專利名稱：一種模袋排簾及其江河崩岸防治方法
技術領域：
本發明涉及一種用于江河崩岸防治的排體設施，特別涉及一種用于江河崩岸防治的模袋排簾，屬于河岸治理防護技術領域。
背景技術：
1993～1998年，全國洪災造成的直接經濟損失高達10500億元。崩岸是我國大江大河兩岸的主要災害之一。1998年在長江、嫩江、松花江發生全流域洪水的情況下，崩岸險情就高達500多處，不僅使兩岸大片土地流失，而且還造成堤防開裂，嚴重危及防洪大堤的安全，同時破壞了河勢的穩定。長江中下游岸線很長，從宜昌～河口段長達4249km，各處岸坡所處的自然環境不盡相同，所以長期以來，長江中下游兩岸崩岸險情嚴重，其累計長度達1520多公里，占岸線總長的35.7％，有的崩岸寬度達2.7km，年崩率達89.7m/a，最大崩速達55m/h。荊江大堤文村夾河段在98年以前，北汊呈淤積之勢，98’大洪水以后上游河勢發生變化，文村夾河段開始發生沖刷，三峽水庫蓄水運行后，清水下泄對該河段亦造成明顯沖刷影響，導致文村夾河段先后曾發生過兩次崩岸險情。2005年12月8日，位于上荊江的江陵縣馬家寨鄉文新村段面的長江耀興民堤西流堤段發生特大崩岸險情，崩岸仍有繼續之勢，威脅到耀興民堤內2萬人的生命財產安全。西流堤已連續4年發生崩岸險情，長江主洪道北移，清水下泄沖刷堤腳是造成崩岸的主要原因。2000年1月7日長江銅陵江段河岸崩塌長140米，銅陵市港務局的9號碼頭掉入江中，一個貨場崩掉一半，棧橋全掉進江里。類似的災情在國內外每年均有發生。
沖刷與淤積是江河泥沙在水力輸移作用下不斷趨向平衡的結果和表現，崩岸往往是沖刷引起的一大自然災害。對于可沖刷的河床，當某處的水流挾沙力大于上游來流的含沙量時，該處就會發生沖刷，反之則淤積。沖刷則易引發災害性崩岸，崩岸險情嚴重地威脅著沿江堤防和人民群眾的安全。
現有的崩岸治理措施分為兩個方面一是從岸坡角度考慮，采取措施強化岸坡的抗沖刷能力；二是從水流角度考慮，改變水流結構，減少水流對岸坡的沖刷作用。
強化岸坡的抗沖刷能力一直是崩岸治理的一個重要措施。比如長江中下游的典型岸坡為二元土質結構，上部為抗沖刷能力強的粘性土層，下部為易于沖刷變形的砂性土層。長期以來，主要的崩岸治理措施就是平順拋石護岸，然而如今的石料來源越來越困難，往往需要從幾十公里以外的地方經過加工后運到目的地，而且拋石使用周期短，需要經常維護，岸坡仍受到水流的沖刷淘蝕。為此，許多研究單位做了大量的研究來尋求新的措施，降低治理成本和提高治理有效性。土工模袋排體護岸技術在國外已廣泛應用于海防工程，施工水深可達50m，流速大于2m/s。中國水科院近幾年研究開發新的排體技術并申請了四項專利“治理崩岸的復合排體”(CN00257594.9)，“復合土工布軟排”(CN00257595.7)，“框格型充沙模袋”(CN00257596.5)和“水下拖拉鋪排及其施工工藝”(CN00130306.6)。以上治理措施的一個共同點是需要對岸坡大面積進行防護，改進的排體技術在工程中已經取得了一定的成效，其有效性也逐漸得到提高，但往往需要增設排水盲溝或土工布墊層等措施來保證護坡體的排水功能，增加了施工難度，而且經濟成本仍然難以大幅降低。
同時，改變河道水流結構，以保護易崩岸區，是崩岸治理的又一個舉措。除生態措施外，常見的是水工措施，如丁壩、薄墻和跺等。其主要功能為調整河道水流結構，保護河岸不受來流直接沖刷，也在改善航道、減少河道蜿蜒性、增加洪灘面淤積、增加主槽深度等發揮著重要作用。雖然這些水工措施在工程中應用廣泛，但都具有共同的缺點阻水作用大，在洪水期往往成為泄洪的障礙物；經濟成本高；在丁壩首部容易產生嚴重的局部沖刷坑；由于丁壩的功效取決于水流來流與丁壩的交角，最佳交角通常被認為是15°到30°之間。因此，一旦水流的來向發生變化，丁壩的功效就減小，甚至完全消失。喪失功效的丁壩就變成阻遏水流的障礙物，需要及時清除。因此，依靠整治水流流態來治理崩岸，需要對河床演變趨勢進行謹慎而周全的分析和論證，并不能在河流兩岸普遍推行使用，而且成本高，對原有的河流水流態勢有著較大改動。
