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堤基管涌险情的判别和抢护(1)

2014-12-06 01:07 摘要：在渗流水作用下土颗粒群体运动，称为“流土”。填充在骨架空隙中的细颗粒被渗水带走，称为“管涌”。通常将上述两种渗透破坏统称为管涌(又称翻沙鼓水、泡泉)。管涌险情的发展以流土最为迅速，它的过程是随着出水口涌水挟沙增多，涌水量也随着增大，逐渐形成管涌洞，如将附近堤(闸)基下沙层淘空，就会导致堤(闸)身骤然下挫，甚至酿成决堤灾害。据统计，1998年汛期，长江干堤近2/3的重大险情是管涌险情。所以发生管涌时，决不能掉以轻心，必须迅速予以处理，并进行必要的监护。
关键词：堤基管涌 险情判别 险情抢护 管涌险情的判别 　 一、管涌险情产生的原因　 管涌形成的原因是多方面的。一般来说，堤防基础为典型的二元结构，上层是相对不透水的粘性土或壤土，下面是粉沙、细沙，再下面是砂砾卵石等强透水层，并与河水相通(图3-1)。在汛期高水位时，由于强透水层渗透水头损失很小，堤防背水侧数百米范围内表土层底部仍承受很大的水压力。如果这股水压力冲破了粘土层，在没有反滤层保护的情况下，粉沙、细沙就会随水流出，从而发生管涌。
图3-1管涌险情示意图　 堤防背水侧的地面粘土层不能抗御水压力而遭到破坏的原因大致为：　 (1)防御水位提高，渗水压力增大，堤背水侧地面粘土层厚度不够。　 (2)历史上溃口段内粘土层遭受破坏，复堤后，堤背水侧留有渊潭，渊潭中粘土层较薄，常有管涌发生。　 (3)历年在堤背水侧取土加培堤防，将粘土层挖薄。　 (4)建闸后渠道挖方及水流冲刷将粘土层减薄。　 (5)在堤背水侧钻孔或勘探爆破孔封闭不实和一些民用井的结构不当，形成渗流通道。如1995年荆江大堤柳口堤段，距背水侧堤脚数百米的地方因钻孔封填不实，汛期发生了管涌；1998年汛期，湖北省公安县及江西省的九江市均有因民用井结构不当而出现险情的。　　(6)由于其他原因将堤背水侧表土层挖薄。 二、管涌险情的判别　 管涌险情的严重程度一般可以从以下几个方面加以判别，即管涌口离堤脚的距离；涌水浑浊度及带沙情况；管涌口直径；涌水量；洞口扩展情况；涌水水头等。由于抢险的特殊性，目前都是凭有关人员的经验来判断。具体操作时，管涌险情的危害程度可从以下几方面分析判别： (1)管涌一般发生在背水堤脚附近地面或较远的坑塘洼地。距堤脚越近，其危害性就越大。一般以距堤脚15倍水位差范围内的管涌最危险，在此范围以外的次之。　 (2)有的管涌点距堤脚虽远一点，但是，管涌不断发展，即管涌口径不断扩大，管涌流量不断增大，带出的沙越来越粗，数量不断增大，这也属于重大险情，需要及时抢护。　 (3)有的管涌发生在农田或洼地中，多是管涌群，管涌口内有沙粒跳动，似“煮稀饭”，涌出的水多为清水，险情稳定，可加强观测，暂不处理。(4)管涌发生在坑塘中，水面会出现翻花鼓泡，水中带沙、色浑，有的由于水较深，水面只看到冒泡，可潜水探摸，是否有凉水涌出或在洞口是否形成沙环。需要特别指出的是，由于管涌险情多数发生在坑塘中，管涌初期难以发现。因此在荆江大堤加固设计中曾采用填平堤背水侧200m范围内水塘的办法，有效地控制了管涌险情的发生。　 (5)堤背水侧地面隆起(牛皮包、软包)、膨胀、浮动和断裂等现象也是产生管涌的前兆，只是目前水的压力不足以顶穿上覆土层。随着江水位的上涨，有可能顶穿，因而对这种险情要高度重视并及时进行处理。管涌险情的抢护方法 一、抢护原则　 抢护管涌险情的原则应是制止涌水带沙，而留有渗水出路。这样既可使沙层不再被破坏，又可以降低附近渗水压力，使险情得以控制和稳定。　　值得警惕的是，管涌虽然是堤防溃口的极为明显和常见的原因，但对它的危险性仍有认识不足，措施不当，或麻痹疏忽，贻误时机的。如大围井抢筑不及，或高围井倒塌都曾造成决堤灾害。 二、抢护方法　 (一)反滤围井　　在管涌口处用编织袋或麻袋装土抢筑围井，井内同步铺填反滤料，从而制止涌水带沙，以防险情进一步扩大，当管涌口很小时，也可用无底水桶或汽油桶做围井。这种方法适用于发生在地面的单个管涌或管涌数目虽多但比较集中的情况。对水下管涌，当水深较浅时也可以采用。　　围井面积应根据地面情况、险情程度、料物储备等来确定。围井高度应以能够控制涌水带沙为原则，但也不能过高，一般不超过1．5m，以免围井附近产生新的管涌。对管涌群，可以根据管涌口的间距选择单个或多个围井进行抢护。围井与地面应紧密接触，以防造成漏水，使围井水位无法抬高。　　围井内必须用透水料铺填，切忌用不透水材料。根据所用反滤料的不同，反滤围井可分为以下几种形式。　　1．沙石反滤围井 沙石反滤围井是抢护管涌险情的最常见形式之一。选用不同级配的反滤料，可用于不同土层的管涌抢险。在围井抢筑时，首先应清理围井范围内的杂物，并用编织袋或麻袋装土填筑围井。然后根据管涌程度的不同，采用不同的方式铺填反滤料：对管涌口不大、涌水量较小的情况，采用由细到粗的顺序铺填反滤料，即先装细料，再填过渡料，最后填粗料，每级滤料的厚度为20～30cm，反滤料的颗粒组成应根据被保护士的颗粒级配事先选定和储备；对管涌口直径和涌水量较大的情况，可先填较大的块石或碎石，以消杀水势，再按前述方法铺填反滤料，以免较细颗粒的反滤料被水流带走。反滤料填好后应注意观察，若发现反滤料下沉可补足滤料，若发现仍有少量浑水带出而不影响其骨架改变(即反滤料不下陷)，可继续观察其发展，暂不处理或略抬高围井水位。管涌险情基本稳定后，在围井的适当高度插入排水管(塑料管、钢管和竹管)，使围井水位适当降低，以免围井周围再次发生管涌或井壁倒塌。同时，必须持续不断地观察围井及周围情况的变化，及时调整排水口高度，如图3-2所示。　　2．土工织物反滤围井 首先对管涌口附近进行清理平整，清除尖锐杂物。管涌口用粗料(碎石、砾石)充填，以消杀涌水压力。铺土工织物前，先铺一层粗沙，粗沙层厚30～50cm。然后选择合适的土工织物铺上。需要特别指出的是，土工织物的选择是相当重要的，并不是所有土工织物都适用。选择的方法可以将管涌口涌出的水沙放在土工织物上从上向下渗几次，看土工织物是否淤堵。若管涌带出的土为粉沙时，一定要慎重选用土工织物(针刺型)；若为较粗的沙，一般的土工织物均可选用。最后要注意的是，土工织物铺设一定要形成封闭的反滤层土工织物周围应嵌人士中，土工织物之间用线缝合。然后在土工织物上面用块石等强透水材料压盖，加压顺序为先四周后中间，最终中间高、四周低，最后在管涌区四周用土袋修筑围井。围井修筑方法和井内水位控制与沙石反滤围井相同(图3-3)。