吸水膨胀袋在防洪工程中的应用之我见

任文振 卢立文

（鄄城黄河河务局 山东 菏泽 274600）

0 概述

随着黄河防洪工程建设的逐步完善,黄河防洪工程所存在的问题及工程薄弱环节越来越引起我们治黄人的重视,特别是小浪底水利枢纽工程运用后，黄委加大了对下游河道的治理措施。连续几年的清水下泄，有效的降低了河槽。但是对下游防洪工程也产生了一定程度的影响,引起河势变化,增加了工程出险机遇，因此对防洪工程险情抢护方法的研究显得更为重要。在以往防洪工程抢险中出现抢险速度慢,难度大,动用人工多,投资高且效果不明显的现象,给防洪工程造成很大损失。为解决以上问题,具有操作简单,携带方便,遇水膨胀速度快,重量增加速度快的防汛抢险专用吸水膨胀袋,可广泛应用于防洪,抢险,堤防漏洞,漫溢抢护,防洪堤坝的临时性加高,临时性防水围墙的构筑,护坡防冲,工程截流,暗沟和暗洞的堵塞等。

1 应用改造的主要内容和目标

改造的主要内容包括：材料选择和尺寸定型、技术攻关、实验。

1.1 材料选择

近几年来，黄河河槽拉深引起的河势变化，导致防洪工程出险几率增加，加大了工程抢险难度。加之近几年黄河一直没来大水，新建堤防防洪工程未经受洪水的考验，一旦黄河水量漫滩，特别是临背差较大的堤段就有发生各种险情的可能。2011年4月初，鄄城局科技小组专门组织有关人员，针对黄河防洪工程所存在的问题及防洪工程薄弱环节，展开了有针对性的调查研究。

在黄河几大险情抢护中，漏洞、管涌、渗水、滑坡、风波、漫溢几种险情抢护时间紧、任务重、战线长、用料多、费时费工、抢护难度大。在这些险情抢护中，困难最大的就是料物调配。在抢险时，用料最多的就是土、砂石料，一般都采取就地取材。为了保证工程安全，避免扩大险情，必须在离工程较远的安全区域取材。所以用工较多，也耽误抢险时机。为了解决上述问题，寻找一种新技术、新抢险方法，轻便快捷的新抢险材料，我们多方咨询，考察论证，最终决定用遇水膨胀沙来做实验。

1.2 技术攻关

1.2.1 膨胀袋的尺寸

吸水膨胀袋是用“高吸水树脂”人工合成的无毒无味、不融水、难燃烧的高分子聚合物,具有很高的吸水性。膨胀剂装在具有透水性能好的无纺布制作而成的外层袋内。当与水接触时,短时间内树脂溶胀且凝胶化,体积快速膨胀,重量快速增加。膨胀袋膨胀速度2-3分钟达到最大膨胀体积,可达原体积的80-100倍。关键在于不同险情的抢护和险情所处的环境条件不同，所需用的膨胀袋体积也有所不同。比如：反滤围井、渗水以及管涌群的抢护，所用膨胀袋的尺寸就有所不同。另外生产厂家所生产的膨胀袋都是单袋，适用反滤围井和滤水土撑等单个砌筑。而在管涌群和渗水滑坡以及风浪淘刷险情时，为了增加各袋的连接力、使其成为一个整体，方便了铺设、缩短了抢险时间、节省了人工、减轻了劳动强度。

1.2.2 膨胀料物（高吸水树脂）的装入量

膨胀料物装在具有透水性能好的无纺布制作而成的外层袋内，无弹性。所以，装入量也必须固定。过少，达不到理想的膨胀体积；过多，会将外层袋胀破；再者膨胀料物的装入量不一样，膨胀的体积也不一样，也会影响抢险效果的。所以，在制作过程中，根据不同险情使用，必须依照设计过秤装袋，以保证重量一致，膨胀体积一致。

1.2.3 储藏、运输和使用时的注意事项

因高吸水树脂具有亲水性、吸水能力强、吸水膨胀等特性，所以在储藏、运输时要防水和雨淋。储藏时，如是单个的可按60个为单位码放，然后用200g/m2熟料薄膜密封，避免储藏时与空气中的水分接触和运输途中防止雨淋。如是铰链式吸水膨胀袋，可按设计平方为单位，折叠码放，然后密封方法和作用同上。使用时打开包装即可使用。