崩岸治理，目的就是不能讓強勁的水流直接沖刷岸坡。因而，我國面臨的江河崩岸治理問題，急需拓展、探索新的治理思路，同時兼顧崩岸治理成本和治理效果。
發明內容
本發明的目的是提供一種一種模袋排簾及其江河崩岸防治方法，一是減少對易崩岸區岸坡坡面的排體覆蓋率，大幅度降低經濟成本，同時降低對岸坡原有排水特性的影響；二是調整近岸坡水流的結構，免除或減少水流的直接沖刷，并且阻水作用小、不滯洪。
本發明的目的是通過如下技術方案實現一種用于江河崩岸防治的模袋排簾，含有由多個主管袋組成的模袋排體，其特征在于在所述的模袋排體的中部設有土工布簾，在土工布簾的頂端裝有浮筒，在土工布簾的下部設有透沙窗，在模袋排體和土工布簾上橫向設置有加筋帶。
本發明所述的用于江河崩岸防治的模袋排簾，其特征還在于所述模袋排體中位于土工布簾上游側的主管袋彼此緊鄰，而位于下游側的主管袋彼此分開；位于土工布簾下游側主管袋的間距為主管袋直徑的1～3倍。所述模袋排體的寬度為土工布簾寬度的1～2倍，所述模袋排體中的主管袋直徑為15～60厘米；所述透沙窗采用矩形或梯形，其孔口長度為高度的2～4倍。
本發明提供了一種采用模袋排簾對江河崩岸進行防治的方法，其特征在于該方法是將多個模袋排簾沿水流方向間隔布置在易沖刷岸坡坡面上，相鄰模袋排簾之間的距離為土工布簾寬度的3～8倍，使每個模袋排簾垂直于水流方向。
本發明與現有技術相比，具有以下優點及突出性效果1)模袋排簾在水流方向按一定間距安放，排體對岸坡坡面的覆蓋率在25％以下，所以不會降低原有岸坡體的排水性能，且施工環節簡單，經濟成本明顯降低；2)大部分底部來流被土工布簾導向上部，少部分通過土工布簾底部的透沙窗進入背水面，并攜帶底部泥沙在回旋流區淤積成沙丘，所以不僅改善了岸坡坡面水流結構以避免水流的直接沖刷、不產生明顯的局部沖刷坑，而且可以促進本來易于沖刷的崩岸區實現局部泥沙淤積；3)作為一種江河岸坡的“柔性保護技術”，避免了剛性的水工措施的最大缺陷，即不會改變河勢和原有河道水流的主方向，阻水作用小，不影響過流，不滯洪，沒有減少原有的水流挾沙能力；4)對河段上下游的水流流態、河床演變影響小，技術設施簡單，適于在江河兩岸廣泛使用。因此，本發明對岸坡防護、崩岸治理效果明顯，成本也得到了顯著降低。
圖1為本發明提供的模袋排簾的結構示意圖。
圖2為本發明提供的模袋排簾的工作原理圖。
圖3為本發明提供的模袋排簾對江河崩岸進行防治的布置圖。
具體實施例方式
圖1為本發明提供的模袋排簾的結構示意圖。每一個模袋排簾，包括模袋排體1、土工布簾2、浮筒3、透沙窗4、加筋帶5。未填充泥沙或混凝土之前的模袋排體、土工布簾都是用土工布制作，連成為一個整體，只是在制作中通過縫制分離出不同的功能區。模袋排體包括多個主管袋6，位于土工布簾上游側的主管袋較多、彼此緊鄰，而位于下游側的主管袋較少、彼此以一定距離分開。模袋排體可充填當地河沙，就地取材，節約岸坡防護的成本，也可以填充混凝土、固化水泥土等。浮筒3為輕質材料空心密封體，位于土工布簾的頂端，考慮到土工布簾的柔軟性，浮筒3將分為很多小段，與土工布簾直接相連。透沙窗4位于土工布簾2的底部，透沙窗的尺寸與水深、流速成正比，孔口長度為高度的2～4倍。加筋帶5的材料強度要求較高，橫向布置于模袋排體和土工布簾上，加筋帶環繞排體管袋，起著隔開模袋排體中填充物的作用，防止一處有漏洞影響到整個排體的有效性。對于土工布簾，加筋帶起著承受可能出現的強烈水流的沖擊力，并將沖擊力傳遞至模袋排體。模袋排體的寬度一般為土工布簾的寬度的1～2倍，模袋排體中的主管袋直徑為一般15～60厘米，可根據河流規模或者土工布簾的寬度適當選擇，位于土工布簾下游側主管袋的間距為主管袋直徑的1～3倍。土工布簾的寬度與流速垂向分布的均勻度成正比，可通過經濟技術比較進行選擇。用于提供浮力的浮筒3，其單位長度體積大小與流速的平方成正比，可根據土工布簾的寬度和水流流速計算確定。
