水利工程如何判别管涌险情及如何抢护.docx

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水利工程如何判别管涌险情及如何抢护

水利工程—如何判别管涌险情及如何抢护

在渗流水作用下土颗粒群体运动，称为“流土”。

填充在骨架空隙中的细颗粒被渗水带走，称为“管涌”。

通常将上述两种渗透破坏统称为管涌（又称翻沙鼓水、泡泉）。

管涌险情的发展以流土最为迅速，它的过程是随着出水口涌水挟沙增多，涌水量也随着增大，逐渐形成管涌洞，如将附近堤（闸）基下沙层淘空，就会导致堤（闸）身骤然下挫，甚至酿成决堤灾害。

据统计，1998年汛期，长江干堤近2/3的重大险情是管涌险情。

所以发生管涌时，决不能掉以轻心，必须迅速予以处理，并进行必要的监护。

一、管涌险情的判别

1、管涌险情产生的原因：

管涌形成的原因是多方面的。

一般来说，堤防基础为典型的二元结构，上层是相对不透水的粘性土或壤土，下面是粉沙、细沙，再下面是砂砾卵石等强透水层，并与河水相通（图3-1）。

在汛期高水位时，由于强透水层渗透水头损失很小，堤防背水侧数百米范围内表土层底部仍承受很大的水压力。

如果这股水压力冲破了粘土层，在没有反滤层保护的情况下，粉沙、细沙就会随水流出，从而发生管涌。

图3-1管涌险情示意图

堤防背水侧的地面粘土层不能抗御水压力而遭到破坏的原因大致为：

（1）防御水位提高，渗水压力增大，堤背水侧地面粘土层厚度不够。

（2）历史上溃口段内粘土层遭受破坏，复堤后，堤背水侧留有渊潭，渊潭中粘土层较薄，常有管涌发生。

（3）历年在堤背水侧取土加培堤防，将粘土层挖薄。

（4）建闸后渠道挖方及水流冲刷将粘土层减薄。

（5）在堤背水侧钻孔或勘探爆破孔封闭不实和一些民用井的结构不当，形成渗流通道。

如1995年荆江大堤柳口堤段，距背水侧堤脚数百米的地方因钻孔封填不实，汛期发生了管涌；1998年汛期，湖北省公安县及江西省的九江市均有因民用井结构不当而出现险情的。

