防洪減災(zāi)應(yīng)急構(gòu)件及措施研究★

謝一飛 牟 釗 謝明碩 宋月歆

(石家莊鐵道大學(xué)土木工程學(xué)院，河北石家莊 050043)

由于我國(guó)的地質(zhì)和氣候特點(diǎn)，因此每年均會(huì)由于降水而導(dǎo)致洪澇災(zāi)害、滑坡泥石流等地質(zhì)災(zāi)害和路基垮塌等工程病害。

目前相應(yīng)的應(yīng)急搶險(xiǎn)多以人工堆砌材料為主，不但抗災(zāi)害能力差且效率低下，不能快速設(shè)置和拆除;部分采用金屬構(gòu)件的防汛設(shè)施造價(jià)高、適應(yīng)軟弱地基能力差而限制了其使用。因此為確保人民群眾生命財(cái)產(chǎn)安全，減少洪澇等災(zāi)害誘發(fā)的損失，則需要研究造價(jià)低、便于儲(chǔ)運(yùn)、效率高、便于拆除或轉(zhuǎn)作長(zhǎng)期設(shè)施要求等應(yīng)急搶險(xiǎn)設(shè)施［1］。

1 相關(guān)背景

我國(guó)地域廣闊，北接至寒溫帶，南至熱帶，具有多種氣溫帶，東臨太平洋，西部深入亞歐大陸腹地，東部與西部地區(qū)干濕差異明顯，并且我國(guó)地勢(shì)高低起伏差異巨大，地形復(fù)雜多變，更加劇了我國(guó)的氣候的復(fù)雜性。

我國(guó)受地理位置、地形起伏與氣溫帶的影響，使我國(guó)大部分地域呈大陸性季風(fēng)氣候，受其影響我國(guó)大部分地域的氣溫年較差與降水的季節(jié)差異和年際差異比世界同緯度地區(qū)偏大。夏季，全國(guó)高溫炎熱，并且比全球同緯度的很多地域氣溫偏高(高原、高山除外)。由于受到海陸熱力性質(zhì)差異與季風(fēng)的影響，使我國(guó)雨熱同期，東部大部分地區(qū)降水量多。大陸性氣候強(qiáng)，溫差大，降雨年際差異大。

我國(guó)地處歐亞大陸東南緣與印度板塊和太平洋板塊交匯，地殼運(yùn)動(dòng)活躍，經(jīng)過(guò)了漫長(zhǎng)的地質(zhì)演化過(guò)程，地勢(shì)起伏巨大，且地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，西南地區(qū)的青藏高原被稱(chēng)為世界屋脊，擁有全球海拔最高點(diǎn)的珠穆朗瑪峰，同時(shí)全球海拔最低點(diǎn)馬里亞納海溝也十分靠近中國(guó)大陸。同時(shí)又因中國(guó)大陸受到環(huán)太平洋地震帶和地中海喜馬拉雅地震帶影響，地震等地質(zhì)災(zāi)害頻發(fā)［2］。

復(fù)雜的氣候條件加之復(fù)雜的地質(zhì)環(huán)境，使我國(guó)地質(zhì)災(zāi)害頻發(fā)，損失巨大。相關(guān)資料表明，區(qū)域性的大、暴雨和久雨常常會(huì)引發(fā)大量滑坡，據(jù)估計(jì)僅在20世紀(jì)80年代，我國(guó)西南、西北地區(qū)發(fā)生一次性直接經(jīng)濟(jì)損失在千萬(wàn)元以上的災(zāi)難性崩塌事件就有十余起，傷亡多人，直接經(jīng)濟(jì)損失近億元。泥石流是指在地形險(xiǎn)峻的山區(qū)或其他溝谷深壑且擁有大量疏松堆積物，由于大量雨雪浸潤(rùn)或其他自然災(zāi)害激發(fā)的山體滑坡并攜帶有大量泥沙和石塊的特殊洪流。突然性，流速快，流量大，體積容量大和破壞力強(qiáng)等是泥石流的主要特點(diǎn)。泥石流發(fā)生時(shí)經(jīng)常會(huì)對(duì)公路、鐵路、橋梁等交通設(shè)施造成破壞中斷交通，大型泥石流甚至可以沖毀工廠(chǎng)、城鎮(zhèn)和農(nóng)田水利工程，是山區(qū)主要的自然災(zāi)害之一。同時(shí)泥石流的發(fā)生也與崩塌滑坡有很大關(guān)系［3］。

2 應(yīng)用現(xiàn)狀

2.1 傳統(tǒng)措施

傳統(tǒng)措施對(duì)大型機(jī)械依賴(lài)度低，可在缺少大型機(jī)械或輔助機(jī)械的情況下進(jìn)行應(yīng)急搶險(xiǎn)施工。傳統(tǒng)措施一般采用護(hù)腳抗沖、減載加幫等辦法預(yù)防搶護(hù)堤壩臨水坡因水流沖刷或水位驟降，引發(fā)的堤壩坡面或坡腳崩塌、滑脫的問(wèn)題。通常采用拋投土袋、柳石枕、塊石、膠泥柳枕等物體進(jìn)行防護(hù)［4］。在堤壩或建筑物坍塌嚴(yán)重時(shí)，可用“三爪木排土袋”(在三根綁成三角架形的木樁上綁橫木組成平臺(tái)，再在平臺(tái)上放幾十個(gè)用繩索連成一體的土袋，沿堤坡推入坍塌部位);還可用兜網(wǎng)土袋(在一個(gè)尼龍大網(wǎng)兜內(nèi)放十幾或幾十個(gè)土袋)集中拋投。