2 项目实施方案

2.1 研发方案

本着在保证具有操作简单,携带方便,遇水膨胀速度快,重量增加速度快的前提下，使其具有方便实施、抢护速度快、施工效率高、效果明显；同时还要具有节省人力、降低抢险成本、造价低、对不同险情均能适用的特点进行了多个方案的对比。通过多方走访和调研，多次试验比较，最终确定了用单个袋长65cm、宽40cm的麻袋,内套吸水性强的无纺棉布两层缝制成矩形袋,内装150g高吸水树脂即可的方案。

2.2 方案实施时间安排

2011年6月，与北京金兴膨胀袋厂合作，经过研制、制作、调试、改进，最终制作了吸水膨胀袋并进行现场试验。并及时投放到鄄城黄河河务局使用。

2.3 技术路线

吸水膨胀袋的应用，不但改善了防洪工程抢险料物调配难的问题，还加快了抢险的速度，为抢早、抢小争取了时间。因此，我们本着操作简单,携带方便,遇水膨胀速度快,省时、省力,抢护效果好等为目标，开发制作了有针对性的不同型号的吸水膨胀袋。比如对砌筑反滤围井、漫溢、滤水支撑等单个用的膨胀袋尺寸为：65厘米×40厘米；管涌群、渗水滑坡、风浪淘刷等，就用铰链式膨胀袋，具体尺寸为：6米×4米。起作用是增加连接力，整体性强铺设快、节省抢险时间、降低劳动强度即抢险成本。

3 项目实施情况

2011年6月、与生产厂家联合重新设计制作了吸水膨胀袋，并做了漏洞堵复、渗水滑坡两种有代表性的试验，试验结果如下：

3.1 堵漏试验

3.1.1 堵漏中吸水膨胀袋的制作

该袋是由封闭的,具有透气,透水性好的无纺布和由冷拔丝制作成的伞装骨架,以及装在骨架里的少量高吸水树脂膨胀材料组成,底端固定在钢管手柄上，可根据需要加工成长0.5～1m左右,直径0.1～0.2m不同型号的膨胀袋,每个袋仅300g～800g,吸水后快速膨胀,重量迅速增至10kg～20kg,直径可达0.2～0.8m.适应于抢堵直径0.5m以下各种不规则形状漏洞。

3.1.2 使用方法

由两名以上水性好的抢险人员根据漏洞发现和发展情况,摸清漏洞位置,视水深预估洞口直径选择不同型号吸水膨胀袋,加以配重塞入洞口,同时将线绳拉出,使其料袋破裂,树脂遇水膨胀将袋撑起。水深在2m以下可用探杆把膨胀袋送入洞口,让其吸入洞内,树脂遇水溶胀且胶凝,靠水的压力与膨胀袋内树脂吸水迅速膨胀将袋挤向洞壁密封,及时由岸上向洞口位置抛压土袋及散土闭气加固。

3.1.3 试验经过

在坝高7米,洞口处水深3米,洞口直径15cm的情况下用水袋堵漏、软帘堵漏、秸杆堵漏、石头网袋堵漏、防汛抢险专用吸水膨胀袋堵漏,5种方法同时进行,从临水面堵漏开始计时,到背水面管道闭气不流水为止。从以上几种堵漏方法可以看出,防汛抢险膨胀袋的使用方法最简单,并且闭气所需时间最短,只需2分钟,能够为抢险争取时间,因其遇水迅速膨胀,所以在洞口内继续膨胀,直至把洞口完全封堵,达到完全闭气,同时节省人力、物力、操作简便、宜行,实为抢险堵漏的理想产品。

3.2 渗水滑坡实验

3.2.1 渗水滑坡中吸水膨胀袋的制作将单个长65cm、宽40cm的麻袋,内套吸水性强的无纺棉布两层缝制成矩形袋,内装150g高吸水树脂，用强度较高的尼龙绳连接起来，做成铰链式膨胀袋即可。

3.2.2 使用方法

在渗水部位上首1.5米处按照铰链膨胀袋的宽度打一排木桩。将渗水范围内做简单的表面处理后铺一层无纺反滤布，并将反滤布上部钉牢，然后将膨胀袋固定在木桩上，顺边坡滚下即可。靠着自身的吸水膨胀的特性，自然增加体积和重量，阻止渗水边坡滑动。

