堤腳處管涌與散浸和內(nèi)脫坡并發(fā)共生時(shí)的搶護(hù)方案實(shí)證分析

馬玉潔，江雅琴，譚 軍

(1.荊州市長江河道管理局公安分局，湖北 公安 434300;2.湖北省公安縣長江干堤防汛指揮部，湖北 公安 434300)

長江的洪災(zāi)主要發(fā)生在中游，中游的洪患又以荊江最為頻繁、嚴(yán)重。地處長江中游荊江南岸的荊江分蓄洪區(qū)現(xiàn)有險(xiǎn)工險(xiǎn)段45處，長度68.240km，占臨江堤段總長度的27.23%。每年汛期各類險(xiǎn)情時(shí)有發(fā)生，1980年和1998年曾經(jīng)2次因管涌險(xiǎn)情的搶護(hù)方案錯(cuò)誤，導(dǎo)致支民堤堤防潰口。前人就堤防失事做了廣泛而深刻的風(fēng)險(xiǎn)分析[1- 3]，關(guān)于防汛搶險(xiǎn)技術(shù)、防洪預(yù)案、險(xiǎn)情搶護(hù)等也有學(xué)者做了深入的研究[4- 6]，但大多是針對單一險(xiǎn)情發(fā)生時(shí)的分析或理論研究[7]，對多類險(xiǎn)情并發(fā)共生時(shí)的研究尤其是管涌[8]的搶護(hù)方案與實(shí)施過程的報(bào)道則較為少見。本文擬結(jié)合發(fā)生在荊江分蓄洪區(qū)虎東干堤車家灣險(xiǎn)段，樁號53+100～53+141堤腳處管涌與散浸和內(nèi)脫坡并發(fā)共生時(shí)的實(shí)例，就搶護(hù)方案進(jìn)行實(shí)證分析。

1 險(xiǎn)情概況

荊江分蓄洪區(qū)虎渡河閘口站設(shè)防水位39.50m，警戒水位40.00m，保證水位42.25m，1954年最高水位42.25m，閘口站歷史最高水位為1998年，高程42.48m。

1998年7月15日，閘口站水位41.03m，超警戒水位1.03m。荊江分蓄洪區(qū)干堤車家灣險(xiǎn)段樁號53+100～53+141，因堤身長期在高水位下浸泡，堤身高程39.05m處出現(xiàn)散浸，堤坡有明顯滲水逸出，現(xiàn)場技術(shù)人員現(xiàn)場制定了開溝導(dǎo)滲、降低浸潤線的搶護(hù)方案。具體方案如下：①自堤身高程39.05m處開挖“Y字形”排水溝，排水溝截面為矩形，排水溝寬度0.30m，深度0.30m，溝間距14m；②距堤腳0.5m處開挖縱向矩形截面排水溝，排水溝寬度0.30m，深度0.40m；③垂直于縱向排水溝再開挖橫向矩形截面排水溝，排水溝寬度0.40m，深度0.40m，溝間距14m(車家塆險(xiǎn)段出險(xiǎn)堤段排水溝布置平面示意圖，如圖1所示)。

圖1 車家塆險(xiǎn)段出險(xiǎn)堤段排水溝布置平面示意圖

堤坡“Y字形”排水溝、堤腳縱向排水溝和平臺橫向排水溝開挖后，堤身浸潤線未再繼續(xù)抬高，僅有少量滲水自堤坡“Y字形”排水溝溝內(nèi)逸出，周邊無明顯水跡，堤坡亦處于穩(wěn)定狀態(tài)。

2 險(xiǎn)情發(fā)展情況

1998年7月17日，閘口站水位41.26m，超警戒水位1.26m。堤身浸潤線抬高，堤坡滲水逸出點(diǎn)高程由39.05m提升到39.18m。搶護(hù)方案調(diào)整為將原“Y字形”排水溝頂端由39.05m開挖到39.35m，其他原措施不變。方案實(shí)施后，險(xiǎn)情未進(jìn)一步發(fā)展。

