同馬大堤管涌成因與處理措施分析

管涌，是汛期堤防在滲流作用下，土體顆粒被帶出而發(fā)生滲透破壞的現(xiàn)象。長(zhǎng)江中下游平原沖積地層，上面是粘性土，往下是粉砂、細(xì)砂等。由于滲水流經(jīng)強(qiáng)透水層的壓力損失小，堤內(nèi)數(shù)百米范圍內(nèi)粘土層下面仍可能承受很大的水壓力。如果這股水壓力沖破了粘土層，下面的粉砂、細(xì)砂就會(huì)隨水流出，從而發(fā)生管涌。據(jù)統(tǒng)計(jì)，堤防潰口90%以上都是因堤身堤基管涌破壞造成的。因此研究管涌產(chǎn)生原因、汛期處理效果以及汛后治理措施等有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。本文對(duì)2020年同馬大堤管涌成因和汛期應(yīng)急處理的成效進(jìn)行分析，就管涌堤段治理提出建議。

一、工程概況

1.同馬大堤基本情況

同馬大堤是長(zhǎng)江流經(jīng)安徽的第一道防洪屏障，屬長(zhǎng)江干流二級(jí)堤防，保護(hù)安徽省境內(nèi)宿松、望江、懷寧、太湖四縣及省屬華陽(yáng)河、九成、皖河三個(gè)農(nóng)場(chǎng)2310km2范圍的142 萬(wàn)畝耕地、124 萬(wàn)人口生命財(cái)產(chǎn)安全，同時(shí)也保障湖北黃廣大堤部分地區(qū)和滬渝高速、京九鐵路等重要基礎(chǔ)設(shè)施的防洪安全。同馬大堤全長(zhǎng)173.525km，其中沿長(zhǎng)江段堤長(zhǎng)138.36km，沿皖河段堤長(zhǎng)35.165km。

自1983年同馬大堤列入中央基建后，一些重點(diǎn)險(xiǎn)工險(xiǎn)段逐步得到治理。據(jù)《安徽省志·長(zhǎng)江志》記載，2002年水利部批復(fù)同馬大堤加固工程總投資10.1 億元，其中由長(zhǎng)江水利委員會(huì)組織實(shí)施的防滲墻等隱蔽工程3.88 億元，由安慶市組織實(shí)施的非隱蔽工程6.22 億元。建設(shè)內(nèi)容包括堤身加固173.5km，填塘固基173.4km，堤身灌漿166.5km 等等。全線達(dá)防御五四年型洪水設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，全部工程于2009年12月通過(guò)長(zhǎng)江水利委員會(huì)主持的竣工驗(yàn)收。交付使用以來(lái)，安全防御2016年和2020年長(zhǎng)江大洪水，但也暴露出砂基堤段易發(fā)管涌險(xiǎn)情等防洪薄弱問(wèn)題。

2.管涌發(fā)生情況

2020年主汛期同馬大堤發(fā)生險(xiǎn)情14 處，其中管涌4 處，占出險(xiǎn)數(shù)量的28.5%。統(tǒng)計(jì)2020年同馬大堤沿線發(fā)生的4 處管涌情況如下：

（1）管涌1（編號(hào)G1），所在堤段樁號(hào)6+100，距內(nèi)堤腳390m 處，管涌處地面高程16.00m。發(fā)生時(shí)間為2020年7月28日，當(dāng)時(shí)水塘出現(xiàn)直徑15cm集中滲水，水柱沖出水面6～7cm 高，冒水帶砂。該堤段深層砂基，堤基為雙層結(jié)構(gòu)，出險(xiǎn)時(shí)當(dāng)?shù)亟?1.20m。

（2）管涌2（編號(hào)G2），所在堤段樁號(hào)9+500，管涌處距內(nèi)堤腳16m，地面高程18.00m，發(fā)生時(shí)間為2020年7月12日，內(nèi)堤腳平臺(tái)潮濕處發(fā)現(xiàn)4 處1～2cm 泉眼翻砂鼓水。該段為1954年潰口處雙層砂基。出險(xiǎn)時(shí)江水位22.27m。

（3）管涌3（編號(hào)G3），所在堤段樁號(hào)159+850，2020年7月23日發(fā)現(xiàn)，距內(nèi)堤腳167m水田內(nèi)，有冒水面積1.5m×1m、深度約1.5m 的管涌，洞口周圍形成砂環(huán)2.5m×2.5m，附近還有2 個(gè)冒砂點(diǎn)。該處地面高程13.83m，砂基砂堤，堤基為單一細(xì)粉砂結(jié)構(gòu)。出險(xiǎn)時(shí)皖河內(nèi)長(zhǎng)江水位18.09m。

（4）管涌4（編號(hào)G4），所在堤段樁號(hào)172+980，局內(nèi)堤腳76m 排水溝邊，2020年7月13日發(fā)生直徑15cm、冒水面積2m2、深度約1.6m 的管涌，出水量大，并有大量細(xì)沙流出，附近伴有5cm小管涌1 處。地面高程17.26m，砂基砂堤，單一砂層堤基。出險(xiǎn)時(shí)外水位18.88m。

