堤脚处管涌与散浸和内脱坡并发共生时的抢护方案实证分析

马玉洁，江雅琴，谭 军

(1.荆州市长江河道管理局公安分局，湖北 公安 434300;2.湖北省公安县长江干堤防汛指挥部，湖北 公安 434300)

长江的洪灾主要发生在中游，中游的洪患又以荆江最为频繁、严重。地处长江中游荆江南岸的荆江分蓄洪区现有险工险段45处，长度68.240km，占临江堤段总长度的27.23%。每年汛期各类险情时有发生，1980年和1998年曾经2次因管涌险情的抢护方案错误，导致支民堤堤防溃口。前人就堤防失事做了广泛而深刻的风险分析[1- 3]，关于防汛抢险技术、防洪预案、险情抢护等也有学者做了深入的研究[4- 6]，但大多是针对单一险情发生时的分析或理论研究[7]，对多类险情并发共生时的研究尤其是管涌[8]的抢护方案与实施过程的报道则较为少见。本文拟结合发生在荆江分蓄洪区虎东干堤车家湾险段，桩号53+100～53+141堤脚处管涌与散浸和内脱坡并发共生时的实例，就抢护方案进行实证分析。

1 险情概况

荆江分蓄洪区虎渡河闸口站设防水位39.50m，警戒水位40.00m，保证水位42.25m，1954年最高水位42.25m，闸口站历史最高水位为1998年，高程42.48m。

1998年7月15日，闸口站水位41.03m，超警戒水位1.03m。荆江分蓄洪区干堤车家湾险段桩号53+100～53+141，因堤身长期在高水位下浸泡，堤身高程39.05m处出现散浸，堤坡有明显渗水逸出，现场技术人员现场制定了开沟导渗、降低浸润线的抢护方案。具体方案如下：①自堤身高程39.05m处开挖“Y字形”排水沟，排水沟截面为矩形，排水沟宽度0.30m，深度0.30m，沟间距14m；②距堤脚0.5m处开挖纵向矩形截面排水沟，排水沟宽度0.30m，深度0.40m；③垂直于纵向排水沟再开挖横向矩形截面排水沟，排水沟宽度0.40m，深度0.40m，沟间距14m(车家塆险段出险堤段排水沟布置平面示意图，如图1所示)。

图1 车家塆险段出险堤段排水沟布置平面示意图

堤坡“Y字形”排水沟、堤脚纵向排水沟和平台横向排水沟开挖后，堤身浸润线未再继续抬高，仅有少量渗水自堤坡“Y字形”排水沟沟内逸出，周边无明显水迹，堤坡亦处于稳定状态。

2 险情发展情况

1998年7月17日，闸口站水位41.26m，超警戒水位1.26m。堤身浸润线抬高，堤坡渗水逸出点高程由39.05m提升到39.18m。抢护方案调整为将原“Y字形”排水沟顶端由39.05m开挖到39.35m，其他原措施不变。方案实施后，险情未进一步发展。

7月19日，闸口站水位41.46m，超警戒水位1.46m。堤身浸润线再次抬高，堤坡渗水逸出点高程由39.18m提升到39.30m。桩号53+110～53+125堤身高程38.87m以下出现脱坡，裂缝最大宽度0.05m，裂缝最大深度0.20m。抢护方案调整为将原“Y字形”排水沟顶端开挖到39.50m，顺着坡体裂缝开沟排水，排水沟宽度0.30m，深度0.30m，并与坡面“Y字形”排水沟、堤脚纵向排水沟和平台横向排水沟连通，其他原措施不变。方案实施后，险情得到控制，未继续恶化。

7月23日，闸口站水位41.10m，超警戒水位1.10m，雨量26.9mm，排水沟排水畅通，脱坡体无明显变化。

7月24日，水位较前一日大幅上涨1.05m，闸口站水位达到42.25m，超警戒水位2.25m，达到保证水位和1954年最高水位，雨量56.5mm。堤身浸润线急剧抬高，堤坡渗水逸出点高程由39.30m提升到39.58m。坡面“Y字形”排水沟和脱坡体排水沟局部坍塌堵塞，滑坡体高程和长度未延伸扩展，滑坡体裂缝最大宽度由0.05m扩展至0.12m，裂缝最大深度由0.20m扩展至0.25m，堤脚纵向排水沟局部被滑坡土体形成轻微的挤压破坏。同日，在桩号53+096堤脚高程37.00m，距堤脚0.7m处出现管涌1个，管涌涌水口直径0.10m，沙盘直径0.28m，沙盘平均厚度0.06m，涌水水柱高0.17m，水色清澈。因堤身在超警戒水位以上运行已长达数月，并达到保证水位，堤身浸润线急剧抬高，脱坡体排水沟局部坍塌，抢护方案有必要及时修正。

