邕江南宁段管涌灾害分布及防治对策

磨英飞 莫东才 江耀静

广西壮族自治区地质环境监测站 广西 南宁 530201

1 前言

南宁市是广西壮族自治区首府，是广西经济、政治、文化、交通中心。邕江自西而东穿越南宁市区，沿江两岸修筑有防洪大堤及多个防洪闸，洪水期堤基管涌严重威胁提（闸）基的安全和稳定，威胁沿江两岸人民生命及财产安全。

2 地质环境条件

2.1 气象、水文

南宁市位于亚热带季风气候区，温和多雨，多年平均气温21.6℃，雨量充沛，多年平均降雨量1304.2mm。

邕江流域面积73728 km2，在南宁市江西镇同江村附近汇集左江右江后，自西向东流入南宁市城区，邕江南宁段河床宽300-500 m，河床底宽200-250 m，水深15-20 m。

邕江洪水受流域降雨控制，每年5月至9月是洪水多发期，洪水呈复式峰，具有峰高量大历时长的特点，历时一般12天，最长可达20天，24小时涨幅2 m左右，最大涨幅5.2 m，十年一遇以上洪水容易引起管涌及内涝。

邕江两岸支流有竹排冲溪、大坑溪、二坑溪、心圩江、可利江、亭子冲溪、凤凰江段、沙江、良凤江、八尺江等河（溪）流。

2.2 地形地貌

南宁市城区坐落在南宁盆地上，南宁盆地属侵蚀堆积河流阶地地貌，发育有邕江四级阶地（见图1），其中Ⅰ、Ⅱ级阶地属内叠阶地，Ⅲ、Ⅳ级阶地属基座阶地，Ⅰ、Ⅲ级阶地面积较小，零星分布，Ⅳ级阶地远离河床，Ⅱ 级阶地分布最广。Ⅰ、Ⅱ级阶地阶面高出河水面18-35 m，河床岸坡坡度变化较大，凹岸坡度20-40°，凸岸坡度10-20°。

图1 南宁盆地邕江阶地地貌图

Ⅰ级阶地一般分布在邕江凸岸，主要有北岸雅里至大坑口一带和南岸凤凰江、十三湾、亭子、沙江等地段，面积约1.3 km2，宽200-300 m，阶面高程73-75 m，局部较低。

大坑溪、二坑溪、心圩江、可利江、亭子冲溪、凤凰江段、沙江等河（溪）流均切割Ⅱ级阶地，切割深度8-15 m。

2.3 地层岩性

邕江两岸Ⅰ、Ⅱ级阶地阶地主要分布有第四系河流冲积成因的全新统桂平组（Q4alg）、上更新统望高组上段（Q3alw2）及古近系泥岩、粉砂质泥岩，从上至下细分为：

2.3.1 第四系（Q）

西宁市(环境监测站、四陆医院站)PM10和NO2、SO2资料来源于西宁市环境监测站，平安高铁新区站、武威监测站、兰州铁路设计院站。PM10 监测数据来自全国空气质量实时发布平台(http：//106.37.208.233：20035/)，AQI资料来源于国家环境保护部网站重点城市空气质量日报数据(http：//datacenter.Mep.gov.cn)，气象资料来源于西宁二十里铺气象站(36°43'N、101°45'E，2 295m)。

杂填土①：松散状，稍湿，由碎砖、灰渣、混凝土碎块及粘性土等组成，厚度不均，层厚0.5-6.50 m，零星分布于两岸已被堆填的鱼塘和局部河堤。

素填土②：主要由粘性土、砂砾组成，局部为杂填土。经压实呈中密状，厚度不均，层厚0.40-16.50 m，分布于河堤段，为河堤填筑土。

淤泥质土③：软塑-流塑状，厚度0.50-3.10 m。局部分布于河漫滩和鱼塘。

粘土④：硬塑-可塑状，厚度不均，一般0.80-12.30m，分布普遍。

粉质粘土⑤：从上至下由硬塑状渐变为软塑状，一般厚度0.70-18.90 m，分布普遍。

粉土⑥：中密状，湿-饱和，局部夹流塑状粉质粘土或松散、饱和的粉砂透镜体，厚度0.50-10.90 m，分布普遍。

粉砂⑦：松散-中密状，很湿-饱和，局部夹流塑状粉质粘土或松散状粉土，成份主要为石英，绢云母次之，含少量高岭石，局部地段该层由上至下逐渐过渡为粗砂、含砾，粒径<0.1 mm的含量18.3-24.9%，不均匀系数2.65，层厚1.40-10.30 m，分布普遍。