3.2.3 实验经过

在堤坡上划出两块长30米、宽5米的面积，同时用十人进行埽料和铰链式膨胀袋进行铺设。工序分别为：埽料有表面处理、一层麦秸厚20厘米、一层玉米秸30厘米、一层柳料、上压土袋；铰链式膨胀袋有表面处理、无纺反滤布铺设、固定、打木桩、膨胀袋铺设。从表面处理开始，到最后一道工序完成，埽料反滤层用时33分钟，铰链式膨胀袋用时16分钟。而且，铰链式膨胀袋铺设时是在上部进行的，无需在渗水面上来回行走，不破坏渗水面。埽料铺设时需要人站在渗水面上进行，破坏了渗水面的地表结构，加大了液化面。显而易见，铰链式膨胀袋在大面积渗水和管涌群以及风浪淘刷、围埝截流等险情抢护中，铺设迅速。同时节省人力、物力,操作简便,宜行,实为抢险的理想产品。

4 项目主要改造情况

4.1 主要成果

吸水膨胀袋是用“高吸水树脂”人工合成的无毒无味、不融水、难燃烧的高分子聚合物,具有很高的吸水性。膨胀剂装在具有透水性能好的无纺布制作而成的外层袋内。当与水接触时,短时间内树脂溶胀且凝胶化,体积快速膨胀,重量快速增加。膨胀袋膨胀速度2-3分钟达到最大膨胀体积,可达原体积的80-100倍。

4.1.1 吸水膨胀袋介绍

膨胀防洪袋是一种储存方便，使用简单快捷的防水新产品，使用时方便简单。由具有透水性能较好的麻布或棉布材料，按不同用途做成不同规格形状的外层袋，内袋特制的吸水材料而构成。

4.1.2 产品特点

膨胀防洪袋，使用前体积小，重量轻，存放、运输方便。与传统的沙袋相比，在抢险防洪时大大减小时间和人力，另防洪抢险更有效率。该产品属环保产品，无毒、无害、无味、无污染。可自然降解。

4.1.3 使用方法

1）不用时，应把防洪袋放置室内干燥处备用，讯期或台风雨季可随时使用，防洪吸水。

2）使用时，打开到包袋，就近将袋子浸入水中或直接在防洪待淋水，约3-5分钟，袋子可以膨胀80—100倍 （约15kg），然后移至所需处进行防洪堵截。

3）洪水退后，未吸水的防洪袋可放回室内干燥之处密封保管，已吸过水的防洪袋待自然风干，作废弃物处理，无毒，无害，无污染。

4.1.4 产品应用领域

1）用于防洪、抢险，堤防漏洞，漫溢抢护，防洪堤防的临时性加高，临时性防水围城的构筑，水库、江河大堤渗水滑坡，护坡防冲，工程截流，管涌、暗沟和暗洞的堵塞；

2）用于库房、庭院、沟塘，被淹耕地排水。

3）用于容易淹水的工厂、隧道、地下停车场、地铁等领域作为防落水的使用。

4）用于道路施工，工地桥梁建设，竞赛场地等积水处吸水去水。

5）用于矿山，油气田开采等需快速去水的工矿企业，等等。

4.2 主要创新点

4.2.1 将普通土袋改成了吸水膨胀袋

将普通土袋改成了吸水膨胀袋，提高了铺设迅速，同时节省人力、物力、操作简便,宜行，降低了抢险成本。也解决了防汛料物调配难的问题。

4.2.2 将膨胀袋设计成为铰链式

将膨胀袋设计成为铰链式，加强了袋与袋之间的连接力，使之成为一体，更方便了铺设，缩短了抢险时间，降低了劳动强度。

5 主要性能指标

吸水膨胀袋是用“高吸水树脂”人工合成的无毒无味、不融水、难燃烧的高分子聚合物,具有很高的吸水性。膨胀剂装在具有透水性能好的无纺布制作而成的外层袋内。当与水接触时,短时间内树脂溶胀且凝胶化,体积快速膨胀,重量快速增加。膨胀袋膨胀速度2-3分钟达到最大膨胀体积,可达原体积的80—100倍。根据防汛抢险膨胀袋遇水前体积小、重量轻,携带方便,遇水后体积快速膨胀的特点。

6 应用转化情况和应用前景分析

6.1 应用情况

该设备具有结构简单，制作方便，材料用量少，投资低，使用操作方便，安全可靠等优点。工作时完全可以保证工作人员的人身安全，减少工作人员的体力消耗，提高劳动效率，节约工程抢险资金，非常经济实用。2011年6月改进成功后及时在鄄城黄河河务局实验及推广使用。充分的发挥了其应有的作用，提高了功效、降低了防洪工程成本、取得了较好的经济效益。

