浅谈长江安徽段堤防散浸和管涌危害评价及其防治

陆小三，王志伟，童劲松，许 卫

(安徽省地质调查院，安徽合肥230001)

长江安徽段位于长江下游地区，是安徽省长江水系以洪涝灾害为主的主要水患区及与水患衍生的各种地质灾害的易发区[1]。靠堤防防洪两岸共有干流堤防765 km(左岸507 km，右岸258 km)，直接保护着沿江1100多万人口、900多万亩农田和合肥、芜湖等八个重要城市、工矿企业以及国家诸多的重要基础设施，可以说长江两岸堤防是安徽重要的经济生命线。

新中国成立以来，长江安徽段堤防经过逐年加高培厚、护岸及种植防浪林等措施，提高了堤质，对稳定河势、安全渡汛起到了重要作用。但是，这些堤防本身的稳固程度依然依然存在着一些严重问题，因而在汛期会经常发生各种灾害，形势十分严峻。在诸多灾害中，尤以散浸、管涌对堤防安全威胁最大。据历史资料表明，长江安徽段干堤50%以上溃堤都是管涌造成的，如1954年大水在江堤16处溃口中，就有8处是由散浸、管涌引起的。因此散浸、管涌是长江安徽段最为重要的地质灾害问题之一。本次研究通过深入调查长江安徽段堤防潜在散浸、管涌及溃口等，分析其产生的机理及影响因素，并针对安徽江段提放潜在不稳定区初步提出防治建议，进而为做好该段堤防安全防护工作提供理论支持和依据。

1 散浸、管涌机理分析

堤防在高水位作用下，背河坡面及坡脚附近地基表面出现的渗水现象，称为散浸，其特征是堤防背水侧坡面湿润、松散或有浸润纤流[2]。管涌是在渗透水流作用下，土中细粒移动、流失，土的孔隙不断扩大，最终导致土体内形成贯通的渗流通道，土体发生破坏的现象[3，4]，它通常发生在砂砾石地层中[2]。散浸和管涌对堤防具有很大的威胁，不及时防治容易导致堤防溃口、脱坡和崩岸等更为严重的灾害[5]。

散浸和管涌产生的机理一般有洪水位的高低、流速、堤外岸滩宽窄、土体结构和岩性组合、土体的水文地质及工程地质特征、堤防、涵闸工程的质量、堤内侧的地形高低及地表、地下水水位高低、土体盖层的岩性及抗压强度等。而长江安徽段堤防因其独特的地理位置与堤质，散浸和管涌产生的机理更为复杂。

长江安徽江段大堤内侧大多原为长江的河漫滩，由于没有泥沙进入，使得大堤内侧的地面高程与堤外岸滩差距越来越大，而与长江河槽的高程差距越来越小。到了汛期，当长江水位节节攀升时，长江水面高程也与堤内地面高程距离逐渐加大，堤内地面的地表水位(包括地下水位)高程最大也只能平地面，亦即汛期长江洪水位与堤内地表和地下水水位高程差距加大，由此形成的水位差是散浸、管涌形成的必要条件。根据历年汛期的防汛观测资料分析，大堤内外水位差越大，散浸、管涌发生的机率越高。

表1 广济圩大堤管涌发生的水力坡度统计表

根据系统观测资料显示，安庆市广济圩大堤，当汛期长江洪水位达到14.0m时，大堤内侧堤基一带就有散浸现象。因此，可以认为长江洪水位14m(吴淞高程)，是大堤内侧堤基发生散浸的临界水位。大堤内侧的管涌只要在洪水位大于14.0m(吴淞)后，任何洪水位条件下都能发生，由于堤外岸滩宽窄不一，洪水入渗点不一致;堤内侧管涌点距大堤也有远近，因此，产生管涌的水力坡度有大有小。广济圩大堤发生管涌的水力坡度见表1，表中大堤堤基宽度取40m，大堤内侧地面高程取10.5m(吴淞)，长江洪水位为吴淞高程。据表1可以看出，广济圩大堤汛期堤内发生管涌的水力坡度为0.013至0.11之间，其临界值应为0.013。安徽江段的其它干堤，堤基结构与广济圩大堤堤基类似，发生管涌的水力坡度临界值也可定为0.013。

