一种土石坝溃坝被动泄流抢险方法技术

本发明专利技术的目的是提供一种在土石坝漫顶风险较高情况下预先布置泄流通道，或在土石坝漫顶达到漫顶溃坝第二阶段以前，应急布置泄流通道，降低库水位，消除溃坝风险的方法，属于水利工程土石坝防汛抢险领域。本发明专利技术方法主要包括：(1)确定泄流槽位置及泄流槽口门尺寸；(2)利用连续锚杆在下游坝坡预定泄流槽槽身位置锚定防水型土工织物；(3)对坝脚进行摊铺防护或抛石防护；(4)利用爆破或机械开挖降低坝顶高程，形成泄流槽泄流口门，提供了一种全新土石坝溃坝被动泄流抢险方法；缩短了工期避免了在土石坝被迫溢流时的垮坝风险，保障了下游人民的生命财产安全。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术，属于水利工程土石坝防汛抢险领域。
技术介绍
我国已建水库大坝8. 6万多座，小型塘坝640多万座，其中90%以上为土石坝。这些水库建设年代久远，许多都是当地农民自建，水文系列短，对水库防洪库容和泄洪能力估计不足，许多水库设计和建设标准低，普遍存在泄洪设施泄流能力不足的现象(许多小水库溢洪道泄流能力均不达标)，一旦遇到超标准洪水极有可能发生漫顶溃坝事故，将会给下游带来严重的灾难。以往的土石坝漫顶抢护主要以预防为主，比较常见的方法就是筑堰抢护，即在坝顶筑子提来防御漫顶洪水对下游坡面的冲刷，常用的土堰形式主要有粘性土堰、 袋装土堰、板状土堰、柳石土堰等。传统的抢筑子提技术需要事先备足物料，存在效率低、汛期过后处理复杂等缺点。还有一种常用的抢护方法是抢挖溢洪道泄流。对于我国面广量大的小型水库、塘坝，平时维护力量就较为薄弱，出现漫顶险情时抢挖溢洪道往往开挖进度较慢，常常难以奏效。另外，由于土石坝通常是不允许漫顶过水的，临时抢挖溢洪道存在一个重要的风险即是漫顶水流冲刷坝体，甚至引起全面溃坝的事故。鉴于此，本专利技术提出一种新方法，采用“疏”、“防”结合，研究一套应急泄流槽快速构建技术，利用“爆破”技术或机械开挖方式实现应急泄流槽的快速构建，利用特制的高强合成材料，实现应急泄流槽的迅速加固。该项技术具有实用性强，实施简便，推广应用前景广泛等诸多特点，对于我国面广量大的中小型水库防洪抢险具有重要的价值，对于提高我国处置溃坝突发性洪水灾害，编制应急预案，发布洪水预警，组织撤离与逃生，实施紧急救援等均具有重要的意义。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种在土石坝漫顶风险较高情况下预先布置泄流通道，或在土石坝漫顶达到漫顶溃坝第二阶段以前，应急布置泄流通道，降低库水位，消除溃坝风险的方法。，包括以下步骤当土石坝具有高溃坝风险，但尚未漫顶时，或者当土石坝已开始漫顶，但溃坝现状未达到第二阶段以前，利用连续锚杆预先在设计泄流槽内锚定防水型土工织物构建土石坝被动泄流通道。专利技术人对土石坝漫顶溃决进行了多次试验，将土石坝漫顶的溃决过程分为五个阶段，具体而言包括第一阶段漫顶初期坝下游坡形成冲沟，第二阶段形成台阶状跌坎，第三阶段台阶状跌坎合并，第四阶段台阶状跌坎下切并向上游扩展，第五阶段坝体横向扩展并最终溃决。由于锚定防水型土工织物的方法非常迅速，因此本方法在漫顶溃坝到达第二阶段(形成台阶状跌坎)以前，作为避免扩大损失的方法均可使用。具体泄流抢险方法为(1)确定泄流槽位置及泄流槽口门尺寸；本步骤是通过上游洪水预报得知上游在近期仍有较大洪水，而土石坝现已达到或逼近校核洪水位，现有泄洪措施无法满足泄洪量要求，这时应迅速在坝体上选定预备泄流槽位置，依据预报洪水流量确定泄流槽口门尺寸。(2)利用连续锚杆在下游坝坡预定泄流槽槽身位置锚定防水型土工织物；(3)对坝脚进行摊铺防护或抛石防护。(4)利用爆破或机械开挖降低坝顶高程，形成泄流槽泄流口门。上述的利用爆破是在坝顶设定的泄流槽内埋设炸药，药室布置高程距离大于计算的爆破压缩圈半径，并有一定的安全值，避免爆破破坏应急泄流槽顶部固定结构；由于在溃坝泄流抢险的过程中缩短施工时间是最重要部分，因此本方法中的土工织物与传统的土工织物的铺设方法有所不同，由于本方法构筑的是临时建筑物，因此土工织物不通过传统的锚固沟或掩埋的方式施工而是通过如下方法进行施工。