本發(fā)明涉及一種抗洪搶險(xiǎn)用具，特別是涉及一種防汛搶險(xiǎn)土工包及其使用方法。

背景技術(shù)：

我國(guó)防洪工程長(zhǎng)期運(yùn)行過(guò)程中，受外部洪水、地震外部因素和工程本身結(jié)構(gòu)材料、地形地質(zhì)等內(nèi)部因素的影響，經(jīng)常會(huì)發(fā)生工程險(xiǎn)情，例如洪水漫頂、滲透破壞、崩岸、滑坡、塌陷等，導(dǎo)致堤防和土壩工程潰決。近代最為典型的是1998年長(zhǎng)江大洪水和嫩江松花江大洪水，造成九江長(zhǎng)江干堤決口，2025處出現(xiàn)管涌險(xiǎn)情，2795處漏洞。自1949年以來(lái)，全國(guó)共有3274座水庫(kù)發(fā)生跨壩，工程險(xiǎn)情時(shí)有發(fā)生。

目前，市場(chǎng)上常規(guī)搶險(xiǎn)技術(shù)和產(chǎn)品非常普遍，但有些則顯得技術(shù)儲(chǔ)備不足或存在空白。例如，因漫頂、管涌等導(dǎo)致潰堤險(xiǎn)情后，因決口處水位落差大、水流速度快，且大型機(jī)械設(shè)備常常無(wú)法抵達(dá)現(xiàn)場(chǎng)施工，堵口難度極大。一般是首先在口門兩端搶堵裹頭，防治口門繼續(xù)擴(kuò)大，然后在決口附近采取平堵或立堵方式修筑堵壩。采用立堵方式時(shí)，需要從裹頭處逐步向中間進(jìn)占，最后的合龍階段難度最大，需要用大體積土袋、石枕或塊石或其串體，或配合樁柴填復(fù)或掛柳、沉柳等方式等抗沖能力較大的材料等，迅速拋下實(shí)現(xiàn)合龍，并按反濾和防滲要求進(jìn)行閉氣，封堵滲流通道。這種封堵方式勞動(dòng)強(qiáng)度高且效率低下，而且受填料自身的重量、體積等因素影響，拋投后填料無(wú)法全部固定。尤其在最后合龍的攻堅(jiān)階段，由于洪水流速很高，通需要拋投廢氣舊車、船等，以形成穩(wěn)定的支撐體。這種搶險(xiǎn)方式不僅成本高而且還存在著很大的操作風(fēng)險(xiǎn)。1998年大洪水期間，長(zhǎng)江九江干堤潰決。開始時(shí)利用沉船措施予以堵口，但因船體長(zhǎng)度不足，很多沉船被高速水流沖到堤外，無(wú)法起到堵口作用。后來(lái)一條長(zhǎng)運(yùn)煤船沉下后，才起到擋水骨架的作用，后期大量編織袋、糧食被用于臨時(shí)擋水。很多用于大江截留的混凝土預(yù)制塊等技術(shù)，因其機(jī)動(dòng)性差、日常儲(chǔ)備不足、適應(yīng)變形能力差等問(wèn)題，不適于堤防潰口搶險(xiǎn)。

我國(guó)的崩岸搶險(xiǎn)一直都是采用拋石搶護(hù)的方法，應(yīng)該說(shuō)效果還是可以的。但是這種方法存在明顯不足，主要表現(xiàn)在：1、石料裝、運(yùn)、卸多需時(shí)間較長(zhǎng)，料源可能距崩堤岸發(fā)生地點(diǎn)較遠(yuǎn)，來(lái)料強(qiáng)度往往受到限制，不能很好適應(yīng)崩岸快速搶險(xiǎn)的要求；2、拋石為散粒結(jié)構(gòu)，定位拋投難度大，往往拋投不均，影響搶護(hù)和后期的防護(hù)效果；3、大量的石料開采破壞植被和生態(tài)，目前已經(jīng)對(duì)石料開采做出了非常嚴(yán)格的規(guī)定，石料開采已經(jīng)受到很大限制，可以預(yù)計(jì)，這將導(dǎo)致拋石工程造價(jià)的升高。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、設(shè)計(jì)巧妙、防汛效果好的防汛搶險(xiǎn)土工包及其使用方法。