3 修正后的抢护方案与实施过程及结果

3.1 修正后的抢护方案

现场技术人员对自7月17日险情发生以来的水雨情进行了分析。

该处堤段已经在警戒水位以上持续运行30余天，且自险情发生以来，一半的时间为中到大雨乃至暴雨，尤其是最近2天雨量分别为26.9、56.5mm的大到暴雨，与水位当日暴涨1.05m叠加后，导致了堤身浸润线急剧抬高，散浸险情加重；而散浸险情加重的直接后果就是渗水降低了堤坡土体的抗剪强度，进一步加剧了内脱坡险情的恶化；水位暴涨，意味着堤基和堤身内的渗透比降急剧增大、渗水流速随之快速增加，在警戒水位以上持续30余天的运行中，在逐渐增加的渗透力作用下，土块间部分细料或堤基的砂粒更易流失，当水位突然大幅暴涨时，渗透压力超过临界值，从而导致了堤脚管涌险情的发生。结合水雨情预报，未来3天仍然是小到中雨，水位将继续上涨并在高水位下持续一段时间。

荆江分蓄洪区虎渡河闸口站水位的变化对洞庭湖水位南水壅堵十分敏感，而且除了受荆江分蓄洪区泄洪闸加固后底板抬高近1.0m的影响外，还受到沙市水位、中河口水位的影响，这些因素导致闸口站水位的预报存在一定的不确定性，为了应对更为复杂的防汛形势，根据抢护方案的目的性、前瞻性、可操作性等原则，现场技术人员决定根据水雨情和险情的变化，对散浸和滑坡坡体原排水沟调整为梯形截面并铺设二级导率料，对管涌分阶段抢筑反滤围井，对原抢护方案进行了大幅修正。

(1)将“Y字形”排水沟两端各延伸6m，顶端开挖到高程39.90～40.10m；将“Y字形”排水沟矩形截面改为等腰梯形截面，底宽仍为0.3m，面宽0.9m，深度0.3m，两侧坡比1∶1，“Y字形”排水沟顶端坡面1∶1；

(2)“Y字形”排水沟按粗砂厚度0.15m，碎石厚度0.15m，分层铺设导滤材料；

(3)“Y字形”排水沟横沟间距按7.0m加密，并分层铺设导滤材料，与堤脚纵向排水沟和平台横向排水沟连通；

(4)滑坡坡体沿裂缝向排水沟改为等腰梯形截面，底宽仍为0.3m，面宽0.9m，深度0.3m，两侧坡比1∶1，滑坡坡体增设3条等腰梯形截面横向排水沟，并与坡面“Y字形”排水沟、堤脚纵向排水沟和平台横向排水沟连通；

(5)滑坡坡体沿裂缝向排水沟和新增设的横向排水沟均按粗砂厚度0.15m，碎石厚度0.15m，分层铺设导滤材料；

(6)准备15m3袋装粗砂、15m3块石固脚阻滑；预备100m3抢险预备土和3500条编织袋准备袋土还坡，相应机械、车辆、人员24h待命；

(7)管涌险情围井导滤，围井采用袋土围井，内径0.60m，围井高度1.0m，围井内按粗砂厚度0.30m，碎石厚度0.30m，分层铺设导滤材料并预留第三级级配块石的厚度0.30m，排水管设在围井高度0.70m处；如果水势较大，导致粗砂被涌水冲走无法沉淀和覆盖涌水口，则可先填放碎石，压住水势后再分层投入粗砂和碎石两级反滤材料，围井相应加高并加固外围。

