堤防流土破壞形式及險情處置研究

馮伯海

（佛岡縣水利工程質(zhì)量監(jiān)督站，廣東 清遠 511500）

隨著城市化的不斷加速，河道被圍墾造地，導致河道的寬度變窄，水流受限，易引發(fā)水流淤積。堤防的流土破壞也日益突出。堤防流土破壞形式主要包括沖刷、滑動、管涌等。針對堤防流土破壞險情的處置，需要綜合考慮工程技術(shù)手段、監(jiān)測預警系統(tǒng)以及應(yīng)急處置措施等方面的因素?？茖W合理的處置方法和措施，可以有效減輕破壞造成的損失。同時，在堤防設(shè)計和建設(shè)中，也要考慮流土破壞形式的風險，采取相應(yīng)的防護措施，以提高堤防的抗破壞能力。

1 堤防流土破壞形式及其成因分析

堤防是水利工程中的關(guān)鍵部分，主要用于防止洪水災害以及保護周邊地區(qū)的安全，但是堤防會面臨流土破壞的威脅，導致嚴重的險情。因此，需要研究堤防流土破壞形式，根據(jù)破壞形式采用相應(yīng)的處置方法，確保堤防破壞能夠得到有效處理，從而保障防洪工程的穩(wěn)定性、有效性以及周邊地區(qū)的安全。結(jié)合相關(guān)實踐經(jīng)驗來看，堤防流土破壞形式主要包括以下方面。

1.1 沖刷破壞

沖刷破壞是指在水流的沖刷作用下，堤防上的土壤顆粒被沖刷走，從而形成空洞，導致堤防的穩(wěn)定性下降。沖刷破壞可以分為兩種形式：一是側(cè)向沖刷，即水流從堤防的側(cè)面沖刷土壤，導致堤防的側(cè)面發(fā)生坍塌；二是底部沖刷，即水流從堤防底部沖刷土壤，導致底部土壤被沖刷走，形成空洞。

沖刷破壞的成因是多方面的，主要包括：（1）水流動力作用強烈。當水流流速較快、水位較高時，水流對堤防的沖刷作用會更加強烈，容易將堤防上的土壤沖刷走。（2）土壤性質(zhì)影響。堤防上的土壤性質(zhì)不同，其抗沖刷能力也不同。一些容易被沖刷的松軟土壤，容易被水流沖刷，從而形成空洞。（3）坡度影響。堤防的坡度也會影響沖刷的情況。坡度較陡的堤防，水流的沖刷作用更容易集中在一點，從而加劇了沖刷破壞[1]。（4）水流方向。水流的方向也會影響沖刷破壞的形式。當水流垂直于堤防時，容易引發(fā)側(cè)向沖刷破壞；當水流平行于堤防時，容易引發(fā)底部沖刷破壞。（5）自然因素。自然因素如降雨、洪水等會導致水流強度增大，加劇了堤防的沖刷破壞。

1.2 滑動破壞

滑動破壞是指在堤防的土體內(nèi)部，由于不穩(wěn)定的內(nèi)部力學平衡狀態(tài)，導致土體在一定平面上發(fā)生滑動而引起的破壞，滑動破壞可以分為兩種形式，即水平滑動和垂直滑動，水平滑動是指土體在水平方向上發(fā)生滑動，導致堤防的坡面下滑；垂直滑動是指土體在垂直方向上發(fā)生滑動，導致堤防的壩體整體下沉[2]。

滑動破壞的成因是復雜的，主要涉及土體的力學特性、水分狀態(tài)、外力作用等多個因素，具體成因為：（1）水分影響。土體的含水量會影響其抗剪強度和內(nèi)摩擦角。當土體含水量較高時，內(nèi)摩擦角減小，容易引發(fā)滑動破壞。（2）堤防坡度。堤防的坡度也會影響滑動破壞的情況。坡度較陡的堤防，土體受重力作用更容易發(fā)生滑動。（3）外力作用。外力作用如水流沖刷、地震等會導致土體的力學平衡狀態(tài)發(fā)生變化，從而引發(fā)滑動破壞。（4）土體層理。土體中存在的層理結(jié)構(gòu)也會影響滑動破壞。當土體的層理與滑動平面一致時，容易引發(fā)滑動破壞。

