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张莉萍.堤防工程常见险情及抢险措施探析
［ 作者：张莉萍 点击数： 更新时间：2024-03-11 责任编辑：学报编辑部］
堤防工程常见险情及抢险措施探析
张莉萍
Exploration and Analysis on Common Danger and Rescue Measures of Dike Engineering
ZHANG Liping
作者机构 |
南京市水利规划设计院股份有限公司，江苏 南京 210000 |
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引用本文 |
张莉萍.堤防工程常见险情及抢险措施探析[J].黄河水利职业技术学院学报,2024,36(01):12-17.DOI:10.13681／j.cnki.cn41-1282／tv.2024.01.003 |
中图分类号 |
TV871.3 |
摘 要 |
自然灾害的频发和气候变化使堤防抢险工作面临着越来越严峻的挑战。分析了堤防渗水、管涌、流土、漏洞等常见险情及导致各类险情的原因，根据抢险工作前堵后排的思路，提出了这几种常见堤防险情的应急处理措施，探讨了抢险时的注意事项。针对某圩区堤防险情，制订了一套综合抢险方案，并采用高密度电法对该堤防出险段进行整体探查，论证抢险方案的有效性。 |
关键词 |
堤防防汛；抢险措施；渗水险情；管涌险情；流土险情；渗漏险情；整体探查 |
作者介绍 |
张莉萍，江苏苏州人，南京市水利规划设计院股份有限公司高级工程师，主要从事水文地质与工程地质工作。 |
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堤防工程常见险情及抢险措施探析
（南京市水利规划设计院股份有限公司，江苏 南京 210000）
摘 要：自然灾害的频发和气候变化使堤防抢险工作面临着越来越严峻的挑战。 分析了堤防渗水、管涌、流土、漏洞等常见险情及导致各类险情的原因，根据抢险工作前堵后排的思路，提出了这几种常见堤防险情的应急处理措施，探讨了抢险时的注意事项。 针对某圩区堤防险情，制订了一套综合抢险方案，并采用高密度电法对该堤防出险段进行整体探查，论证抢险方案的有效性。
关键词：堤防防汛；抢险措施；渗水险情；管涌险情；流土险情；渗漏险情；整体探查
Exploration and Analysis on Common Danger and Rescue Measures of Dike Engineering
ZHANG Liping
（Nanjing Water Conservancy Planning and Design Institute Co.，Ltd.，Nanjing 210000，Jiangsu，China）
堤防是防洪减灾工程体系的重要组成部分，其主要功能之一是防御洪水泛滥，保护堤内居民和工农业生产的安全［1］。由于气候变化和自然灾害频发，堤防工程肩负着越来越重大的责任。 针对这一现状，研究堤防工程防汛抢险措施变得尤为重要。通过开展相关研究，可以全面了解堤防在抢险过程中的弱点和脆弱性，有助于制订更为科学合理的抢险预案和措施，提高堤防的抗灾能力和安全性［2-3］。目前，堤防抢险方面的研究虽然在预测和监测方面取得了一定进展，但在抢险过程中的应急预案、抢险物资储备、抢险队伍组织等方面仍存在不足［4-6］。此外，针对不同类型的堤防，还缺乏详尽系统的抢险对策和技术研究［7］。因此，对堤防抢险措施进行更深入的应用研究显得尤为紧迫。笔者通过分析堤防常见防汛险情特点及诱发条件，探讨其相应抢险措施及注意事项，并通过案例展示堤防抢险过程，还结合探测结果，进一步查找堤防险情，以期为堤防消险方案提供设计思路。
