高仲兵，史俊寶，霍學(xué)平，李 源

（1.河北省廊坊市廣陽水務(wù)集團，065000,廊坊;2.河北省水利科學(xué)研究院，050051,石家莊）

從控制洪水向洪水管理轉(zhuǎn)變,需要因地制宜地建立洪水資源綜合利用體系，依靠法律法規(guī)科學(xué)防控洪水、主動規(guī)避風(fēng)險，加強社會保障體系建設(shè)，廣泛動員教育和增強公眾參與意識及應(yīng)變能力，同時要求穩(wěn)步提高防洪的科技水平。基于此思想研發(fā)的快速裝配式防洪墻就是這樣一種專門用于城市防洪的新型防洪產(chǎn)品，特別適用于城市街道、門口、地下通道口、建筑物等處的防洪，還可適用于硬質(zhì)堤壩的加高，防止漫堤等。

一、項目研究的目的和意義

目前我國600多座城市中有一半以上都存在著嚴(yán)重的城市洪澇問題。在有防洪任務(wù)的城市中有2/3的城市防洪標(biāo)準(zhǔn)不到20年一遇，農(nóng)村更達不到這一要求，基本上都僅10年一遇左右。這樣的防洪體系越來越難以應(yīng)對頻繁的洪水威脅，更與當(dāng)前的經(jīng)濟發(fā)展形勢極不相稱。因此有必要對快速裝配式防洪擋水墻產(chǎn)品所涉及的關(guān)鍵技術(shù)進行研究。通過對快速裝配式防洪擋水墻的深入研究加快系統(tǒng)開發(fā)進程，以此來解決我國日益突出的城市防洪問題。

本文所介紹的防洪擋水墻是一種專門用于城市防洪的擋水裝置。這種擋水墻采用單元模板拼接形成，密閉性較好，可形成多元化的隔斷區(qū)域，實現(xiàn)擋水防洪的功能。與其他防洪墻相比，這種擋水裝置具有快速排澇、操作簡單、安裝迅速、拆裝方便、重復(fù)利用、便于運輸和儲存等特點。這種單元擋水墻擁有跨度大、緊急情況下拆下?lián)跛蹇勺鳛檐囕v通道使用的特點，在市場上應(yīng)有廣闊的應(yīng)用前景。

二、涉及的主要關(guān)鍵技術(shù)

一般而言快速裝配式防洪擋水墻是否易于推廣、進入市場主要應(yīng)研究解決以下內(nèi)容：

①抗傾覆等穩(wěn)定性計算。根據(jù)不同水位深度、風(fēng)力等級等因素，對快速裝配式防洪擋水墻進行抗傾覆等穩(wěn)定性計算，解決擋水墻應(yīng)用的幅度問題。

②結(jié)構(gòu)尺寸的優(yōu)化定型。根據(jù)水位深度、風(fēng)速、外部其他荷載和經(jīng)濟成本等因素，對快速裝配式防洪擋水墻的結(jié)構(gòu)尺寸進行經(jīng)濟優(yōu)化設(shè)計，解決擋水墻單元模板的定型問題。

③產(chǎn)品定額系統(tǒng)化問題。從當(dāng)前防洪擋水墻市場和經(jīng)濟等角度出發(fā)，對產(chǎn)品定額進行研究分析，制定出一套既合理又經(jīng)濟的產(chǎn)品定額系統(tǒng)。

④產(chǎn)品性能穩(wěn)定性監(jiān)測。研發(fā)一套快速裝配式防洪擋水墻安裝測試系統(tǒng)，對防洪擋水墻的抗?jié)B性、抗傾覆、抗穩(wěn)定性進行檢測研究，防止防洪擋水墻在城市防澇中出現(xiàn)水滲漏、裝備倒塌等問題，保證達到防洪效果。

⑤產(chǎn)品的模型試驗驗證。對快速裝配式防洪擋水墻進行現(xiàn)場模型試驗，驗證受到不同因素影響時，防洪墻的抗?jié)B性、抗傾覆、抗穩(wěn)定性等性能。

⑥完善制定一套通用施工技術(shù)。對目前市場流行的各類防洪擋水墻施工技術(shù)進行總結(jié)，并完善制定出一套較完整的快速裝配式防洪擋水墻施工技術(shù)。

⑦編制成套的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。編寫快速裝配式防洪擋水墻施工技術(shù)水利標(biāo)準(zhǔn)，填補國內(nèi)對快速裝配式防洪擋水墻施工尚無技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的空白。

⑧經(jīng)濟和社會效益評價。研究快速裝配式防洪擋水墻在城市防澇過程中與其他防洪墻的使用方式、使用壽命、經(jīng)濟成本等重要指標(biāo)差異，評價其經(jīng)濟和社會效益。

