安徽省淮河地區堤防汛期管涌搶護探討

袁 艷 （安徽省水利水電勘測設計院，安徽 合肥 230022）

1 安徽省堤防特點及分布

我省位于淮河中游，地勢低洼，河道坡降較小，淮河干流及其支流堤防眾多，近年來淮河地區主要控制站點多有超過歷史洪水位的洪峰發生，淮河干堤及其支流堤防均出現了較多管涌險情，其中在懷洪新河固鎮連城鎮堤段、潁上縣八里河鎮馬店村一圩堤段、固鎮九灣鄉堤段、壽縣正南淮堤段以及淮河干堤懷遠縣城荊家溝涵閘處均發生特大管涌險情，嚴重威脅淮河大堤和主要城市安全。

2 管涌的涵義及其危害

土體的滲透變形分管涌、流土、接觸沖刷和接觸流失等4種，而我們常見的并且對堤防威脅較大的主要是管涌和流土。土體在滲透力作用下，有些細顆粒被滲流沖刷帶至出水口流失，或向相鄰的粗粒土體的孔隙中流失，流失土粒逐漸增多，滲流流速增大，較粗顆粒也逐漸流失，久而久之，便會形成連續的管狀滲流通道，形成管涌。如果滲流出口是級配均勻的砂土或粘壤性土，而且在滲流出口附近存在較高的剩余水頭，其產生的浮托力超過覆蓋層土的有效應力時，則滲流出口土體被隆起、頂破、擊穿發生沙沸，或土體突然被沖失，局部形成洞空穴、坑洼，這種現象稱流土。實際在搶險中很難將管涌和流土嚴格區分，習慣上將這兩種滲流破壞統稱為管涌險情（見圖1）。

淮河干堤及其支流堤防堤基多為雙層結構，上部多為粘壤性土，以弱透水性為主；下部多為砂性土層，具中~強透水性。近年來我省汛期來勢兇猛，淮河水持續上漲，且持續時間長，致使在堤防背水坡坡腳附近地勢低洼處滲水壓力大于表層弱透水層容許壓力，細砂顆粒在粗顆粒孔隙中發生移動，上部弱透水性粘壤土層也被頂穿，形成直徑0.2m~1.0m大小不等的孔群，冒砂處形成“砂環”，地方俗稱“翻砂鼓水”。

圖1

圖2

管涌發生后若搶險不及時，可能引起堤身坍塌、裂縫、漏洞、掉腳脫坡，甚至決口重大險情，如壽縣正南淮堤翁家坡和大缺口段出現長50m、深1.0m左右下陷坑，嚴重威脅堤防的安全。

3 管涌形成原因

根據筆者近年來對淮河干堤地質情況的了解和對管涌發生現狀的調查研究，總結出管涌發生的主要原因有如下幾種。

①堤基天然地質結構差，表層粘壤性土層單薄，水位增高后，滲水壓力增大，堤內粘性土層厚度不夠。根據調查統計，淮河干堤堤基表層粘性土層厚度小于1.0m的堤段，一般多為管涌易發堤段。

②我省淮河干堤及其支流堤防多修建于50~60年代，由于筑堤時多為就近取土，加之后來加固堤防時，亦在堤后取土，且離堤距離不夠，堤后表層粘性土多被挖薄，或已形成溝塘或洼地。汛期在地勢低洼處易形成管涌。

③歷史潰口段堤基粘土層遭受破壞，復堤后，未作截滲處理，堤內留有淵塘或沖溝，致使堤后溝塘中管涌發生。

④淮河干堤及其支流堤防老河口、古河道較多，堤后溝塘內多有細砂層出露，地下水與堤內外溝塘相連通，形成汛期高水位時管涌的易發處。

⑤建閘后渠道挖方及水流沖刷將粘土層減薄,如淮河大堤懷遠縣城荊家溝涵閘下游渠道內發生的管涌。

⑥淮河干堤及其支流堤防堤腳附近多有民用的水井、勘探孔、爆破孔和廢棄的減壓井，由于部分孔井封閉不實或未作封閉，致使汛期高水位時，細砂直接從孔井中流出，形成管涌。

⑦由人為開挖坑洞或生物洞穴（蟻穴、鼠穴）引起管涌，如壽縣正南淮堤樁號1+500堤后30處由洞穴引起管涌。

⑧由其他原因將堤內粘土層挖薄形成管涌，如戰備防空需要，在堤防規定禁區內挖有防空洞或掩體處等。

4 管涌的搶護原則

當堤防出現管涌時，搶護的基本原則應為：無明顯入滲點時，以“反濾導滲、控制涌水帶砂，留有滲水出路”為主；有明顯入滲點時，應以“入滲點處封堵，出水點處導濾”為主。淮河干堤堤防在發生管涌時，其滲流的入滲點多在臨水面深水下的強透水露頭或弱透水層較薄處，穿堤建筑物處多在基礎垂直防滲設施未封閉的地方。由于水深、滲入點分散且不明顯，難以檢查和封堵。出水（出砂）點多發生在背水坡腳地勢低洼或溝塘附近，采用反濾導滲，控制涌水帶砂，使水清砂凈，并給滲水留有出路，這樣既可使細砂、粘土粒不再隨滲水流出地面，又可以降低滲透水壓力，使險情得到控制。