3.管涌表現(xiàn)

發(fā)生的4 處管涌表現(xiàn)形式不盡相同。G1 發(fā)生在取土坑宕邊緣，距同馬大堤內(nèi)堤腳距離達(dá)390m，出險(xiǎn)處周邊地形高出50～110cm，出險(xiǎn)時(shí)有水頭涌出并攜帶黑砂。G2 管涌處在堤腳壓滲平臺(tái)上，該處為1954年潰口段，江水位超外堤腳后，內(nèi)平臺(tái)小范圍逐漸潮濕，隨后滲水并出現(xiàn)砂沸狀，且有多點(diǎn)發(fā)生。G3 發(fā)生在水田內(nèi)，發(fā)現(xiàn)時(shí)涌水周圍已成砂環(huán)，涌水量大、水溫較低，涌水處已形成深度150cm 空洞。G4 位于排水溝內(nèi)，涌水附近2m2范圍大量細(xì)沙隨水涌出，深度約160cm，周邊還伴有翻砂鼓水出險(xiǎn)點(diǎn)。

二、管涌產(chǎn)生原因分析

1.高水位影響

同馬大堤沿程水位測(cè)站典型年最高水位表明，華陽(yáng)閘江水位和石牌站皖河水位實(shí)測(cè)值均為歷史最高，宿松匯口站水位為歷史次高。2020年7月7日同馬大堤沿線超警戒水位，至8月13日全線回落至警戒線以下，持續(xù)時(shí)間38 天。分析管涌出險(xiǎn)時(shí)間可知，同馬大堤四處管涌點(diǎn)分別發(fā)生在長(zhǎng)江水位超警后的6～22 天，且發(fā)生時(shí)間越早，距內(nèi)堤腳距離越近，說(shuō)明高水位持續(xù)產(chǎn)生的滲透壓力，是發(fā)生管涌的重要成因。

2.砂基滲流作用

同馬大堤地基分三種地質(zhì)結(jié)構(gòu)類型：?jiǎn)我唤Y(jié)構(gòu)、雙層結(jié)構(gòu)和多層結(jié)構(gòu)。據(jù)長(zhǎng)江勘察局2000年勘察成果，同馬大堤堤基土層滲透系數(shù)：黏土、粉質(zhì)黏土、壤土為10-5～10-7cm/s，粉砂、細(xì)砂為10-3～10-4cm/s，砂性土為10-5～10-7cm/s。據(jù)統(tǒng)計(jì)，同馬大堤砂基堤段長(zhǎng)69.193km，占39.9%，且堤基砂層厚。從表1可知，發(fā)生管涌堤段均為強(qiáng)透水砂基，發(fā)生滲透變形幾率較高。

3.出險(xiǎn)堤段地貌特點(diǎn)

同馬大堤沿線有村民傍堤居住，堤身以外因耕種等削弱達(dá)標(biāo)后的堤防斷面，堤內(nèi)取土坑宕、排水溝等成為易發(fā)險(xiǎn)情堤段。4 處管涌中，G1、G3 和G4 均與堤內(nèi)生產(chǎn)活動(dòng)相關(guān)，其中G1 處為村民取土坑，G3 為耕作農(nóng)田，G4 為農(nóng)田排水溝，三處地貌均減少了覆蓋層厚度，增大了險(xiǎn)情發(fā)生幾率；僅G2處在堤防堤腳壓滲平臺(tái)上，但該處原為歷史潰口險(xiǎn)段，堤基條件差，易發(fā)險(xiǎn)情。

4.入滲點(diǎn)近

發(fā)生管涌堤段的G1 和G2 段，外灘低洼，出險(xiǎn)時(shí)堤外水深近10m，出險(xiǎn)點(diǎn)水頭差為4～5m；而位于皖河段的G3、G4 管涌堤段幾乎無(wú)外灘，汛期洪水臨堤時(shí)即產(chǎn)生滲流作用。外灘低或無(wú)灘，造成入滲點(diǎn)近，極易發(fā)生滲透破壞造成管涌險(xiǎn)情。

三、汛期應(yīng)急處理

1.處理原則

處理管涌的原則是“抑砂導(dǎo)水”。管涌出現(xiàn)， 應(yīng)采取“前截、后壓和導(dǎo)滲”的方法進(jìn)行整治。汛期長(zhǎng)江水位居高不下，堤外水深一般有7～10m，采取前截的方式不現(xiàn)實(shí)，適用抑砂導(dǎo)水的導(dǎo)滲處理，即采用砂石反濾處理方法，減小滲透壓力，排水抑砂。