7月19日，閘口站水位41.46m，超警戒水位1.46m。堤身浸潤線再次抬高，堤坡滲水逸出點(diǎn)高程由39.18m提升到39.30m。樁號53+110～53+125堤身高程38.87m以下出現(xiàn)脫坡，裂縫最大寬度0.05m，裂縫最大深度0.20m。搶護(hù)方案調(diào)整為將原“Y字形”排水溝頂端開挖到39.50m，順著坡體裂縫開溝排水，排水溝寬度0.30m，深度0.30m，并與坡面“Y字形”排水溝、堤腳縱向排水溝和平臺橫向排水溝連通，其他原措施不變。方案實(shí)施后，險(xiǎn)情得到控制，未繼續(xù)惡化。

7月23日，閘口站水位41.10m，超警戒水位1.10m，雨量26.9mm，排水溝排水暢通，脫坡體無明顯變化。

7月24日，水位較前一日大幅上漲1.05m，閘口站水位達(dá)到42.25m，超警戒水位2.25m，達(dá)到保證水位和1954年最高水位，雨量56.5mm。堤身浸潤線急劇抬高，堤坡滲水逸出點(diǎn)高程由39.30m提升到39.58m。坡面“Y字形”排水溝和脫坡體排水溝局部坍塌堵塞，滑坡體高程和長度未延伸擴(kuò)展，滑坡體裂縫最大寬度由0.05m擴(kuò)展至0.12m，裂縫最大深度由0.20m擴(kuò)展至0.25m，堤腳縱向排水溝局部被滑坡土體形成輕微的擠壓破壞。同日，在樁號53+096堤腳高程37.00m，距堤腳0.7m處出現(xiàn)管涌1個(gè)，管涌涌水口直徑0.10m，沙盤直徑0.28m，沙盤平均厚度0.06m，涌水水柱高0.17m，水色清澈。因堤身在超警戒水位以上運(yùn)行已長達(dá)數(shù)月，并達(dá)到保證水位，堤身浸潤線急劇抬高，脫坡體排水溝局部坍塌，搶護(hù)方案有必要及時(shí)修正。

3 修正后的搶護(hù)方案與實(shí)施過程及結(jié)果

3.1 修正后的搶護(hù)方案

現(xiàn)場技術(shù)人員對自7月17日險(xiǎn)情發(fā)生以來的水雨情進(jìn)行了分析。

該處堤段已經(jīng)在警戒水位以上持續(xù)運(yùn)行30余天，且自險(xiǎn)情發(fā)生以來，一半的時(shí)間為中到大雨乃至暴雨，尤其是最近2天雨量分別為26.9、56.5mm的大到暴雨，與水位當(dāng)日暴漲1.05m疊加后，導(dǎo)致了堤身浸潤線急劇抬高，散浸險(xiǎn)情加重；而散浸險(xiǎn)情加重的直接后果就是滲水降低了堤坡土體的抗剪強(qiáng)度，進(jìn)一步加劇了內(nèi)脫坡險(xiǎn)情的惡化；水位暴漲，意味著堤基和堤身內(nèi)的滲透比降急劇增大、滲水流速隨之快速增加，在警戒水位以上持續(xù)30余天的運(yùn)行中，在逐漸增加的滲透力作用下，土塊間部分細(xì)料或堤基的砂粒更易流失，當(dāng)水位突然大幅暴漲時(shí)，滲透壓力超過臨界值，從而導(dǎo)致了堤腳管涌險(xiǎn)情的發(fā)生。結(jié)合水雨情預(yù)報(bào)，未來3天仍然是小到中雨，水位將繼續(xù)上漲并在高水位下持續(xù)一段時(shí)間。

荊江分蓄洪區(qū)虎渡河閘口站水位的變化對洞庭湖水位南水壅堵十分敏感，而且除了受荊江分蓄洪區(qū)泄洪閘加固后底板抬高近1.0m的影響外，還受到沙市水位、中河口水位的影響，這些因素導(dǎo)致閘口站水位的預(yù)報(bào)存在一定的不確定性，為了應(yīng)對更為復(fù)雜的防汛形勢，根據(jù)搶護(hù)方案的目的性、前瞻性、可操作性等原則，現(xiàn)場技術(shù)人員決定根據(jù)水雨情和險(xiǎn)情的變化，對散浸和滑坡坡體原排水溝調(diào)整為梯形截面并鋪設(shè)二級導(dǎo)率料，對管涌分階段搶筑反濾圍井，對原搶護(hù)方案進(jìn)行了大幅修正。

