水利工程防汛抢险技术
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第三节 漏洞

在高水位的情况下,堤坝背水坡及坡脚附近出现横贯堤坝本身或基础的流水孔洞,称为漏洞,漏洞是常见的危险性险情之一。

漏洞视出水是否带砂分为清水漏洞和浑水漏洞两种。如果渗流量小,土粒未被带动,流出的水是清水,称为清水洞。清水洞持续发展,或者堤坝内有通道,水流直接贯通,挟带泥砂,流出的水色浑浊,则称为浑水漏洞。

漏洞产生的主要原因有:

(1)由于历史原因,工程内部遗留有屋基、墓穴、阴沟、暗道、腐朽树根等。

(2)填土质量不好,未夯实,有硬块或架空结构,在高水位作用下,土块间部分细料流失。

(3)填筑材料中夹有砂层等,在高水位作用下,砂粒流失。

(4)工程有白蚁、蛇、鼠、獾等动物洞穴。

(5)高水位持续时间长,工程土体变软,易促成漏洞的生成,故有“久浸成漏”之说。

(6)位于老口门和老险工部位在修复时结合部位处理不好或产生过的贯穿裂缝处理不彻底。

一、抢护原则

抢护原则是:“前截后导,临重于背,抢早抢小,一气呵成”。抢护时,先在迎水面找到漏洞进水口,及时堵塞,截断漏水来源;不能截断水源时,应在背水坡漏洞出水口采用反滤导渗,或筑围井降低洞内水流流速,延缓并制止土料流失,防止险情扩大,切忌在漏洞出口处用不透水料塞堵,以免造成险情扩大。

二、抢护方法

(一)漏洞进水口探摸

漏洞进水口探摸准确,是漏洞抢险成功的重要前提。漏洞进水口探摸有以下几种方法:

(1)查看漩涡。在无风浪时漏洞进水口附近的水体易出现漩涡,一般可直接看到;漩涡不明显时可利用麦糠、锯末、碎草、纸屑等漂浮物撒于水面,如发现打旋或集中一处时,即表明此处水下有进水口;夜间可用柴草扎成小船,插上耐久燃料串,点燃后,将小船放入水中,发现小船有旋转现象,即表明此处水下有进水口。

(2)观察水色。在出现漏洞水域,分段分期撒放石灰、墨水、颜料等不同带色物质,并设专人在背水坡漏洞出水口处观测,如发现出洞水色改变,即可判断漏洞进水口的大体位置,然后进一步缩小投放范围,改变带色微粒,漏洞进水口便能准确找出。

(3)布幕、席片探漏。将布幕或席片连成一体,用绳索拴好,并适当坠以重物,使其沉没水中并贴紧坡面移动,如感到拉拖突然费劲,辩明不是有石块、木桩或树根等物阻挡,且出水口水流减弱,就说明这里有漏洞。

(4)夜晚无法观察时,可以耳伏地探听声音,如果发现声音异常,有可能是漏洞;也可用手、足摸探出水口水温,若出水水温与迎水坡水温一致,可判断为漏洞出水。

(5)其他方法探漏。

1)十字形漏控探漏器:用两片薄铁片对口卡十字形铁翅,固定于麻秆一端,另一端扎有鸡翎或小旗及绳索,称为“漏控”,当飘浮到进水口时就会旋转下沉,由所系线绳即可探明洞口位置。

2)水轮报警型探洞器:参照旋杯式流速仪原理,用可接长的玻璃钢管作控水杆,高强磁水轮作探头制成新型探洞器。当水轮接近漏洞进水口时,水轮旋转,接通电路,启动报警器,即可探明洞口位置。

3)竹竿钓球探洞法:在长竹竿上系线绳,线绳中间系一小网兜装球,线绳下端系一小铁片。探测时,一人持竿,另一人持绳,沿堤顺水流方向前进(图3-19),如遇漏洞口,小铁片将被吸到洞口附近,水上面的皮球被吸入水面以下,借此寻找洞口。

