加拿大堤防工程检查维护模式与启示

黄河水利委员会2008年夏季学术交流会论文集——工程建设与管理-73-加拿大堤防工程检查维护模式与启示马政委1冯延海2王建国1耿艳春1（1.滨城黄河河务局，山东滨州256600；2.山东黄河河务局，山东济南250013）1前言在加拿大，防洪工程管理基于一系列的指南与法规。所遵循的指南包括《防洪工程检查指南》、《堤防运行维护手册》、《防洪工程管理指南》、《保护公共安全和环境防洪工程内植被管理指南》、《洪水设计与响应指南》等；而适用于防洪工程的法规是多方面的，如《堤防维护法》、《水法》、《加拿大渔业法》、《土地法》、《森林法》、《航运水域保护法》、《环境评估法》、《地方政府法》、《应急方案法》等。这些指南和法规所组成的基础确保了防洪工程管理的规范化和科学化，这种规范化和科学化尤其表现在堤防检查和维护中。2检查经常的定期检查对于在出现大问题前鉴别出需要维修的区域是必要的。检查和维护都要求维持防洪体系的可靠性。堤防检查在加拿大可分为定期检查和特殊检查。年度检查应当在大流量季节的洪水危险“敏感月份”之前及早完成，以便有充足的时间在可能发生的大洪水之前完成所有需要做的工作。特殊检查在高水位或低水位期间，洪水或地震发生后，以及为了应对诸如暴雨、河道淤积或退化、冰或漂浮物堵塞等特殊情形而实施。所有检查应当先确定日程，再附诸实施，后记录备案。2.1检查时间安排堤防是一个动态建筑物，由承受各种可能导致损坏和失事风险的应力的材料构成。一个用来观测、记录和报告防洪体系的检查方案应当自工程建设时开始实施，定期地持续贯穿于工程的运行过程。堤防系统的有效管理包括一年中与来水情况相符的多次检查。2.1.1定期检查►年度检查为了有目的地进行日常维修，堤防管理部门应当每年对堤防系统至少进行一次详细检查。这种检查应当在大流量季节前安排好并要及早完成，以便有充足的时间在可能发生的大洪水之前完成所有需要做的工作。该项检查应当注明和记录可能影响防洪体系运行所有状况。►低水位检查该项检查应当在每年当河水或海潮达到它们本年度最低水位时实施，在此期间，堤身和护岸外露，使得检查非常容易。2.1.2特殊检查在一年中的其他时间，为了监控和应对诸如暴雨、冰塞、人为破坏事件、上堤或近堤建设行为等特殊情形，特殊检查可能是必需的。建设行为应当被观测以确定其遵循了公认的工程惯例（压实、截渗墙布置等）。应当保存关于做了什么，谁做的，以及投资等方面的记录，这些信息在将来出现结构性故障应提供证据时可能是必需的。►高水位巡逻检查巡逻检查应当在高水位期间实施以监控防洪工程的运行，并且要注重对由于增加的水压力（渗流、冒水翻沙等）、增大的材料侵蚀可能性、以及增大的超高减少机率（从水尺读数观测到）所引发问题的及早探测。在高水位期间，测点的水尺应当被定期观测并记录读数，以便于评估不断变化的状况并用作今后的参考。堤防巡查的频率应当随着流量或水位接近于临界状态黄河水利委员会2008年夏季学术交流会论文集——工程建设与管理-74-而增加，并且应当在水位距堤顶不足1m时不间断巡查。对于能够预示防洪体系任意部位弱化或故障的任何状况或事件，巡查人员都要观测、标记、记录并上交报告。►洪水后检查与评估洪水过后应当对防洪工程进行检查。应当在大流量过后获取一个沿堤线的完整高水位剖面，用来评估堤顶高程和超高值。应当注意河道的变化，不仅要注意靠近防洪工程的河段，而且要注意上下游诸如新出现木塞、河床淤积（砂砾沉积）和退化、削弱或破坏的位置和区域。►地震后检查这种类型的检查应当与当地的应急方案相结合。应当迅速开展对于整个防洪体系的初步全面评估，以确定工程还需要什么级别的保护，以及是否还有次生破坏的直接危险（例如，下次的高潮会漫顶，导致大面积洪水泛滥）。当直接威胁被确定并发布后，对于整个堤防和防冲工程的详细检查应该展开，单个建筑物的功能应当被随之详细检查。因为损害不会被轻易地观察到，由一位有适当资格的专业工程师对系统进行一次详细的检查和评估可能是明智的。