吸水膨脹袋在防洪工程中的應用之我見

任文振 盧立文

（鄄城黃河河務局 山東 菏澤 274600）

0 概述

隨著黃河防洪工程建設的逐步完善,黃河防洪工程所存在的問題及工程薄弱環節越來越引起我們治黃人的重視,特別是小浪底水利樞紐工程運用后，黃委加大了對下游河道的治理措施。連續幾年的清水下泄，有效的降低了河槽。但是對下游防洪工程也產生了一定程度的影響,引起河勢變化,增加了工程出險機遇，因此對防洪工程險情搶護方法的研究顯得更為重要。在以往防洪工程搶險中出現搶險速度慢,難度大,動用人工多,投資高且效果不明顯的現象,給防洪工程造成很大損失。為解決以上問題,具有操作簡單,攜帶方便,遇水膨脹速度快,重量增加速度快的防汛搶險專用吸水膨脹袋,可廣泛應用于防洪,搶險,堤防漏洞,漫溢搶護,防洪堤壩的臨時性加高,臨時性防水圍墻的構筑,護坡防沖,工程截流,暗溝和暗洞的堵塞等。

1 應用改造的主要內容和目標

改造的主要內容包括：材料選擇和尺寸定型、技術攻關、實驗。

1.1 材料選擇

近幾年來，黃河河槽拉深引起的河勢變化，導致防洪工程出險幾率增加，加大了工程搶險難度。加之近幾年黃河一直沒來大水，新建堤防防洪工程未經受洪水的考驗，一旦黃河水量漫灘，特別是臨背差較大的堤段就有發生各種險情的可能。2011年4月初，鄄城局科技小組專門組織有關人員，針對黃河防洪工程所存在的問題及防洪工程薄弱環節，展開了有針對性的調查研究。

在黃河幾大險情搶護中，漏洞、管涌、滲水、滑坡、風波、漫溢幾種險情搶護時間緊、任務重、戰線長、用料多、費時費工、搶護難度大。在這些險情搶護中，困難最大的就是料物調配。在搶險時，用料最多的就是土、砂石料，一般都采取就地取材。為了保證工程安全，避免擴大險情，必須在離工程較遠的安全區域取材。所以用工較多，也耽誤搶險時機。為了解決上述問題，尋找一種新技術、新搶險方法，輕便快捷的新搶險材料，我們多方咨詢，考察論證，最終決定用遇水膨脹沙來做實驗。

1.2 技術攻關

1.2.1 膨脹袋的尺寸

吸水膨脹袋是用“高吸水樹脂”人工合成的無毒無味、不融水、難燃燒的高分子聚合物,具有很高的吸水性。膨脹劑裝在具有透水性能好的無紡布制作而成的外層袋內。當與水接觸時,短時間內樹脂溶脹且凝膠化,體積快速膨脹,重量快速增加。膨脹袋膨脹速度2-3分鐘達到最大膨脹體積,可達原體積的80-100倍。關鍵在于不同險情的搶護和險情所處的環境條件不同，所需用的膨脹袋體積也有所不同。比如：反濾圍井、滲水以及管涌群的搶護，所用膨脹袋的尺寸就有所不同。另外生產廠家所生產的膨脹袋都是單袋，適用反濾圍井和濾水土撐等單個砌筑。而在管涌群和滲水滑坡以及風浪淘刷險情時，為了增加各袋的連接力、使其成為一個整體，方便了鋪設、縮短了搶險時間、節省了人工、減輕了勞動強度。

1.2.2 膨脹料物（高吸水樹脂）的裝入量

膨脹料物裝在具有透水性能好的無紡布制作而成的外層袋內，無彈性。所以，裝入量也必須固定。過少，達不到理想的膨脹體積；過多，會將外層袋脹破；再者膨脹料物的裝入量不一樣，膨脹的體積也不一樣，也會影響搶險效果的。所以，在制作過程中，根據不同險情使用，必須依照設計過秤裝袋，以保證重量一致，膨脹體積一致。

1.2.3 儲藏、運輸和使用時的注意事項

因高吸水樹脂具有親水性、吸水能力強、吸水膨脹等特性，所以在儲藏、運輸時要防水和雨淋。儲藏時，如是單個的可按60個為單位碼放，然后用200g/m2熟料薄膜密封，避免儲藏時與空氣中的水分接觸和運輸途中防止雨淋。如是鉸鏈式吸水膨脹袋，可按設計平方為單位，折疊碼放，然后密封方法和作用同上。使用時打開包裝即可使用。