堤防渗水是指由于堤防结构本身的缺陷或长期被水侵蚀，使水分渗透堤坝内部，从而引发的一种常见的防汛险情［8］。堤防渗水险情产生的主要原因是汛期堤防迎水侧存在较高的洪水位，还有可能是堤身存在一些结构缺陷。如，堤坝建造不规范或存在裂缝、渗漏等结构缺陷。另外，长期的水流侵蚀和重复的涝渍作用使得堤防结构、土体和防渗层发生破坏，也会增加堤防渗水的可能性。
堤防渗水的危险程度一般取决于多种因素，包括渗水的速度、渗水的位置、堤坝的土质情况以及堤坝所承载的压力等，一般分为集中渗漏和大面积散浸。一旦发生渗水，如果未得到及时有效的控制，会导致堤坝的内部结构破坏、堤身失稳，进而可能引发堤防决口、坍塌等重大灾害。因此，堤防渗水是一种危险程度较高的险情，需要引起高度重视并及时采取有效的措施进行处理。
堤防管涌是指在堤防内部或底部出现水流沟裂，水体在堤防内部流动的现象，它是一种常见的堤防结构的病害［9］。堤防管涌险情产生的主要原因是汛期河道洪水位较高，堤防迎、背水坡水位高差较大。堤身土体多为泥质或多缝隙结构，遇到水流压力时，容易发生渗漏，形成管涌。另外，若堤防工程在设计和施工时存在质量问题，堤坝内部岩土逐渐松散开裂，堤身防渗结构不稳定，同样易引发管涌。
由于堤防管涌险情的孔隙性质和相对隐蔽的位置，一旦发生就会造成严重的危害。首先，管涌会导致堤防内部的水流动，进一步侵蚀和破坏堤防结构，增加堤身的渗水量，进而影响整个堤防的防洪作用，甚至引发难以预测的损失。因此，在防汛工作中，针对堤防管涌险情，应加强巡查和监测，一经发现事故隐患，要及时采取修复措施。另外，在堤防的设计和施工过程中，也需要严格按照标准规范去做，确保堤防结构的完整性和稳定性，避免管涌等险情的发生。
堤防流土是指在水流或雨水侵蚀下，堤防表面或内部的土壤被冲刷、侵蚀从而出现土体流失的现象［10］。除了堤防土质不稳定外，降雨引起的水流冲刷也是堤防流土险情产生的主要原因之一。连续且强度大的降雨会导致堤坝表面土壤被冲刷，形成流土险情。另外，堤防上游水位变化引起的水流侵蚀也会导致堤坝表面和内部土壤被冲刷而流失。动植物的破坏也可能导致堤防土壤松动、流失，加速流土险情的发生。
堤防流土险情的危险程度较渗漏险情严重。流土险情会导致堤坝表面或内部的土壤大量流失，使得堤坝结构变得不稳定，容易导致渗水漏坝，甚至发生倒塌的情况。同时，流土险情还可能造成堤坝坡面陡化，加速堤防内部渗漏破坏，从而使得整个堤防的防洪效果减弱，危及周边地区的安全。因此，在防汛工作中，对于堤防流土险情，应采取加固措施。对于堤坝表面的护坡，可采取防护植被、防浪板等工程措施，以稳固堤坝结构，减少流土险情的发生。另外，在日常维护工作中，也要注意及时清理排水系统，保持堤坝表面畅通，减少流土险情的发生。
堤防漏洞险情是指在堤防表面或内部出现漏洞或裂缝，水体透过漏洞渗漏的现象。如果漏洞不断扩大，有冲刷堤防结构的危险情况［11］。漏洞险情一般出现在土质松软的堤防，长期水流的冲刷作用容易导致部分地段出现漏洞。通常堤防工程设计不合理或者施工工艺不当，会导致结构漏洞。
堤防漏洞的危险程度较高。一旦堤防出现漏洞，将会直接影响堤防的防洪安全，加剧堤防结构的破坏，甚至导致堤坝倒塌。此外，堤防漏洞还可能给周边地区和居民带来洪水威胁，严重危害人民群众的生命财产安全。因此，对于堤防漏洞险情，需要密切关注和及时处理。在日常巡查中，要重点关注堤防表面和内部的裂缝和漏洞情况，一旦发现漏洞，需要立即进行修复加固工作。在工程建设过程中，对堤防的设计、材料选用、施工工艺等都需要严格把关，确保堤防结构的完整性和稳定性，从而减少漏洞险情的发生。
开展抢险工作的核心思路为前堵后排［12］。由于汛期险情一般发展较快，堤防抢险工作需要迅速响应和处理，也需要综合考虑堤防工程结构特点、水文地质条件等因素，因地制宜地制订抢险方案，最大限度地减小灾害损失。在抢险过程中，需要联合多个相关部门，加速推进险情的控制。平时，也要提高预防意识，加强堤防抢险技术的研究，提高抢险工作的能力和水平，以保障堤防工程的安全和稳定。