提前鉴别出趋于地震破坏的区域会有助于事后的评估。2.2检查方法与设备2.2.1堤身检查检查堤身的通常方法是同时沿着堤肩和背河堤脚走，以便于清晰地看到整个表面区域。3至10m距离内的细部通常可以被看到，这取决于表面的光洁度、植被或其他地表条件。对于后撤式堤防来说，临河堤脚的检查采用与背河堤脚相同的方法，然而，对于没有防冲结构的临河侧堤防，直接在眼前的水面之上沿着堤坡行走有冒险性，而利用船来做可能会更有效。2.2.2防冲工程检查多数类型防冲工程的结构使得在其上行走困难并有些危险，而利用双筒望远镜从河对岸观测或者从船上做近距离观测是必要的，这会更易于鉴别问题。2.2.3检查设备设备需求随着检查的类型和所预料的现场条件而变化，设备需求可包括以下几类，如表1所示。表1.堤防检查设备需求类别用途手持水平仪校核高程和高度(近似的)倾角仪测量倾斜度卷尺测量外观或异常尺寸绕线式测距仪测量较长距离岩石锤混凝土或岩石质量以及管道腐蚀声探铁铲小清理,取土样探针(钢钎)探测潮湿、松软的区域，落水洞和空隙桶和计时器测量渗流和其他水流速率。弯刀清除小的灌木测深绳或测深尺测量水深双筒望远镜跨河检查防冲工程照相机制作图像记录水样容器盛水样样品袋盛土或岩石样品水准仪、杆和三脚架获取准确的高程和高度记录夹和记录保存材料记录检查观测结果全球定位仪测量目标的位置黄河水利委员会2008年夏季学术交流会论文集——工程建设与管理-75-2.3检查项目所有检查都由堤防主管机构来实施，检查报告应当被保留，以用于今后参考或者按照《堤防维护法》规定进行检查。堤防检查项目如表2所示。表2.堤防检查项目序号项目示意图观测要点原因危害Ⅰ堤身问题鉴别指南1超高损失/漫顶•高水位水面轮廓线在超高允许范围内。•坍塌、落水洞、滑坡的迹象。•河床淤积抬高•河道堵塞，如浮木，冰塞等。•堤防沉降。•降低超高而造成了漫顶隐患。2沉降•堤顶或堤坡表面不平顺。•周边稍倾的碗状坑洼。•筑堤材料的内部侵蚀。•风或水流的长期侵蚀。•施工活动不规范，筑堤材料压实不够，筑堤材料中含有机物质。•堤基固结。•形成结构上的薄弱区域。•沉降导致超高减少而造成漫顶隐患。3落水洞•堤防表面的孔洞。•周边竖陡的桶状坑洼。•动物洞穴•渗流管涌或排洪口管道破洞所导致的内部侵蚀•基础问题，如腐烂的树桩或其他木片。•通过缩短渗径长度而削弱堤身。•为外部水流提供了入口。•会对车辆和行人交通造成危险。•可能是垮塌或失稳的征兆。4渗流/管涌(湿润区域)•浑浊不清的渗水。•渗水或湿润区域靠近堤脚或位于堤坡上。•堤坡上或邻近堤防处有局部的或茂盛的植物。•渗流速率的增加模式与以前不同。•通过坝身或基础材料的水流过多。•外部水流通过裂缝、落水洞、动物洞穴或沿管道外表面进入。•可能导致堤坡失稳而发生溃堤。•混浊的渗水是可能发生管涌的标志，会导致基础乃至整个堤防的管涌破坏。黄河水利委员会2008年夏季学术交流会论文集——工程建设与管理-76-5冒水翻沙•在堤防背河侧靠近堤脚或更远处水流上涌。•水流上涌可能会形成锥形的“火山”。•在高水位状态下，基础材料中的沙子或砾石软弱夹层被水压力冲出。•穿过堤基的集中渗流通道或管路已形成。•可能是管涌的早期迹象。6干燥/干缩裂缝•沿堤防随意分布的蜂窝状裂缝•筑堤材料随着天气的湿干变化而膨胀和收缩。•有的堤防填料颗粒过细或压实不够。•为表面水流提供了入口而会使堤顶土料饱和。•会影响堤顶在湿润天气条件下的耐久性。7横向裂缝•裂缝垂直于堤防长度方向横跨堤顶延伸。•两相邻堤段间的不均匀位移。•堤防或堤基材料不稳定。•不均匀沉降。•为表面水流提供了入口。•形成结构上的软弱区，会导致进一步的位移或破坏。•会形成渗流通道和管涌破坏隐患。8纵向裂缝•裂缝大体沿平行于堤防长度方向延伸。•基础或堤防内的不均匀沉降。•堤坡破坏或堤防滑动的初始阶段。•可能失稳。•将来会导致移位或溃堤防（决口）•为加速移位的表面水流提供了入口。•往往会减少堤顶的有效宽度。