圖2為本發明提供的模袋排簾的工作原理圖。在岸坡防護或崩岸治理之前，需要平整岸坡坡面，并勘測地形和主水流方向、速度，規劃實施方案，確定模袋排簾的尺寸和力學特性要求。模袋排簾的工作原理為由河道中水流流速與泥沙濃度的垂線分布特點可知，一直漂浮于水中的土工布簾2將岸坡底部大部分水流導向上部，小部分底部水流通過透沙窗4進入土工布簾的背水面，并產生橫軸旋渦，形成低流速回旋流區，進而對模袋排簾下游岸坡起到減少或防止沖刷的作用。從水流泥沙的垂線濃度分布來看，水面泥沙濃度低，越接近水下岸坡坡面泥沙濃度越高。上游來沙通過土工布簾底部的透沙窗4，進入并淤積在回旋流區，最終隨時間推移在該回旋流區淤積成一個沙丘。充沙(或混凝土等)模袋排體1之重力使模袋排簾得以穩固，不被水流沖走；浮筒3提供較大浮力，確保土工布簾2得以漂浮展開。在水流的推力下，土工布簾2將岸坡坡面水流挑離坡面，并促使淤積不斷進行，直至將排簾埋入淤積沙中，若再轉入沖刷階段，模袋排簾會露出來重新發揮作用，如此反復，可將岸坡坡面穩定下來。
圖3為本發明提供的模袋排簾對江河崩岸進行防治的布置圖。將多個模袋排簾沿水流方向間隔布置在易沖刷岸坡坡面上，相鄰模袋排簾之間的距離一般為土工布簾寬度的3～8倍，具體可根據當地水深和流速分布情況進行調整，每個模袋排簾垂直于水流方向。
權利要求
1.一種用于江河崩岸防治的模袋排簾，含有由多個主管袋(6)組成的模袋排體(1)，其特征在于在所述的模袋排體的中部設有土工布簾(2)，在土工布簾的頂端裝有浮筒(3)，在土工布簾的下部設有透沙窗(4)，在模袋排體和土工布簾上橫向設置有加筋帶(5)。
2.按照權利要求1所述的用于江河崩岸防治的模袋排簾，其特征在于所述模袋排體中位于土工布簾上游側的主管袋彼此緊鄰，而位于下游側的主管袋彼此分開；位于土工布簾下游側主管袋的間距為主管袋直徑的1～3倍；所述模袋排體內填充河沙或者混凝土、固化水泥土等。
3.按照權利要求1或2所述的用于江河崩岸防治的模袋排簾，其特征在于所述模袋排體的寬度為土工布簾寬度的1～2倍，所述模袋排體中的主管袋直徑為15～60厘米；所述透沙窗采用矩形或梯形，其孔口長度為高度的2～4倍。
4.一種采用如權利要求1所述的模袋排簾對江河崩岸進行防治的方法，其特征在于該方法是將多個模袋排簾沿水流方向間隔布置在易沖刷岸坡坡面上，相鄰模袋排簾之間的距離為土工布簾寬度的3～8倍，使每個模袋排簾垂直于水流方向。
全文摘要
一種模袋排簾及其江河崩岸防治方法，涉及一種用于江河崩岸防治的排體設施及其崩岸防治方法。本發明提供的模袋排簾，含有由多個主管袋組成的模袋排體(填充沙或混凝土等)，在所述的模袋排體的中部設有土工布簾，在土工布簾的頂端裝有浮筒，在土工布簾的下部設有透沙窗，在模袋排體和土工布簾上橫向設置有加筋帶。將多個模袋排簾沿水流方向間隔布置在易沖刷岸坡坡面上，每個模袋排簾垂直于水流方向。本發明技術實施簡單，成本低，功效高，在穩定河岸線、治理崩岸等方面起著重大作用；有效減少了對易崩岸區坡面的排體覆蓋率，降低經濟成本；同時還具有調整近岸坡水流結構，免除或減少水流的直接沖刷，并且阻水作用小、不滯洪的特點。
文檔編號E02B3/12GK1793516SQ20051013630
公開日2006年6月28日 申請日期2005年12月31日 優先權日2005年12月31日
發明者謝立全, 于玉貞, 單宏偉 申請人:清華大學