本發(fā)明防汛搶險(xiǎn)土工包，其中，包括袋體和封口套，袋體外側(cè)均勻設(shè)置有多根提拉帶，提拉帶的一端位于袋體開口處的一側(cè)，提拉帶的另一端貫穿袋體的側(cè)面和底面并從袋體開口處的另一側(cè)伸出，沿袋體頂端開口處的邊緣位置設(shè)置有環(huán)形封口套，封口套底端與袋體頂端的邊緣位置連接，封口套內(nèi)側(cè)設(shè)置多根填裝帶，封口套頂端的邊緣位置設(shè)置有收緊帶。

本發(fā)明防汛搶險(xiǎn)土工包，其中所述袋體采用圓編工藝一體成型，袋體為頂端開口的桶形結(jié)構(gòu)，袋體底端縫合，袋體采用高強(qiáng)度改性聚丙烯材料制成，袋體材料的重量為400克/平方米以上。

本發(fā)明防汛搶險(xiǎn)土工包，其中所述提拉帶的數(shù)量為四根。

本發(fā)明防汛搶險(xiǎn)土工包，其中所述封口套采用高強(qiáng)度改性聚丙烯材料制成，封口套材料的重量為200克/平方米以上。

本發(fā)明防汛搶險(xiǎn)土工包，其中所述填裝帶的數(shù)量為四根，填裝帶為環(huán)形結(jié)構(gòu)，四根填裝帶沿封口套的周向均勻設(shè)置。

本發(fā)明防汛搶險(xiǎn)土工包使用方法，其中，包括以下步驟：

步驟S1：將叉車前叉插入填裝帶內(nèi)，控制叉車前叉上升將袋體的開口位置提升至填裝高度，同時(shí)將封口套向外翻折；

步驟S2：向袋體內(nèi)填裝土料；

步驟S3：收緊帶對(duì)袋體開口處進(jìn)行封閉；

步驟S4：進(jìn)行遠(yuǎn)距離拋投時(shí)，將防汛搶險(xiǎn)土工包裝入開底船內(nèi)，將開底船駕駛到拋投位置，打開船底將防汛搶險(xiǎn)土工包向下拋投；進(jìn)行近距離拋投時(shí)，采用吊車起吊防汛搶險(xiǎn)土工包，控制可控解鎖吊鉤進(jìn)行拋投。

本發(fā)明防汛搶險(xiǎn)土工包使用方法，其中所述步驟S2中，土料最多填裝到袋體與封口套的連接位置。

本發(fā)明防汛搶險(xiǎn)土工包使用方法，其中所述步驟S4中，防汛搶險(xiǎn)土工包的投放過(guò)程中控制的差分方程為：

其中：V：土工包體積(m3)

As：垂直于水流的表面(m2)

ρ＝(1-n)ρg+nsρw：防汛搶險(xiǎn)土工包內(nèi)材料的容重(kg/m3)

ρg：顆粒的容重(kg/m3)

ρw：水的容重(kg/m3)

v：防汛搶險(xiǎn)土工包的速率(m/s)

