[发明专利]一种利用土工合成材料截流的汛期堤坝决口快速抢险方法

权利要求书

1.一种利用土工合成材料截流的汛期堤坝决口快速抢险方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤1，准备抢险材料：抢险材料包括土工格栅、土工席垫、复合土工膜、土工袋和堤坝决口填筑所需的土石料；其中，土工格栅、土工席垫和复合土工膜为成卷购置，将与卷筒相连接的土工格栅、土工席垫和复合土工膜，均称为起始端；另将土石料装入土工袋备用；

步骤2，确定堤坝决口大小和抢险处理范围：清理堤坝决口附近区域的杂物，测量堤坝决口参数，堤坝决口参数包括决口底部宽度B_m、决口上游水位H、决口底部高程H_c、下游淹没水位H₂以及决口边坡与水平方向夹角α；根据测量的堤坝决口参数，估测决口过水断面的面积A，进而确定堤坝决口的抢险处理范围；

步骤3，确定土工格栅、土工席垫和复合土工膜的铺设尺寸及土工袋填筑量：根据步骤2确定的堤坝决口的抢险处理范围，确定土工格栅、土工席垫和复合土工膜在堤坝决口处的铺设长度、宽度及土工袋填筑量，对步骤1准备的土工格栅、土工席垫和复合土工膜以起始端为基准，进行裁切，去除多余部分；其中，土工格栅、土工席垫和复合土工膜的铺设范围应完全覆盖堤坝决口，并超出其边缘1m以上；

步骤4，预估决口封堵完成后作用在土工合成材料上的水流冲击力，包括如下步骤：

步骤41，计算流经决口的水流量，计算公式如下：

Q＝1.71B_mS(H-H_c)^1.5+1.2tan(90-α)S(H-H_c)^2.5 (1)

其中，Q为流经决口的水流量，单位m³/s；B_m为决口底部宽度，单位m；H为决口上游水位，单位m；H_c为决口底部高程，单位m；α为决口边坡与水平方向夹角，S为下游淹没修正系数；

步骤42，计算决口处水流的行近流速，计算公式如下：

其中，V₀为决口处水流的行近流速，单位m/s；Q为流经决口的水流量，单位m³/s；A为决口过水断面的面积，单位m²；

步骤43，计算作用在土工合成材料上的水流冲击力，计算公式如下：

F＝βρQV₀ (3)

其中，F为水流冲击力，单位kN；β动量修正系数；ρ为水体密度，取1.0×10³kg/m³；Q为流经决口的水流量，单位m³/s；V₀为决口处水流的行近流速，单位m/s；

步骤5，计算横梁和土工合成材料的锚固力：

F_m＝KF/n (4)

其中，F_m为横梁和土工合成材料的锚固力，单位kN；K为安全系数，取1.2～1.4；F为水流冲击力，单位kN；n为锚杆数量；

步骤6，架设横梁：在邻近迎水面的堤坝顶部水平架设横跨堤坝决口的横梁，用于土工格栅、土工席垫和复合土工膜上端的固定；横梁与迎水面坡顶距离不小于0.5m，横梁两端各超出堤坝决口边缘1.5m以上，并通过锚杆锚固于坝体上，根据步骤5中获得的锚固力确定锚杆的锚固深度；锚杆锚固深度的计算公式如下：

其中，l_a为锚杆的锚固深度，单位m；F_m为横梁和土工合成材料的锚固力，单位kN；ξ为锚杆和土层黏结工作条件系数；D为锚杆直径，单位m；f为土层和锚杆黏结强度特征值，单位kPa；锚固深度的确定，能确保截流过程中横梁和土工合成材料在水流冲击力作用下稳定可靠；

步骤7，铺设和固定土工格栅：将土工格栅尾端水平固定在横梁上，将土工格栅起始端用钢管固定加重，确保土工格栅紧贴坝面铺设；土工格栅起始端的两边角处各绑定一个锚杆，将土工格栅从堤坝顶部沿迎水坡面坝坡自上而下滚动铺设，当起始端位于决口以下且处于紧绷状态时，启动锚杆，将土工格栅起始端两角锚固在坝面上，根据公式(6)确定锚杆的锚固深度；

步骤8，铺设土工席垫：在步骤7中的土工格栅表面铺设土工席垫，土工席垫的铺设方法为：将土工席垫尾端水平固定在横梁上，在土工席垫的起始端用钢管固定加重，从堤坝顶部沿坝坡自上而下滚动铺设，使土工席垫自然展开并紧贴在土工格栅表面，由于土工格栅处于紧绷状态且具有较强的承载力，因此铺设在土工格栅表面的土工席垫不会被堤坝决口的湍急水流冲走，且能明显减小堤坝决口处的过水量，减缓流速；

步骤9，铺设复合土工膜：在步骤8的土工席垫表面铺设复合土工膜；在复合土工膜的起始端用钢管固定加重，从堤坝顶部沿坝坡自上而下滚动铺设，使复合土工膜自然展开，并在水压力作用下紧密贴合在土工席垫表面，从而在堤坝决口处形成完整的挡水层，封堵水流；

步骤10，填筑土工袋：复合土工膜铺设结束后，基本完成了对堤坝决口入口处的截流；此时应及时在土工格栅后侧的堤坝决口内填筑装有土石料的土工袋，巩固决口土工合成材料封堵的稳定性；通过分层次削减堤坝决口处过水量和水流流速，分阶段完成对堤坝决口的封堵，从而确保堤坝决口抢险的成功实施；其中，步骤8铺设的土工格栅能有效均化决口处水流分布，减缓水流流速；另外，土工格栅提供承载力，为柔性土工席垫和复合土工膜的铺设提供受力支撑面，避免土工席垫和复合土工膜被湍急的水流冲走，确保抢险过程高效安全的进行；步骤9铺设的土工席垫能有效减小堤坝决口水流流速，进一步控制过水量；铺设的复合土工膜起到封堵水流的作用；最终填筑的土工袋巩固了堤坝决口封堵的稳定性。