封堵漏点通常采用注浆、铺设防渗材料、构建地下墙体、排水处理等方法。（1）注浆为将特定的浆液材料注入漏点，形成密实的封堵层，有效阻止水的渗透。这种技术可以迅速地处理险情，适用于不同地质条件，但对漏点位置和深度要求较高，成本也相对较高。（2）在迎水坡表面覆盖防渗材料，如防渗膜、土工布等，形成一层防水屏障， 可以阻止水分渗透。 该方法施工简便，适用于较浅的漏点，但需要注意材料的耐久性和稳定性。（3）当形成较大渗漏通道时，应在漏点周围挖掘并建造地下墙体，形成物理障碍，遏制水的进入。这种方法适用于漏点较深或位置较难处理的情况，但施工周期相对较长，成本也相对较高。（4）排水处理是解决背水坡渗漏的重要环节，通常包括应急排水、表层排水、地下排水3 种类型。应急排水是在堤防内部设置泵站等设备，通过快速排水，降低水位，减缓或阻止背水坡的渗漏扩大。 这是一种迅速应对险情的有效手段，但需要确保设备的及时启动和运行。表层排水是在背水坡表面设置排水沟或排水管道，引导渗透水快速排出。这种方法适用于浅层次的渗漏，能够有效减轻坡体的渗透压力，但对排水系统设计要求较高，也可能受天气等因素影响。地下排水是通过埋设渗水管道或排水井，将背水坡内的渗透水引导到外部，降低坡体渗透压力。这种方法适用于较深层次的渗漏，但需要考虑排水系统的长期稳定性和维护难度，且施工难度相对较大。常见堤防险情及对应抢险措施如表1和图1所示。
图1 常见堤防防汛抢险措施示意图
Fig.1 Common dike flood prevention and rescue measures
表1 常见堤防险情及对应抢险措施
Tab.1 Common dike danger and corresponding treatment measures
（1）抢险人员必须穿好救生衣、防滑鞋等，并严格遵守轮班轮岗制度，避免出现抢险人员过劳状态。（2）确保抢险现场的信息畅通。各部门、抢险人员之间要及时沟通、协调配合，互通信息，共同做好抢险工作。（3）要不断对抢险现场进行评估，了解险情演变和抢险工作的进展情况，及时调整措施。（4）迎水侧堵漏时，大型车辆不应集中停留在堤顶，以避免堤顶超载导致堤坡失稳。采用抛石固脚处理措施时，应避免直接抛投较大的坚硬物料，以免漏洞受到冲击而扩大。（5）对于背水侧溢出点，应先清基30 cm，摸清渗漏范围后，再铺设反滤层，防止土粒流失。切忌用黏土或不透水帘布堵压，更不能在堤坡上打桩阻水，以免浸润线上升，使险情恶化。
出险段为某圩区桩号K2＋300～K5＋800段左岸堤防，堤顶高程为11.2～11.4 m，背水坡坡脚高程约为7.0 m。2020年7月16日至18日，该段堤防水位达到高程9.0 m 时，堤防背水坡共发现6 处渗漏点及多处散浸，渗水点出水均为清水。其中，桩号K5＋700背水坡坡脚发现有白蚁从渗水点随渗水溢出，桩号K2＋344～K2＋550、K3＋060～K3＋300背水坡坡脚发现多处散浸、渗漏。经现场统计，出险点位置和种类如表2所示。
表2 出险点位置统计表
Tab.2 Statistics of location of risk points
初步分析，出险位置均为背水坡，抢险措施应以排水为主。由于现场观测渗水均为清水，可排除水土流失较大的管涌险情，并可判断渗漏点位没有恶化趋势。同时，结合现场河道洪水位与路面高差较大（约2.0 m），且堤身质量较差，可迅速制订如下抢险方案：（1）清除坡面草皮，在集中渗漏点附近坡面略高处开挖宽度和深度均约为50 cm 的纵向导渗沟和顺坡向横向集水沟，在沟内铺设反滤土工布和碎石，渗水被统一收集后，经护堤地内现有排水沟排至后方水塘。（2）在渗漏坡脚外，用袋装土打围堰，形成高度低于背水坡二级平台1 m 的养水盆， 记录河道洪水位和养水盆水位变化关系。（3）安排专人24 h 值守，若养水盆内水体浑浊度加大、水面上升较快，应及时上报。当养水盆内水位稳定时，险情即得到有效控制。
3.3.1 探测方法
待险情稳定后，采用高密度电法仪器对渗漏点沿线堤防进行整体探查［13］。在堤防两侧堤肩视现场险情位置布置4 条测线 （测线1 对应桩号为K5＋800～K5＋681，测线2对应桩号为K5＋681～K5＋562，测线3 对应桩号为K2＋320～K2＋558，测线4对应桩号为K3＋050～K3＋288），每条测线使用电极120 根，测线1和测线2电极间距为1.0m，测线3和测线4电极间距为2.0 m。