1.3 管涌破壞

管涌破壞是指在堤防內(nèi)部，由于滲流通道的形成，導致土體被沖刷帶走，形成管狀通道并引發(fā)堤防坍塌。管涌破壞可以分為兩種形式，分別為管涌坍塌和管涌上浮，管涌坍塌是指管涌區(qū)域的土體坍塌；管涌上浮是指管涌通道內(nèi)的水流壓力將土體推浮，導致堤防表面凹陷。

管涌破壞的成因與土體的滲透性、水位變化、土體力學性質(zhì)等因素有關(guān)，其成因為：（1）土體滲透性。土體的滲透性是影響管涌破壞的重要因素。當土體的滲透性較大，水流容易在土體內(nèi)形成通道，引發(fā)管涌破壞。（2）水位變化。水位的變化會影響土體的滲透壓力和有效應(yīng)力，從而影響管涌破壞的發(fā)生。水位的降低或上升可能導致土體內(nèi)部的滲流通道形成，引發(fā)管涌破壞。（3）滲流壓力。滲流壓力是引發(fā)管涌破壞的主要力學因素之一。水流在土體內(nèi)部形成通道后，會形成一定的滲流壓力，進而沖刷土體并引發(fā)破壞。（4）人為因素。人類活動可能改變水流的路徑和強度，從而影響滲流通道的形成，加速管涌破壞的發(fā)生。

1.4 滲透破壞

滲透破壞是指水流在堤防土體內(nèi)部逐漸滲透并沖刷土粒，導致土體失穩(wěn)、破壞并引發(fā)堤防塌陷，滲透破壞具體表現(xiàn)為土體內(nèi)部的滲流通道逐漸形成，水流從土體內(nèi)部流失，導致土體流失、坍塌。根據(jù)滲透破壞的成因來看，主要為：（1）土體顆粒大小。土體的顆粒大小會影響水流的滲透能力。顆粒較小的土體容易形成較大的滲流通道，從而加速滲透破壞的發(fā)生。（2）土體結(jié)構(gòu)。不同結(jié)構(gòu)的土體對水流的滲透性有所不同。土體結(jié)構(gòu)較松散的區(qū)域容易形成滲流通道，從而引發(fā)滲透破壞。（3）水流速度。水流的速度也是影響滲透破壞的重要因素。較快的水流速度會增加水流的沖刷能力，加劇土體的滲透和破壞。

2 堤防流土破壞的險情處置有效措施

2.1 土工膜截滲

土工膜是一種高分子合成材料，具有優(yōu)異的防水、防滲性能，在堤防流土破壞的險情處置中，可以采用土工膜截滲方法來阻止水流的進一步滲透，從而穩(wěn)定土體，避免破壞的進一步擴大。例如，2022 年6 月20日至24 日期間，受北江上游普降大雨。珠江流域北江第2 號洪水將發(fā)展成特大洪水，西江第4 號洪水正在演進，水位繼續(xù)上漲并將較長時間維持高水位運行，防汛形勢極其嚴峻復雜。佛岡縣龍山鎮(zhèn)鳳洲聯(lián)圍位于北江一級支流潖江河中下游，受北江水頂托影響，堤外江水位維持20.20m 以上近一周時間，水位最高21.78m。由于堤身長時間浸泡，堤身填土已飽和，6 月23 日中午9+950 樁號堤背水坡出現(xiàn)流土險情。險情發(fā)生在背水坡腳以上約80cm 處，出水口約15cm 直徑夾帶堤身砂質(zhì)粘土。發(fā)現(xiàn)險情后組織10 人隊伍進行搶險，采用常規(guī)流土處理方法，共用沙包80 個，土工布5 m2，約1 個小時完成險情處理；搶險變?yōu)槭褂眯铍娡寥楞@孔器，在流土發(fā)生位置周圍50cm 直徑范圍內(nèi)，鉆3～5個直徑15cm，50cm 深孔洞，用土工濾布包裹Ф15、長50cm 鋼管填塞孔洞，從而達到反濾排水效果，排除險情，該方法只要儲備鋼管，土工濾布及土壤鉆孔器即可達到單人或兩人作戰(zhàn)，并快速處理險情的效果[3]。

