索14，并與綁定在鋼樁1下方系泊環3上的鋼索14一起，拉至潰堤口迎水面一側一定距離的位置進行鎖定、固定。把各鋼管8插入上下兩排橫向連梁4對應的條形鋼板空隙中，使各鋼管8均勻的貫穿上下兩排橫向連梁4的空隙且接觸泥底，如圖7所示。

如果堤壩潰堤口13的另一側有完整的堤岸，可把各鋼索14固定在對岸堤壩的錨固樁上；如果堤壩潰堤口13的附近不存在對岸，可把各鋼索14固定離潰堤口13一定距離的船只上。攔截網受到的荷載最終傳遞給各鋼索14，故各鋼索14的有效固定關系到攔截網約束水流的成敗，各鋼索14的固定需牢固、有效，在動水壓力作用下不發生過大變形與失效。

在各帷幕9暫未展開之前，攔截網骨架受到的水壓力相對較小，故此時各鋼索14受到的拉力相對較小，固定各鋼索14的難度相對較小。

4）、展開與固定帷幕：

把卷縮、固定在鋼樁1下方的各帷幕9解開且逐步向上拉起、展開，在水流作用下帷幕9將緊密貼住各鋼管8，最終把各帷幕9完全展開并使上部一端的套孔10穿入、固定在上部各橫向連梁4的螺旋套桿6上，使帷幕9形成圍擋結構減緩、約束流向潰堤口的水流流速，如圖8~圖10所示。檢查與確認鋼樁1的鉛垂性、鋼索14固定的可靠性、減緩水流流速的有效性與整體穩定性滿足要求時，施工結束。

工程中應防止尖狀物劃傷、刺破帷幕9而導致其漏水及失效。

潰堤口堵復施工結束后，上述所提方法修筑的攔截網可以拆除。按照與組裝時相反的順序，卸下帷幕9，逐個拔出鋼管8，移除各橫向連梁4，拔出鋼樁1，即實現整體的拆除。拆除后的各個配件，可在后續的洪澇災害中重復利用。

本發明不局限于上述具體實施方式，根據上述內容，按照本領域的普通技術知識和慣用手段，在不脫離本發明上述基本技術思想前提下，本發明還可以做出其它多種形式的等效修改、替換或變更，均落在本發明的保護范圍之內。