水利工程防汛抢险基本知识课件讲义.pptx
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- 水利工程 防汛 抢险 基本知识 课件 讲义
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1、前前 言言 水是人类和一切生物生存所不可缺少的自然资源,没有水就没有生命。中外历史证明,治水与兴国安邦、人类文明进步、社会经济发展密切相关。水可载舟,也可覆舟。为了减少自然灾害,使水利资源造福人民,必须采取各种工程措施改造天然河流,例如建造大坝壅高水位,形成水库,拦洪蓄水;劈山修渠,开凿隧道,架设渡槽,引水灌溉;修建水电站,发供用电;修建船闸,以利通航等,这就是水利工程与水工建筑物。第1页/共73页 由于水利工程固有特点:一是水工建筑物工作受力复杂。所承受的力除自重外,还受到静水压力、动水压力,波浪压力、脉动力、地震水压力、流动水动量压力;基底承受水浮托力和渗透压力;由于温度变化或建筑物内外温
2、度差,将使建筑物产生温度力等。二是工作条件复杂。例如受高速水流除对建筑物和下游流河床产生冲刷外,还可使建筑物产生振动脉冲力或气蚀现象;建筑物长期外露,受春秋寒暑日晒雨淋循环风化作用,侵蚀破坏;地基渗漏可冲刷淘空地基与建筑物,引起毁坏。第2页/共73页 鉴于上述原因,水工建筑物易受破坏,特别是汛期更易发生破坏,水利工程万一失事,损失将是严重的,有的甚至是不可估量的。因此,从战略上,要思想重视,预防为主,未雨绸缪;从战术上要懂得抢护措施,到时心中有数,抢护得当,确保工程万无一失。下面简单谈谈水库、陂坝、渠道、防洪堤的防汛抢护基本知识,以期达到抛砖引玉的作用。第3页/共73页一、水库抢险措施 由挡水
3、坝与周边山体形成的蓄水湖称为水库,而95%以上的挡水坝是由土石材料建成的,因此这里所讲的水库抢险措施是指由土石坝所形成的水库抢险措施。第4页/共73页(一)土石坝及其特点 土石坝是指由当地土料、石料或土石混合料,填筑而成的挡水坝。当坝体材料以土和砂砾(d20)为主时,称为土坝;以块石为主时,称为堆石坝;当土料砂、砾和块石均占相当比例时,称为土石混合坝。第5页/共73页1、土石坝的特点 土石坝被广泛应用,在于其有以下优点:(1)能因地制宜,就地取材,能节约大量水泥、钢材、木材等建设物资;(2)对地基的要求较低;(3)构造简单,施工便利;(4)工作安全可靠,寿命较长,管理便利等。据资料统计,我国建
4、有高15米以上大坝18000多座,土坝占95%以上。我市修建的大中小型水库481座,仅有8座为砼坝或浆砌石坝,其余的均为土坝,占98.3%。第6页/共73页土石坝缺点有:(1)抗冲蚀能力低,洪水漫顶,即将破坏;第7页/共73页2 2、土石坝的病害和失事 据资料统计,国外过去800年间约有2000座土石坝水库失事,至于失事的原因,有人统计分析:洪水漫顶占30%,漏水管涌占25%,坝下埋管漏水占13%,滑坡占15%,上游护坡毁坏占5%,其他占7%,原因不明占5%。我国溃坝总数约2000多座,约占全国土石坝总数的2.4%,其中96%是区乡镇自建的小型水库。溃坝失事原因百分比为:洪水漫顶占51%,渗漏