图3-19 竹竿钓球探洞示意图

(6)水下探摸。有的洞口位于水深流急之处,水面看不到漩涡,可下水探摸。其方法是:一人站在迎水坡或水中,将长杆(一般5~6m)插入坡面,插牢并保持稳定,另派水性好的1~2人扶杆摸探。一处不得,可移位探摸,如杆多人多,也可分组进行。此法危险性大,摸探人有可能被吸入漏洞内,下水的人必须腰系安全绳,还应手持短杆左右摸探并缓慢前进。要规定拉放安全绳信号,安全绳应套在预打的木桩上,设专人负责拉放安全绳,以策安全。此外,在流缓的情况下,还可以采用数人并排探摸的办法查找洞口,即由熟悉水性的人排成横排,个子高水性好的在下边,手臂相挽,用脚踩探,凭感觉寻找洞口,同时还应备好长杆、梯子及绳索等,供下水的人把扶,以策安全。

(二)进水口抢堵主要方法

1.塞堵法

在水浅、流速较小,人可下水接近洞口的地方,塞堵漏洞进口是最有效、最常用的方法,尤其是在地形起伏复杂,洞口周围有灌木杂物时更适用。一般可用软性材料塞堵,如针刺无纺布、棉被、棉絮、草包、编织袋包、网包、棉衣及草把等,也可用预先准备的一些软楔(图3-20)、草捆塞堵。在有效控制漏洞险情的发展后,还需用黏性土封堵闭气,或用大块土工膜、蓬布盖堵,然后再压土袋或土枕,直到完全断流为止。在抢堵漏洞进口时,切忌乱抛砖石等块状物料,以免架空,致使漏洞继续发展扩大。

图3-20 软楔、草捆示意图(单位:m)

(1)软楔作法:用绳结成网格约10cm见方的圆锥形网罩。网内填麦秸、稻草等。为防止入水后漂浮,软料中可裹填黏土。软楔大头直径一般40~60cm,长1.0~1.5m。为了抢护方便,可事先结成大小不同的网罩,届时根据洞口大小选用,在抢堵漏洞时再充填物料。

(2)草捆作法:把谷草、麦秸或稻草等用绳捆成锥体,大头直径一般40~60cm,长1.0~1.5m,务必捆扎牢固。为防止入水后漂浮,软料中可裹填黏土。

2.盖堵法

(1)复合土工膜(图3-21)或蓬布盖堵。当洞口较多且较为集中,附近无树木杂物,逐个堵塞费时且易扩展成大洞时,采用大面积复合土工膜排体或蓬布盖堵,沿迎水坡肩部位从上往下,顺坡铺盖洞口,或从船上铺放,盖堵离坡肩较远处的漏洞进口,然后抛压土袋或土枕,并抛填黏土,形成前戗截漏。

(2)就地取材盖堵。

1)软帘盖堵法:当洞口附近流速较小、土质松软或洞口周围已有许多裂缝时,可就地取材用草帘、苇箔等重叠数层编扎软帘,也可临时用柳枝、秸料、芦苇等编扎软帘。软帘的大小也应根据洞口具体情况和需要盖堵的范围决定。在盖堵前,先将软帘卷起,置放在洞口的上部。软帘的上边可根据受力大小用绳索或铅丝系牢于坡顶的木桩上,下边附以重物,利于软帘下沉时紧贴边坡,然后用长杆顶推,顺坡下滚,把洞口盖堵严密,再盖压土袋,抛填黏土,封堵闭气,见图3-22。也可用不透水土工布铺盖于漏洞进水口,其上再压防滑纺织布土袋使其闭气。

图3-21 复合土工膜排体

图3-22 软帘盖堵示意图

2)铁锅盖堵法:此法适用于洞口小周围土质坚实的情况,一般用直径比洞口大的铁锅,正扣或反扣在漏洞进口上,周围用胶泥封闭;如果锅径略小于洞径,用棉衣、棉被将铁锅包住后再扣。铁锅盖紧后抛压土袋并填筑黏性土,封堵闭气,至不再漏水为止,见图3-23。

图3-23 铁锅盖堵示意图

3)篷布盖堵法:在洞口以上坡顶相距5m打两根木桩,选结实篷布在其两端置套圈,上端套圈穿一根直径30cm的钢管,将篷布卷在此钢管上,放在木桩外沿坡面推滚入水中盖住洞口,再抛纺织布土袋闭气。