C_D：拖曳系數(shù)。

本發(fā)明防汛搶險(xiǎn)土工包及其使用方法與現(xiàn)有技術(shù)不同之處在于：本發(fā)明防汛搶險(xiǎn)土工包的袋體和封口套都采用高強(qiáng)度改性聚丙烯材料制成，具有良好的抗老化性和耐候性，適于長(zhǎng)時(shí)間存儲(chǔ)。袋體使用高強(qiáng)度改性聚丙烯拉絲纖維機(jī)織方式加工，具有經(jīng)緯雙向平行受力結(jié)構(gòu)，同時(shí)在經(jīng)緯絲之間的搭接點(diǎn)還存在預(yù)壓力，可產(chǎn)生正交受力結(jié)構(gòu)。這種經(jīng)緯雙向抗拉強(qiáng)度可以達(dá)到80kN/m以上。袋體采用圓編工藝，填裝后袋體在緯向受力均勻，沒(méi)有應(yīng)力集中的部位。提拉帶貫穿袋體的兩側(cè)和底部，將土料的重力通過(guò)袋體均勻的傳遞到提拉帶上，袋體整體受力均勻，可靠性和穩(wěn)定性大大提高。防汛搶險(xiǎn)土工包在儲(chǔ)存時(shí)可折疊存放，大大減少了儲(chǔ)備空間的要求，從而降低了儲(chǔ)存成本。每個(gè)防汛搶險(xiǎn)土工包凈重5公斤左右，在運(yùn)輸時(shí)具備良好的機(jī)動(dòng)性，在發(fā)生險(xiǎn)情時(shí)，通過(guò)普通交通工具在第一時(shí)間即可運(yùn)抵潰堤點(diǎn)，有效避免險(xiǎn)情的進(jìn)一步擴(kuò)大。填裝帶的設(shè)計(jì)便于使用工程機(jī)械完成填裝，大大提高了填裝效率。防汛搶險(xiǎn)土工包的各部分設(shè)計(jì)均以實(shí)際需求出發(fā)，并以提高整體可靠性和易用性為目的，滿足存儲(chǔ)、運(yùn)輸和填裝的要求。

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明防汛搶險(xiǎn)土工包及其使用方法作進(jìn)一步說(shuō)明。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明防汛搶險(xiǎn)土工包的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明防汛搶險(xiǎn)土工包使用方法中叉車的示意圖；

圖3為本發(fā)明防汛搶險(xiǎn)土工包使用方法中裝載機(jī)的示意圖；

圖4為本發(fā)明防汛搶險(xiǎn)土工包使用方法中防汛搶險(xiǎn)土工包的投放示意圖。

具體實(shí)施方式

如圖1所示，為本發(fā)明防汛搶險(xiǎn)土工包的結(jié)構(gòu)示意圖，包括袋體1和封口套4，袋體1為頂端開口的桶形結(jié)構(gòu)，袋體1底端通過(guò)滌綸線縫合，袋體1采用高強(qiáng)度改性聚丙烯(PP)材料制成，袋體1材料的重量為400克/平方米以上，袋體1采用圓編工藝一體成型。袋體1外側(cè)設(shè)置有四根提拉帶2，四根提拉帶2在袋體1外側(cè)均勻分布，提拉帶2的一端位于袋體1開口處的一側(cè)，提拉帶2的另一端貫穿袋體1的側(cè)面和底面，并從袋體1開口處的另一側(cè)伸出。沿袋體1頂端開口處的邊緣位置設(shè)置有環(huán)形封口套4，封口套4底端與袋體1頂端的邊緣位置連接，封口套4采用PP材料制成，封口套4材料的重量為200克/平方米以上。封口套4內(nèi)側(cè)沿封口套4的周向均勻設(shè)置四根環(huán)形填裝帶3，在向袋體1內(nèi)部填裝填料的過(guò)程中，叉車可叉挑四根填裝帶3，保證袋體1開口方向和開口大小，順利將土料裝入袋體1內(nèi)部。封口套4頂端開口處的邊緣位置縫制有收緊帶5，通過(guò)收緊帶5可將袋口收緊密封。

對(duì)本發(fā)明防汛搶險(xiǎn)土工包的使用方法，包括以下步驟：

步驟S1：進(jìn)行填裝時(shí)，將如圖2所示的叉車前叉6插入填裝帶3內(nèi)，控制叉車前叉6上升將袋體1的開口位置提升至兩米，同時(shí)將封口套4向外翻折，防止土料填裝時(shí)封口套4被壓在袋體1內(nèi)側(cè)；