2 項目實施方案

2.1 研發方案

本著在保證具有操作簡單,攜帶方便,遇水膨脹速度快,重量增加速度快的前提下，使其具有方便實施、搶護速度快、施工效率高、效果明顯；同時還要具有節省人力、降低搶險成本、造價低、對不同險情均能適用的特點進行了多個方案的對比。通過多方走訪和調研，多次試驗比較，最終確定了用單個袋長65cm、寬40cm的麻袋,內套吸水性強的無紡棉布兩層縫制成矩形袋,內裝150g高吸水樹脂即可的方案。

2.2 方案實施時間安排

2011年6月，與北京金興膨脹袋廠合作，經過研制、制作、調試、改進，最終制作了吸水膨脹袋并進行現場試驗。并及時投放到鄄城黃河河務局使用。

2.3 技術路線

吸水膨脹袋的應用，不但改善了防洪工程搶險料物調配難的問題，還加快了搶險的速度，為搶早、搶小爭取了時間。因此，我們本著操作簡單,攜帶方便,遇水膨脹速度快,省時、省力,搶護效果好等為目標，開發制作了有針對性的不同型號的吸水膨脹袋。比如對砌筑反濾圍井、漫溢、濾水支撐等單個用的膨脹袋尺寸為：65厘米×40厘米；管涌群、滲水滑坡、風浪淘刷等，就用鉸鏈式膨脹袋，具體尺寸為：6米×4米。起作用是增加連接力，整體性強鋪設快、節省搶險時間、降低勞動強度即搶險成本。

3 項目實施情況

2011年6月、與生產廠家聯合重新設計制作了吸水膨脹袋，并做了漏洞堵復、滲水滑坡兩種有代表性的試驗，試驗結果如下：

3.1 堵漏試驗

3.1.1 堵漏中吸水膨脹袋的制作

該袋是由封閉的,具有透氣,透水性好的無紡布和由冷拔絲制作成的傘裝骨架,以及裝在骨架里的少量高吸水樹脂膨脹材料組成,底端固定在鋼管手柄上，可根據需要加工成長0.5～1m左右,直徑0.1～0.2m不同型號的膨脹袋,每個袋僅300g～800g,吸水后快速膨脹,重量迅速增至10kg～20kg,直徑可達0.2～0.8m.適應于搶堵直徑0.5m以下各種不規則形狀漏洞。

3.1.2 使用方法

由兩名以上水性好的搶險人員根據漏洞發現和發展情況,摸清漏洞位置,視水深預估洞口直徑選擇不同型號吸水膨脹袋,加以配重塞入洞口,同時將線繩拉出,使其料袋破裂,樹脂遇水膨脹將袋撐起。水深在2m以下可用探桿把膨脹袋送入洞口,讓其吸入洞內,樹脂遇水溶脹且膠凝,靠水的壓力與膨脹袋內樹脂吸水迅速膨脹將袋擠向洞壁密封,及時由岸上向洞口位置拋壓土袋及散土閉氣加固。

3.1.3 試驗經過

在壩高7米,洞口處水深3米,洞口直徑15cm的情況下用水袋堵漏、軟簾堵漏、秸桿堵漏、石頭網袋堵漏、防汛搶險專用吸水膨脹袋堵漏,5種方法同時進行,從臨水面堵漏開始計時,到背水面管道閉氣不流水為止。從以上幾種堵漏方法可以看出,防汛搶險膨脹袋的使用方法最簡單,并且閉氣所需時間最短,只需2分鐘,能夠為搶險爭取時間,因其遇水迅速膨脹,所以在洞口內繼續膨脹,直至把洞口完全封堵,達到完全閉氣,同時節省人力、物力、操作簡便、宜行,實為搶險堵漏的理想產品。

3.2 滲水滑坡實驗

3.2.1 滲水滑坡中吸水膨脹袋的制作將單個長65cm、寬40cm的麻袋,內套吸水性強的無紡棉布兩層縫制成矩形袋,內裝150g高吸水樹脂，用強度較高的尼龍繩連接起來，做成鉸鏈式膨脹袋即可。

3.2.2 使用方法

在滲水部位上首1.5米處按照鉸鏈膨脹袋的寬度打一排木樁。將滲水范圍內做簡單的表面處理后鋪一層無紡反濾布，并將反濾布上部釘牢，然后將膨脹袋固定在木樁上，順邊坡滾下即可?？恐陨淼奈蛎浀奶匦裕匀辉黾芋w積和重量，阻止滲水邊坡滑動。