(1)將“Y字形”排水溝兩端各延伸6m，頂端開挖到高程39.90～40.10m；將“Y字形”排水溝矩形截面改為等腰梯形截面，底寬仍為0.3m，面寬0.9m，深度0.3m，兩側(cè)坡比1∶1，“Y字形”排水溝頂端坡面1∶1；

(2)“Y字形”排水溝按粗砂厚度0.15m，碎石厚度0.15m，分層鋪設(shè)導(dǎo)濾材料；

(3)“Y字形”排水溝橫溝間距按7.0m加密，并分層鋪設(shè)導(dǎo)濾材料，與堤腳縱向排水溝和平臺橫向排水溝連通；

(4)滑坡坡體沿裂縫向排水溝改為等腰梯形截面，底寬仍為0.3m，面寬0.9m，深度0.3m，兩側(cè)坡比1∶1，滑坡坡體增設(shè)3條等腰梯形截面橫向排水溝，并與坡面“Y字形”排水溝、堤腳縱向排水溝和平臺橫向排水溝連通；

(5)滑坡坡體沿裂縫向排水溝和新增設(shè)的橫向排水溝均按粗砂厚度0.15m，碎石厚度0.15m，分層鋪設(shè)導(dǎo)濾材料；

(6)準(zhǔn)備15m3袋裝粗砂、15m3塊石固腳阻滑；預(yù)備100m3搶險(xiǎn)預(yù)備土和3500條編織袋準(zhǔn)備袋土還坡，相應(yīng)機(jī)械、車輛、人員24h待命；

(7)管涌險(xiǎn)情圍井導(dǎo)濾，圍井采用袋土圍井，內(nèi)徑0.60m，圍井高度1.0m，圍井內(nèi)按粗砂厚度0.30m，碎石厚度0.30m，分層鋪設(shè)導(dǎo)濾材料并預(yù)留第三級級配塊石的厚度0.30m，排水管設(shè)在圍井高度0.70m處；如果水勢較大，導(dǎo)致粗砂被涌水沖走無法沉淀和覆蓋涌水口，則可先填放碎石，壓住水勢后再分層投入粗砂和碎石兩級反濾材料，圍井相應(yīng)加高并加固外圍。

(8)清理和修整堤腳縱向排水溝被滑坡體擠壓破壞處，堤腳縱向排水溝和平臺橫向排水溝要與管涌涌水口連通，截面形狀仍按矩形截面設(shè)置，寬度不變。

(9)堤腳縱向排水溝按粗砂厚度0.15m，碎石厚度0.15m，分層鋪設(shè)導(dǎo)濾材料。

3.2 針對堤腳管涌險(xiǎn)情的專項(xiàng)實(shí)施方案

為便于觀察管涌出水情況和隨時(shí)修正搶護(hù)方案，用袋裝黏土搶筑反濾圍井時(shí)采取了分階段進(jìn)行方式。

第1階段：內(nèi)層袋裝黏土搶筑圍井至基礎(chǔ)高度。內(nèi)層袋裝黏土搶筑高度不一次性到位，在搶筑至0.7m高度后，再根據(jù)險(xiǎn)情狀況具體實(shí)施。

(1)先填放入洗干凈的0.3m厚度的粗砂，觀察能否壓住水勢并滲出清水、粗砂濾料是否下陷，如果能壓住水勢，但濾料下陷，則繼續(xù)填入粗砂，直至濾料不再下陷為止；

(2)如滲水清澈不帶泥沙，證明管涌險(xiǎn)情已經(jīng)得到初步的控制，再填入洗干凈的0.3m厚度的碎石濾料，再觀察圍井中的濾料是否下陷，如果濾料下陷，則繼續(xù)填入碎石，直至濾料不再下陷。

第2階段：內(nèi)層袋裝黏土搶筑圍井至方案高度或修正后的方案高度。

(1)按原搶護(hù)方案實(shí)施后，滲水清澈不帶泥沙、粗砂，證明原二級導(dǎo)濾搶護(hù)方案有效，此時(shí)可將圍井高度由原0.7m加高到1.0m，并在圍井高度0.70m處安設(shè)排水管；

(2)如滲水仍然帶有泥沙，說明粗砂反濾層厚度不夠，可修正原搶護(hù)方案，為減小圍井加高的高度，應(yīng)在第一層粗砂濾料上鋪1～2層透水土工布后再繼續(xù)填入粗砂，直至滲出的水流不含泥沙，即管涌險(xiǎn)情得到初步的控制后，再將內(nèi)層袋裝黏土圍井由原0.7m搶筑到1.0m高度，最后填入洗干凈的0.3m厚度的碎石濾料；

