快速装配式防洪挡水墙的关键技术研发与应用

高仲兵，史俊宝，霍学平，李 源

（1.河北省廊坊市广阳水务集团，065000,廊坊;2.河北省水利科学研究院，050051,石家庄）

从控制洪水向洪水管理转变,需要因地制宜地建立洪水资源综合利用体系，依靠法律法规科学防控洪水、主动规避风险，加强社会保障体系建设，广泛动员教育和增强公众参与意识及应变能力，同时要求稳步提高防洪的科技水平。基于此思想研发的快速装配式防洪墙就是这样一种专门用于城市防洪的新型防洪产品，特别适用于城市街道、门口、地下通道口、建筑物等处的防洪，还可适用于硬质堤坝的加高，防止漫堤等。

一、项目研究的目的和意义

目前我国600多座城市中有一半以上都存在着严重的城市洪涝问题。在有防洪任务的城市中有2/3的城市防洪标准不到20年一遇，农村更达不到这一要求，基本上都仅10年一遇左右。这样的防洪体系越来越难以应对频繁的洪水威胁，更与当前的经济发展形势极不相称。因此有必要对快速装配式防洪挡水墙产品所涉及的关键技术进行研究。通过对快速装配式防洪挡水墙的深入研究加快系统开发进程，以此来解决我国日益突出的城市防洪问题。

本文所介绍的防洪挡水墙是一种专门用于城市防洪的挡水装置。这种挡水墙采用单元模板拼接形成，密闭性较好，可形成多元化的隔断区域，实现挡水防洪的功能。与其他防洪墙相比，这种挡水装置具有快速排涝、操作简单、安装迅速、拆装方便、重复利用、便于运输和储存等特点。这种单元挡水墙拥有跨度大、紧急情况下拆下挡水板可作为车辆通道使用的特点，在市场上应有广阔的应用前景。

二、涉及的主要关键技术

一般而言快速装配式防洪挡水墙是否易于推广、进入市场主要应研究解决以下内容：

①抗倾覆等稳定性计算。根据不同水位深度、风力等级等因素，对快速装配式防洪挡水墙进行抗倾覆等稳定性计算，解决挡水墙应用的幅度问题。

②结构尺寸的优化定型。根据水位深度、风速、外部其他荷载和经济成本等因素，对快速装配式防洪挡水墙的结构尺寸进行经济优化设计，解决挡水墙单元模板的定型问题。

③产品定额系统化问题。从当前防洪挡水墙市场和经济等角度出发，对产品定额进行研究分析，制定出一套既合理又经济的产品定额系统。

④产品性能稳定性监测。研发一套快速装配式防洪挡水墙安装测试系统，对防洪挡水墙的抗渗性、抗倾覆、抗稳定性进行检测研究，防止防洪挡水墙在城市防涝中出现水渗漏、装备倒塌等问题，保证达到防洪效果。

⑤产品的模型试验验证。对快速装配式防洪挡水墙进行现场模型试验，验证受到不同因素影响时，防洪墙的抗渗性、抗倾覆、抗稳定性等性能。

⑥完善制定一套通用施工技术。对目前市场流行的各类防洪挡水墙施工技术进行总结，并完善制定出一套较完整的快速装配式防洪挡水墙施工技术。

⑦编制成套的技术标准。编写快速装配式防洪挡水墙施工技术水利标准，填补国内对快速装配式防洪挡水墙施工尚无技术标准的空白。

⑧经济和社会效益评价。研究快速装配式防洪挡水墙在城市防涝过程中与其他防洪墙的使用方式、使用寿命、经济成本等重要指标差异，评价其经济和社会效益。

三、研发方案、技术背景及应用的技术原理

1.研发方案

项目以河北兴国防汛设备科技有限公司 XG200—65、50、35 型防洪墙城市防洪应用作为依托，根据快速装配式防洪挡水墙的特性与城市防洪特点，考虑不同水位深度、风力等级等因素，对防洪挡水墙的抗倾覆、抗稳定及防渗等性能进行试验研究；对防洪挡水墙的安装进行测试，并研发出一套完整的适用于城市防涝快速防洪挡水墙安装测试技术；对快速装配式防洪挡水墙进行现场模型试验，验证防洪挡水墙的可靠性；对目前城市防涝中常用的不同种类防洪挡水墙施工技术进行总结和完善，提出一套完整的快速装配式防洪挡水墙施工技术；编制快速装配式防洪挡水墙城市防涝施工技术标准和验收规范，从而促进快速装配式防洪挡水墙在城市防涝中更好的推广应用。

2.技术背景

河北兴国防汛设备科技有限公司是一家专业从事防汛抢险设备、救生救援器材研发、生产、销售、服务为一体的高新技术企业。公司结合1996、1998年抗洪抢险实战经验，根据抢险需求，充分考虑作业环境，与国内众多科研专家合作，共同研制开发了一系列优质产品，目前已形成便携式植桩机、抢险堵水设备、移动发电照明设备、水上救生及多功能抢险工具等五大系列，主要产品销售遍布全国80%的区域。

河北省水利科学研究院作为项目开发牵头单位,持有工程咨询甲级资质，建设项目水资源论证甲级资质，水利工程质量检测甲级资质，编制开发建设项目水土保持方案乙级资质，水文、水资源调查评价乙级资质等，先后承担完成国家高技术研究发展计划重大科技专项以及水利部重点科研项目，获奖项目70余项，其中国家级奖励2项，省部级奖励42项，科研成果推广率在60%以上。