各入江支流的河堤，堤外迎水坡一般无岸滩，汛期河水位上升后，散侵和管涌有可能在同一地点的大堤内侧发生。只要汛期河水位高于河堤内侧的地表水位或地下水位，沿堤脚内侧附近，就能出现管涌点。根据野外调查，在巢湖支流的丰乐河中游，偶见的水力坡度临界值可达到0.20左右，这可能与河水位短期升降幅度变化大有关。

长江安徽段堤防地基岩性一般为渗透性较好的砂、粉细砂或淤泥质粉细砂层。这些砂层不但对水体连通性较好，而且具有随水流动的特点，是连接大堤内外地表水或地下水良好的透水通道，这是散侵和管涌发生的另一个重要机理。安徽江段位于长江干流下游，主河道和汊江水流携带的泥沙均为细颗粒的粉细砂或淤泥质粉细砂，这些细颗粒的泥沙沉积后，有的在废弃的河道内，有的则组成现代河漫滩。而现在有不少堤段就是建在这些废弃的河道内或现代河漫滩上。研究表明，长江干堤容易挡住大堤外侧的长江洪水明流，却很难挡住堤基下形成的地下潜流。而散浸、管涌主要是通过堤基下透水的粉细砂层以地下潜流的形式发生的，因此具有隐蔽性强、治理难度大等特征。入江支流河堤的散浸、管涌也是类似。

2 人为影响因素

长江安徽段堤防散浸、管涌的产生机理除前述以外，还包括以下几种人为因素。

图1 枞阳殷家沟管涌成因剖面图

(1)早期修建大堤时，一般是在大堤内侧取土，由于取土沿堤内脚形成了一个条带状取土坑、坑深多则2～3m，少则1～2m。大堤内侧原为河漫滩，沉积物是粉土，粉细砂或淤泥质粉细砂层，呈中薄层状，修堤取土，常常取走顶部的粉土层，使得下伏的粉细砂层接近或直接裸露地表，造成土体的抗压强度降低。取土坑不但使大堤内地表水或地下水位降低、造成汛期堤内外水力坡度加大，还使表层土体抗压强度减弱。因此，有利于散浸和管涌的形成(见图1)。已有事实证明、安徽江段大堤内侧的散浸和管涌大都出现在堤内的取土坑内(俗称荷花塘)。

(2)安徽省的江堤，有很大一部分是建在古河道，古溃口或牛轭湖上，这些地方沉积物复杂，有淤泥、粉细砂，还有生物沉积。大堤修建时，受当时社会、经济和生产力的限制，一般都未清基或清基不彻底，使得堤基松散、薄弱，为现在散浸和管涌的产生埋下了隐患。

(3)1954年特大洪水、使大部分江堤被损坏、现在的江堤大多是上世纪50年代人工修建。来自不同的乡村、社、队的人员按分段承包施工，在两个包段的衔接处，往往疏于夯实而留下薄弱地段，这些地段是最易产生大堤渗漏和堤脚散浸。

(4)局部堤段内侧、如安庆广济圩大堤，堤内是多个溃口和古河道形成的溃口扇。当地群众为了便于种植，用翻土的方法将表层沙翻到下部，将下部的粉土或淤泥翻到表层，这样，不但扰动了土体，使土体抗压强度降低，而且砂层到了底部以后，往往为地下潜流导致管涌创造条件。

(5)其它的支流河堤、也存在堤内侧有取土坑，分段修堤留下薄弱地段等，为以后的大堤渗漏、散浸和管涌留下了隐患。此外，有不少河堤的迎水坡种有树木，如杭埠河、丰乐河等。这些树木的根系枯死后，往往形成空洞，造成河堤堤身渗漏、堤基散浸和管涌。