(3)如果先期填入的0.3m厚度的粗砂不能壓住水勢，則原搶護(hù)方案應(yīng)及時(shí)修正，改正二級導(dǎo)濾為正反結(jié)合多級導(dǎo)濾，即以投入洗干凈的0.3m厚度的碎石壓住或者緩解水勢的同時(shí)，將內(nèi)層袋裝黏土圍井由原0.7m搶筑到1.2m高度，再填入洗干凈的0.3m厚度的粗砂，如果按修正后的搶護(hù)方案實(shí)施后，滲水清澈不帶泥沙，證明管涌險(xiǎn)情已經(jīng)得到初步控制，再填入洗干凈的0.3m厚度的碎石濾料；

(4)如果以碎石壓住或者緩解水勢，同時(shí)將內(nèi)層袋裝黏土圍井由原0.7m搶筑到1.2m高度，再填入粗砂濾料后，如滲水仍然帶有泥沙，說明粗砂反濾層厚度不夠，在粗砂濾料上鋪1～2層透水土工布后再繼續(xù)填入粗砂，直至滲出的水流不含泥沙，再填入洗干凈的0.3m厚度的碎石濾料。

在第1和第2階段填入碎石濾料后，尤需觀察井內(nèi)滲水中是否有粗砂被帶出，如果有粗砂被帶出，應(yīng)調(diào)整碎石級配或者改用瓜米石重新填入；如果涌水壓力較大，可將內(nèi)層袋裝黏土圍井適當(dāng)加高，并填入塊石，但圍井高度不宜超過1.5m，且排水管宜設(shè)置在碎石層高度上0.1m處，以免圍井井內(nèi)蓄水過高而導(dǎo)致圍井附近產(chǎn)生次生險(xiǎn)情。同時(shí)，應(yīng)在圍井附近加密深度為0.40m的橫向排水溝，以減小管涌涌水口水壓力，為便于觀察排水溝內(nèi)是否有新的管涌發(fā)生，排水溝內(nèi)暫不預(yù)設(shè)二級反濾層。

第3階段：外層袋裝黏土加固圍井。井內(nèi)滲水清澈不帶泥沙、粗砂，證明搶護(hù)方案有效并已控制住險(xiǎn)情，此時(shí)可對圍井外層用袋裝黏土進(jìn)行加固。在加固之前，應(yīng)先用黏土繞井周填筑至0.4m高度并用鐵鍬拍打壓實(shí)，再用袋裝黏土壘筑成圓臺狀。

3.3 實(shí)施過程

因原發(fā)險(xiǎn)情出現(xiàn)惡化趨勢，而堤腳新出現(xiàn)的管涌險(xiǎn)情如不及時(shí)搶護(hù)，勢必帶來嚴(yán)重后果，且根據(jù)水雨情預(yù)報(bào)，次日水位將持續(xù)上漲，并有中雨。故該處險(xiǎn)段的原發(fā)和新生險(xiǎn)情必須在當(dāng)日連夜搶護(hù)完成。現(xiàn)場技術(shù)人員修訂方案后，將搶險(xiǎn)隊(duì)伍分為管涌險(xiǎn)情搶護(hù)和散浸與脫坡險(xiǎn)情搶護(hù)2個(gè)小組。在搶護(hù)險(xiǎn)情的同時(shí)，將現(xiàn)場情況及搶險(xiǎn)方案直接上報(bào)上一級防汛指揮部門，為搶險(xiǎn)爭取了時(shí)間。實(shí)施過程如下。

3.3.1管涌險(xiǎn)情搶護(hù)過程

(1)以管涌涌水口為圓心，清除半徑0.5m范圍內(nèi)的雜草尤其是表層軟泥、下雨后周邊的泥漿，禁止擴(kuò)大管涌涌水洞口和深挖；

(2)在出險(xiǎn)點(diǎn)附近按矩形截面開挖寬度0.4m，深度0.4m，溝間距7.0m，直通堤防內(nèi)禁腳外農(nóng)田的橫向排水溝；實(shí)施過程中，應(yīng)注意坡面導(dǎo)滲溝在堤腳處與距堤腳0.5m處的堤腳和平臺的縱橫排水溝宜以坡面銜接，否則會形成一道0.08m的坎;