4)网兜盖堵法:在洞口较大的情况下,可用预制长方形网兜在进水口盖堵。网兜一般采用直径1.0cm左右的麻绳,织成网眼为20cm2的绳网,周围再用直径3cm的麻绳作网框。网宽2~3m,长应为进水口底以上的边坡长的两倍以上。用力将绳网折起,两端一并系于顶部预打的木桩上,网中间折叠处附以重物,将网顺坡成网兜状,然后在网中填以柴草泥或其他物料以盖堵洞口。待洞口盖堵完成后,再抛压土袋填筑黏性土封死洞口。

5)门板盖堵法:在水大流急,洞口较大的地方,可随时采用此法。把门板上先抹一层胶泥盖在洞口上,再用席片、油布、棉被或棉絮等盖严,然后抛压土袋并填筑黏性土封死洞口。

采用盖堵法抢护漏洞进口,需防止盖堵初始时,由于洞内断流,外部水压力增大,洞口覆盖物的四周进水。因此洞口覆盖后必须立即封严四周,同时迅速用充足的黏土料封堵闭气。

3.戗堤法

当漏洞口多而小,且范围又较大时,在黏土料备料充足的情况下,可在迎水坡采用抛黏土填筑前戗或临水筑月堤的办法进行抢堵。

(1)抛填黏土前戗。在洞口附近区域连续集中抛填黏土,一般形成厚3~5m、高出水面约1m的黏土前戗,封堵整个漏洞区域;遇到填土从洞口流出的情况,先在漏洞进口两侧抛填黏土,再在洞口集中抛填一些土袋,初步堵住洞口后,再抛填黏土,闭气截流,达到堵漏目的,见图3-24。

图3-24 黏土前戗堵漏示意图

(2)临水筑月堤。如果临水水深较浅,流速较小,则可在洞口一定范围内用土袋快速修成半月形围堰,在围堰内快速抛填黏土,封堵洞口。见图3-25。

漏洞抢堵闭气后,还应有专人看守观察,以防再次出险。

4.引导球法

水库中设置的放、引水管(涵)发生漏洞险情,在其他方法无效或抢护困难时可用此法。具体做法是:用钢筋焊接一个空心球体,球的直径按估计的孔口大小酌定(也可用一头大一头小的楔形体),外包棉被并捆扎好做堵漏球;另用棉被包石块或砂包捆扎一个小球做引导球。引导球重量以在水中半浮半沉为宜。用4~6mm钢丝连接大小球,钢丝绳长短视水深决定,另在导引球上系两根麻绳,堵漏球上系一根麻绳,绳长要大于水深。扎制一框架式竹(木)排,排中间留孔洞供沉放球用,排上铺木板供操作人员活动用。抢堵时,将木排移至漏洞口附近水面,先放下引导球,再放堵漏球,排上两人操作引导球绳子,慢慢操纵引导球绳子,放松并左右摆动进行试探,另一人拉住大球绳子,配合引导球调整方向部位。当引导球接近洞口时,会被水流引入洞中,随即可导引大球(或楔体)堵住(或插入)洞口,如果一次导引不正,三人同时拉起绳子,再次试行直至封堵,见图3-26。封堵后可大量抛投土袋断流闭气。

图3-25 临水月堤堵漏示意图

图3-26 引导式堵洞示意图

(三)辅助措施

1.反滤围井

反滤围井在管涌险情抢护中作了介绍,不再重复。值得注意的是,有些漏洞出水凶急,按反滤抛填物料有困难,为了消杀水势,可改填瓜米或卵石,甚至块石,先按反级配填料,然后再按正级配填料,做反滤围井,滤料一般厚0.6~0.8m。反滤围井建成后,如断续冒浑水,可将滤料表层粗骨料清除,再按上述级配要求重新施作。

2.土工织物反滤导渗体

将反滤土工织物覆盖在漏洞出口上,其上加压反滤料进行导滤。由于漏洞险情危急,且土工织物导滤易淤堵,若处置不当,可能导致险情迅速恶化,应慎用之。

3.抽槽截洞

对于漏洞进口部位较高、出口部位较低,且堤坝顶面较宽,断面较大时,可在堤坝顶部抽槽,再在槽内填筑黏土或土袋,截断漏洞。槽深2m范围内能截断漏洞,可使用此法;槽深2m范围内不能截断漏洞,不得使用此法。

