正四面體鋼架在小型決口封堵中的技術應用

陳 榕

(錦曦控股集團有限公司，福建 福州 350001)

堤壩是抵御洪水的人造構(gòu)筑物，這些構(gòu)筑物年久失修以及遭到洪水的多次浸蝕之后，抵御洪水的能力就將逐漸下降[1]。一旦面臨較大的洪水，可能會產(chǎn)生裂縫、滑塌甚至決口[2]。如果不能及時發(fā)現(xiàn)處置，就會造成國家財產(chǎn)以及人民生命的嚴重威脅和損失[3]。因此，我們必須創(chuàng)新和優(yōu)化封堵決口技術，將損失減小到最低。目前在決口封堵方面主要有立堵法、平堵法以及混合堵法三大類封堵方法[4]。其中，針對中小型堤防決口的封堵方法主要是打樁進堵，這種方法可以降低封堵施工難度，減少物料損失，但是施工的難度相對較大，不僅影響施工人員的安全，同時也不利于封堵效率的提升[5]。因此，針對堤防中小型決口，提出一種物料損失小、效率高的封堵方法具有十分重要的意義。

1 正四面體鋼架封堵原理

該方法采用的正四面體鋼架，使用的鋼管為建筑工地常用的腳手架鋼管，直徑為50 mm，長度為1.20 m，由6根同規(guī)格的鋼管通過螺栓連接成鏤空正四面體結(jié)構(gòu)。螺栓的連接部位和鋼管端頭的距離為20 cm。鑒于正四面體鋼架本身具備良好的穩(wěn)定性，無論在水流中如何翻滾，仍舊可以起到良好的支撐作用。同時，由于鋼管密度較大，在入水之后可以迅速下沉，鋼管突出的20 cm部分可以憑借重力作用插入土層，進一步增加鋼架本身的穩(wěn)定性。在決口部位投入一定數(shù)量的鋼架可以形成有效的支撐，然后再投入土石、草捆等輔助封堵物料，實現(xiàn)潰口的迅速封堵。在具體的決口封堵過程中，可以在堤防決口的軸線部位投入鋼架，形成兩排或三排支撐性骨架，然后再進行封堵物料的拋投，鋼架的材料為建筑工程用腳手架，運輸和現(xiàn)場組裝十分方便，同時其質(zhì)量和體積均相對較小，可以通過人工拋投的方式施工，可以大幅提升施工效率。

2 正四面體鋼架封堵施工方法

堤防潰口的基本特征會顯著影響封堵方法的效果，換言之，不同的封堵方法均有其適應對象[6]。基于不同特征的堤防中小潰口，提出了三種正四面體鋼架潰口封堵方法。

2.1 直接封堵法

由于手工拋投鋼架或其他封堵物料的距離一般約為3～4 m。因此直接封堵法適用于寬度在8 m 及以下，且水深和流速不大的潰口。具體的封堵方法為：在堤壩潰決口的兩岸堤頭上同時施工。首先沿著堤壩的中軸線向潰口中拋投2排或3排正四面體鋼架，并保證鋼架的間距和排距盡量小，以實現(xiàn)鋼架之間的相互交叉嵌入，提高支撐體的整體穩(wěn)定性。然后，在鋼架的上方拋投一定數(shù)量起壓重作用的小土石袋，在鋼架前拋投土石草捆，在水流基本被截斷之后，再在鋼架前后拋投土石袋，直至完全截斷水流[7]。之后需要在鋼架內(nèi)填充黏土閉氣，并和老堤防有機結(jié)合，解決漏水問題。該方法的施工如圖1。

圖1 直接封堵法施工方法示意

2.2 堤頭進占法

如果決口的寬度在8 m以上，將無法實現(xiàn)包括鋼架在內(nèi)的封堵物料的人工拋投。針對這一情況，在封堵過程中可以在右左岸進占3～4 m，構(gòu)建起新的堤頭，以達到減小決口寬度的目的。由于剩余的決口寬度需要滿足人工拋投需要，因此該方法主要適用于8～12 m寬度的決口封堵施工。在具體的施工作業(yè)過程中，首先按照上節(jié)的方法在右左岸拋投正四面體鋼架以及相應的土石料，實現(xiàn)長度為3～4 m的進占，并建立新的堤頭，然后再重復上節(jié)的方法，直到?jīng)Q口完全被封堵。該方法的進占施工如圖2。