（6）由于其他原因将堤背水侧表土层挖薄。

2.管涌险情的判别

管涌险情的严重程度一般可以从以下几个方面加以判别，即管涌口离堤脚的距离；涌水浑浊度及带沙情况；管涌口直径；涌水量；洞口扩展情况；涌水水头等。

由于抢险的特殊性，目前都是凭有关人员的经验来判断。

具体操作时，管涌险情的危害程度可从以下几方面分析判别：

（1）管涌一般发生在背水堤脚附近地面或较远的坑塘洼地。

距堤脚越近，其危害性就越大。

一般以距堤脚15倍水位差范围内的管涌最危险，在此范围以外的次之。

（2）有的管涌点距堤脚虽远一点，但是，管涌不断发展，即管涌口径不断扩大，管涌流量不断增大，带出的沙越来越粗，数量不断增大，这也属于重大险情，需要及时抢护。

（3）有的管涌发生在农田或洼地中，多是管涌群，管涌口内有沙粒跳动，似“煮稀饭”，涌出的水多为清水，险情稳定，可加强观测，暂不处理。

（4）管涌发生在坑塘中，水面会出现翻花鼓泡，水中带沙、色浑，有的由于水较深，水面只看到冒泡，可潜水探摸，是否有凉水涌出或在洞口是否形成沙环。

需要特别指出的是，由于管涌险情多数发生在坑塘中，管涌初期难以发现。

因此在荆江大堤加固设计中曾采用填平堤背水侧200m范围内水塘的办法，有效地控制了管涌险情的发生。

（5）堤背水侧地面隆起（牛皮包、软包）、膨胀、浮动和断裂等现象也是产生管涌的前兆，只是目前水的压力不足以顶穿上覆土层。

随着江水位的上涨，有可能顶穿，因而对这种险情要高度重视并及时进行处理。

二、管涌险情的抢护方法

1.抢护原则

抢护管涌险情的原则应是制止涌水带沙，而留有渗水出路。

这样既可使沙层不再被破坏，又可以降低附近渗水压力，使险情得以控制和稳定。

值得警惕的是，管涌虽然是堤防溃口的极为明显和常见的原因，但对它的危险性仍有认识不足，措施不当，或麻痹疏忽，贻误时机的。

如大围井抢筑不及，或高围井倒塌都曾造成决堤灾害。

2.抢护方法

（一）反滤围井

在管涌口处用编织袋或麻袋装土抢筑围井，井内同步铺填反滤料，从而制止涌水带沙，以防险情进一步扩大，当管涌口很小时，也可用无底水桶或汽油桶做围井。

这种方法适用于发生在地面的单个管涌或管涌数目虽多但比较集中的情况。

对水下管涌，当水深较浅时也可以采用。

围井面积应根据地面情况、险情程度、料物储备等来确定。

围井高度应以能够控制涌水带沙为原则，但也不能过高，一般不超过1．5m，以免围井附近产生新的管涌。

对管涌群，可以根据管涌口的间距选择单个或多个围井进行抢护。

围井与地面应紧密接触，以防造成漏水，使围井水位无法抬高。

围井内必须用透水料铺填，切忌用不透水材料。

根据所用反滤料的不同，反滤围井可分为以下几种形式。

1．沙石反滤围井

沙石反滤围井是抢护管涌险情的最常见形式之一。

选用不同级配的反滤料，可用于不同土层的管涌抢险。

在围井抢筑时，首先应清理围井范围内的杂物，并用编织袋或麻袋装土填筑围井。

然后根据管涌程度的不同，采用不同的方式铺填反滤料：

对管涌口不大、涌水量较小的情况，采用由细到粗的顺序铺填反滤料，即先装细料，再填过渡料，最后填粗料，每级滤料的厚度为20～30cm，反滤料的颗粒组成应根据被保护士的颗粒级配事先选定和储备；对管涌口直径和涌水量较大的情况，可先填较大的块石或碎石，以消杀水势，再按前述方法铺填反滤料，以免较细颗粒的反滤料被水流带走。

反滤料填好后应注意观察，若发现反滤料下沉可补足滤料，若发现仍有少量浑水带出而不影响其骨架改变（即反滤料不下陷），可继续观察其发展，暂不处理或略抬高围井水位。

管涌险情基本稳定后，在围井的适当高度插入排水管（塑料管、钢管和竹管），使围井水位适当降低，以免围井周围再次发生管涌或井壁倒塌。

同时，必须持续不断地观察围井及周围情况的变化，及时调整排水口高度，如图3-2所示。

2．土工织物反滤围井

首先对管涌口附近进行清理平整，清除尖锐杂物。

管涌口用粗料（碎石、砾石）充填，以消杀涌水压力。

铺土工织物前，先铺一层粗沙，粗沙层厚30～50cm。

然后选择合适的土工织物铺上。

需要特别指出的是，土工织物的选择是相当重要的，并不是所有土工织物都适用。

选择的方法可以将管涌口涌出的水沙放在土工织物上从上向下渗几次，看土工织物是否淤堵。

若管涌带出的土为粉沙时，一定要慎重选用土工织物（针刺型）；若为较粗的沙，一般的土工织物均可选用。

最后要注意的是，土工织物铺设一定要形成封闭的反滤层土工织物周围应嵌人士中，土工织物之间用线缝合。

然后在土工织物上面用块石等强透水材料压盖，加压顺序为先四周后中间，最终中间高、四周低，最后在管涌区四周用土袋修筑围井。

围井修筑方法和井内水位控制与沙石反滤围井相同（图3-3）。

图3-2沙石反滤围井示意图

图3-3土工织物反滤围井示意图

3．梢料反滤围井

梢料反滤围井用梢料代替沙石反滤料做围井，适用于沙石料缺少的地方。

下层选用麦秸、稻草，铺设厚度20～30cm。

上层铺粗梢料，如柳枝、芦苇等，铺设厚度30～40cm。

梢料填好后，为防止梢料上浮，梢料上面压块石等透水材料。

围井修筑方法及井内水位控制与沙石反滤围井相同（图3-4）。

图3-4梢料反滤围井示意图

图3-5沙石反滤压盖示意图

（二）反滤层压盖

在堤内出现大面积管涌或管涌群时，如果料源充足，可采用反滤层压盖的方法，以降低涌水流速，制止地基泥沙流失，稳定险情。

反滤层压盖必须用透水性好的材料，切忌使用不透水材料。

根据所用反滤材料不同，可分为以下几种。

1．沙石反滤压盖（图3-5）

在抢筑前，先清理铺设范围内的杂物和软泥，同时对其中涌水涌沙较严重的出口用块石或砖块抛填，消杀水势，然后在已清理好的管涌范围内，铺粗沙一层，厚约20cm，再铺小石子和大石子各一层，厚度均为20cm，最后压盖块石一层，予以保护。

