淺論土堤壩管涌形成原因及其處理技術(shù)

吳藝標(biāo)

摘 要：廣東省珠海市地處沿海地區(qū)，每年均要?dú)v經(jīng)多次臺(tái)風(fēng)暴潮的襲擊和考驗(yàn)，而防護(hù)人民生命財(cái)產(chǎn)安全的是依靠180多公里的土質(zhì)海堤，因此，海堤的安全穩(wěn)定牽動(dòng)著全市150多萬(wàn)人口的心。而管涌是風(fēng)暴潮影響下土質(zhì)海堤較易發(fā)生的常見(jiàn)危險(xiǎn)現(xiàn)象之一，因此，對(duì)于探究土質(zhì)堤壩發(fā)生管涌后的工程處理技術(shù)，顯得極其重要。

關(guān)鍵詞：土堤壩；管涌；處理技術(shù)

在沿海堤壩建設(shè)中，土質(zhì)海堤以其廉價(jià)優(yōu)勢(shì)在早期的海潮防范上被廣泛利用，雖然目前我國(guó)正在大力改造沿海堤壩，但是由于我國(guó)海岸線較長(zhǎng)，難以在短時(shí)間內(nèi)完成全部的改建，所以作為原有的土質(zhì)海堤的安全防護(hù)就成為了目前急需解決的問(wèn)題。土質(zhì)海堤由于結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性差，在不斷受到臺(tái)風(fēng)暴潮的侵襲后，其會(huì)受到海水的滲透壓力而發(fā)生變形或者破海水沖垮。其中堤壩變形現(xiàn)象被稱作滲透變形，在滲透變形中主要包括管涌和流土兩種形式。管涌是指在滲流作用下，土體中的細(xì)小土粒，通過(guò)大土粒間的孔隙，發(fā)生移動(dòng)或被水流挾帶走的現(xiàn)象。流土是指在滲流作用下，當(dāng)滲透力等于或大于土的浮容重時(shí)，粘性土或無(wú)粘性土體中某一定范圍內(nèi)的土?；蛲亮F(tuán)同時(shí)發(fā)生移動(dòng)的現(xiàn)象。文章首先對(duì)管涌的形成原因、管涌的辨別進(jìn)行分析，其次，根據(jù)目前所掌握管涌的應(yīng)急處理原則，介紹幾種常見(jiàn)的應(yīng)急工程處理技術(shù)。

1 管涌形成的原因及其判別

1.1 管涌形成的原因

土堤壩滲透變形中出現(xiàn)管涌的問(wèn)題非常普遍，以其形成的原因進(jìn)行分析，主要是由于土堤壩的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)所造成的。土堤壩的的基礎(chǔ)可以分為兩個(gè)主要部分，上部分主要材料為粘性土壤，下部分主要為砂石。在潮水漲潮和退潮的過(guò)程中，土堤壩的下層部分受到海水流動(dòng)力的作用會(huì)跟隨海水的退潮而流走，尤其是壓實(shí)度不夠的土堤壩，很容易形成大大小小的空洞，在空洞中不斷的滲透海水流出，這就被稱為管涌。

1.2 管涌危險(xiǎn)性的辨別

管涌危險(xiǎn)性主要以管涌口距離土堤壩堤腳的距離、管口涌水量的大小、管口大小、管口涌水渾濁度、涌水水頭等進(jìn)行辨別。針對(duì)于以上辨別方式并沒(méi)有形成統(tǒng)一的、完整的辨別方案，只是憑借土堤壩管理與維護(hù)人員的經(jīng)驗(yàn)積累進(jìn)行判斷。以管涌口距離土堤壩堤腳的距離辨別為例，如果管涌口距離土堤堤腳有15倍水位差范圍，則此涌口屬于高危管涌。

2 管涌險(xiǎn)情的工程處理技術(shù)

2.1 應(yīng)急處理原則

目前針對(duì)管涌險(xiǎn)情的應(yīng)急處理已經(jīng)形成了一些基本的原則，其中包括制止涌口涌水帶沙、加固堤壩壩體、提高基土抗?jié)B力、降低滲水壓力等。其中最為常用的方法是制止涌口水帶沙，通過(guò)預(yù)留滲水出口的方式引導(dǎo)壩體內(nèi)滲水的流出，由此可以降低壩體的滲水壓力，保證壩體不會(huì)轟然倒塌。