圖2 堤頭進占施工方法示意

2.3 纜繩輸送法

如果決口處水流流速過大或決口寬度超過12 m，上述兩種方法均失去作用。在這種情況下，就需要采用纜繩輸送的方法進行決口封堵[8]。其基本思路是采用打樁系引導纜繩的方式，不僅可以提高單個鋼架的穩(wěn)定性，亦可以提升鋼架組合的整體穩(wěn)定性，同時也可以向人工拋投難以達到的中心區(qū)域輸送鋼架，大幅提升拋投距離。因此，該方法主要適用于流速較大、潰口較寬的堤防中小型決口。施工的具體方法為：首先在決口的兩側(cè)堤頭打固定樁，然后布置間隔1.0 m的三根引導纜繩，并將左岸的引導繩牢系在固定樁上，在右岸的引導繩上以三個為一組串鋼架，并滑入決口區(qū)，在右半?yún)^(qū)鋼架串滿之后，緩慢松繩將鋼架沉入決口底部，然后在左岸重復上述操作，完成鋼架的布置，在鋼架布置完成之后，再拋投封堵物料。如果決口的寬度較窄，則直接拋投即可，如果決口的寬度較寬，則需要采用進占施工的方式進行拋投，在物料拋投完畢之后，在鋼架內(nèi)部填充黏土閉氣。該方法的施工如圖3。

圖3 纜繩輸送施工方法示意

3 封堵方法的優(yōu)缺點分析

針對不同特征的堤防決口提出的三種正四面體鋼架決口封堵方法，與傳統(tǒng)的決口封堵方法不同，正四面體決口封堵方法在小型堤防決口封堵過程中，可以有效解決施工工序復雜、以及對專業(yè)隊伍要求較高的問題。對方法本身進行深入分析，其主要特點如下：

該方法的主要優(yōu)勢有：施工方法相對簡單，不需要煩瑣、復雜的施工程序，比較容易掌握。因此，該方法對施工人員的要求較低，簡單講解培訓即可操作，便于推廣應用；所有的封堵物質(zhì)量相對較小，全部可以進行人工搬運和拋投，對施工機械的依賴度較低，特別適用于交通不便部位的決口封堵作業(yè)；該方法對封堵物料的要求較低，特別是不需要大粒徑的石料，物料來源廣泛可靠。

該方法的主要缺點有：在利用正四面體鋼架進行決口封堵時，必須要形成完整的框架體系，方可進行下一步的施工。在決口的寬度較大時，需要進行進占施工縮短拋投距離，但是進占施工的距離也不可過長，如果決口的寬度遠大于 15 m時，即使采用纜繩輸送，在決口的中間部位布置鋼架也將十分困難，因此該方法并不適合較寬的潰口封堵作業(yè)。此外，該方法對鋼管等物資的依賴性較大，必須要有充足的備料。

4 工程實踐

2019年7月，受到強降雨的影響，遼寧省某小河流堤防出現(xiàn)決口險情，決口的形狀近似梯形，底寬和頂寬分別為5.5 m和8.1 m，水深2.4 m。采用上述封堵方法中的方法1進行封堵作業(yè)。在拋投兩排正四面體鋼架之后，現(xiàn)場觀察鋼架在水流沖擊作用下仍能夠保持良好的穩(wěn)定性。在向鋼架前拋投草捆之后，正四面體鋼架上游面出現(xiàn)明顯的雍水現(xiàn)象，通過鋼架的水流明顯紊亂，但是鋼架本身仍舊穩(wěn)定在水流之中。在進一步拋投土草混合袋之后，決口部位的宣泄水流基本被阻斷，正四面體鋼架的支撐腳完全楔入決口部位的土層之中，呈現(xiàn)出十分明顯的支撐作用，穩(wěn)定性良好。

在整個決口封堵施工過程中，無論是正四面體鋼架，還是土草袋或草捆，均采用的是人工拋投的方式，相關施工人員經(jīng)過短暫的技術講解培訓，即可有條不紊地進行施工作業(yè)。從決口的封堵時間上來看，從向決口內(nèi)拋投正四面體鋼架算起，全部封堵作業(yè)歷時45 min，封堵十分迅速。

5 結(jié) 論

(1)針對不同寬度和流速的決口，提出了直接封堵法、堤頭進占法以及纜繩傳送法等三種具體的封堵方案，并對其適用條件以及具體的優(yōu)缺點進行了分析。

(2)通過現(xiàn)場試驗的方法，驗證了封堵方法的科學性和有效性，建議在小型堤壩決口封堵作業(yè)中選用。