中细砂⑧：松散-稍密状，湿-饱和，主要由砂粒组成，含少量粉粒，小于0.25 mm的细粒含量平均值55.2%，成分为石英，层厚0.50-6.00 m，呈透镜体状断续分布，主要分布在北岸陈村和南岸亭子、青川大桥一带。

粗砂⑨：饱和，稍密-中密状，含20%-40%砾石，成分主要为石英、硅质岩，层厚0.30-1.80 m，呈透镜体状断续分布，主要分布在陈村一带。

圆砾⑩：中密状，饱和，砾石成份主要为石英，次为硅质岩、砂岩，呈圆-次圆状，砾径5-30mm居多，砾间孔隙被砂充填，大于2 mm粒径含量达60-88.4%，不均匀系数4.0-29.7，良好级配占50%，该层在北岸相对南岸厚度较大，北岸厚度一般5.10-18.40 m，南岸厚度一般0.20-13.30 m，分布普遍。

2.3.2 古近系（E）

泥岩、粉砂质泥岩⑾：泥质结构，薄层状构造，局部夹有煤层，厚度大，表层全风化，属隔水层，分布于阶地基底。

2.4 水文地质特征

2.4.1 地下水类型及富水性

南宁盆地地下水类型主要为松散岩类孔隙水，赋存于邕江Ⅰ、Ⅱ级阶地的砂层和圆砾的孔隙中，含水层厚度一般为5-17 m，水位埋深一般5-15 m。含水层顶板为相对隔水的粘性土，底板隔水层为古近系泥岩，雨季地下水具有承压性，枯季水位下降后转变为潜水。含水层富水性有较大差别，阶地后缘富水性弱，单井涌水量小于100 m3·d-1，由阶地后缘向邕江方向，富水性逐渐增大，单井涌水量100-1000 m3·d-1，局部大于1000 m3·d-1。

地下水化学类型属HCO3—Ca型水，PH值6.03-7.31，矿化度64.42-377.55 mg/L，总硬度103.50-119.34 mg/L，HCO3-含量403.42 mg/L，侵蚀性CO2含量为2.66-73.06 mg/L，部分地段地下水对混凝土无侵蚀性，在可利江堤段、陈村地段清川大桥西堤段、十三湾堤段、沙江闸段地下水对混凝土具中等-强侵蚀性。

2.4.2 地下水的补迳排条件

地下水主要以降雨入渗补给为主，由于邕江河床切割Ⅰ、Ⅱ级阶地含水层，含水层直接与河水接触，枯、平水期地下水向邕江排泄，洪水时邕江水通过圆砾层补给地下水，两岸受洪水影响的宽度400-600 m。枯、平水期邕江南北两岸地下水总体上由阶地后缘向邕江方向迳流，水力坡降约2‰。邕江河岸局部可见泉水，如在可利江闸外出露数个泉水，流量0.1-1.5 L·S-1。

3 邕江管涌灾情

南宁市自二十世纪八十年代修建防洪堤（闸）以来，因邕江洪水导致堤内多次发生管涌灾害，主要有：

1980年7月，邕江洪水位74.10m，大坑口闸基发生管涌，灰色细砂随水涌出，造成附近桥台下沉和破裂。

1985年、1986年邕江洪水位分别为75.97m和76.32m，雅里低洼地段多处发生管涌，一座污水处理池池底混凝土底板被管涌顶破，池中涌水涌砂。大坑口—朝阳桥一带也出现管涌灾害。

1994年，邕江洪水位75.40m，大坑口——一桥一带出现管涌，酿成内涝。

2000年朝阳溪污水治理工程部分基坑开挖至粉土层后发生管涌，引起周边地面下沉，道路和建筑开裂。

2001年邕江20年一遇洪水，北岸竹排冲、大坑口、二坑口、心圩江、可利江、南岸亭子冲闸、凤凰江堤（闸）段、沙江闸、十三湾堤（闸）段等堤内的溪沟底、河底、湖底均发生管涌，水面可见较为明显的涌水涌砂，二坑口闸内侧路面因管涌破坏无法正常通行，严重影响抗洪车辆通行。

