1998年大水过后,在全国范围内掀起了以堤防加固为重点的防洪工程建设高潮。国家投资之巨大为历史空前。以往对堤防工程的前期工作准备不足,对技术开发及推广工作重视不够,使得堤防工程科技含量不高,这种状况与当前大规模的堤防建设对科技的需求形成鲜明反差。因此,大力推广和开发新技术、新材料、新工艺、新机具,其任务迫在眉睫。堤防工程是防洪体系的重要组成部分。我国各类堤防总长25万公里。堤防傍河而建,并由历代修筑培高加厚而成,加上运行管理工作不够完善,堤防工程主要存在以下问题:
1)堤基条件差,加上堤后坑塘多,汛期堤基管涌险情严重。
2)崩岸严重,如长江九江至河口江岸线长1803公里,其中不同程度的崩岸就有440公里,约占整个江岸的24.4%。河岸逐年崩塌,一旦深沉靠岸,汛期发生崩岸将极难抢护。
3)堤身隐患多。以往进行堤防加高培厚时,一般末对原堤身进行妥善处理,遗留隐患很多,如蚁穴、朽木、砖渣瓦块等,容易引起堤身塌陷、漏洞、散浸等,危及堤身安全。
在堤防加固工程中存在着一些技术困难,主要表现在以下几个方面:
1)由于缺乏地质资料及工程资料,对堤防内部缺陷及地基情况不明。使加固工程设汁往往比新建工程要困难。
2)由于防护的需要,堤线基本已经不可改动,这不同于大坝设计,其坝线可以根据地质情况进行调整。
3)堤防不同于长年挡水建筑物,又加之堤防工程量大面广,出于经济方面的考虑,即使在土坝建设中的成熟技术也不可能全盘搬到堤防工程上来。对堤防工程必须寻求经济合理、技术可行的方案。
根据工程建设的需要,当前,主要在以下几个方面加强技术开发及推广。
一、堤防治流控制技术
在堤防渗流控制技术方面,已有成熟的经验。通过“前截、后压、导渗”等综合措施可以有效地解决管涌问题。当前的技术工作主要是从防渗效果、工程造价、地质适用性、施工效率等方面进行优化设计。新材料的开发推广工作方面,应重视加强土工合成材料的推广应用。土工合成材料具有其独特的防渗、反滤、排水、防护、隔离及加筋作用。目前已在堤防工程建设中得到一定程度的应用,如用于岸坡防护的模袋混凝土及反滤垫层、堤身基础防渗铺塑、长管袋褥垫护底等,均已经取得不少经验,但目前推广的覆盖面还不大,主要问题是:设计人员对这种新材料应用方法不甚掌握,国产材料品种尚未形成系列化,复合材料品种少。另外与土工合成材料施工相配套的机械相对落后,因而阻碍了土工合成材料推广应用。当前,应开拓土工合成材料的应用范围,如利用这种材料的加筋功能,在特殊需要的堤段优化堤身断面;利用土工合成材料加固软土地基;应用植被网护坡技术等。特别值得指出的是,堤防背水侧的减压井,是渗流控制的很好方式,但是因运行中常常发生淤堵现象而失效。如何应用土工合成材料,开发一种可清洗的长效减压井,将会是一项很有实用价值的成果。对于土工合成材料的生产应加强指导,生产防洪工程适用的系列产品,并提高施工的机械化程度。另外,对于土工合成材料的质量检测的工程指标和检测方法、土工合成材料接缝技术、工程现场质量检测技术等,还需进一步研究开发。水平防渗(如填塘压盖、机械吹填)在堤防工程中已得到广泛的应用,效果良好。但是,在一些情况下,受具体条件的限制,仍然需要采用垂直防渗技术,因此,采用高工效、低成本的防渗墙,目前为各地所关注。目前各地采用的方法很多,如射水成槽法、抓斗成槽法、锯槽法、多头小直径搅拌桩成墙法及插板式薄墙法等。现在的工作似应集中于对各种技术的适用条件进行分析,特别是对造价、可靠性及效率的综合分析,以期合理选用。同时,还应对设备及工艺进行完善和改造。
二、崩岸防治技术
在崩岸治理方面,目前仍以传统的方法,即以抛石防护为主。每年都要炸山开石并将大量的石料抛入江中。尽管抛石是行之有效的方法,但这种耗资巨大的方法引起人们对其经济合理性及对环境的影响产生疑虑。不管是抛石还是其他护岸技术,大多经验性很强,在理论上的研究明显不足,极有必要对崩岸成因和机理以及典型护岸技术进行研究和开发。在崩岸形成机理研究方面,应建立崩岸统计和崩岸成因数据库,对于不同类型的崩岸进行成因机理分析。开发崩岸的实时监测技术,包括探测仪器设备的引进和开发,监测系统和预报模型的研制等。加强崩岸治理的新技术和新材料开发,如对土工合成材料模袋、管袋和排体的应用开发.对透水框架、混凝土构件等治理技术的应用开发等。还应注意具有生产规模的施工机械的配套。