三、研發(fā)方案、技術(shù)背景及應(yīng)用的技術(shù)原理

1.研發(fā)方案

項目以河北興國防汛設(shè)備科技有限公司 XG200—65、50、35 型防洪墻城市防洪應(yīng)用作為依托，根據(jù)快速裝配式防洪擋水墻的特性與城市防洪特點，考慮不同水位深度、風(fēng)力等級等因素，對防洪擋水墻的抗傾覆、抗穩(wěn)定及防滲等性能進行試驗研究；對防洪擋水墻的安裝進行測試，并研發(fā)出一套完整的適用于城市防澇快速防洪擋水墻安裝測試技術(shù)；對快速裝配式防洪擋水墻進行現(xiàn)場模型試驗，驗證防洪擋水墻的可靠性；對目前城市防澇中常用的不同種類防洪擋水墻施工技術(shù)進行總結(jié)和完善，提出一套完整的快速裝配式防洪擋水墻施工技術(shù)；編制快速裝配式防洪擋水墻城市防澇施工技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和驗收規(guī)范，從而促進快速裝配式防洪擋水墻在城市防澇中更好的推廣應(yīng)用。

2.技術(shù)背景

河北興國防汛設(shè)備科技有限公司是一家專業(yè)從事防汛搶險設(shè)備、救生救援器材研發(fā)、生產(chǎn)、銷售、服務(wù)為一體的高新技術(shù)企業(yè)。公司結(jié)合1996、1998年抗洪搶險實戰(zhàn)經(jīng)驗，根據(jù)搶險需求，充分考慮作業(yè)環(huán)境，與國內(nèi)眾多科研專家合作，共同研制開發(fā)了一系列優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品，目前已形成便攜式植樁機、搶險堵水設(shè)備、移動發(fā)電照明設(shè)備、水上救生及多功能搶險工具等五大系列，主要產(chǎn)品銷售遍布全國80%的區(qū)域。

河北省水利科學(xué)研究院作為項目開發(fā)牽頭單位,持有工程咨詢甲級資質(zhì)，建設(shè)項目水資源論證甲級資質(zhì)，水利工程質(zhì)量檢測甲級資質(zhì)，編制開發(fā)建設(shè)項目水土保持方案乙級資質(zhì)，水文、水資源調(diào)查評價乙級資質(zhì)等，先后承擔(dān)完成國家高技術(shù)研究發(fā)展計劃重大科技專項以及水利部重點科研項目，獲獎項目70余項，其中國家級獎勵2項，省部級獎勵42項，科研成果推廣率在60%以上。

3.應(yīng)用的技術(shù)原理

該課題采用的技術(shù)原理包括：①對傳統(tǒng)的擋水防洪墻產(chǎn)品存在的問題進行分析，分別從便于攜帶、操作簡單、安裝迅速、拆裝方便和易于運輸與儲存等方面，研發(fā)了2種不同功能的新型防洪搶險產(chǎn)品，即快速裝配式防洪擋水墻和插接式子堤。②根據(jù)不同水頭高度，對快速裝配式防洪擋水墻在靜水、動水工況下進行結(jié)構(gòu)分析計算。③通過現(xiàn)場模型試驗，對插接式子堤的結(jié)構(gòu)強度和變形進行復(fù)核計算。④采用有限單元法建立擋水墻和插接式子堤的三維模型，對結(jié)構(gòu)強度進行復(fù)核，驗證其作為應(yīng)急擋水墻的可行性和有效性。⑤根據(jù)2種不同功能的防洪搶險產(chǎn)品的實際應(yīng)用與推廣情況，分別與傳統(tǒng)防洪搶險產(chǎn)品在使用方式、使用壽命和經(jīng)濟成本等方面進行對比分析，評價其應(yīng)用效果和經(jīng)濟、社會效益。

表1 擋水板單元截面尺寸

圖1 35型擋水墻的擋水板截面圖

圖2 50型擋水墻的擋水板截面圖

圖3 65型擋水墻的擋水板截面圖

圖4 100型擋水墻的擋水板截面圖

四、成果的創(chuàng)新性及與國內(nèi)外同類技術(shù)比較

1.材質(zhì)選取與結(jié)構(gòu)尺寸確定

快速裝配式防洪擋水墻現(xiàn)涉及35型、50型、65型和100型等4種型號，本文以35型為例對擋水墻進行靜力與動力分析。擋水板和立柱的材質(zhì)均為鋁合金牌號6063，狀態(tài)T5，抗彎強度設(shè)計值f=90MPa，抗剪強度設(shè)計值fv=55MPa。