黄河水利委员会2008年夏季学术交流会论文集——工程建设与管理-77-9堤坡矢稳(滑动或脱落)•堤坡上的置换材料。•沿堤坡或堤脚的凸出部分。•凸出部分以上的区域出现裂缝或陡坡。•经探测凸出部分过于潮湿或松软。•弓型裂缝(开始滑坡)•沉降的迹象。•滑坡(浅层或深层)•冰块碰撞或风浪侵蚀形成陡坡。•陡坡不能承受侵蚀。•堤防土料在高水位时变饱和后随之水位快速下降。•堤坡对某类堤防土料来说太陡而不能自由排水。•直接威胁堤防的整体性，可能会决口。•为加速移位的表面水流提供了入口。•往往会减少堤顶的有效宽度。10外表侵蚀与车辙•土料从堤防表面损失的迹象。•车辙,动物踪迹。•堤防表面的缺痕。•堤顶水坑。•牲畜或人类通行。•易侵蚀土料上的地面径流。•引发进一步的侵蚀。•会减小横断面宽度并削弱堤防强度。11违规建设与违章行为•堤防土料被挖动或取走。•紧靠堤防新建池塘、钻孔或挖地基。•未经通知的或非法的建设活动。•一项个体违章行为会使其他的竞争制度打折扣。•会阻塞或妨碍通行。•往往会掩盖一些缺陷：如在一个新设或维修的管道周围的密实度差的填筑土料，从而加大渗流的机率。•会引发冒水翻沙或减小堤顶宽度的滑塌。•会引发冒水翻沙和管涌溃堤。12无控制的植被生长•植被使裂缝、渗流或其他问题的检测不清晰。•缺乏维护。•根系会提供渗流通道。•腐烂的根系削弱堤防强度。•会阻碍应急通行。•为非穴居动物提供栖息地。•大风摇晃或挖树根会形成坑洞和薄弱点。黄河水利委员会2008年夏季学术交流会论文集——工程建设与管理-78-13动物/鼠类活动•鼠类洞穴与地道。•动物踪迹•倒伏的树木(海狸活动)•包括河岸海狸在内的穴居动物。•会削弱堤防强度，导致落水洞和管涌。•如不检查会对交通通行造成潜在制约。Ⅱ防冲工程问题鉴别指南1坝脚冲刷•坝坡乱石走失。•坝脚处乱石开始走失。•坝坡破坏。•坝脚处涡流。•乱石坝脚设计不够或石料粒径不足。•由于形成木塞、冰塞、河床质的变化或人为障碍，造成水流冲击的角度发生变化。•防冲材料走失，露出抗冲能力差的堤防土料，可能会造成决口。2滩岸堆积•坝坡上的乱石坍塌而形成高度接近于水平面的水平滩。•风浪作用移走部分的乱石坡，并将其堆积到坝坡之下的更远处。•乱石粒径不足。•防冲材料走失，露出抗冲能力差的堤防土料，可能会造成决口。3陡坡•乱石被破坏并滑下坝坡。•乱石材料破裂、散裂。•乱石坝坡过陡。•由于冰冻、风浪作用、内部侵蚀或局部沉降，乱石下的垫层（反滤料）被移除。•乱石滑向坝坡下部，导致形成能够减小堤防断面宽度的陡坡。4河道流势变化•河道流势的显著变化。•堤防受冲区域的变化。•附近的河道障碍物。•滑坍。•冰塞和木塞。•砂砾堆积。•人为障碍。•河道弯度自然变大或直道的形成。•额外的侵蚀力作用于现有的防冲工程上，加大了其破坏的机率。•水流直冲防洪体系中以前不经受侵蚀的堤段，如果未经裹护，会导致堤防土料的迅速流失。•水流包抄位于上游末端的现有防洪工程。黄河水利委员会2008年夏季学术交流会论文集——工程建设与管理-79-5河床刷深•靠近或大体平行于防冲工程的河道冲刷。•位于突兀部位的乱石。•河道水流和高水位的变化。•在靠近堤防的河段挖深河床。•坝脚防护设计或建设不足。•防冲材料易被破坏而垮塌，造成河岸外露。6水流包抄•河水侵蚀硬点或坝基截渗槽的上游。•防冲体向上游伸展的长度不够。•防冲体没有伸展到位于上游末端的硬点。•上游关键点薄弱(设计不足)。•河道流势突然变化。•防冲材料迅速流失只留下不抗侵蚀的堤防土料。•将无防护的土料暴露于侵蚀外力下。7漫滩侵蚀•减少的河岸面积。•渐进侵蚀。•由于河道水流的变化，堤身到河道的距离减小。•河道弯度自然变大。•在逆流区缺乏侵蚀防护。•威胁堤防稳定。•破坏堤防。8冰和浮木•河岸边坡上移位的乱石块，乱石内的空洞。•乱石破坏。•连根拔起的树木冲击堤防•由于流冰和浮木的作用力而损坏防冲工程。•移动的冰块磨擦或移动乱石。•削弱或彻底损坏防冲材料。9退化(风化)•乱石材料瓦解。•乱石材料的裂缝、散裂、破碎。•用岩石锤检测时发出空洞声。•风浪作用和流冰的冻融