6.2 应用前景

该项目主要针对江河防洪工程实际情况进行的研制。研究课题符合各大江河流域的实际情况，因而项目的研究成果可以直接应用于各大江河流域防洪工程的抢险。同时，适用于防洪堤坝的临时性加高,临时性防水围墙的构筑,护坡防冲,工程截流,暗沟或暗洞的堵塞。可代替编织袋装土抢险。

显而易见，吸水膨胀袋具有操作简单,携带方便,遇水膨胀速度快,省时、省力,抢护效果好等特点。可代替编织袋装土抢险,减少人力,提高抢险速度,具有广泛的推广应用价值。对于今后的推广应用，需要主管部门积极引导，加大成果的宣传和推广力度，首先在黄河流域推广，然后扩大到各大江河流域以及水库等防洪工程。

7 效益分析

7.1 堵漏试验

与软帘堵漏、秸杆堵漏、石头网袋堵漏相比较，结果如下：

在坝高7米,洞口处水深3米,洞口直径15cm的情况下用水袋堵漏、软帘堵漏、秸杆堵漏、石头网袋堵漏、防汛抢险专用吸水膨胀袋堵漏,5种方法同时进行，从临水面堵漏开始计时,到背水面管道闭气不流水为止。从以上几种堵漏方法可以看出,防汛抢险膨胀袋的使用方法最简单,并且闭气所需时间最短,只需2分钟,能够为抢险争取时间,因其遇水迅速膨胀,所以在洞口内继续膨胀,直至把洞口完全封堵,达到完全闭气,同时节省人力、物力,操作简便,宜行,实为抢险堵漏的理想产品。

7.2 渗水滑坡实验

与埽料反滤体相比较，比较结果如下：

在堤坡上划出两块长30米、宽5米的面积，同时用十人进行埽料和铰链式膨胀袋进行铺设。工序分别为：埽料有表面处理、一层麦秸厚20厘米、一层玉米秸30厘米、一层柳料、上压土袋；铰链式膨胀袋有表面处理、无纺反滤布铺设、固定、打木桩、膨胀袋铺设。从表面处理开始，到最后一道工序完成，埽料反滤层用时33分钟，铰链式膨胀袋用时16分钟。而且，铰链式膨胀袋铺设时是在上部进行的，无需在渗水面上来回行走，不破坏渗水面。埽料铺设时需要人站在渗水面上进行，破坏了渗水面的地表结构，加大了液化面。显而易见，铰链式膨胀袋在大面积渗水和管涌群以及风浪淘刷、围埝截流等险情抢护中，铺设迅速。同时节省人力、物力,操作简便、宜行,实为抢险的理想产品。

7.3 社会效益分析

吸水膨胀袋是一种储存方便，使用简单快捷的防水新产品，使用时方便简单。由透水性能较好的麻布或棉布材料，按不同用途做成不同规格形状的外层袋，内袋特制的吸水材料而构成。使用前体积小，重量轻，存放，运输方便。具有操作简单,携带方便,遇水膨胀速度快,省时省力,抢护效果好等特点,可广泛用于工程防洪、抢险,堤防漏洞,漫溢抢护,防洪堤坝的临时性加高,临时性防水围墙的构筑,护坡防冲,工程截流,暗沟或暗洞的堵塞。可代替编织袋装土抢险,减少人力,提高抢险速度。与传统的沙袋相比，在抢险防洪时大大减小时间和人力，另防洪抢险更有效率。该产品属环保产品，无毒、无害、无味、无污染。可自然降解。具有广泛的推 广应用价值。

总之，吸水膨胀袋应用与防洪工程抢险不但经济效益明显，社会效益也十分显著。

8 结论与建议

该项目主要针对黄河下游实际情况，进行堤防险情抢护的研制。研究课题符合黄河下游的实际情况，因而项目的研究成果可以直接应用于整个黄河下游的堤防险情抢护工作。同时，在黄河中游和其它江河、湖泊、渠道、坑塘、公路、农田改造、工作场面狭小的排水沟开挖等工程中也可以直接应用。还具有结构简单，制作方便，材料用量少，投资低，使用简单方便，安全可靠等优点。工作时完全可以保证工作人员的人身安全，减少工作人员的体力消耗，提高劳动效率，节约工程抢险和管理资金，非常经济实用。

显而易见，铰链式吸水膨胀袋的市场空间非常巨大，该项目成果的推广应用前景也因此而十分广阔。对于今后的推广应用，需要主管部门积极引导，加大成果的宣传和推广力度，首先在黄河推广，然后扩大到各大江河流域、湖泊、水库等。