2．梢料反滤压盖（图3-6）

当缺乏沙石料时，可用梢料做反滤压盖。

其清基和消杀水势措施与沙石反滤压盖相同。

在铺筑时，先铺细梢料，如麦秸、稻草等，厚10～15cm，再铺粗梢料，如柳枝、秫秸和芦苇等，厚约15～20cm，粗细梢料共厚约30cm，然后再铺席片、草垫或苇席等，组成一层。

视情况可只铺一层或连铺数层，然后用块石或沙袋压盖，以免梢料漂浮。

梢料总的厚度以能够制止涌水携带泥沙、变浑水为清水、稳定险情为原则。

图3-6梢料反滤压盖示意图

（a）无滤层围井示意图

（b）背水月堤示意图

图3-7蓄水反压示意图

（三）蓄水反压（俗称养水盆）

即通过抬高管涌区内的水位来减小堤内外的水头差，从而降低渗透压力，减小出逸水力坡降，达到制止管涌破坏和稳定管涌险情的目的，见图3-7。

该方法的适用条件是：

①闸后有渠道，堤后有坑塘，利用渠道水位或坑塘水位进行蓄水反压；②覆盖层相对薄弱的老险工段，结合地形，做专门的大围堰（或称月堤）充水反压；②极大的管涌区，其他反滤盖重难以见效或缺少沙石料的地方。

蓄水反压的主要形式有以下几种。

1．渠道蓄水反压

一些穿堤建筑物后的渠道内，由于覆盖层减薄，常产生一些管涌险情，且沿渠道一定长度内发生。

对这种情况，可以在发生管涌的渠道下游做隔堤，隔堤高度与两侧地面平，蓄水平压后，可有效控制管涌的发展。

如安徽省的陈洲电徘站、新河口站等老险闸站都采用此法除险。

2．塘内蓄水反压

有些管涌发生在塘中，在缺少沙石料或交通不便的情况下，可沿塘四周做围堤，抬高塘中水位以控制管涌。

但应注意不要将水面抬得过高，以免周围地面出现新的管涌。

3．围井反压

对于大面积的管涌区和老的险工段，由于覆盖层很薄，为确保汛期安全度汛，可抢筑大的围井，并蓄水反压，控制管涌险情。

如1998年安庆市东郊马窝段，局长江上的一个老险工段，覆盖层厚度仅O．8～3m，汛期抢筑了五个大的围井，有效控制了5km长堤段内管涌险情的发生。

采用围井反压时，由于井内水位高、压力大，围井要有一定的强度，同时应严密监视周围是否出现新管涌。

切忌在围井附近取土。

4.其他

对于一些小的管涌，一时又缺乏反滤料，可以用小的围井围住管涌，蓄水反压，制止涌水带沙。

也有的用无底水桶蓄水反压，达到稳定管涌险情的目的。

（四）水下管涌险情抢护

在坑、搪、水沟和水渠处经常发生水下管涌，给抢险工作带来困难。

可结合具体情况，采用以下处理办法：

（1）反滤围井。

当水深较浅时，可采用这种方法。

（2）水下反滤层。

当水深较深，做反滤围井困难时，可采用水下抛填反滤层的办法。

如管涌严重，可先填块石以消杀水势，然后从水上向管涌口处分层倾倒沙石料，使管涌处形成反滤堆，使沙粒不再带出，从而达到控制管涌险情的目的，但这种方法使用沙石料较多。

（3）蓄水反压。

当水下出现管涌群且面积较大时，可采用蓄水反压的办法控制险情，可直接向坑塘内蓄水，如果有必要，也可以在坑塘四周筑围堤蓄水。

（五）“牛皮包”的处理

当地表土层在草根或其他胶结体作用下凝结成一片时，渗透水压把表土层顶起而形成的鼓包，俗称为“牛皮包”。

一般可在隆起的部位，铺麦秸或稻草一层，厚10～20cm，其上再铺柳枝、秫秸或芦苇一层，厚约20～30cm。

如厚度超过30cm时，可分横竖两层铺放，然后再压土袋或块石。