防洪減災應急構件及措施研究★

謝一飛 牟 釗 謝明碩 宋月歆

(石家莊鐵道大學土木工程學院，河北石家莊 050043)

由于我國的地質和氣候特點，因此每年均會由于降水而導致洪澇災害、滑坡泥石流等地質災害和路基垮塌等工程病害。

目前相應的應急搶險多以人工堆砌材料為主，不但抗災害能力差且效率低下，不能快速設置和拆除;部分采用金屬構件的防汛設施造價高、適應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產安全，減少洪澇等災害誘發的損失，則需要研究造價低、便于儲運、效率高、便于拆除或轉作長期設施要求等應急搶險設施［1］。

1 相關背景

我國地域廣闊，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，東部與西部地區干濕差異明顯，并且我國地勢高低起伏差異巨大，地形復雜多變，更加劇了我國的氣候的復雜性。

我國受地理位置、地形起伏與氣溫帶的影響，使我國大部分地域呈大陸性季風氣候，受其影響我國大部分地域的氣溫年較差與降水的季節差異和年際差異比世界同緯度地區偏大。夏季，全國高溫炎熱，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差異與季風的影響，使我國雨熱同期，東部大部分地區降水量多。大陸性氣候強，溫差大，降雨年際差異大。

我國地處歐亞大陸東南緣與印度板塊和太平洋板塊交匯，地殼運動活躍，經過了漫長的地質演化過程，地勢起伏巨大，且地質構造復雜，西南地區的青藏高原被稱為世界屋脊，擁有全球海拔最高點的珠穆朗瑪峰，同時全球海拔最低點馬里亞納海溝也十分靠近中國大陸。同時又因中國大陸受到環太平洋地震帶和地中海喜馬拉雅地震帶影響，地震等地質災害頻發［2］。

復雜的氣候條件加之復雜的地質環境，使我國地質災害頻發，損失巨大。相關資料表明，區域性的大、暴雨和久雨常常會引發大量滑坡，據估計僅在20世紀80年代，我國西南、西北地區發生一次性直接經濟損失在千萬元以上的災難性崩塌事件就有十余起，傷亡多人，直接經濟損失近億元。泥石流是指在地形險峻的山區或其他溝谷深壑且擁有大量疏松堆積物，由于大量雨雪浸潤或其他自然災害激發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等是泥石流的主要特點。泥石流發生時經常會對公路、鐵路、橋梁等交通設施造成破壞中斷交通，大型泥石流甚至可以沖毀工廠、城鎮和農田水利工程，是山區主要的自然災害之一。同時泥石流的發生也與崩塌滑坡有很大關系［3］。

2 應用現狀

2.1 傳統措施

傳統措施對大型機械依賴度低，可在缺少大型機械或輔助機械的情況下進行應急搶險施工。傳統措施一般采用護腳抗沖、減載加幫等辦法預防搶護堤壩臨水坡因水流沖刷或水位驟降，引發的堤壩坡面或坡腳崩塌、滑脫的問題。通常采用拋投土袋、柳石枕、塊石、膠泥柳枕等物體進行防護［4］。在堤壩或建筑物坍塌嚴重時，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，再在平臺上放幾十個用繩索連成一體的土袋，沿堤坡推入坍塌部位);還可用兜網土袋(在一個尼龍大網兜內放十幾或幾十個土袋)集中拋投。

2.2 石籠應用

抗洪搶險中也經常用到石籠。主要為格賓石籠和鋼筋石籠［5］。以開放式鋼筋石籠在拉薩河城區中段防洪工程中的應用為例，首先按照鋼筋石籠制作和安放施工圖紙對堤防進行放線，確定每一個鋼筋石籠的位置，對每個位置的水下地形均進行測量，包括地形的挖深和平整。然后按照河底的實際情況清理，以便鋼筋石籠的平穩安放，清理完成后開始焊接鋼筋石籠(鋼筋石籠的尺寸、鋼筋長度和石籠的架構根據清理后的地形確定)。鋼筋石籠焊接制作完成后，因需要準確平穩安放鋼筋石籠，故采用汽車起重機吊運人工繩索牽拉協助的方式進行安放。石籠安放完成后，用石料將鋼筋石籠填平。

2.3 防洪墻

防洪墻因具有應用范圍廣、安裝和拆卸快速、可堆疊利于收藏、較強的抗水壓能力等優點使其在洪災搶險中的應用范圍不斷擴大［6］。以移動防洪墻為例，通常，裝配式移動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、基礎及預埋件。多設置于大型港口碼頭、江河堤壩上、鐵路隧道口、高速公路涵洞口、人防洞口等處，用于汛期來臨時防汛御洪。防洪墻由防洪擋板組合安裝構成，利用立柱下壓杠桿迫緊裝置將防洪擋板壓緊，同時利用洪水對防洪擋板橫向側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、減少地質災害過程中均發揮了積極作用，但同時均存在需改進之處。常規的拋投土袋、塊石、柳石枕、膠泥柳枕等在無大型機械設備時仍能發揮作用，但存在搶險施工速度慢，易被洪水沖蝕等不足，很難達到預期目的，浪費大量人力物力，影響搶災進度。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。抗洪搶險時，經常發生洪水沖毀道路的情況，大型機械很難及時到達施工常規的石籠等運輸困難，且施工時需要大型機械輔助，不適宜現場泥濘等交通不便的情況。

3 土工合成材料應用

土工合成材料的出現有近百年的歷史了，已經發展為諸多種類的產品，其中在水利工程中典型的早期應用有:1957年荷蘭首先在護岸工程中應用了尼龍纖維有紡織物制成的充砂管袋等。我國的土工合成材料產業起步較晚、但是發展迅速，在20世紀60年代我國即在水利設施防滲工程中應用土工膜，自20世紀70年代起即將土工織物用于河道等工程;尤其是在1998年的長江、松花江和嫩江流域特大洪災期間，土工合成材料在防汛搶險、維修加固、后期治理等工程中發揮了顯著作用。近年來隨著土工合成材料研究、設計及應用水平的提高，以及其種類、功能的拓展，其在工程領域的應用范圍、用量不斷擴大，并發揮出了優越的經濟和工程效益［7］。土工合成材料按照其種類的不同，可主要發揮反濾、排水、防滲、防護、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、防災減災的相應產品。如采用土工格柵、土工格室、編織袋等對傳統的石籠設施進行改進，則可實現可折疊，便于加工制造、儲存運輸、便于使用，可使用于較差地基條件下的復合式搶險加固結構。

4 結語

本文針對我國的氣候及地質特點，對洪澇、泥石流等地質災害的應急搶險措施進行了分析總結，并結合土工合成材料特性提出了新的思路，可供相關研究應用參考，具備較好的推廣價值。

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