3.2.3 實驗經過

在堤坡上劃出兩塊長30米、寬5米的面積，同時用十人進行埽料和鉸鏈式膨脹袋進行鋪設。工序分別為：埽料有表面處理、一層麥秸厚20厘米、一層玉米秸30厘米、一層柳料、上壓土袋；鉸鏈式膨脹袋有表面處理、無紡反濾布鋪設、固定、打木樁、膨脹袋鋪設。從表面處理開始，到最后一道工序完成，埽料反濾層用時33分鐘，鉸鏈式膨脹袋用時16分鐘。而且，鉸鏈式膨脹袋鋪設時是在上部進行的，無需在滲水面上來回行走，不破壞滲水面。埽料鋪設時需要人站在滲水面上進行，破壞了滲水面的地表結構，加大了液化面。顯而易見，鉸鏈式膨脹袋在大面積滲水和管涌群以及風浪淘刷、圍埝截流等險情搶護中，鋪設迅速。同時節省人力、物力,操作簡便,宜行,實為搶險的理想產品。

4 項目主要改造情況

4.1 主要成果

吸水膨脹袋是用“高吸水樹脂”人工合成的無毒無味、不融水、難燃燒的高分子聚合物,具有很高的吸水性。膨脹劑裝在具有透水性能好的無紡布制作而成的外層袋內。當與水接觸時,短時間內樹脂溶脹且凝膠化,體積快速膨脹,重量快速增加。膨脹袋膨脹速度2-3分鐘達到最大膨脹體積,可達原體積的80-100倍。

4.1.1 吸水膨脹袋介紹

膨脹防洪袋是一種儲存方便，使用簡單快捷的防水新產品，使用時方便簡單。由具有透水性能較好的麻布或棉布材料，按不同用途做成不同規格形狀的外層袋，內袋特制的吸水材料而構成。

4.1.2 產品特點

膨脹防洪袋，使用前體積小，重量輕，存放、運輸方便。與傳統的沙袋相比，在搶險防洪時大大減小時間和人力，另防洪搶險更有效率。該產品屬環保產品，無毒、無害、無味、無污染。可自然降解。

4.1.3 使用方法

1）不用時，應把防洪袋放置室內干燥處備用，訊期或臺風雨季可隨時使用，防洪吸水。

2）使用時，打開到包袋，就近將袋子浸入水中或直接在防洪待淋水，約3-5分鐘，袋子可以膨脹80—100倍 （約15kg），然后移至所需處進行防洪堵截。

3）洪水退后，未吸水的防洪袋可放回室內干燥之處密封保管，已吸過水的防洪袋待自然風干，作廢棄物處理，無毒，無害，無污染。

4.1.4 產品應用領域

1）用于防洪、搶險，堤防漏洞，漫溢搶護，防洪堤防的臨時性加高，臨時性防水圍城的構筑，水庫、江河大堤滲水滑坡，護坡防沖，工程截流，管涌、暗溝和暗洞的堵塞；

2）用于庫房、庭院、溝塘，被淹耕地排水。

3）用于容易淹水的工廠、隧道、地下停車場、地鐵等領域作為防落水的使用。

4）用于道路施工，工地橋梁建設，競賽場地等積水處吸水去水。

5）用于礦山，油氣田開采等需快速去水的工礦企業，等等。

4.2 主要創新點

4.2.1 將普通土袋改成了吸水膨脹袋

將普通土袋改成了吸水膨脹袋，提高了鋪設迅速，同時節省人力、物力、操作簡便,宜行，降低了搶險成本。也解決了防汛料物調配難的問題。

4.2.2 將膨脹袋設計成為鉸鏈式

將膨脹袋設計成為鉸鏈式，加強了袋與袋之間的連接力，使之成為一體，更方便了鋪設，縮短了搶險時間，降低了勞動強度。

5 主要性能指標

吸水膨脹袋是用“高吸水樹脂”人工合成的無毒無味、不融水、難燃燒的高分子聚合物,具有很高的吸水性。膨脹劑裝在具有透水性能好的無紡布制作而成的外層袋內。當與水接觸時,短時間內樹脂溶脹且凝膠化,體積快速膨脹,重量快速增加。膨脹袋膨脹速度2-3分鐘達到最大膨脹體積,可達原體積的80—100倍。根據防汛搶險膨脹袋遇水前體積小、重量輕,攜帶方便,遇水后體積快速膨脹的特點。

6 應用轉化情況和應用前景分析

6.1 應用情況

該設備具有結構簡單，制作方便，材料用量少，投資低，使用操作方便，安全可靠等優點。工作時完全可以保證工作人員的人身安全，減少工作人員的體力消耗，提高勞動效率，節約工程搶險資金，非常經濟實用。2011年6月改進成功后及時在鄄城黃河河務局實驗及推廣使用。充分的發揮了其應有的作用，提高了功效、降低了防洪工程成本、取得了較好的經濟效益。