5、管涌占29.3%,排洪道破坏占6.6%,滑坡占2.6%,工程管理不善占4.2%,其他占5.8%。第8页/共73页 综上所述,国外土石坝失事以洪水漫顶居多,其次是漏水管涌;国内以洪水漫顶失事为最多,其次为漏水管涌失事。我国土石坝洪水漫顶失事比率大的原因是,很多小型水库为乡镇自建,未经设计,筑坝搞群众运动,质量难于保证,有的溢洪道断面太小或未设溢洪道。有的溢洪道在土基上开挖未衬砌,一冲即涮深,造成溃决。第9页/共73页(1)洪水漫顶失事 即暴雨洪水漫过坝顶,冲刷大坝而破坏失事。1975年8月河南发生特大暴雨洪水,致使板桥、石漫滩二座大型水库溃坝失事;1995年我市卖酒店乡的江平小(二)型水库溃坝失
6、事等,都是洪水漫顶溃坝失事。第10页/共73页(2)渗漏管涌失事 即为大坝、坝基渗水或涵管断裂渗水,白蚁洞穴漏水等。土体受到渗漏水力的冲蚀带走土粒,继而久之,形成管涌,淘空大坝而溃坝失事。例如美国提堂坝失事;1993年8月27日晚9点15分青海沟后水库溃坝失事;甘肃黄羊河水库土坝管涌破坏;博白县的大屋肚水库溃坝失事等,都是渗漏管涌破坏失事。第11页/共73页(3 3)滑坡 大坝外坝或内坝坡由于滑动力大于抗滑力而使部份坝体沿着某一滑裂面而滑动即为滑坡。一般土坝,如设计、管理不当,施工和运行中都有发生滑坡的可能和先例。水坠坝在大坝施工中如冲填土上升过快,则大坝容易滑坡。坝内坡发生滑坡主要的是由库水
7、位降落时引起的,当库水位降落过快时,坝体内的渗水来不及排出,形成渗透压力作用,引起滑坡。当库水位日降落超过3米时为骤降,此时容易引起滑坡,当库水位降落速度小于3m/d,也有发生滑坡的可能,如何控制库水位降落速度,才不至于滑坡,这要看大坝坡度和土质而定,一般地说,坝坡缓的不容滑坡,砂砾土透水性大,不容易滑坡,除此还要具体问题具体分析,不能一概而论。第12页/共73页(二)水库抢险措施 由于土坝的缺点,造成土坝容易发生洪水漫顶、渗漏管涌、漫渗、滑坡等失事,为防止水库失事,需要采取主要抢护措施为:防止洪水漫顶,漫渗、滑坡、漏洞抢护,管涌流土的抢护,涵洞(管)、闸门及排洪道的抢护等。第13页/共73页
8、1、防止洪水漫顶 土坝为散粒体结构,绝对不允许洪水漫顶。如果洪水漫顶,就会迅速冲毁坝坡,造成垮坝事故。第14页/共73页(1)增加水库的调蓄洪水能力 加强水库的控制运用。加强水库的控制运用,制定合理的防洪调度方案,是确保工程安全,充分发挥水库工程综合效益的重要措施。第15页/共73页 水库工程管理部门,要根据水文、气象的变化、水库历年运行情况和有关用水要求等,编制水库调度运用计划报上级主管机关审查批准后实施。根据库区雨情预报,预计水库上游可能发生洪水时,在下流河道允许的安全泄量下,水库可以适当预泄,腾空库容,以利拦蓄洪水;如下游需要错峰,而水库又有错峰能力,可适当控制下泄流量;如水库无蓄洪错峰
9、能力,也应在确保大坝的安全的条件下及时泄洪,并应事先通知下游沿河地区,做好防汛抢险和安全转移的准备工作。第16页/共73页 在坝顶上抢筑子堤,加高坝顶高程,临时增加水库调洪能力,是防止洪水漫顶的有效措施之一。根据坝顶具体情况,临时抢筑子堤的做法有如下几种:第17页/共73页a a、土料子堤 在坝顶宽阔,土料充足,料场距坝近,取土方便,土质好的地区,可采用土料子堤。施工时先将坝顶上的杂草杂物清除干净。然后沿子堤的中线在坝顶上挖一条深0.2米、宽0.5米的结合槽。子堤的迎水坡脚应距上游坝肩0.51.0米,子堤的背水坡脚要留有余地,便于巡查抢险时往来奔走,子堤的断面,顶宽一般不应小于0.6米,上、下