2.處理措施

汛期處理管涌險(xiǎn)情時(shí)，在管涌口周邊用土袋修筑圍埝，鋪黃沙或細(xì)粒料瓜米石，其上再均勻鋪設(shè)碎石，形成導(dǎo)濾圍井。其中G1 和G3 處理時(shí)，水頭和涌水流速較大，鋪細(xì)粒料之前先用較大粒徑碎石消殺水頭，再按反濾級(jí)配鋪設(shè)。粒料厚度每層為30cm 左右，圍埝高100cm 左右，隨著圍埝內(nèi)水位逐漸升高，在適當(dāng)位置設(shè)排水管導(dǎo)出滲水。

3.處理效果

隨著實(shí)施反濾圍井處置，圍井內(nèi)水位逐漸升高，滲水逐漸變清，水溫仍較低，表明滲流仍在繼續(xù)，“抑砂導(dǎo)水”的效果已經(jīng)顯現(xiàn)。實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)，G1 和G2險(xiǎn)情處理后第三天，圍井內(nèi)碎石層面干涸，圍井外圍低洼處，再度出險(xiǎn)砂沸點(diǎn)，繼續(xù)采取增加反濾圍井方法處理后，管涌點(diǎn)及周邊無(wú)新的險(xiǎn)情發(fā)生。

四、管涌堤段治理建議

1.同馬大堤歷史管涌段治理

同馬大堤在1983年、1998年主汛期曾發(fā)生匯口段、甘橋段、關(guān)帝廟段、龍?zhí)抖巍咨扯蔚戎卮蠊苡?，其中匯口段、甘橋段和龍?zhí)抖畏謩e采取建減壓井工程處理措施，關(guān)帝廟和白沙段采取填塘固基進(jìn)行處理。皖河段一些砂基砂堤段在長(zhǎng)江委隱蔽工程實(shí)施時(shí)，采用了防滲墻處理措施，此后的度汛檢驗(yàn)可知，歷史管涌段均未發(fā)生新的險(xiǎn)情，說(shuō)明填塘固基、減壓井和防滲墻三種工程措施，對(duì)同馬大堤起到了除險(xiǎn)加固作用，可以作為險(xiǎn)段治理的參考。

2.除險(xiǎn)加固建議

（1）G1 管涌距堤腳較遠(yuǎn)，該段外灘低洼，出險(xiǎn)地點(diǎn)為取土宕，周邊墳地。建議堤外增設(shè)黏土鋪蓋，出險(xiǎn)位置填塘蓋重。

（2）G2 管涌為歷史險(xiǎn)段，出險(xiǎn)表現(xiàn)為輕度砂沸。外灘高程低，管涌點(diǎn)處在堤腳平臺(tái)，建議堤外增設(shè)黏土鋪蓋，外堤腳設(shè)置垂直防滲墻。

（3）G3 管涌處在皖河砂基砂堤上，且外灘溝槽臨堤，出險(xiǎn)地點(diǎn)為水田，建議對(duì)該段堤身、堤基實(shí)施垂直防滲墻。

（4）G4 管涌堤段為歷年易發(fā)險(xiǎn)段，堤外坡腳臨水，出險(xiǎn)處為排水溝，建議實(shí)施堤身、堤基垂直防滲墻；禁止開溝破壞覆蓋層，重新設(shè)置堤內(nèi)水系。

3.其他建議

（1）管理建議。加強(qiáng)堤防管理是保證防洪標(biāo)準(zhǔn)的重要手段。保護(hù)范圍和管理范圍禁止開溝、取土，即使因耕種需要，也不能削弱堤防的設(shè)計(jì)斷面。歷史險(xiǎn)段、重點(diǎn)砂基堤段，應(yīng)禁止耕種，既防止水土流失保持防洪能力，又有利于汛期查險(xiǎn)、除險(xiǎn)。

（2）災(zāi)害防御建議。汛期，防汛指揮機(jī)構(gòu)應(yīng)組織對(duì)防守范圍的歷史險(xiǎn)段、砂基堤段進(jìn)行全面檢查，填平險(xiǎn)段范圍內(nèi)的排水溝、取土宕；深層砂基段查險(xiǎn)范圍應(yīng)擴(kuò)大到500m，尤其是高水位持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)時(shí)，需要加大查險(xiǎn)范圍和加密查險(xiǎn)頻次，加強(qiáng)對(duì)水渠、水田等蓋重末端的查險(xiǎn)。

五、結(jié)語(yǔ)

管涌是江河防汛中出險(xiǎn)幾率高、危害程度大的險(xiǎn)情之一。2020年同馬大堤發(fā)生的管涌險(xiǎn)情，與高水位持續(xù)時(shí)間、堤防深層砂基以及地貌特點(diǎn)等致險(xiǎn)因素有關(guān)，汛期要高度重視類似風(fēng)險(xiǎn)因素并加強(qiáng)防范。根據(jù)出險(xiǎn)特點(diǎn)，汛后有必要采取填塘固基或防滲墻等相應(yīng)的工程措施開展除險(xiǎn)加固，注重管理和防御等非工程措施運(yùn)用，提高堤防的防御洪水能力■