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工程师谈砂基管涌怎样控制才有效

来源:工程师天张 时间:2024-09-17 03:16 阅读

湖南华容洞庭湖大堤决堤险情牵动着亿万国人的心。7月5日下午4点左右,华容县团洲垸洞庭湖一线堤防发生管涌险情。不到2个小时,紧急封堵失败后堤坝决堤,决堤口宽度约10米。

网友们很关心:洞庭湖团洲大堤为什么会发生管涌险情?为什么用车辆载砂紧急封堵会失败?大堤怎样防护才安全?带着这些问题,我们来深度了解洞庭湖团洲大堤。

华容县地处长江下荆江和东洞庭湖之间,属于长江冲积平原地区,全县防洪大堤长约350公里,其中砂基大堤近100公里。一到汛期基础管涌、堤身散渗,极易出现防洪险情。

华容县当地有历史资料记载统计砂基堤出险频率最高。1954、1991、1995 、1996、1998、1999、2002、2016、2017年洞庭湖地区均发生特大或大洪水,自1950~1996年,华容县记录溃垸18次,其中属于砂基管涌溃垸11次,占比超过60%。

什么是管涌?

管涌是指在渗流作用下,一定级配的无黏性土中的细小颗粒,通过较大颗粒形成的孔隙发生移动,最终在土中形成与地表贯通的通道,从而引发土工建筑物或地基发生破坏的现象。下图就是堤坝工程发生管涌的示意图。

在堤外高水位的压力下,渗流水不断侵蚀坝基内的细小颗粒,最终使水流穿过坝体,形成了明显的水流通路。这种侵蚀作用持续进行,就会掏空坝体,导致坝体坍塌、溃决,形成险情。

洞庭湖区堤防工程多数坐落在第四系松散堆积地层之上,涉及的水文、地质单元多。根据洞庭湖近期治理地质勘探统计,湖区约48%的一线大堤堤基为砂性土,由于湖区砂性土为近代沉积,结构松散,透水性较强,这为管涌提供了“便利”。

为什么会发生管涌?

堤基管涌的发生需要具备一定的水力条件、边界条件及地质条件,堤基管涌主要发生在砂性土层中,表观上是在渗透水流作用下,细小颗粒发生移动并被水流带出的过程。在上下游水头差作用下,土层中细小颗粒能在粗骨架颗粒之间发生运移流失,随着土层中细颗粒流失量的不断增加,粗细颗粒整体骨架结构则会遭到破坏,砂性土层结构失稳,从而发生管涌破坏。其中崩塌致溃管涌发展恶化速度快,短时间可能会扩展至临水侧形成贯穿性的水流通道,造成堤防背水坡面塌陷或形成跌窝等。

怎么控制管涌破坏?

管涌破坏一般并不是突然发生的,而是一个随着时间逐步发展的过程,渐进式破坏。但是华容县当地对于防洪大堤砂基管涌控制还是有一定的经验的。自从上世纪80年代开始,华容县水利部门就曾采用粘土斜墙、基础灌浆、塑料布护堤防渗等措施来治理管涌。

对于浅层砂基堤段,他们采用过粘土斜墙的防治措施。下图中左侧是湖内(堤外),在非汛期低水位时,大堤外坡线上使用垂直防渗体和粘土斜墙进行防渗。简单讲这种做法就是“迎水面去挡”,而不是“背水面去堵”,大家都熟悉这个道理,前者会更有效。

对于砂层较深的堤防工程,就采用机械灌浆,形成一道防渗帷幕墙,这种做法也是很有效的。

还有一种就是塑料布护堤防渗。这种做法适合汛情紧急高水位时的情况。堤脚、堤顶及塑料布结合处用袋装卵石袋压实,防止洪水冲洗堤坝迎水面。

团洲大堤本来就是洞庭湖华容县内较为危险的工段,当发生堤坝轻微坍塌时,肉眼可见堤防路面明显沉降,此时应对该管涌处紧急处理,比如堤外抛石等措施。为什么当地没有这么做呢?

小编分析可能是事发突然,而之前的管涌并不明显,堤防巡视时并没有在堤后薄弱区内发现管涌现象的苗头【根本没有,或者很轻微没发现】。由于从发现堤坝局部下沉到出现决堤不到两小时,所以即使紧急调拨物资也来不及。经与当地沟通,物资准备充足。

当砂基堤防管涌发生后,很快就发生了堤防坍塌,当地再紧急使用载砂车辆填堤、吸沙船吹填,这对于砂基堤防管涌都是不奏效的方法,因为在湖内高水位压力下,堤内外水压差较大,这些拦堵措施效果极其有限。

结论

这也给华容县当地敲响了警钟,水利安全无小事。尤其是砂基堤防的管涌防治更应放在平时,除了加强巡视之外,更要加大防汛投资,在洞庭湖枯水期做好堤防险段的治理工作。

参考资料,特此致谢!

华容县砂基堤管涌渗漏的治理方法

洞庭湖区双层堤基管涌有限元分析

砂基堤防管涌模型试验和产生机理分析

网友看法

1、网友勇者星空9a0R:为什么不使用水泥混凝土灌浆法呢

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