3.应用的技术原理

该课题采用的技术原理包括：①对传统的挡水防洪墙产品存在的问题进行分析，分别从便于携带、操作简单、安装迅速、拆装方便和易于运输与储存等方面，研发了2种不同功能的新型防洪抢险产品，即快速装配式防洪挡水墙和插接式子堤。②根据不同水头高度，对快速装配式防洪挡水墙在静水、动水工况下进行结构分析计算。③通过现场模型试验，对插接式子堤的结构强度和变形进行复核计算。④采用有限单元法建立挡水墙和插接式子堤的三维模型，对结构强度进行复核，验证其作为应急挡水墙的可行性和有效性。⑤根据2种不同功能的防洪抢险产品的实际应用与推广情况，分别与传统防洪抢险产品在使用方式、使用寿命和经济成本等方面进行对比分析，评价其应用效果和经济、社会效益。

表1 挡水板单元截面尺寸

图1 35型挡水墙的挡水板截面图

图2 50型挡水墙的挡水板截面图

图3 65型挡水墙的挡水板截面图

图4 100型挡水墙的挡水板截面图

四、成果的创新性及与国内外同类技术比较

1.材质选取与结构尺寸确定

快速装配式防洪挡水墙现涉及35型、50型、65型和100型等4种型号，本文以35型为例对挡水墙进行静力与动力分析。挡水板和立柱的材质均为铝合金牌号6063，状态T5，抗弯强度设计值f=90MPa，抗剪强度设计值fv=55MPa。

不同型号挡水墙截面尺寸见表1所示，截面图见图1～图4所示。

挡水墙的设计挡水高度H0=0.7 m，计算中考虑动水压力为静水压力的1.2倍，即动力系数取1.2。

该产品采用单元模块设计，密闭性好，可形成多元化的隔断区域而快速排涝，且操作简单，安装迅速，可重复使用，便于运输与储存。防洪墙采用特殊的铝型材结构替代传统的沙袋堆叠，减轻劳动强度。挡水墙设有特殊密封装置，提高了产品可靠性。

2.成果的创新性要点

①研发了一套以板、柱为单元模板的低水头（0.7～2.2 m）快速装配式防洪挡水墙，主要采用铝合金、橡胶密封条等材料，现场装配式安装，具有体积小、重量轻、施工简单快捷、可拆卸等优点；有效地解决了城市低洼地带快速应急防洪挡水这一技术难题。

②研制出一种由铝合金角架、横梁和玻璃钢面板连接构成的刚性插接式子堤，主要应用于河道堤防应急抢险，可有效提高挡水高度达0.8 m。

3.与国内外同类技术比较

一般的防洪抢险产品具有众多明显的不足，如：传统的挡水墙包括钢筋混凝土防洪墙和装配式防洪墙，其中钢筋混凝土防洪墙对现有城市景观有一定的破坏且占地面积大、整体造价高，难以协调防洪安全与城市建设的需求。而装配式挡水墙在安装、拆卸过程中存在操作便利性差的缺点，且只能安装设置成直线排布，无法满足施工现场根据地理条件进行灵活安装的需求。 传统的防洪子堤是利用钢材焊接成子堤框架，把防水面板用螺栓固定其上，然后把防渗胶布铺设在面板上，这种子堤原材料笨重，运输不便，而且易于生锈腐蚀，同时由于施工繁琐也会给抗洪抢险工作的开展带来不利影响。本课题研究所涉及产品克服了以上诸多不足。

五、成果应用的意义及实验案例

项目研究成果中，快速装配式防洪挡水墙特别适用于城市街道、地下通道口、建筑物等低洼处防洪。插接式防洪子堤突破传统思维模式，摒弃传统筑堤材料、工艺，是一种全新、快捷、廉价环保型防灾减灾器材。这一系列产品具有因地制宜治水、高效快捷方便、低廉绿色环保的特点。产品的有效应用可提高抗灾减灾的工作效率，并为抢救生命和财产赢得时间。

该产品研制以来，已在湖北武汉、福建厦门、河北廊坊等城市数十处抢险工程中得到应用，取得了显著的经济和社会效益并获得好评。如某省一隧道建设项目应用后评价：传统的钢筋混凝土挡土墙要570元/m3，浆砌石挡土墙要400元/m3，而快速装配式防洪挡水墙每延米4 200元，单从成本看似乎远高于传统的钢筋混凝土或浆砌石挡土墙，但是传统的挡土墙体积大和不能快速安装、拆卸、运输以及可能后期维修管护等缺陷，同样会大大提高使用成本；快速装配式防洪挡水墙具有使用寿命较长等优点，在典型规模下（2 000 m）运维费仅 2～3 元/m·a。综合考虑下，快速装配式防洪挡水墙间接地减少了投资成本，除了产品本身的优点性能外，可为国家、集体或个人减少财产损失，提供较好经济效益。

目前该技术已被相关部门列入《水利先进实用技术推广名录》，河北省据此编制了地方标准1部。 ■

[1]刘云,武永新,郑建军.沿海城市新型翻转式防洪子堤技术研究 [J].水电能源科学,2015(6).

[2]伍俊,刘晶波,孙杰,等.快速设置装配式防洪子堤的设计及应用 [J].自然灾害学报,2005(5).

[3]杨光煦.堤坝及其施工关键技术研究与实践[M].北京:中国水利水电出版社，2000.