河道堤防管涌的成因及應(yīng)急搶險措施分析

杜鵬群

(安徽省阜陽市潁泉河道管理局，安徽 合肥 236000)

河道堤防是保護河道安全，實現(xiàn)生態(tài)水系的重要保障。目前，我國很多河道堤防存在堤基建設(shè)基礎(chǔ)不牢、堤身建設(shè)不到位、堤后坑塘較多和堤腳保護措施不穩(wěn)固等現(xiàn)狀。一旦遭遇特大洪水，堤防發(fā)生管涌、滑坡等險情。因此，針對河道堤防管涌分析，制定科學(xué)合理的應(yīng)急機制，確保堤防穩(wěn)固，保障人民生命財產(chǎn)安全尤為重要。

1 管涌的成因和危害

1.1 堤防管涌產(chǎn)生的原因

管涌是因土體結(jié)構(gòu)內(nèi)部或者地基內(nèi)部呈現(xiàn)非連續(xù)性的現(xiàn)狀導(dǎo)致了細小的顆粒在水壓和水流的作用下，發(fā)生滲流作用沿著砂石顆粒孔隙遷移流失的一種現(xiàn)象。所以，管涌產(chǎn)生必須具備3個必要條件：一是河道地基本身具有強滲水的細沙層；二是汛期高水位持續(xù)壓力滲透；三是表層的粘土具有薄弱的地方。

分析圖1可知，一是河道地質(zhì)結(jié)構(gòu)因素，地基氛圍粘土覆蓋層、沙層和涌水砂層，堤壩地基具有強透水的沙層，是形成管涌的基本條件。二是氣候因素，我國大部分地區(qū)處于亞熱帶季風(fēng)氣候，每年有2-3次汛期，外水位持續(xù)升高增強了涌水砂層的壓力。三是人為因素，堤壩兩邊粘土很大程度上遭到人為破壞，造成粘土層薄弱。

圖1 管涌產(chǎn)生的示意圖

1.2 管涌的危害

管涌的危害主要體現(xiàn)在影響下游反濾排水設(shè)施和造成地基坍塌、裂縫等現(xiàn)象。根據(jù)圖2所示，一方面內(nèi)涌水由管涌口逐漸涌出，對細沙層形成“淘洗”現(xiàn)象，河水逐漸蠶食細沙層，逐漸掏空基礎(chǔ)細沙；另一方面河水滲透壓力持續(xù)增大，將沙層細微沙粒帶走，加重下游反濾排水設(shè)施負擔(dān)，導(dǎo)致滲漏情況惡化。以上2種情形直接造成地質(zhì)結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定，地基坍塌、裂縫或者滑坡等，嚴(yán)重者將導(dǎo)致決堤、垮壩等災(zāi)害。

圖2 管涌危害示意圖

2 管涌險情的判別及搶險原則

2.1 管涌險情的判別

目前管涌險情判別主要采取經(jīng)驗和實踐相結(jié)合的形式進行判別。管涌發(fā)生位置離堤壩越近險情危害性越大。距堤壩15倍水位距離以內(nèi)管涌發(fā)生最危險，距離越遠危害性減小，距堤壩25倍水位距離一般不會發(fā)生管涌；坑塘中的管涌會在水面翻出帶泥沙水花，可通過潛水勘察涌出口是否有沙環(huán)形成判定；農(nóng)田或者洼地管涌險情多以管涌群形式發(fā)生，出現(xiàn)“沸騰”現(xiàn)象；堤壩背水側(cè)地面隆起或者膨脹等，一旦水位上升、壓力足夠，將直頂穿地面須高度重視；針對距離堤壩較遠的管涌，發(fā)現(xiàn)管涌口、管涌流量和細沙日益增多時必須及時搶護。

2.2 管涌搶險原則

具體搶護中必須遵循“反濾導(dǎo)滲、蓄水反壓”的原則，管涌主要是由于地基中的強滲水層(細沙層)透水壓力和水流動力造成的，管涌搶險應(yīng)該充分利用生態(tài)平衡和動力平衡形式制止涌水帶沙，同時留出滲水的出路。合理利用生態(tài)平衡，改變管涌發(fā)生幾何條件，在涌水出口鋪設(shè)反濾層防止細沙層中細沙被帶走，保持地質(zhì)結(jié)構(gòu)原始性。保持管涌發(fā)生動力平衡。改變管涌水力條件，降低管涌發(fā)生水力，實現(xiàn)迎水面和背水面的壓力平衡。