三、注意事项

(1)无论对漏洞进水口采取哪种办法探找和盖堵,都应注意探漏抢堵人员的人身安全,落实切实可行的安全措施。

(2)漏洞抢堵闭气后,还应有专人看守观察,以防再次出现漏洞。

(3)要正确判断险情是堤身漏洞还是堤基管涌。如是前者,则应寻找进水口并以外帮堵截为主,辅以内导;否则按管涌抢护方法来处理。

四、案例

(一)武汉市长江干堤浑水漏洞抢险

1.出险情况

1998年7月29日17时25分,长江水位29.02m(汉口水文站),武汉市汉口长江干堤丹水池堤段,中国石化中南武汉公司油库院内,对应江堤桩号50+300处,距挡水墙脚5~6m处发现一直径15~20cm的漏洞,水柱高3~4cm,旁边还有两个小洞,直径2cm。堤内地面即洞口高程26.5~27m,挡水墙顶高程32.0m。

2.出险原因

经查阅历史资料,1954年8月24日该堤段曾发生过浑水漏洞险情,洞径在8min内由2cm扩大至30cm左右,并出现两个跌窝。经外填士堵漏、内围堰处理,险情得到了控制。现堤段是1956年在沙石驳岸上修筑的挡水墙,由于年代久,堤质差,又经近几年连年大水浸泡,1998年汛期高水位居高不下,堤身渗漏变形,形成通道所致。

3.抢护措施及效果

1998年7月29日18时,采用围井三级导滤处理,围井直径2m,高0.5m,沙厚0.2m,瓜米石厚0.2m,分口石厚0.2m。19时20分处理完毕后流清水。

7月30日11时28分,坐哨发现围井旁出现新的浑水洞3~4处,洞径2~3cm,水柱高20cm左右。同时,墙脚也出现大量渗水。7分钟后,洞径发展到30~40cm,涌水量加大,导滤料被水冲走,后采用袋装沙石填压,人踩才能压住,压高至1.6m左右才刹住水势。30日12时左右,推开墙外江面的飘浮物,发现距墙2m左右有漩涡。曾在1954年防汛中荣立一等功的离休干部、68岁的王占成同志潜入江中用脚踩探,发现墙外洞口在水面以下1.6~1.7m,洞径1m左右。12时20分,用袋装土40~50袋外堵,效果不明显。12时30分改用毛毯棉絮外堵,每床毯包3个编织土袋下沉,抛7~8床毛毯棉絮后,墙内出水明显减少。13时抛袋结束,用毛毯和棉絮44床,堤内出水基本停止。此时,堤内导滤堆突然下沉0.5m,经加反滤料后稳定。为巩固成果,对堤内有疑点的20m范围铺沙石导滤,并在外江实施袋土筑围。13时20分左右,堤身内坡出现跌窝,下沉0.3m左右,骑堤而建的砖砌围墙下挫裂缝。

(二)黄河老徐庄堤段漏洞抢险

1.出险情况

老徐庄堤段位于山东省济南市郊区黄河右岸。当时该堤段堤顶高程34.60m,临河堤脚高程33.20m,背河堤脚高程26.40m,即临河堤高1.40m,背河堤高8.20m。临河边坡1∶2.5,背河边坡1∶3,堤顶宽7m。1958年7月17日23时花园口出现流量22300m3/s的大洪水,7月19日,山东济南河段开始涨水,23日12时济南泺口站最高水位32.09m,超保证水位1.09m,老徐庄堤段临河水位比背河地面高6~7m。