不同型號擋水墻截面尺寸見表1所示，截面圖見圖1～圖4所示。

擋水墻的設(shè)計擋水高度H0=0.7 m，計算中考慮動水壓力為靜水壓力的1.2倍，即動力系數(shù)取1.2。

該產(chǎn)品采用單元模塊設(shè)計，密閉性好，可形成多元化的隔斷區(qū)域而快速排澇，且操作簡單，安裝迅速，可重復(fù)使用，便于運輸與儲存。防洪墻采用特殊的鋁型材結(jié)構(gòu)替代傳統(tǒng)的沙袋堆疊，減輕勞動強度。擋水墻設(shè)有特殊密封裝置，提高了產(chǎn)品可靠性。

2.成果的創(chuàng)新性要點

①研發(fā)了一套以板、柱為單元模板的低水頭（0.7～2.2 m）快速裝配式防洪擋水墻，主要采用鋁合金、橡膠密封條等材料，現(xiàn)場裝配式安裝，具有體積小、重量輕、施工簡單快捷、可拆卸等優(yōu)點；有效地解決了城市低洼地帶快速應(yīng)急防洪擋水這一技術(shù)難題。

②研制出一種由鋁合金角架、橫梁和玻璃鋼面板連接構(gòu)成的剛性插接式子堤，主要應(yīng)用于河道堤防應(yīng)急搶險，可有效提高擋水高度達0.8 m。

3.與國內(nèi)外同類技術(shù)比較

一般的防洪搶險產(chǎn)品具有眾多明顯的不足，如：傳統(tǒng)的擋水墻包括鋼筋混凝土防洪墻和裝配式防洪墻，其中鋼筋混凝土防洪墻對現(xiàn)有城市景觀有一定的破壞且占地面積大、整體造價高，難以協(xié)調(diào)防洪安全與城市建設(shè)的需求。而裝配式擋水墻在安裝、拆卸過程中存在操作便利性差的缺點，且只能安裝設(shè)置成直線排布，無法滿足施工現(xiàn)場根據(jù)地理條件進行靈活安裝的需求。 傳統(tǒng)的防洪子堤是利用鋼材焊接成子堤框架，把防水面板用螺栓固定其上，然后把防滲膠布鋪設(shè)在面板上，這種子堤原材料笨重，運輸不便，而且易于生銹腐蝕，同時由于施工繁瑣也會給抗洪搶險工作的開展帶來不利影響。本課題研究所涉及產(chǎn)品克服了以上諸多不足。

五、成果應(yīng)用的意義及實驗案例

項目研究成果中，快速裝配式防洪擋水墻特別適用于城市街道、地下通道口、建筑物等低洼處防洪。插接式防洪子堤突破傳統(tǒng)思維模式，摒棄傳統(tǒng)筑堤材料、工藝，是一種全新、快捷、廉價環(huán)保型防災(zāi)減災(zāi)器材。這一系列產(chǎn)品具有因地制宜治水、高效快捷方便、低廉綠色環(huán)保的特點。產(chǎn)品的有效應(yīng)用可提高抗災(zāi)減災(zāi)的工作效率，并為搶救生命和財產(chǎn)贏得時間。

該產(chǎn)品研制以來，已在湖北武漢、福建廈門、河北廊坊等城市數(shù)十處搶險工程中得到應(yīng)用，取得了顯著的經(jīng)濟和社會效益并獲得好評。如某省一隧道建設(shè)項目應(yīng)用后評價：傳統(tǒng)的鋼筋混凝土擋土墻要570元/m3，漿砌石擋土墻要400元/m3，而快速裝配式防洪擋水墻每延米4 200元，單從成本看似乎遠高于傳統(tǒng)的鋼筋混凝土或漿砌石擋土墻，但是傳統(tǒng)的擋土墻體積大和不能快速安裝、拆卸、運輸以及可能后期維修管護等缺陷，同樣會大大提高使用成本；快速裝配式防洪擋水墻具有使用壽命較長等優(yōu)點，在典型規(guī)模下（2 000 m）運維費僅 2～3 元/m·a。綜合考慮下，快速裝配式防洪擋水墻間接地減少了投資成本，除了產(chǎn)品本身的優(yōu)點性能外，可為國家、集體或個人減少財產(chǎn)損失，提供較好經(jīng)濟效益。

目前該技術(shù)已被相關(guān)部門列入《水利先進實用技術(shù)推廣名錄》，河北省據(jù)此編制了地方標(biāo)準(zhǔn)1部。 ■

[1]劉云,武永新,鄭建軍.沿海城市新型翻轉(zhuǎn)式防洪子堤技術(shù)研究 [J].水電能源科學(xué),2015(6).

[2]伍俊,劉晶波,孫杰,等.快速設(shè)置裝配式防洪子堤的設(shè)計及應(yīng)用 [J].自然災(zāi)害學(xué)報,2005(5).

[3]楊光煦.堤壩及其施工關(guān)鍵技術(shù)研究與實踐[M].北京:中國水利水電出版社，2000.