2.2 石籠應(yīng)用

抗洪搶險(xiǎn)中也經(jīng)常用到石籠。主要為格賓石籠和鋼筋石籠［5］。以開(kāi)放式鋼筋石籠在拉薩河城區(qū)中段防洪工程中的應(yīng)用為例，首先按照鋼筋石籠制作和安放施工圖紙對(duì)堤防進(jìn)行放線(xiàn)，確定每一個(gè)鋼筋石籠的位置，對(duì)每個(gè)位置的水下地形均進(jìn)行測(cè)量，包括地形的挖深和平整。然后按照河底的實(shí)際情況清理，以便鋼筋石籠的平穩(wěn)安放，清理完成后開(kāi)始焊接鋼筋石籠(鋼筋石籠的尺寸、鋼筋長(zhǎng)度和石籠的架構(gòu)根據(jù)清理后的地形確定)。鋼筋石籠焊接制作完成后，因需要準(zhǔn)確平穩(wěn)安放鋼筋石籠，故采用汽車(chē)起重機(jī)吊運(yùn)人工繩索牽拉協(xié)助的方式進(jìn)行安放。石籠安放完成后，用石料將鋼筋石籠填平。

2.3 防洪墻

防洪墻因具有應(yīng)用范圍廣、安裝和拆卸快速、可堆疊利于收藏、較強(qiáng)的抗水壓能力等優(yōu)點(diǎn)使其在洪災(zāi)搶險(xiǎn)中的應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大［6］。以移動(dòng)防洪墻為例，通常，裝配式移動(dòng)防洪墻由以下部分組成:疊梁板、立柱、支撐、止水橡膠、壓緊裝置、基礎(chǔ)及預(yù)埋件。多設(shè)置于大型港口碼頭、江河堤壩上、鐵路隧道口、高速公路涵洞口、人防洞口等處，用于汛期來(lái)臨時(shí)防汛御洪。防洪墻由防洪擋板組合安裝構(gòu)成，利用立柱下壓杠桿迫緊裝置將防洪擋板壓緊，同時(shí)利用洪水對(duì)防洪擋板橫向側(cè)壓沖擊力將防洪墻各處防水膠條壓緊，以防止其向外滲水，降低防洪效果。

2.4 分析

上述措施在抗洪防災(zāi)、減少地質(zhì)災(zāi)害過(guò)程中均發(fā)揮了積極作用，但同時(shí)均存在需改進(jìn)之處。常規(guī)的拋投土袋、塊石、柳石枕、膠泥柳枕等在無(wú)大型機(jī)械設(shè)備時(shí)仍能發(fā)揮作用，但存在搶險(xiǎn)施工速度慢，易被洪水沖蝕等不足，很難達(dá)到預(yù)期目的，浪費(fèi)大量人力物力，影響搶災(zāi)進(jìn)度。防洪墻雖然在阻隔洪水上作用明顯，但不適用于搶修因洪水坍塌損毀的道路等，而且制作防洪墻需用到鋼材等，成本高，不易搬運(yùn)。抗洪搶險(xiǎn)時(shí)，經(jīng)常發(fā)生洪水沖毀道路的情況，大型機(jī)械很難及時(shí)到達(dá)施工常規(guī)的石籠等運(yùn)輸困難，且施工時(shí)需要大型機(jī)械輔助，不適宜現(xiàn)場(chǎng)泥濘等交通不便的情況。

3 土工合成材料應(yīng)用

土工合成材料的出現(xiàn)有近百年的歷史了，已經(jīng)發(fā)展為諸多種類(lèi)的產(chǎn)品，其中在水利工程中典型的早期應(yīng)用有:1957年荷蘭首先在護(hù)岸工程中應(yīng)用了尼龍纖維有紡織物制成的充砂管袋等。我國(guó)的土工合成材料產(chǎn)業(yè)起步較晚、但是發(fā)展迅速，在20世紀(jì)60年代我國(guó)即在水利設(shè)施防滲工程中應(yīng)用土工膜，自20世紀(jì)70年代起即將土工織物用于河道等工程;尤其是在1998年的長(zhǎng)江、松花江和嫩江流域特大洪災(zāi)期間，土工合成材料在防汛搶險(xiǎn)、維修加固、后期治理等工程中發(fā)揮了顯著作用。近年來(lái)隨著土工合成材料研究、設(shè)計(jì)及應(yīng)用水平的提高，以及其種類(lèi)、功能的拓展，其在工程領(lǐng)域的應(yīng)用范圍、用量不斷擴(kuò)大，并發(fā)揮出了優(yōu)越的經(jīng)濟(jì)和工程效益［7］。土工合成材料按照其種類(lèi)的不同，可主要發(fā)揮反濾、排水、防滲、防護(hù)、加筋等功能。可基于土工合成材料的基本特性，研究和制作可用于防汛搶險(xiǎn)、防災(zāi)減災(zāi)的相應(yīng)產(chǎn)品。如采用土工格柵、土工格室、編織袋等對(duì)傳統(tǒng)的石籠設(shè)施進(jìn)行改進(jìn)，則可實(shí)現(xiàn)可折疊，便于加工制造、儲(chǔ)存運(yùn)輸、便于使用，可使用于較差地基條件下的復(fù)合式搶險(xiǎn)加固結(jié)構(gòu)。

4 結(jié)語(yǔ)

本文針對(duì)我國(guó)的氣候及地質(zhì)特點(diǎn)，對(duì)洪澇、泥石流等地質(zhì)災(zāi)害的應(yīng)急搶險(xiǎn)措施進(jìn)行了分析總結(jié)，并結(jié)合土工合成材料特性提出了新的思路，可供相關(guān)研究應(yīng)用參考，具備較好的推廣價(jià)值。

致謝:本論文是在石家莊鐵道大學(xué)土木學(xué)院呂鵬副教授、王賀博士指導(dǎo)下完成的，特此致謝。