3 堤壩管涌搶險

3.1 管涌檢查

為了及時有效的預(yù)防管涌情形的發(fā)生，河道養(yǎng)護人員應(yīng)該堅持定期和不定期的對堤壩進行養(yǎng)護、檢查。針對管涌的檢查一般采用光腳下水試探的方法，如果感知到水下溫度相對平時變涼，就應(yīng)該引起高度重視。查探堤壩附近是否有旋渦發(fā)生。通過俯身舌頭舔水的方式感受涌水中是否含有沙子，精準(zhǔn)辨別“清涌”和“渾涌”。

3.2 管涌搶險方法

(1)反濾圍井。反濾圍井一般應(yīng)用于堤壩背水面中出現(xiàn)的單個管涌或者管涌集群性非常高的情形。首先必須保證圍井與地面緊密接觸，避免圍井滲漏無法提高水位達到反濾的效果。一般情況下要控制圍井的高度和井壁的強度，在圍井高于1.5m時必須建造內(nèi)外圍井，避免水壓過大造成圍井脹裂。注意圍井一般采取砂石和梢料兩種具有透水性材料，杜絕不透水材料增加圍井自身負荷。因此，在實踐中反濾圍井的方法通常采取砂石和梢料2種形式。①砂石反濾圍井。主要針對管涌相對較輕，在一個區(qū)域內(nèi)同時出現(xiàn)了幾個細小的管涌群。首先，清除堤壩背面管涌周邊的有機物(樹墩、草根、樹根等)，挖除軟泥深度0.2m～0.3m，利用土袋錯縫圍城井狀壓實挖除的軟泥，確保圍井井基的穩(wěn)定性。用塊石或者磚塊在土袋上方固定，確保圍井基礎(chǔ)的穩(wěn)定性。注意固定圍井石塊必須壓實土袋，形成井狀封閉區(qū)，確保圍井底部涌水間蓄壓；其次，從高于地面10cm的地方開始按照順序鋪設(shè)粗砂層、小石子、大石子等多層濾料(每層濾料高度控制在20cm左右，注意鋪設(shè)中不能混合造成濾層密封性太強對圍井壁的壓力增加)，再用大石塊壓實，保障圍井整體堅固性。但針對較大的管涌，可以在底層土袋下面增加大的石塊消殺水勢，再按照以上流程填鋪濾料；最后，待管涌情況相對穩(wěn)定之后，在圍井適當(dāng)?shù)乃畨焊叨炔迦肱潘?鋼管、塑料管、竹筒)，將多余的水排出，增加圍井使用壽命。針對管涌比較小的情況下，可以將生活中的汽油桶鉆孔充當(dāng)圍井，適當(dāng)填充砂石即可。管涌險情比較嚴(yán)重的情形必須提前準(zhǔn)備反濾材料，做好搶險工作。所以，本文建議在日常管涌搶險工作中，應(yīng)該在管涌多發(fā)、易發(fā)地段做好預(yù)算工作，備好不同直徑的反濾水桶，方便險情發(fā)生第一時間做好應(yīng)急搶險工作。②梢料反濾圍井。主要針對管涌險情比較嚴(yán)重并且單個的管涌口。首先，清理管涌口周圍有機物、平整地面，將土工織物內(nèi)裝入泥沙呈井狀交叉圍合；接著，按照細梢料20cm-30cm、粗梢料30cm-40cm的厚度逐層壓實，最后以大型石塊壓蓋。通過梢料的形式圍井，細梢料的密閉性相對較好，能提升水位，增強壓力。待險情相對穩(wěn)定的情形下，可以在粗梢料上方插入排水管，將多余的水量排出，確保水位適中。另外，還可以將梢料換成土工織物，搶險模式和梢料一致，二者運用中最重要的是控制顆?？讖?，確保孔徑與粗顆粒直徑匹配。主要運用細梢料的密封性和高粘度的特性增強圍井底部抗水壓力，應(yīng)對單個比較嚴(yán)重的管涌。