3 堤防稳定性评价及防治

3.1 堤防稳定性评价

根据资料搜集以及野外调查，将长江安徽段堤防稳定性分为三个区:稳定区、较稳定区、潜在不稳定区，各区特征详见表2。

研究结果表明，长江安徽段大多数的散浸、管涌均发生在距堤脚100m之内的取土坑、民井等处，少数则发生在远离(最远可达1 km)堤脚的堰塘、沟渠中。如广济圩江堤汪家墩堤段管涌点曾远离堤脚1 km多，管涌洞口直径一般为0.05～0.5m，少数达1.5m，砂环直径可达2.0～3.0m，洞深0.4～1.0m，涌出水头高度一般小于0.2m，大多数为单个管涌点，少数为管涌群，散浸常和管涌相伴而生，也有整段堤坝散浸，呈线状分布。

纵观长江安徽段堤防，由堤身、堤基散浸而产生管涌的险工险段主要分布在安庆市范围江堤。例如1998年汛期，同马大堤宿松段一次管涌，7月30日在距堤脚240m的水塘边有数十个冒砂孔，其中最大孔径8.0 cm，砂环直径1.0m，水深1.6m，翻砂已冒出水面，经过围井导滤，抬高塘水位处理后，7月31日和8月1日，该处又出现新的管涌，口径达10.0 cm，砂环直径扩大到1.5m，积砂厚0.7m;又如广济圩江堤段，8月3日在距堤脚260m的水塘中发现两处管涌，直径15 cm，可见4个砂环连成一片，面积达30m2，从而导致距堤脚50m处的一户两层楼房四周地基开裂，最大裂缝1.0 cm，房屋下沉4.0 cm，并有继续下沉趋势。无为、和县沿岸江堤，散浸、管涌现象亦较普遍。

除长江干堤外，长江支流河堤也有散浸、管涌现象发生，只是规模较小，如右岸支流秋浦河下游许多圩堤堤基，在汛期也时常发生不同程度的散浸，如贵池木闸的白沙港、高岭的东埂等地曾出现过管涌。

表2 长江安徽段堤防地基稳定性分区特征一览表

3.2 防治措施

根据散浸以及管涌的形成机理和影响因素，可采取相应的措施对表2中长江安徽段堤防地基的潜在不稳定以加以防治。对于堤防散浸的处理，可以“临河截渗，背河导渗”、降低浸润线、稳定堤身为原则。临水坡用透水性小的粘土做外帮，可以减少渗到堤里去的水;背水坡用透水性大的砂石或柴草做反滤，可以使已经渗到堤里的水流出，而不带走土粒，这样可以降低浸润线以稳定堤身。而对于管涌，主要是由于渗透坡降过大造成的。因此，管涌的防治一方面要增加渗流出口处土体的抵抗渗透变形的能力，另一方面应尽量降低渗透坡降，设置水平与垂直的防渗设备，延长渗径，降低渗透坡降或拦截水流，设置减压设备和盖重，以降低下游渗流出口处的渗透压力和增加土体上的重量[6]，具体的方法有修筑反滤围井、养水盆、滤水压浸台等。

4 结语

散浸和管涌长江安徽段最为重要的地质灾害问题之一，对堤防具有很大的威胁，如不及时防治容易导致堤防溃口、脱坡和崩岸等更为严重的灾害。安徽江段堤防散浸和管涌产生的机理除堤防地基自身堤质特征外，还与众多人为因素有关。因此，可采用相对应的措施对长江安徽段堤防地基的潜在不稳定区进行防治处理，主要方法有临河截渗，背河导渗，以及修筑反滤围井、养水盆、滤水压浸台等。文章仅就长江安徽段堤防防治措施进行了初步探讨，望能对以后的深入研究起到借鉴和指导作用。

[1]杨则东，鹿献章.长江安徽段及巢湖水患区防洪治水的环境地质问题[J].长江流域资源与环境，2001，10(3):279－283.

[2]朱建强，欧光华，言鸽.长江中下游堤防渗流侵蚀机理及其治理[J].水土保持学报，2001，15(5):6－9.

[3]周健，张刚.管涌现象研究的进展与展望[J].地下空间，2004，24(4):536－567.

[4]张幸农，蒋传丰，应强，等.江河崩岸问题研究综述[J].水利水电科技进展，2008，28(3):80－84.

[5]白冰，周健.长江堤防基础渗透破坏类型及其防渗治理分析[J].上海地质，2000，(1):11－14.

[6]张庆武.堤防工程中管涌的形成机理与防治研究[D].长沙:湖南大学，2008:23－29.