2.2 梢料反濾層

梢料反濾層是一種有效的堤防流土破壞險情處置措施，其原理是通過在土體中引入梢料，利用梢料的粗顆粒特性形成反濾層，防止土體顆粒的流失，從而增加土體的穩(wěn)定性。在應(yīng)用該方法時，選擇適當?shù)纳伊喜牧?，通常選擇顆粒較大、堅固耐用的石子或碎石，之后在堤防土體中引入梢料，可以采用將梢料均勻撒在土體表面，或者混合在土體中進行填筑；在堤防土體中引入梢料，可以采用將梢料均勻撒在土體表面，或者混合在土體中進行填筑，引入梢料后，需要對堤防進行養(yǎng)護和維護，確保梢料反濾層的穩(wěn)定性和效果。梢料的引入可以形成反濾層，有效阻止土體顆粒的流失，提高堤防的穩(wěn)定性，且梢料本身是天然材料，不會對環(huán)境造成污染，符合環(huán)保要求，能夠有效抵御水流的沖刷，延緩流土破壞的發(fā)生。

2.3 反濾圍井

反濾圍井是一種通過設(shè)置井筒來截獲滲流，以減小土體顆粒的流失，從而防止堤防流土破壞的險情處置措施，該方法通過引導滲流進入井筒，通過井筒內(nèi)的濾層進行截留，降低滲流的速度和流量，保護土體穩(wěn)定性。井筒內(nèi)的濾層可以截留滲流，減小滲流速度和流量，從而保護土體不受沖刷，且反濾圍井可以根據(jù)堤防的實際情況進行設(shè)置，具有一定的靈活性和適應(yīng)性；反濾圍井可以降低滲流的壓力，減少土體的滲透壓力，有助于穩(wěn)定土體，井筒可以有效地防止土體的沖刷和侵蝕，增強堤防的穩(wěn)定性，同時反濾圍井方法不需要大量的材料，對環(huán)境影響較小，符合環(huán)保要求。在應(yīng)用過程中，需要根據(jù)堤防的地勢和地質(zhì)情況，選擇適當?shù)奈恢迷O(shè)置反濾圍井；在選定位置挖掘或鉆探井筒，井筒的直徑和深度要根據(jù)滲流量和土體性質(zhì)來確定；在井筒內(nèi)設(shè)置濾層，濾層材料應(yīng)該具有較小的孔隙度和較高的抗沖刷能力，常用的材料有砂礫和防護土等；在井筒內(nèi)設(shè)置濾層，濾層材料應(yīng)該具有較小的孔隙度和較高的抗沖刷能力，常用的材料有砂礫和防護土等[4]。

2.4 塞堵漏洞

對堤防進行全面的巡查，準確發(fā)現(xiàn)漏洞的位置、大小以及可能的擴展趨勢，并評估漏洞的嚴重程度，根據(jù)情況確定是否需要立即采取堵塞措施。根據(jù)漏洞的大小和特點，選擇合適的填充材料，常用的填充材料包括土壤、砂礫、碎石等；確保材料質(zhì)量良好，能夠緊密填充漏洞。根據(jù)漏洞的大小和特點，選擇合適的填充材料，填充材料包括土壤、砂礫、碎石等。確保材料質(zhì)量良好，能夠緊密填充漏洞；將選定的填充材料逐層填入漏洞中，每填充一層都要進行適當?shù)膲簩?，以確保填充材料能夠牢固地貼合漏洞表面，防止空隙。在填充完成后，可以考慮對填充部分進行加固處理，比如設(shè)置加固網(wǎng)格或添加一層混凝土保護面層，加固措施有助于提高填充材料的穩(wěn)定性和抗沖刷能力。