(3)以管涌涌水口為圓心，用袋裝黏土按0.6m的內(nèi)徑搶筑反濾圍井。壘筑圍井時(shí)，按內(nèi)外2層疊放，袋裝黏土搭接縫上下層錯(cuò)開，內(nèi)層袋口向外；

(4)內(nèi)層袋裝黏土圍井壘筑到0.7m高度時(shí)，填入洗干凈的0.3m厚度的粗砂，現(xiàn)場觀察能壓住水勢且粗砂濾料未下陷，但滲水不清澈，略為渾濁，判斷非堤身內(nèi)泥沙所致，而是粗砂未洗干凈所致。將渾水不斷以人工舀出，約6min后，滲水逐漸清澈并不帶泥沙；

(5)填入洗干凈的0.3m厚度的碎石，現(xiàn)場觀察井內(nèi)濾料未下陷，但滲水不清澈，略為渾濁，判斷是碎石未洗干凈所致。將渾水不斷以人工舀出，約4min后，滲水逐漸清澈并不帶泥沙、粗砂；

(6)在圍井0.7m高度設(shè)置排水管，排水管內(nèi)的滲水導(dǎo)入水桶內(nèi)，以便于觀察水色、測量水量；

(7)袋土加高到1.0m后用黏土繞內(nèi)層袋裝黏土圍井填筑至0.4m高度并人工夯實(shí)，再用袋裝黏土壘筑成圓臺狀，外層袋口順圓周方向疊放，高度與0.7m高的內(nèi)層袋裝黏土圍井平齊，最后再將內(nèi)外層袋裝黏土圍井同時(shí)壘筑到1.0m高度；

(8)架設(shè)出險(xiǎn)點(diǎn)專用照明線路；

(9)就地搭設(shè)圍井防雨棚暨守險(xiǎn)觀測哨棚，安裝照明設(shè)備。

步驟如圖2所示。

圖2 分階段圍井導(dǎo)濾示意圖

3.3.2散浸險(xiǎn)情和內(nèi)脫坡險(xiǎn)情搶護(hù)過程

(1)清理原“Y字形”排水溝和滑坡裂縫排水溝，并將原矩形截面按調(diào)整后的搶護(hù)方案中的尺寸修整為等腰梯形截面；原“Y字形”排水溝在現(xiàn)有樁號范圍內(nèi)向兩側(cè)各延伸6m，頂端開挖到高程39.90～40.10m；滑坡體上開挖3條橫向排水溝；

(2)在堤坡上所有修整后的排水溝內(nèi)按每層0.15m填入洗干凈的粗砂、碎石二級反濾料，并在雨天覆蓋防雨布；

(3)堤腳縱向排水溝和平臺橫向排水溝深度按0.4m開挖，所有垂直于堤身軸線的橫向排水溝按7.0m間距加密；

(4)將出險(xiǎn)段用圍欄封閉，防止牛等牲畜踩踏滑坡體和排水溝內(nèi)濾料。

3.4 搶護(hù)結(jié)果

上述險(xiǎn)情搶護(hù)完成后，均處于穩(wěn)定狀態(tài)，次日中雨，且水位再次上漲，達(dá)到歷史最高水位42.48m，超警戒水位2.48m，且此后在超警戒水位以上運(yùn)行長達(dá)40余天，但上述險(xiǎn)情均未惡化。

4 結(jié)語

(1)散浸險(xiǎn)情“Y字形”排水溝頂端開挖高程宜在堤坡滲水逸出點(diǎn)高程上0.3～0.5m；

(2)高水位持續(xù)時(shí)間較長時(shí)，排水溝可開挖成等腰梯形斷面，并填入反濾材料，且在雨天覆蓋防雨布，防止排水溝坍塌和滲水、雨水沖蝕排水溝和濾料，危及堤坡穩(wěn)定性；

(3)汛期滑坡體不宜全部清除，宜沿裂縫和在滑坡體上開挖導(dǎo)滲溝，并用袋裝砂石料固腳阻滑；

(4)袋裝黏土圍井壘筑應(yīng)按先主后次的原則分階段進(jìn)行，滲水渾濁不一定是方案失效，不應(yīng)急于扒掉圍井重來或者加高圍井、加大濾料厚度，通常是濾料沒有洗干凈所致，觀察后再實(shí)施下一步。