5 管涌搶護措施

管涌是堤防潰口的常見原因，當管涌發生時，應提高警惕，慎重對待，及時處理，以免貽誤時機、給國家和人民群眾帶來嚴重損失。下面將結合淮河干堤及其支流的實際情況，介紹搶護管涌的有效方法。

5.1 砂石反濾圍堰

這種方法是淮河地區出現管涌時搶護所采用的主要方法。在搶護時，先將管涌周圍一切帶有尖、棱的石塊和雜物清除，表面稍加平整。然后在其周圍用土袋搶筑圍堰，再按反濾要求，在圍堰中分層鋪設粗砂、瓜子片和大石子，每層厚度約20cm~40cm，這樣一個圍堰即做成，如圖2所示。

做砂石反濾時應注意以下幾點：

①圍堰的寬度，淮河大堤段出現管涌的出水口直徑一般在0.3m~1.0m，實踐中所采用圍堰的寬度一般多在3~4倍出水口直徑，且不小1.0m；當出現管涌數較多，面積較大，并互相連成一片時，應以管涌群的直徑2~3倍做圍堰為宜。

②圍堰的高度，一般以低圍堰為主，其反濾層厚度以能使滲出水流做到砂清水凈為宜。淮河地區堤防在上下游水頭差達3m時即有管涌發生，出溢點處水頭上揚高度多小于0.5m，因此圍堰的高度多采用0.5m~1.0m。若圍堰欠高，則達不到減小水頭壓力，過濾泥砂的目的；若圍堰過高（大于1.0m）時，則達不到減壓的效果，會造成管涌附近局部水頭壓力增加，使圍堰周邊再次發生管涌。為降低圍堰內水位，應在圍堰壁埋設排水管，以便及時排水，降低水頭壓力。

③反濾料的填筑，按照做反濾層的要求，應按順序鋪設粗砂、小石子和大石子各一層，其厚度約為20cm~40cm，最后蓋壓一層砂袋或塊石，予以保護。若管涌水量較大時，先投入的粗砂多數會被水流沖走，這時應先用塊石或磚塊拋填，以消殺涌水水勢，然后再填筑濾料；濾料填筑完成后，應加強觀察，一般隨水流的不斷流出，濾料多有下沉，可繼續填筑濾料，直至險情穩定為止。

5.2 導濾堆

當上下游水頭差較小，高水位持續時間較短，管涌周圍地表堅實、完整、滲透系數較小，且未遭受破壞時，可在翻砂鼓水處不筑圍堰，直接填反濾料。若管涌處水流含泥量較少時，可先在管涌處鋪設土工織物，然后在其上填筑砂礫石透水濾料即可。淮河地區這種類型的管涌較多，實踐中一般導濾灘的直徑為1.0m~2.0m，高0.5m~1.0m。

5.3 堤內填塘

淮河干堤及其支流堤后多為水田或溝塘洼地，如果管涌在溝塘邊，冒水量不大，溝塘又較小，可在堤腳起向內縱深填塘，一般寬15.0m左右，長度視順堤坑塘情況而定，高度一般要超出水面0.5m，土質以中等~強透水性的砂性土為主，并在其遠端留有排水溝，以免抬高浸潤線。如果管涌處翻砂鼓水量較大，可先圍井導濾，再填塘固基。

5.4 圍堰蓄水

如管涌發生在渠道內或水閘的后面，閘后水渠的寬度不大時，可做圍堰或關閉節制閘，以抬高水位，蓄水反壓。淮河大堤管涌多發生在堤后水坑、水塘、水田等低洼處，在管涌出水量不大時，可利用塘埂、田埂筑好圍堰，實行蓄水反壓，并對管涌出水口要進行導濾處理。

5.5 木樁堵塞

這種方法在實踐中用的較少，其主要用于回填不實的鉆孔（井）或未封閉的民用水井。當采用這種方法時，必需對孔（井）處的地質結構十分了解。一般要求堤基表層為未被破壞的粘性土，且其厚度一般要大于1.5m，木樁直徑以1.5倍管涌口直徑、長1.5m以上為宜。施打木樁時可先在管涌口開挖深0.5m的坑，再打入木樁，然后用粘性土回填坑口。在正南淮堤利用這種方法處理了5處管涌，均達到一次性制止管涌翻砂鼓水的效果。

6 搶險管涌應注意事項

利用上述5種搶護方法制止管涌險情發展時，應注意以下幾點：

①在有地質資料的地區，應注意收集地質資料，并根據管涌的地質情況選擇適當的治理方法，做到科學合理；

②當管涌發生時應首選砂石反濾圍堰法治理管涌，圍堰的高度和寬度要適當，并嚴密監視圍堰四周地面是否會有新的管涌出現；

③在對地質情況不了解時，切忌在背水坡管涌處用透水性差的土料搶堵，以免阻斷堤壩的滲水通道，造成管涌處滲水壓力加大，使險情進一步擴大；

④使用土工織物時要謹慎，以免土工織物靜電吸附細小顆粒，淤塞織物的孔眼，阻礙水流，達不到過濾的目的。