2.5 軟簾蓋堵

軟簾能夠有效地防止水流侵蝕，減少流土破壞的發(fā)生，且軟簾蓋堵方法適用于不同類型的堤防，可以針對不同情況進行調(diào)整和應(yīng)用。在應(yīng)用過程中，根據(jù)流土破壞的情況和堤防的特點，選擇合適的軟簾材料，軟簾材料包括合成纖維材料、草編材料等，并按照堤防的實際情況進行合理的設(shè)計，確定軟簾的長度、寬度和布設(shè)位置。在流土破壞險情區(qū)域，將選定的軟簾材料按照設(shè)計要求進行布設(shè)，軟簾可以在堤面表面覆蓋，也可以通過埋設(shè)錨桿等方式固定在堤體上；在布設(shè)軟簾后，需要對軟簾進行固定和加固，可以通過埋設(shè)錨桿、設(shè)置固定裝置等方式，確保軟簾能夠穩(wěn)固地固定在堤體上，不易被水流沖刷。為了增強軟簾的防水性能，可以對軟簾進行防水處理，防止水流從軟簾材料滲透進入堤體內(nèi)部；布設(shè)軟簾后，需要定期對軟簾進行檢查，發(fā)現(xiàn)問題及時修復或更換受損的軟簾部分，以確保軟簾的有效性和穩(wěn)定性[5]。

2.6 護坡固腳防沖

護坡固腳是指在堤防表面采取一系列措施，以防止土坡流失、坡腳沖刷，從而保障堤防的穩(wěn)定性和安全性，對于避免流土破壞以及保障附近地區(qū)的安全至關(guān)重要，具體措施包括：（1）草皮護坡法。在堤防坡面鋪設(shè)草皮，然后進行壓實和固定，能夠有效減緩水流速度，降低坡面沖刷的風險，且草皮的根系還能夠有效地固定土壤，防止流失。（2）草皮護坡法。在坡面設(shè)置石坎或混凝土坎，形成一道護坡墻，不僅可以減緩水流速度，還能夠分散水流沖擊力，從而減輕坡腳的沖刷。（3）竹網(wǎng)固腳法。在坡面搭設(shè)竹網(wǎng)，然后填充土石，形成固定的竹網(wǎng)護坡結(jié)構(gòu)。竹網(wǎng)能夠有效固定土石，防止流失，同時還具有一定的透水性，能夠減緩水流速度。（4）生態(tài)護坡法。結(jié)合生態(tài)工程的理念，在堤防坡面設(shè)置濕地、淺水區(qū)等生態(tài)景觀，利用濕地植被的吸水能力和生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性，保護坡面不被沖刷。（5）護坡植被法。在堤防坡面進行植被覆蓋，選擇適合當?shù)厣L的植物，能夠在一定程度上固定土壤，減緩水流速度，減少沖刷。（6）護坡板結(jié)構(gòu)法。在堤防坡面設(shè)置護坡板，該結(jié)構(gòu)能夠減緩水流速度，減少沖刷，同時還能夠起到一定的隔離作用，保護堤防不被流土侵蝕。

2.7 翻填夯實措施

翻填夯實方法是指將流失的土壤重新翻回堤防內(nèi)，之后通過夯實作業(yè)將其緊密壓實，以恢復堤防的穩(wěn)定性，該方法不僅可以填補破壞部位，還能夠增加堤防的整體密實度和強度，提高抗沖刷能力，從而有效減少流土破壞對堤防的危害。在翻填過程中，應(yīng)根據(jù)土壤的性質(zhì)和顆粒大小進行分層翻填，將細顆粒土壤放在上層，粗顆粒土壤放在下層，以實現(xiàn)更好的夯實效果；在翻填完成后，需要進行夯實作業(yè)，夯實設(shè)備可以采用振動錘、壓路機等，通過振動或沖擊作用將土壤逐層壓實，增加土壤的密實度和穩(wěn)定性；在夯實過程中，應(yīng)逐層進行，從上到下進行夯實，確保每一層土壤都能夠得到充分的夯實，提高整體的抗沖刷能力；在翻填夯實過程中，需要注意控制水分含量，過于濕潤或過于干燥的土壤都會影響夯實效果，因此需要根據(jù)實際情況進行水分控制。

3 結(jié)語

綜上所述，研究堤防流土破壞形式及險情處置具有重要的意義，能夠保障防洪工程的穩(wěn)定性和安全性，預防險情發(fā)生，保護周邊地區(qū)的安全，提高工程效益，科學指導工程實踐，以及推動技術(shù)創(chuàng)新的發(fā)展，對于建設(shè)安全、穩(wěn)定的防洪工程和保障人民生命財產(chǎn)安全具有重要的作用。