4 邕江管涌的形成机理和分布概况

4.1 管涌的形成机理

管涌是土体中的粉细砂等细颗粒在地下水渗流作用下沿着孔隙通道移动并被水流带走的现象。

邕江河床已切割至Ⅰ、Ⅱ级阶地粉土、粉细砂、圆砾含水层，致使地下水与河水直接发生水力联系。洪水期间河水补给地下水，使邕江两岸临江地段地下水位明显抬升，形成较大的渗透压力，当渗透压力超出临界压力时，含水层上部粉质粘土、粘土盖层厚度较薄的地段将发生管涌，导致盖层变形破坏。国内学者在管涌机理方面取得了丰硕的研究成果，阐明了管涌形成的机理，如毛昶熙等[1]以北江大堤典型堤段为背景，研究了砂层厚度、埋深、地层结构以及接触面的粗糙度等因素对管涌形成的影响，结果表明深层强透水层能显著降低临界比降，且上层越细，下层越粗，其临界比降减小幅度稍微增加，但接触面越粗糙其临界比降越大；刘杰等[2]根据二层地基的渗透系数比值不同进行了序列试验研究，认为渗透破坏都是开始于上层土，且上下2种土层渗透系数之比＞100时，最容易发生管涌。

管涌灾害发生发展过程如下：渗流→表土盖层顶穿破坏形成管涌口→粉细砂随水流带出形成渗流通道→通道不断发展扩大→堤防或堤闸等地基下沉失稳破坏→堤防溃决。

4.2 邕江管涌的分布

当邕江遇20年一遇洪水时，管涌主要发生在邕江北岸距背水侧堤脚22.5-325 m范围的竹排冲沟、大坑口溪沟、二坑口溪沟、心圩江河谷和雅里堤段附近的鱼塘，南岸距背水侧堤脚120-400 m范围的亭子冲沟内、凤凰江河谷及堤附近鱼塘、十三湾冲沟和鱼塘、取土场、沙江水库库底等低洼地段。

当邕江遇50年一遇洪水时，管涌主要发生在北岸距背水侧堤脚50-345 m范围的竹排冲沟、大坑口溪沟、二坑口溪沟、心圩江河谷、相思湖底和雅里堤段、陈村堤段附近的鱼塘，南岸距背水侧堤脚120-400 m范围亭子冲沟、凤凰江河谷及鱼塘、清川大桥西堤段附近的鱼塘、十三湾冲沟和鱼塘、取土场、沙江水库库底等低洼地段。

2001年邕江洪水达20年一遇时两岸发生的管涌灾情和20年一遇洪水时预测管涌范围基本一致，说明预测结果基本符合实际。

5 管涌的防治措施

5.1 非汛期防治技术

（1）帷幕灌浆：帷幕灌浆主要对粉土层、粉砂层、圆砾层进行全层灌浆，灌浆材料可采用水泥浆、水玻璃等，提高土体的抗渗系数。以往灌浆多部署在迎水侧堤脚，近期姚秋玲等[3]研究二层、三层堤基管涌的防治时，提出在背水侧堤脚部署灌浆效果更好。

（2）回填加厚盖板：主要对堤背水侧附近的鱼塘、取土场等低洼地段采取粘性土回填并分层压实措施，增加盖板厚度，提高盖板抗渗透和抗管涌变形破坏能力。

（3）减压井渗流控制：在堤背水侧布设若干个减压自流排水井，降低管涌易发区的地下水水压，达到降低管涌的发生，保障堤（闸）基安全。该方法在我国堤防除险加固工程中被广泛采纳并取得良好的效果。

5.2 应急处理技术

管涌险情的应急处理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，常用的方法是反滤围井、反滤层压盖、蓄水等。

（1）反滤围井：利用编织袋装满砂石堆放在管涌口处进行围补，并在管涌口处铺筑反滤料防止涌水将堤坝沙土带走。

（2）反滤层压盖：对较大的管涌口，利用砂石作为反滤层材料进行压盖，在管涌口可先用砂砾填补铺筑，再用碎石铺筑，然后用块石铺筑。

（3）蓄水：洪水期间，抬高堤内河溪湖等水体的水位，降低堤内外的水头差，降低堤坝的渗透压力，有效降低管涌的发生。

5.3 管涌监测

洪水期间应加强管涌的监测。主要采取专业设备监测和人工巡查监测。

目前专业设备应用于管涌监测尚未成熟，相关技术难以大规模应用。邹声杰等[4]通过流场拟合法分析渗漏入口的流场，实时监测了堤坝管涌渗漏状态，但只能监测入水口的渗漏状态，难以监测堤防内部渗漏状态。

人工巡查监测是在洪水期间落实专门人员对管涌易发区进行巡查监测，同时配备无人机抵近观察，发现管涌险情立即预警并及时处置，该监测方法缺点是巡查时间存在间隔，可能无法及时发现险情，宜结合高清视频进行监测。

6 结语

管涌灾害是威胁防洪堤安全的主要隐患之一，应采取有效的防范措施对管涌进行防治，确保防洪堤安全度汛，保障南宁市邕江两岸人民生命财产安全。