步驟S2：向袋體1內(nèi)填裝土料，土料填裝到袋體1與封口套4的連接位置。

步驟S3：土料填裝后，人工通過(guò)收緊帶5對(duì)袋體1開口處進(jìn)行封閉；

步驟S4：在進(jìn)行遠(yuǎn)距離拋投時(shí)，通過(guò)如圖3所示的裝載機(jī)將防汛搶險(xiǎn)土工包裝入如圖4所示的開底船內(nèi)，將開底船駕駛到拋投位置，打開船底將防汛搶險(xiǎn)土工包向下拋投；在進(jìn)行近距離拋投時(shí)，采用吊車起吊防汛搶險(xiǎn)土工包，并通過(guò)控制可控解鎖吊鉤進(jìn)行拋投。

在上述步驟S4的投放過(guò)程中，需要對(duì)防汛搶險(xiǎn)土工包的初始拋投點(diǎn)進(jìn)行計(jì)算，從而保證投放位置精確。在高速水流作用下，防汛搶險(xiǎn)土工包將在下落過(guò)程中因水流沖擊作用而偏離原來(lái)的位置，為此在搶險(xiǎn)施工組織中，需要預(yù)判土工包的軌跡，合理確定初始拋投點(diǎn)。

土工包下落的位置和速率已由DenAdel(1996)詳細(xì)敘述，控制的差分方程可以寫作：

其中：V：土工包體積(m3)

As：垂直于水流的表面(m2)

ρ＝(1-n)ρg+nsρw：防汛搶險(xiǎn)土工包內(nèi)材料的容重(kg/m3)

n：孔隙率

S：飽和度

ρg：顆粒的容重(kg/m3)

ρw：水的容重(kg/m3)

v：防汛搶險(xiǎn)土工包的速率(m/s)

C_D：拖曳系數(shù)

T：時(shí)間(s)

上式中，參數(shù)A和ρ難于確定，As取決于防汛搶險(xiǎn)土工包充填質(zhì)量以及取決于防汛搶險(xiǎn)土工包脫離駁船前的變形。作為第一次近似，可以假定圓形的橫斷面積，由此，可以計(jì)算出直徑，因?yàn)闄M斷面積或者駁船的寬度已知。用這個(gè)方法，將會(huì)高估As，并導(dǎo)致速率太低。然而，正如下一段所述的，大多數(shù)情況下所求得的速率與量測(cè)值相一致。ρ值在很大程度上取決于防汛搶險(xiǎn)土工包中捕獲的空氣。若防汛搶險(xiǎn)土工包十分透水，ρ將在拋放時(shí)增大，若防汛搶險(xiǎn)土工包中充填細(xì)砂或粉土，則在填料中捕獲的空氣將不會(huì)被水所替代，故土粒和氣的混合物的密度必須進(jìn)行計(jì)算。

防汛搶險(xiǎn)土工包在t＝0時(shí)被釋放，其初速v(0)＝0，這將導(dǎo)致下列的解答：

防汛搶險(xiǎn)土工包的位置作為時(shí)間的函數(shù)，為：

其中：z(t)：土工包在t時(shí)刻的深度(m)

v(t)：速率，時(shí)間的函數(shù)(m/s)

v∞：平衡速率(m/s)

τ：特征時(shí)間(S)；若t/τ＝1,則v(t)/v∞＝0.76采用下列轉(zhuǎn)換：

其中h_d為防汛搶險(xiǎn)土工包碰撞底部處的深度，v’與h’之間的無(wú)量綱關(guān)系可以導(dǎo)得：

由上述方程計(jì)算可知，對(duì)于一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的500平方米防汛搶險(xiǎn)土工包，它將在22.5米水深處達(dá)到最終下落速率的95％。