(2)反濾層壓蓋。反濾層壓蓋的實質(zhì)是針對管涌群實施大面積的管涌壓蓋方法，是一種管涌群面表層平面壓蓋的方法，此方法主要針對大面積管涌或者出現(xiàn)管涌群非常集中的情形，險情嚴(yán)重程度不高，做圍井是存在一定的困難，可以直接采用透水性較好、重力適中的材料作為壓蓋達到反濾的目的。一般搶險中通常以砂石為主，在反濾層構(gòu)建之前必須清理濾層范圍內(nèi)的有機物、雜物、軟泥，反濾層底面運用塊石或者磚石填充消殺水勢，在管涌群區(qū)域內(nèi)按照粗砂石、粗砂層、小石子、大石子各20cm的結(jié)構(gòu)構(gòu)建反濾層，最后利用大石塊壓蓋保護。另外一種是采用梢料反濾壓蓋形式，這種方法中必須注意將梢料末端留在平臺外腳，利于滲水。重要的是梢料層實際厚度必須保障擋住用水中的泥沙，保證泥沙不被涌水帶走，將管涌中的渾水變成清水是檢驗運用恰當(dāng)與否的最好標(biāo)準(zhǔn)。反濾層壓蓋中必須注重壓蓋層的厚度，針對管涌群比較嚴(yán)重的情形，必須結(jié)合實際情況增加反濾層各層級的厚度，確保最終治理效果。

(3)蓄水反壓。蓄水反壓運用的大前提是河道上下水位差別不大、高水位持續(xù)時間相對較短的搶險方法。主要適用涵閘或背水面的堤壩坑洼處發(fā)生險情；距離堤壩非常近，避免出現(xiàn)新的管涌；大面積的管涌群和已經(jīng)出現(xiàn)了較大面積的流土險情。滿足以上2種情形的時候必須采用蓄水反壓的方法實現(xiàn)管涌處壓力平衡。此種方法的操作相對比較簡單，清理管涌面積、清除淤泥，用土袋圍成較大面積的圍井，通過蓄水的形式實現(xiàn)反壓。通俗來講，就是在管涌群發(fā)生的地方通過人工干預(yù)的方式形成與河道中水壓對等的水體，達到管涌壓力平衡。

因為圍井內(nèi)不需要放濾體，井壁又是密封性材料，所以在蓄水井井壁的選擇中需要大量的土方來構(gòu)建高強度的井壁，因為在圍井構(gòu)筑中需要運用大量黏土，井壁構(gòu)筑中不能在堤壩周圍取土，避免因取土造成新的管涌險情。值得注意的是，判定此種方法的效果可以直接用肉眼觀察，可以觀察蓄水圍井中的涌水泡，等到涌出的水清澈不帶泥沙，就可以插入排水管，穩(wěn)定蓄水水位，確保蓄水的安全性和穩(wěn)固性。

(4)透水壓滲平臺。主要通過堤壩北側(cè)修筑壓滲平臺的形式平衡滲壓、減少管涌的滲透率，實現(xiàn)導(dǎo)滲濾水功能，達到穩(wěn)定險情的目的。這種方法主要適用于管涌險情比較多并且實際中的管涌險情范圍較大，實際搶險中缺少必要的砂土性材料。此種方法與反濾層壓蓋的方式比較類似，但是此種方法主要針對管涌發(fā)生形式相對較緩的管涌群。通常采取塊石或者磚塊填塞管涌群出口，等到消殺水勢之后再利用通透性較大的砂土搭建滲水平臺。形成底部消殺水勢，砂土遏制用涌砂的目的。其中表層的砂土厚度一般為30cm左右，根據(jù)管涌的具體情形再作增減。

4 結(jié)束語

管涌是造成堤壩破壞重要的原因之一，管涌搶險中應(yīng)根據(jù)實際情況，采取相應(yīng)措施，甚至需要綜合運用多種方法，才能收到良好的效果。