7月23日凌晨1时,首先在老徐庄险工上首47号防汛屋附近临河堤脚处发现2个陷坑(背河面未出水),当即用草捆、麻袋装土堵塞。当日4时许,于两陷坑下首约50m处背河戗顶与坡道结合处出现直径约10cm的漏洞流黄水,相继在临河(与背河出水洞口相对位置)堤坡上,水面下深1.0m处发现漩涡,经探摸确系进水洞口,随即用草捆1个及麻袋3条(未装土)堵塞后,背河流水停止,险情缓和。不久在第一个洞口下首4m处又发现出水洞口一个,除在出水口用土袋作养水盆外,又在临河相继找到进水口,随用草捆柳枝及土袋堵住。半小时后,第一个漏洞出水口又冒黄水,水流更急,同时背河后城顶部又出现新漏洞一个,出水口直径约4cm。前后85m长堤段范围内,共发现临背贯通漏洞3处,且险情发展十分危急。

2.出险原因

老徐庄出险堤段的土质多为沙土。1949年汛期曾因大堤高度不足,抢修子埝,之后又在临河帮宽1.50m,当时亦是用沙土填筑,夯打不实,复堤质量差。出险后经翻挖证实,确系因旧堤身内存有隐患。漏洞方位基本与堤身垂直,洞径约7~20cm。漏洞迹象很明显,在漏管内有湿黏的黄淤泥,在临河进水洞口向堤身内的迹象并不明显,仅有长3m、半径5m、相距7m远的两个月牙形的散松土,有裂缝,缝内夹有黄黏泥,但无空洞。经现场观察分析,地羊洞很早已在堤身内部存在,又加此处过去大树很多,腐烂树根亦造成堤内存在空隙。1958年水位较高,临河帮坡单薄,一经水浸,渗水通向地羊洞,从背河流出,渗水越来越大,最后发展成漏洞。总之,老徐庄堤段发生漏洞的主要因素有以下几方面:一是堤身内残存隐患未彻底根除,二是大树根已腐烂,造成堤内的空隙,三是土质松散,旧堤质量差,四是水位较高,水压大,渗水流速快,与隐患连通后产生漏洞。山东济南老徐庄堤段3处漏洞如有一处抢护不及即可造成大堤决口。由于洪水位高出背河地面6~7m,一旦决口,济南市首当其冲全城淹没,山东省的政治、经济、文化中心将受到威胁,交通要道京沪铁路也将被迫中断,洪水将沿小清河两岸漫流入海,后果不堪设想。

3.抢险措施及效果

老徐庄堤段漏洞抢护开始,采取的措施是“临河塞堵,背河做反滤围井”。具体过程是:当背河堤坡发现漏洞时,一面在背河用土袋做小型半圆形围埝(半径1.0m多),将出水蓄住,一面在临河及时找到进水口,用草捆及麻袋将洞口堵塞,后用柳枝编围坝,填抛土袋及散土。当时险情略有缓和,但仍然感到不够安全,随后又在背河土袋围埝内填铺麦秸20cm厚,并压土袋,但效果不甚理想,不久旧洞又冒黄水,且因麦秸反滤围井质量不好,将麦秸冲开,水流速度加大,随即将反滤围井半径扩大至10m,铺填麦秸7500kg(厚50cm),用土袋1000余条,大力加固,并在临河用土袋4000余条打月堤围埝一道,长85m,将发生问题的堤段全部围住,并在土袋围埝与大堤中间浇筑散土2000m3。至工程基本完成时,背河漏洞始停止流水,完全闭气,险情彻底消除。

4.经验教训

漏洞是堤防工程最危险的险情,要抢早抢小,一气呵成,在遵循“前截后导,临背并举”原则的同时,还要注意以下几方面:

(1)要切实注意抢堵工程质量,不能因情况紧急而草率行事。如在初次修筑麦秸反滤围井时,因麦秸厚度不够(仅20cm),围井太小,压重亦轻,以致又将麦秸冲开,洞径又扩大。在临河堵塞漏洞,用柳枝编围坝时,将乱柳棍、散柳枝等遗存于进水口处,抛土袋后因架空难以填严,造成长时间的流水,直至填筑散土完工时,始全部断流。

(2)漏洞一般是先从背河发现,当发现背河漏水时,要从速在漏洞出口抢做反滤导渗工程,以制止泥沙外流,防止险情继续扩大。同时,要抓紧在临河寻找进水口,一边寻找,一边先用散土浇填,一旦找到进水口,先用草捆、麻袋塞填,减缓险情,同时修做土袋围堰,内浇散土闭气。