6.2 應用前景

該項目主要針對江河防洪工程實際情況進行的研制。研究課題符合各大江河流域的實際情況，因而項目的研究成果可以直接應用于各大江河流域防洪工程的搶險。同時，適用于防洪堤壩的臨時性加高,臨時性防水圍墻的構筑,護坡防沖,工程截流,暗溝或暗洞的堵塞?？纱婢幙棿b土搶險。

顯而易見，吸水膨脹袋具有操作簡單,攜帶方便,遇水膨脹速度快,省時、省力,搶護效果好等特點?？纱婢幙棿b土搶險,減少人力,提高搶險速度,具有廣泛的推廣應用價值。對于今后的推廣應用，需要主管部門積極引導，加大成果的宣傳和推廣力度，首先在黃河流域推廣，然后擴大到各大江河流域以及水庫等防洪工程。

7 效益分析

7.1 堵漏試驗

與軟簾堵漏、秸桿堵漏、石頭網袋堵漏相比較，結果如下：

在壩高7米,洞口處水深3米,洞口直徑15cm的情況下用水袋堵漏、軟簾堵漏、秸桿堵漏、石頭網袋堵漏、防汛搶險專用吸水膨脹袋堵漏,5種方法同時進行，從臨水面堵漏開始計時,到背水面管道閉氣不流水為止。從以上幾種堵漏方法可以看出,防汛搶險膨脹袋的使用方法最簡單,并且閉氣所需時間最短,只需2分鐘,能夠為搶險爭取時間,因其遇水迅速膨脹,所以在洞口內繼續膨脹,直至把洞口完全封堵,達到完全閉氣,同時節省人力、物力,操作簡便,宜行,實為搶險堵漏的理想產品。

7.2 滲水滑坡實驗

與埽料反濾體相比較，比較結果如下：

在堤坡上劃出兩塊長30米、寬5米的面積，同時用十人進行埽料和鉸鏈式膨脹袋進行鋪設。工序分別為：埽料有表面處理、一層麥秸厚20厘米、一層玉米秸30厘米、一層柳料、上壓土袋；鉸鏈式膨脹袋有表面處理、無紡反濾布鋪設、固定、打木樁、膨脹袋鋪設。從表面處理開始，到最后一道工序完成，埽料反濾層用時33分鐘，鉸鏈式膨脹袋用時16分鐘。而且，鉸鏈式膨脹袋鋪設時是在上部進行的，無需在滲水面上來回行走，不破壞滲水面。埽料鋪設時需要人站在滲水面上進行，破壞了滲水面的地表結構，加大了液化面。顯而易見，鉸鏈式膨脹袋在大面積滲水和管涌群以及風浪淘刷、圍埝截流等險情搶護中，鋪設迅速。同時節省人力、物力,操作簡便、宜行,實為搶險的理想產品。

7.3 社會效益分析

吸水膨脹袋是一種儲存方便，使用簡單快捷的防水新產品，使用時方便簡單。由透水性能較好的麻布或棉布材料，按不同用途做成不同規格形狀的外層袋，內袋特制的吸水材料而構成。使用前體積小，重量輕，存放，運輸方便。具有操作簡單,攜帶方便,遇水膨脹速度快,省時省力,搶護效果好等特點,可廣泛用于工程防洪、搶險,堤防漏洞,漫溢搶護,防洪堤壩的臨時性加高,臨時性防水圍墻的構筑,護坡防沖,工程截流,暗溝或暗洞的堵塞?？纱婢幙棿b土搶險,減少人力,提高搶險速度。與傳統的沙袋相比，在搶險防洪時大大減小時間和人力，另防洪搶險更有效率。該產品屬環保產品，無毒、無害、無味、無污染?？勺匀唤到?。具有廣泛的推 廣應用價值。

總之，吸水膨脹袋應用與防洪工程搶險不但經濟效益明顯，社會效益也十分顯著。

8 結論與建議

該項目主要針對黃河下游實際情況，進行堤防險情搶護的研制。研究課題符合黃河下游的實際情況，因而項目的研究成果可以直接應用于整個黃河下游的堤防險情搶護工作。同時，在黃河中游和其它江河、湖泊、渠道、坑塘、公路、農田改造、工作場面狹小的排水溝開挖等工程中也可以直接應用。還具有結構簡單，制作方便，材料用量少，投資低，使用簡單方便，安全可靠等優點。工作時完全可以保證工作人員的人身安全，減少工作人員的體力消耗，提高勞動效率，節約工程搶險和管理資金，非常經濟實用。

顯而易見，鉸鏈式吸水膨脹袋的市場空間非常巨大，該項目成果的推廣應用前景也因此而十分廣闊。對于今后的推廣應用，需要主管部門積極引導，加大成果的宣傳和推廣力度，首先在黃河推廣，然后擴大到各大江河流域、湖泊、水庫等。