浅论土堤坝管涌形成原因及其处理技术

吴艺标

摘 要：广东省珠海市地处沿海地区，每年均要历经多次台风暴潮的袭击和考验，而防护人民生命财产安全的是依靠180多公里的土质海堤，因此，海堤的安全稳定牵动着全市150多万人口的心。而管涌是风暴潮影响下土质海堤较易发生的常见危险现象之一，因此，对于探究土质堤坝发生管涌后的工程处理技术，显得极其重要。

关键词：土堤坝；管涌；处理技术

在沿海堤坝建设中，土质海堤以其廉价优势在早期的海潮防范上被广泛利用，虽然目前我国正在大力改造沿海堤坝，但是由于我国海岸线较长，难以在短时间内完成全部的改建，所以作为原有的土质海堤的安全防护就成为了目前急需解决的问题。土质海堤由于结构稳定性差，在不断受到台风暴潮的侵袭后，其会受到海水的渗透压力而发生变形或者破海水冲垮。其中堤坝变形现象被称作渗透变形，在渗透变形中主要包括管涌和流土两种形式。管涌是指在渗流作用下，土体中的细小土粒，通过大土粒间的孔隙，发生移动或被水流挟带走的现象。流土是指在渗流作用下，当渗透力等于或大于土的浮容重时，粘性土或无粘性土体中某一定范围内的土粒或土粒团同时发生移动的现象。文章首先对管涌的形成原因、管涌的辨别进行分析，其次，根据目前所掌握管涌的应急处理原则，介绍几种常见的应急工程处理技术。

1 管涌形成的原因及其判别

1.1 管涌形成的原因

土堤坝渗透变形中出现管涌的问题非常普遍，以其形成的原因进行分析，主要是由于土堤坝的基础结构特点所造成的。土堤坝的的基础可以分为两个主要部分，上部分主要材料为粘性土壤，下部分主要为砂石。在潮水涨潮和退潮的过程中，土堤坝的下层部分受到海水流动力的作用会跟随海水的退潮而流走，尤其是压实度不够的土堤坝，很容易形成大大小小的空洞，在空洞中不断的渗透海水流出，这就被称为管涌。

1.2 管涌危险性的辨别

管涌危险性主要以管涌口距离土堤坝堤脚的距离、管口涌水量的大小、管口大小、管口涌水浑浊度、涌水水头等进行辨别。针对于以上辨别方式并没有形成统一的、完整的辨别方案，只是凭借土堤坝管理与维护人员的经验积累进行判断。以管涌口距离土堤坝堤脚的距离辨别为例，如果管涌口距离土堤堤脚有15倍水位差范围，则此涌口属于高危管涌。

2 管涌险情的工程处理技术

2.1 应急处理原则

目前针对管涌险情的应急处理已经形成了一些基本的原则，其中包括制止涌口涌水带沙、加固堤坝坝体、提高基土抗渗力、降低渗水压力等。其中最为常用的方法是制止涌口水带沙，通过预留渗水出口的方式引导坝体内渗水的流出，由此可以降低坝体的渗水压力，保证坝体不会轰然倒塌。