三、堤防隐患探测技术
堤防隐患探测是堤防加固及防洪抢险的基础,隐患探测将为加固设计及防洪抢险提供重要依据。目前,在我国堤防工程中应用的隐患探测仪器主要有:时间域电磁法、自然电场法、电阻率法、探地雷达法、放射性同位素示踪法和测温法等。目前所用仪器的主要问题是:探测精度不高,探测速度较慢,在后处理分析系统方面还比较落后。总体看,目前还缺乏对堤防完全适用的技术。当前,要加紧技术开发和引进工作。这些仪器必须达到商品化的程度,有一定精度,并有良好的图像及数据后处理功能,现场操作快捷简便。
四、河道疏浚整治技术
在河道疏浚整治技术方面,我国在治河方面有长期的实践经验。在理论方面,特别是在多沙河流的输沙理论和治理方面都居世界前列。但是,由于天然河流的演变十分复杂,迄今为止,对许多河流演变现象的认识还有待深化,治河理论还处于发展中。在河道治理技术上,我国采用的护岸工程结构及施工技术上都与发达国家存在较大的差距。当前,研究开发工作似应包括以下几个方面。首先,是不同类型河流治导线规划的研究。随着时间的推移,我国不少河流发生了较大的变化,过去的规划已不能满足现在的防洪要求。必须进一步研究稳定河道的水沙动力特性、河床边界条件以及河床形态与行洪效率的关系,根据沿岸经济发展的需要,提出不同地段的治导线,以指导河道整治及堤防工程建设。其次,宜开展分汉河道稳定性及游荡性河道整治研究,以此为依据,对整体治河工程布局、防护工程结构及经济合理性进行全面论证及部署。最后,对疏浚在河道湖泊治理中的作用及其适应性开展研究,对不同类型河流、湖泊中的疏浚现状进行调查,研究疏浚前后河道水沙动力特性,以及疏浚后的河道泄洪能力和泥沙回淤规律。对疏浚挖河的效益进行综合的技术经济比较,最终对疏浚挖河的作用及适应性作出全面论证,以指导治河工作。在堤防工程技术开发推广工作中,以下若干问题似应引起注意。
1.传统经验与科技创新相结合
堤防工程有几千年的历史,积累了丰富的经验,是治河工程的宝贵财富。不同地区都有各自的传统方法。对那些行之有效传统技术,要进行科学的总结提高。当前,要特别重视科技创新。用高新技术改造传统行业,是国家科技创新工作的重要内容。堤防工程建设技术要拓宽思路,积极研究开发推广应用新技术。要积极引进国外先进技术,借鉴国外先进经验,通过引进、消化、吸收逐步实现国产化。
2.技术开发与推广转化相结合
技术开发要突出重点,解决当前堤防工程中的难点问题。技术推广工作要注意典型示范作用,通过典型引路,由点到面,全面推开。还要重视成果的商品化,特别对于新材料、新机具,要逐步形成规模,实现产业化。在推广工作中,要强调因地制宜,注意科学选比。我国堤防不仅线长,而且情况复杂。对某一项新技术而言,往往具有一定的适用条件,使用得当,则事半功倍.使用不当,则事倍功半,甚至会造成不必要的浪费。如垂直防渗技术是目前各地处理堤基防渗时普遍重视的一项技术,但并非对所有堤基均适用。对透水层较薄、其下部隔水层较浅的透水堤基,可以做成封闭式垂直防渗墙,堤基管涌基本可以得到防治。但对深厚透水层地基,采用悬挂式防渗墙,其防渗效果比较差,发挥不了防渗的作用。
因此,各地在推广应用新技术时,一定要因地制宜,作好充分的技术经济分析,进行多方案科学比选,择优采用。
3.工程措施与非工程措施相结合
防洪减灾安全保障体系是一项包括工程措施和非工程措施的综合体系。非工程措施中包括洪水预警系统、洪水风险图等措施,这些措施都应列入堤防工程规划中,逐步予以实施。当前,在建设高潮中,要特别重视堤防工程技术档案的计算机管理问题,为今后的堤防管理提供基础条件。要积极推广地理信息系统技术(GIS)。在这种技术的支持下,可不断扩展其功能,可先从自然、工程、运行资料的储存开始进行开发,进而到洪水演进的模拟,直到建立防洪调度决策系统。要重视大江大河堤防工程安全监测系统的建设,特别对于特大城市的防洪堤要采用高新技术建立专门的监测系统网。