2.2 應(yīng)急工程處理技術(shù)

2.2.1 反濾圍井

反濾圍井技術(shù)是加固堤壩壩體方式中的一種，其通過(guò)利用編織袋裝滿砂石堆放在管涌口處進(jìn)行圍補(bǔ)。并且同時(shí)在管涌口處鋪筑反濾料防止涌水將堤壩沙土帶走。反濾圍井還有比較簡(jiǎn)單的方法，其被沿海居民廣泛采用，這就是當(dāng)遇到單個(gè)或者數(shù)目不多的小管涌口，其流沙渾濁，需要進(jìn)行修補(bǔ)，就用兩頭空的水桶作為圍井，這種方式簡(jiǎn)單便捷，無(wú)需動(dòng)用大量的勞動(dòng)力，并且具有良好的處理表現(xiàn)。如果遇到大面積的管涌口，需要進(jìn)行反濾圍井，反濾圍井的高度不易過(guò)高，以控制涌水帶沙為原則，避免因堤壩滲水壓力過(guò)大而產(chǎn)生新的管涌。圍井材料要具有滲水性或者透水性，根據(jù)反濾圍井使用材料進(jìn)行劃分，主要包括：（1）砂石反濾圍井。砂石具有較好的滲水性，以砂石作為反濾圍井是最為普遍的管涌應(yīng)急處理方式。利用砂石進(jìn)行反濾圍井是在出現(xiàn)暴潮前進(jìn)行土堤壩的主要方式。首先，在進(jìn)行圍井前要對(duì)圍井搶筑范圍內(nèi)的雜物進(jìn)行清除，以防止其干擾砂石編織袋的滲水性。其次，對(duì)管涌口進(jìn)行圍補(bǔ)，通常圍補(bǔ)高度不超過(guò)1.5米。最后，根據(jù)管涌口的大小進(jìn)行鋪筑反濾料，反濾料的鋪筑方式需要恩局管涌口的大小和涌水量進(jìn)行劃分，如果管涌口涌水量小，且涌口尺寸不大，可先鋪筑細(xì)反濾料，再鋪筑粗反濾料，平均每級(jí)反濾料的厚度控制在20～30cm。如果涌口尺寸較大，管涌口涌水量大的情況，則需要先用碎石進(jìn)行鋪筑，以使其變位涌水量小的管涌口，再進(jìn)行鋪筑細(xì)反濾料到鋪筑粗反濾料。反濾料的材料選擇要與土壩材料進(jìn)行匹配選擇，鋪筑反濾料完畢后對(duì)管涌口認(rèn)真檢查，以保證其達(dá)到反濾圍井效果。（2）土工織物反濾圍井。土工織物反濾圍井是利用土工織物的抗拉性、透水性和耐沖破性對(duì)管涌進(jìn)行反濾圍井，對(duì)于土工織物的選擇要以其控沙能力為目標(biāo)進(jìn)行篩選，通常大部分土工織物都可以作為反濾圍井材料，只有需要對(duì)細(xì)砂或者粉砂的圍井需要采用較為密實(shí)的土工織物。土工織物的反濾圍井施工，首選需要對(duì)管涌口周圍進(jìn)行清平處理，清除會(huì)導(dǎo)致土工織物破裂的尖銳雜物。其次，降低管涌口的涌水壓力，防止涌水壓力過(guò)大沖垮土工織物反濾圍井。最后，土工織物抗壓、抗拉能力需要提升，尤其是土工織物之間的連接處和土工織物的固定處。土工織物的固定以先四周后中間為原則，這有利于確定土工織物圍井范圍。（3）梢料反濾圍井。梢料反濾圍井是采用梢料作為圍井材料替代砂石反濾料。梢料的類型是根據(jù)不同地區(qū)來(lái)源方便性的原則進(jìn)行選定的，用梢料反濾圍井主要是用于砂石料缺少的地方，同時(shí)梢料具有輕便性，其材質(zhì)通常為麥秸、稻草、柳枝、蘆葦?shù)?。在以上梢料資源都豐富的地區(qū)，在管涌圍井時(shí)盡量選用麥秸、稻草，這類農(nóng)作物梢料作為下層，因?yàn)檗r(nóng)作物梢料具有纖維性大、抗拉能力強(qiáng)的特點(diǎn)，通常鋪設(shè)厚度為20～30cm。在圍井上層可以選擇柳枝、蘆葦?shù)却种撇牧献鳛樯伊?，因?yàn)椋种撇牧系捏w積較大、穩(wěn)定性較強(qiáng)，通常鋪設(shè)厚度為30～40cm。梢料反濾圍井所用材料都具有輕便性，可以提高反濾圍井建設(shè)的速度，但是其材質(zhì)較輕，需要用壓石塊等重物進(jìn)行固定，防止其被沖垮。