10、游坡比不小于11。子堤顶面高程应超出估算洪水位0.51.0米。坝顶清基夯实后,即可从子堤背水坡脚开始全线填土,每层厚约0.3米,分层夯实,直至达到要求的高度为止。第18页/共73页b b、利用防浪墙筑子堤 建有防浪墙的土坝,可利用防浪墙作为子堤的迎水面,在防浪墙后填筑土料。子堤的背水坡应大于11,高度应超出估算水位0.51.0米。如果抢筑的子堤高度需超过原防浪墙的高度,要以在防浪墙上堆筑土袋,土袋要错缝叠筑,相互挤紧密实。有的防浪墙是用浆砌块石做成的,往往坐浆不严,勾缝不密实,或是混凝土防浪墙的伸缩缝未做止水。如果库水位超过坝顶,渗漏水可能从缝中喷射而出,此时在墙后直接堆土,则难以保证质量。遇
11、上这种情况,可先在防浪墙迎水面上用塑料布遮挡,堵塞缝隙,减少渗漏水量,然后在墙后铺土抢筑子堤。第19页/共73页c c、土袋子堤 在坝顶不宽或附近可取的土料的土质差或取土困难,以及受风浪冲击较大的水库,可用土袋子堤。施工方法用草袋、麻袋或尼龙编织袋装土地,不宜过满,以七八成为好,并将袋口缝紧,这样在砌筑时有伸缩余地,可以砌筑得紧密一些。土袋铺筑子在子堤的迎水面。在铺第一层土袋前,要清除坝顶杂物,并将表土刨松。铺设时袋口向下游,互相搭接,用脚踩紧,逐层加高,形成梯形断面袋与袋之间的空缝上下必须错开,不可成为通缝。土袋叠到规定高度后,再在土袋的后面逐层填土夯实,高度与袋顶子,顶宽0.30.6米,培
12、土边坡不宜小于11。第20页/共73页(2 2)加大水库的泄能力 加大水库的泄洪能力也是防止洪水漫坝,保证大坝安全的一项有力措施。为了充分发挥已有泄洪设施的作用,汛前应对溢洪道、泄洪洞及输水洞(管)等级建筑物进行安全检查,以便畅通无阻地下泄流量。必要时还可以采取如下临时措施,加大泄流量,保证大坝的安全。第21页/共73页利用已有放水建筑物泄洪 入汛以后,要经常注意天气和水文预报,根据库区的雨情和水情的变化情况,可在必要时,将水库的所有放水建筑物(如泄洪洞、放水管、电站引水洞等)的闸门全部打开,宣泄洪水,提前降低库水位,防止洪水漫坝。第22页/共73页加宽或降低溢洪道,加大泄洪能力 加宽溢洪道应
13、选择在靠山的一侧,并注意开挖后岸坡的稳定性,不应太陡,以免滑坡。在破碎地区应当砌护。对砌有护底和侧墙的溢泄道,应设法保护墙脚和容易冲坏的部份,溢洪道进口段下挖加深后,最好能采用快干速凝混凝土或浆砌石等护面。用浆砌石护面时,水泥砂浆中应加入速凝剂。第23页/共73页采用非常溢洪措施 当原有泄水建筑物通过扩建或充分利用后,仍不能宣泄可能的最大流量时,在非常紧急的情况下,可采取非常溢泄措施,以确保主坝的安全。但是非在万不得已的情况,不得轻率地采用这种方案。在采取这种方案时,必须报上级主管部门批准,必须预先作好周密计划,做好下游沿岸的安全转移工作。目前常用的非常溢洪措施主要有设置非常溢洪道和临时破副坝
14、泄洪等。第24页/共73页2、散浸、滑坡及漏洞的抢护 (1)散浸抢护 水库蓄水以后,坝身泡水,水从大坝背水坡或坡脚渗出。当出逸点高出背水坡排水设施顶部时,则出逸点以下的坝坡土体出现潮湿,这种现象叫做散浸。特别是当水库蓄水位很高时,散浸现象更易发生。随着高水位持续时间的延长,散浸范围将沿背水坡上升、扩大,如不及时处理,背水坡就会发生局部滑坡、漏洞等险情。第25页/共73页产生的原因 产生散浸的原因很多,一般说来,主要是由于坝身单薄,坝坡过陡;坝身防渗体土料含砂太重,渗透系数过大,或无透水性小的粘土斜墙或心墙防渗;坝身施工质量差,填土不均匀,夯压不密实等,未能达到防渗要求。渗径长度不够,浸润线抬高