3.3.2 探测结果分析
在进行现场探测时，堤防所在处河道水位为7.90 m。测线1和测线2探测深度约为15 m，测线3和测线4探测深度约为30 m。运用非线性回归方法对4条测线的测量数据进行反演，得到电阻率分布云图，如图2～图5所示。
图2 桩号K5＋800～K5＋681 高密度电法视电阻率反演云图
Fig.2 Inversion cloud image of high-density electrical apparent resistivity of pile number K5＋800～K5＋681
由图2可知，桩号K5＋800～K5＋681堤段深度2～5 m范围为蓝色低电阻区，推断其为富水区。这与现场查勘结果（桩号K5＋800 和K5＋700处为渗漏点）相符。该渗漏点之间，有较大范围的富水区，存在潜在渗水可能，应同样纳入除险加固范围。
由图3可知，桩号K5＋665～K5＋600堤段深度2.5～5.5 m范围为蓝色低电阻区，推断其为富水区。桩号K5＋600～K5＋562堤段深度0.5～5.5 m范围显示为蓝色低电阻区，推断其为富水区。这与现场查勘结果（K5＋660处为渗漏点、桩号K5＋460～K5＋660堤段为散浸区）相符。该堤段需全线进行重点防渗加固处理。
图3 桩号K5＋681～K5＋562 高密度电法视电阻率反演云图
Fig.3 Inversion cloud image of high-density electrical apparent resistivity of pile number K5＋681-K5＋562
由图4可知，桩号K2＋330～K2＋558堤段浅部整体电阻相对较低，尤其是桩号K2＋492～K2＋514堤段在深度0.5～4.5 m范围为蓝色低电阻区，推断其为土质较疏松且局部富水的松散区。这与现场查勘结果（桩号K2＋344～K2＋550堤段多处出现渗漏）相符。该段堤防渗漏量较小，只需对渗漏点做局部防渗处理即可。
图4 桩号K2＋320～K2＋558 高密度电法视电阻率反演云图
Fig.4 Inversion cloud image of high-density electrical apparent resistivity of pile number K2＋320～K2＋558
图5可知，桩号K3＋056～K3＋288堤段在深度0.5～5 m范围为浅蓝色中低电阻区，局部为蓝色低电阻区，推断其为土质较疏松且富水的松散区。这与现场查勘结果（桩号K3＋060～K3＋300堤段坡脚发现多处渗漏）相符。由于渗漏量均较小，全线做常规防渗处理即可。
图5 桩号K3＋050～K3＋288 高密度电法视电阻率反演云图
Fig.5 Inversion cloud image of high-density electrical apparent resistivity of pile number K3＋050～K3＋288
对于常见的防汛险情，需要及时发现、快速响应，并采取相应措施，确保抢险工作的有效开展。在抢险过程中，安全第一，并尽量减少人员和财产损失。同时，应建立紧密有效的沟通合作机制，确保各部门、各单位之间的信息畅通和协同作战。抢险工作还需要不断总结经验，从而提高抢险工作的效率和水平，并加强对各种防汛险情的预防及处理技术的研究，提升防汛工作的效果和水平。同时，结合新型技术辅助经验判断也是未来重点研究方向。案例中整体探测所揭示的渗流异常区域与现场查勘实际情况总体一致，吻合度较高，基本查明了圩区堤防堤身内部的渗漏异常区域和异常隐患区域。
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[责任编辑 杨明庆]
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