防汛搶險(xiǎn)土工包可用于以下防汛搶險(xiǎn)情況：

一、崩岸搶護(hù)：防汛搶險(xiǎn)土工包主要用于平順護(hù)岸的護(hù)腳、護(hù)坡濾層、丁壩護(hù)岸和潛壩的處理，以及堵截工程合龍口的護(hù)底。

二、堤壩潰口封堵和施工截流：用泥漿泵灌裝河床砂漿或采用機(jī)械、人工裝填土料，采用開底船或者吊裝、推土機(jī)械設(shè)備將防汛土工包放入水中。

三、壓腳護(hù)坡：用機(jī)械吊裝設(shè)備，將防汛搶險(xiǎn)土工包有序堆放在滑坡體的坡腳處。

四、填塞漏洞：對(duì)于比較大的漏洞，可采用防汛搶險(xiǎn)土工包進(jìn)行填塞，填塞時(shí)防汛土工包不可充填太滿，一般充填其體積的1/2或者2/3，確保防汛土工包的柔性不會(huì)喪失，以填塞漏洞，并與周邊土體緊密結(jié)合，相鄰的防汛土工包之間相互不架空。

本發(fā)明防汛搶險(xiǎn)土工包及其使用方法，防汛搶險(xiǎn)土工包的袋體1和封口套4都采用高強(qiáng)度改性聚丙烯材料制成，具有良好的抗老化性和耐候性，適于長(zhǎng)時(shí)間存儲(chǔ)。袋體1使用高強(qiáng)度改性聚丙烯拉絲纖維機(jī)織方式加工，具有經(jīng)緯雙向平行受力結(jié)構(gòu)，同時(shí)在經(jīng)緯絲之間的搭接點(diǎn)還存在預(yù)壓力，可產(chǎn)生正交受力結(jié)構(gòu)。這種經(jīng)緯雙向抗拉強(qiáng)度可以達(dá)到80kN/m以上。袋體1采用圓編工藝，填裝后袋體在緯向受力均勻，沒(méi)有應(yīng)力集中的部位。提拉帶2貫穿袋體1的兩側(cè)和底部，將土料的重力通過(guò)袋體1均勻的傳遞到提拉帶2上，袋體1整體受力均勻，可靠性和穩(wěn)定性大大提高。防汛搶險(xiǎn)土工包在儲(chǔ)存時(shí)可折疊存放，大大減少了儲(chǔ)備空間的要求，從而降低了儲(chǔ)存成本。每個(gè)防汛搶險(xiǎn)土工包凈重5公斤左右，在運(yùn)輸時(shí)具備良好的機(jī)動(dòng)性，在發(fā)生險(xiǎn)情時(shí)，通過(guò)普通交通工具在第一時(shí)間即可運(yùn)抵潰堤點(diǎn)，有效避免險(xiǎn)情的進(jìn)一步擴(kuò)大。填裝帶3的設(shè)計(jì)便于使用工程機(jī)械完成填裝，大大提高了填裝效率。防汛搶險(xiǎn)土工包的各部分設(shè)計(jì)均以實(shí)際需求出發(fā)，并以提高整體可靠性和易用性為目的，滿足存儲(chǔ)、運(yùn)輸和填裝的要求。防汛搶險(xiǎn)土工包使用方法簡(jiǎn)單，現(xiàn)有的小型機(jī)械設(shè)備即可完成填裝和運(yùn)輸，結(jié)合拋投點(diǎn)計(jì)算方法，能夠準(zhǔn)確的拋投到潰堤點(diǎn)。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、設(shè)計(jì)巧妙、防汛效果好，與現(xiàn)有技術(shù)相比具有明顯的優(yōu)點(diǎn)。

以上所述的實(shí)施例僅僅是對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式進(jìn)行描述，并非對(duì)本發(fā)明的范圍進(jìn)行限定，在不脫離本發(fā)明設(shè)計(jì)精神的前提下，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作出的各種變形和改進(jìn)，均應(yīng)落入本發(fā)明權(quán)利要求書確定的保護(hù)范圍內(nèi)。