2.2 应急工程处理技术

2.2.1 反滤围井

反滤围井技术是加固堤坝坝体方式中的一种，其通过利用编织袋装满砂石堆放在管涌口处进行围补。并且同时在管涌口处铺筑反滤料防止涌水将堤坝沙土带走。反滤围井还有比较简单的方法，其被沿海居民广泛采用，这就是当遇到单个或者数目不多的小管涌口，其流沙浑浊，需要进行修补，就用两头空的水桶作为围井，这种方式简单便捷，无需动用大量的劳动力，并且具有良好的处理表现。如果遇到大面积的管涌口，需要进行反滤围井，反滤围井的高度不易过高，以控制涌水带沙为原则，避免因堤坝渗水压力过大而产生新的管涌。围井材料要具有渗水性或者透水性，根据反滤围井使用材料进行划分，主要包括：（1）砂石反滤围井。砂石具有较好的渗水性，以砂石作为反滤围井是最为普遍的管涌应急处理方式。利用砂石进行反滤围井是在出现暴潮前进行土堤坝的主要方式。首先，在进行围井前要对围井抢筑范围内的杂物进行清除，以防止其干扰砂石编织袋的渗水性。其次，对管涌口进行围补，通常围补高度不超过1.5米。最后，根据管涌口的大小进行铺筑反滤料，反滤料的铺筑方式需要恩局管涌口的大小和涌水量进行划分，如果管涌口涌水量小，且涌口尺寸不大，可先铺筑细反滤料，再铺筑粗反滤料，平均每级反滤料的厚度控制在20～30cm。如果涌口尺寸较大，管涌口涌水量大的情况，则需要先用碎石进行铺筑，以使其变位涌水量小的管涌口，再进行铺筑细反滤料到铺筑粗反滤料。反滤料的材料选择要与土坝材料进行匹配选择，铺筑反滤料完毕后对管涌口认真检查，以保证其达到反滤围井效果。（2）土工织物反滤围井。土工织物反滤围井是利用土工织物的抗拉性、透水性和耐冲破性对管涌进行反滤围井，对于土工织物的选择要以其控沙能力为目标进行筛选，通常大部分土工织物都可以作为反滤围井材料，只有需要对细砂或者粉砂的围井需要采用较为密实的土工织物。土工织物的反滤围井施工，首选需要对管涌口周围进行清平处理，清除会导致土工织物破裂的尖锐杂物。其次，降低管涌口的涌水压力，防止涌水压力过大冲垮土工织物反滤围井。最后，土工织物抗压、抗拉能力需要提升，尤其是土工织物之间的连接处和土工织物的固定处。土工织物的固定以先四周后中间为原则，这有利于确定土工织物围井范围。（3）梢料反滤围井。梢料反滤围井是采用梢料作为围井材料替代砂石反滤料。梢料的类型是根据不同地区来源方便性的原则进行选定的，用梢料反滤围井主要是用于砂石料缺少的地方，同时梢料具有轻便性，其材质通常为麦秸、稻草、柳枝、芦苇等。在以上梢料资源都丰富的地区，在管涌围井时尽量选用麦秸、稻草，这类农作物梢料作为下层，因为农作物梢料具有纤维性大、抗拉能力强的特点，通常铺设厚度为20～30cm。在围井上层可以选择柳枝、芦苇等粗制材料作为梢料，因为，粗制材料的体积较大、稳定性较强，通常铺设厚度为30～40cm。梢料反滤围井所用材料都具有轻便性，可以提高反滤围井建设的速度，但是其材质较轻，需要用压石块等重物进行固定，防止其被冲垮。

2.2.2 反滤层压盖

反滤层压盖是降低管涌口涌水速度的有效方式之一，利用反滤层压盖可以制止土堤坝基础的砂石被潮水带走，但是，反滤层材料需要具有较好的透水性，如果不透水则会增加堤坝的压力，不仅起不到应急处理作用，反而会增加堤坝涌水口快速增加的可能。反滤层压盖使用的材料主要包括：（1）砂石反滤压盖。砂石反滤压盖是利用砂石作为反滤层材料进行压盖，在对较大的管涌口进行石料填补后，可先用粗砂进行铺筑，其厚度约为20cm，再用小石子铺筑20cm，再用大石子铺筑20cm，最后盖压大石块一层。（2）梢料反滤压盖。梢料反滤压盖是利用麦秸、稻草、柳枝、芦苇等梢料作为反滤层材料进行压盖，在对较大的管涌口进行石料填补后，可先用麦秸、稻草等细梢料进行铺筑，其厚度约为10～15cm，再用柳枝、芦苇等粗梢料铺筑10～15cm，再用草垫、苇席等铺一层，最后用石块或者沙袋进行压盖。

2.2.3 蓄水反压（俗称养水盆）

蓄水反压是利用抬高管涌区内的水位以平衡与外部的水头差，进而可以降低土堤坝的渗透压力。当压力下降后，管涌口出水量自然降低，这就达到控制险情发生的目的。蓄水反压的方式主要包括：（1）塘内蓄水反压。塘内蓄水反压是针对于塘中管涌进行危险处理的主要方式，其通过在沿塘四周做围堤，抬高塘中水位以控制管涌。需要注意的是，高塘中水位不能过高，如果过高会出现新的管涌反而造成更加严重的后果。（2）围井反压。围井反压是针对于大面积的管涌区和老的险工段，进行应急处理的方式，为确保汛期安全度汛，可预先抢筑较大面积的围井，并进行蓄水反压，以做好控制管涌险情的准备工作。

3 结束语

文章通过论述管涌形成的原因和判别、并提出一些管涌险情发生后的工程处理技术，对实际工作中管涌发生后起到了较好的险情处理实操指导意义，对土质堤坝的安全稳定、对保护围内人民生命财产安全起到了非常重要的作用。

参考文献

[1]蒋伯杰，曾越，李杨红.洪水危机应急预案编制和处理技术[Z].2009，7.

[2]李道荣.土力学[Z].1993，6.