上述利用连续锚杆预先在设计泄流槽内锚定防水型土工织物构建土石坝被动泄流槽包括如下内容a.锚定高程范围为坝下游水面至预定坝顶泄流槽下缘；b.锚定水平范围根据如下方法确定Wh 彡 2 3B，其中Wh为水平铺设宽度(m)，B为设计泄流槽宽(m)。c.当坝高小于或等于IOm时，防水型土工织物采用经线法布置；当坝高大于10m，小于15m时，防水型土工织物采用经纬线交叉法布置；经多次实践，专利技术人得出这样的施工方法能较快地铺设土工织物，并且土工织物的状态在泄流期间基本能满足临时构筑物的稳定要求。上述的经线法布置是指土工织物卷轴沿泄流槽自上而下滚落铺设，沿坝轴线方向叠合方法为单向逐层叠合，叠合交叉宽度为2 6倍锚宽，这些土工织物不能相互胶结，这样可防止水流冲力在上下层土工织物间形成累加效应。上述的经纬线交叉法布置是指土工织物卷轴先按照经线法铺设在泄流槽口门正下方坝坡后(该处最易受到冲蚀)，在距泄流槽底缘1/4坝高位置及距离下游水面1/4坝高位置沿水平向各铺设两幅土工织物卷轴，以逐级防护下游坝坡，铺设长度为2 :3B，两幅土工织物卷轴叠合方法为上压下，叠合交叉宽度为2 6倍锚宽。纬线布置上压下可以使水流不会冲刷土工织物的接口处。上述连续锚杆为龟壳型连续锚。龟壳型连续锚包括锚头和锚杆。锚头中间有孔， 锚杆从孔中穿过固定，这样的设计便于运输。上述的防水型土工织物为三维复合滤垫及其他不透水的抗冲刷能力强的柔性材料。本专利技术的有益效果在于1、提供了一种全新土石坝溃坝被动泄流抢险方法；2、本方法避免了在土石坝被迫溢流时的垮坝风险，保障了下游人民的生命财产安全；3、本方法施工时间短，确保了工程能够在洪水到来前完工。 附图说明图1实施例一泄流槽设计示意图；图2实施例一泄流槽构造示意图；图3实施例二土石坝溃坝第一阶段坝下游坡形成冲沟示意图；图4实施例二泄流槽构造示意图；图5实施例三泄流槽构造示意图；图6实施例四龟壳锚俯视示意图；图7实施例四龟壳锚对称轴剖视示意图；图8 土石坝溃坝第二阶段坝下游形成台阶状跌坎示意图；图9 土石坝溃坝第三阶段坝下游台阶状跌坎合并示意图；图10 土石坝溃坝第四阶段坝下游台阶状跌坎下切并向上游扩展示意图；图11 土石坝溃坝第五阶段坝下游坝体横向扩展并最终溃决示意图。具体实施例方式实施例一土石坝溃坝被动泄流抢险方法，包括以下步骤根据大坝风险评估得出图1中土石坝1-1具有高溃坝风险，坝顶高程8. 0m，坝上水位已达到7. 6m校核洪水位，根据短期预报，在未来3天上游仍有较大流量过程，土石坝1原有泄洪通道年久失修已经废弃，预计5小时后土石坝将发生漫顶，需在5小时内构建应急泄流设施。(1)根据计算结果，在坝顶中部设计宽5m顶高程7. 5m的泄流槽1-2，见图1。泄流槽利用微差爆破施工，泄流槽下坝面锚定防水型土工织物三维复合滤垫，(2)利用连续锚杆在下游坝坡预定泄流槽槽身位置锚定防水型土工织物；a.锚定高程范围为坝下游水面2. 5m高程至预定坝顶泄流槽下缘7. 5m高程；b.锚定水平范围为WH彡2 :3B，其中Hww= 8m, B = 5m，H = 2. 5m 7. 5m，其水平锚定范围自上至下为Wh ^ IOm 15m ；由于整体坝面需要进行保护，因此最终选定水平锚定范围定为15m，选用宽度为5m的三维复合滤垫1_3，选用宽度为30cm的龟壳锚4 ；c.由于坝高为8m，采用经线法布置；布置为四轴三维复合滤垫经向铺设，首先施工中间的三维复合滤垫，然后左右压叠逐步铺设。将中间的两张叠合在一起，然后将这两张三维复合滤垫的一端锚定7. 5m高程位置，然后将三维复合滤垫滚轴沿下游坝面滚落，然后分别以同样方法铺设两侧的三维复合滤垫再锚定接缝，两接缝处叠合不小于2倍锚宽度 0. 6m。(3)最后在坡脚处抛石护坡1-4，见图2。(4)泄流槽利用微差爆破施工，形成泄流槽泄流口门。本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：刘宁，李云，张志彤，宣国祥，黄金池，王晓刚，吴泽斌，刘火箭，黄岳，曾晨军，李君，祝龙，
申请(专利权)人：水利部交通运输部国家能源局南京水利科学研究院，
类型：发明
国别省市：