2.2.2 反濾層壓蓋

反濾層壓蓋是降低管涌口涌水速度的有效方式之一，利用反濾層壓蓋可以制止土堤壩基礎(chǔ)的砂石被潮水帶走，但是，反濾層材料需要具有較好的透水性，如果不透水則會(huì)增加堤壩的壓力，不僅起不到應(yīng)急處理作用，反而會(huì)增加堤壩涌水口快速增加的可能。反濾層壓蓋使用的材料主要包括：（1）砂石反濾壓蓋。砂石反濾壓蓋是利用砂石作為反濾層材料進(jìn)行壓蓋，在對(duì)較大的管涌口進(jìn)行石料填補(bǔ)后，可先用粗砂進(jìn)行鋪筑，其厚度約為20cm，再用小石子鋪筑20cm，再用大石子鋪筑20cm，最后蓋壓大石塊一層。（2）梢料反濾壓蓋。梢料反濾壓蓋是利用麥秸、稻草、柳枝、蘆葦?shù)壬伊献鳛榉礊V層材料進(jìn)行壓蓋，在對(duì)較大的管涌口進(jìn)行石料填補(bǔ)后，可先用麥秸、稻草等細(xì)梢料進(jìn)行鋪筑，其厚度約為10～15cm，再用柳枝、蘆葦?shù)却稚伊箱佒?0～15cm，再用草墊、葦席等鋪一層，最后用石塊或者沙袋進(jìn)行壓蓋。

2.2.3 蓄水反壓（俗稱養(yǎng)水盆）

蓄水反壓是利用抬高管涌區(qū)內(nèi)的水位以平衡與外部的水頭差，進(jìn)而可以降低土堤壩的滲透壓力。當(dāng)壓力下降后，管涌口出水量自然降低，這就達(dá)到控制險(xiǎn)情發(fā)生的目的。蓄水反壓的方式主要包括：（1）塘內(nèi)蓄水反壓。塘內(nèi)蓄水反壓是針對(duì)于塘中管涌進(jìn)行危險(xiǎn)處理的主要方式，其通過(guò)在沿塘四周做圍堤，抬高塘中水位以控制管涌。需要注意的是，高塘中水位不能過(guò)高，如果過(guò)高會(huì)出現(xiàn)新的管涌反而造成更加嚴(yán)重的后果。（2）圍井反壓。圍井反壓是針對(duì)于大面積的管涌區(qū)和老的險(xiǎn)工段，進(jìn)行應(yīng)急處理的方式，為確保汛期安全度汛，可預(yù)先搶筑較大面積的圍井，并進(jìn)行蓄水反壓，以做好控制管涌險(xiǎn)情的準(zhǔn)備工作。

3 結(jié)束語(yǔ)

文章通過(guò)論述管涌形成的原因和判別、并提出一些管涌險(xiǎn)情發(fā)生后的工程處理技術(shù)，對(duì)實(shí)際工作中管涌發(fā)生后起到了較好的險(xiǎn)情處理實(shí)操指導(dǎo)意義，對(duì)土質(zhì)堤壩的安全穩(wěn)定、對(duì)保護(hù)圍內(nèi)人民生命財(cái)產(chǎn)安全起到了非常重要的作用。

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