15、,渗水在土坝背水坡的坡面或坡脚附近渗出,就形成散浸。第26页/共73页抢护的方法 应按照“迎水坡堵渗,背水坡导渗”的原则进行处理,以求降低浸润线,稳定坝身。水库蓄水后,在迎水坡堵渗,施工困难,一般只能背水坡采用导渗的办法,把已渗到坝体内的水导出来,而又不带走坝身的土粒。这样可以降低浸润线,有利于坝身的稳定。第27页/共73页 在坝身背水坡有散浸的部位,进行开沟导渗,以便坝内渗水集中在沟内顺利排出,而不带走土粒。导渗沟在平面上可布置垂直坝轴线的纵沟或与坝身成4560的斜沟或人字形沟,也可布置成两者结合的“Y”形沟。斜沟比纵沟好,因为斜沟导渗范围大,收效快。斜沟、纵沟都要连通,宽深都要一样。a a
16、、开沟导渗第28页/共73页 导渗沟的顶部高于渗水出逸点,导渗沟的大小及间距,应根据具体情况而定。一般纵沟间距约510米,沟深约1.21.8米,宽0.50.8米,总之以能使两沟之间的坝面保持干燥为原则。沟内分层填筑砂、卵石、块石反滤料,每层厚约0.20.4米。如导渗沟做成暗沟形式,而上部仍用粘性土回填时,则在粘土的底部也应加反滤层,防止雨水下渗所挟土粒堵死导渗沟。如果坝身含水量过多,土质稀软,开沟困难的话,则可采用边开沟、边填导渗材料的办法。不允许有沟开好后,等待滤水材料的现象。第29页/共73页b、导渗培厚 当坝体散浸严重,渗水出逸点很高,且坝身单薄,坝坡较陡,一般要求在处理坝面渗水的同时增
17、加背水坝坡的稳定性,此时可采用导渗培厚的办法。在背水坡加筑透水后戗,或在原坝面上填筑排水砂层后再补强背水坡,应特别注意使新老排水设施相连接,否则非但没有作用,反而会引起不良后果。第30页/共73页c、导渗砂槽 当散浸严重,但坝坡较缓,采用导渗沟不能解决问题时可用此法。具体做法是:在渗漏严重的坝坡上,用钻机钻成并列的排孔。孔与孔之间要求相割三分之一孔径。一般孔径越大越好,根据设备条件而定。孔深按要求排渗的高程而定,排孔的下端应与排水设备相接,以达到导渗目的。为了使坝身土料有良好的透水性,钻孔时不应使用泥浆固壁,而应采用静水压力固壁。为确保工程安全,在每钻好两组孔后,(每组四个孔位),用木板和导管
18、把两组隔离,在第一组投放级配较好的干净砂料,如此类推,直至坝趾滤水体为止,形成一导渗砂槽。第31页/共73页 导渗砂槽能深达坝基,把坝体内渗水迅速排走,有效地降低坝体浸润线;施工安全,可以适当降低库水位的条件下进行施工,但需要一定的机械设备,且造价较高。第32页/共73页d d、砂砾反滤层 散浸严重的坝段,开沟导渗有困难时,也可做砂石反滤层抢护,具体作法是将散浸的表层湿土挖去厚约50厘米,再分层依次回填粗砂、小砾石的碎石(砾石)层厚各约15厘米。最后,在碎石层上面再盖一层小片石,使渗水从各层缝隙中流入坝趾的滤水沟或反滤体内。如果坝身要培厚的话,在片石上再做反滤层,然后在上面填土。第33页/共7
19、3页(2 2)滑坡抢护 背水坝坡滑坡的抢护 先要设法消除坝坡内的渗水,降低浸润线,尽快恢复滑动土体的抗剪强度,使坝趋于基本稳定后,再进行加固。抢护的基本方法是:“堆石固脚,开沟导渗,放缓坝坡”。第34页/共73页a a、做透水土撑 若背水坡滑坡严重,范围较大,可沿滑坡坝段做若干透水性土撑。具体做法是:在筑土撑部位,将滑坡松土削成斜坡后挖沟,在沟内放置砂石、碎砖等导渗材料,在导渗材料上铺20cm厚中粗砂后,填土夯实。若坝基不好,在土撑坡脚要抛石或用砂袋固脚但应注意不要将沟内渗水阻塞。土撑宽度要看水情、险情与取土的难易而定。一般宽度是58米,坡比15左右,撑顶高度应适当高出滑坡裂缝顶部,填土要打碎
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