(8)清理和修整堤脚纵向排水沟被滑坡体挤压破坏处，堤脚纵向排水沟和平台横向排水沟要与管涌涌水口连通，截面形状仍按矩形截面设置，宽度不变。

(9)堤脚纵向排水沟按粗砂厚度0.15m，碎石厚度0.15m，分层铺设导滤材料。

3.2 针对堤脚管涌险情的专项实施方案

为便于观察管涌出水情况和随时修正抢护方案，用袋装黏土抢筑反滤围井时采取了分阶段进行方式。

第1阶段：内层袋装黏土抢筑围井至基础高度。内层袋装黏土抢筑高度不一次性到位，在抢筑至0.7m高度后，再根据险情状况具体实施。

(1)先填放入洗干净的0.3m厚度的粗砂，观察能否压住水势并渗出清水、粗砂滤料是否下陷，如果能压住水势，但滤料下陷，则继续填入粗砂，直至滤料不再下陷为止；

(2)如渗水清澈不带泥沙，证明管涌险情已经得到初步的控制，再填入洗干净的0.3m厚度的碎石滤料，再观察围井中的滤料是否下陷，如果滤料下陷，则继续填入碎石，直至滤料不再下陷。

第2阶段：内层袋装黏土抢筑围井至方案高度或修正后的方案高度。

(1)按原抢护方案实施后，渗水清澈不带泥沙、粗砂，证明原二级导滤抢护方案有效，此时可将围井高度由原0.7m加高到1.0m，并在围井高度0.70m处安设排水管；

(2)如渗水仍然带有泥沙，说明粗砂反滤层厚度不够，可修正原抢护方案，为减小围井加高的高度，应在第一层粗砂滤料上铺1～2层透水土工布后再继续填入粗砂，直至渗出的水流不含泥沙，即管涌险情得到初步的控制后，再将内层袋装黏土围井由原0.7m抢筑到1.0m高度，最后填入洗干净的0.3m厚度的碎石滤料；

(3)如果先期填入的0.3m厚度的粗砂不能压住水势，则原抢护方案应及时修正，改正二级导滤为正反结合多级导滤，即以投入洗干净的0.3m厚度的碎石压住或者缓解水势的同时，将内层袋装黏土围井由原0.7m抢筑到1.2m高度，再填入洗干净的0.3m厚度的粗砂，如果按修正后的抢护方案实施后，渗水清澈不带泥沙，证明管涌险情已经得到初步控制，再填入洗干净的0.3m厚度的碎石滤料；

(4)如果以碎石压住或者缓解水势，同时将内层袋装黏土围井由原0.7m抢筑到1.2m高度，再填入粗砂滤料后，如渗水仍然带有泥沙，说明粗砂反滤层厚度不够，在粗砂滤料上铺1～2层透水土工布后再继续填入粗砂，直至渗出的水流不含泥沙，再填入洗干净的0.3m厚度的碎石滤料。

在第1和第2阶段填入碎石滤料后，尤需观察井内渗水中是否有粗砂被带出，如果有粗砂被带出，应调整碎石级配或者改用瓜米石重新填入；如果涌水压力较大，可将内层袋装黏土围井适当加高，并填入块石，但围井高度不宜超过1.5m，且排水管宜设置在碎石层高度上0.1m处，以免围井井内蓄水过高而导致围井附近产生次生险情。同时，应在围井附近加密深度为0.40m的横向排水沟，以减小管涌涌水口水压力，为便于观察排水沟内是否有新的管涌发生，排水沟内暂不预设二级反滤层。

第3阶段：外层袋装黏土加固围井。井内渗水清澈不带泥沙、粗砂，证明抢护方案有效并已控制住险情，此时可对围井外层用袋装黏土进行加固。在加固之前，应先用黏土绕井周填筑至0.4m高度并用铁锹拍打压实，再用袋装黏土垒筑成圆台状。

3.3 实施过程

因原发险情出现恶化趋势，而堤脚新出现的管涌险情如不及时抢护，势必带来严重后果，且根据水雨情预报，次日水位将持续上涨，并有中雨。故该处险段的原发和新生险情必须在当日连夜抢护完成。现场技术人员修订方案后，将抢险队伍分为管涌险情抢护和散浸与脱坡险情抢护2个小组。在抢护险情的同时，将现场情况及抢险方案直接上报上一级防汛指挥部门，为抢险争取了时间。实施过程如下。

3.3.1管涌险情抢护过程

(1)以管涌涌水口为圆心，清除半径0.5m范围内的杂草尤其是表层软泥、下雨后周边的泥浆，禁止扩大管涌涌水洞口和深挖；

(2)在出险点附近按矩形截面开挖宽度0.4m，深度0.4m，沟间距7.0m，直通堤防内禁脚外农田的横向排水沟；实施过程中，应注意坡面导渗沟在堤脚处与距堤脚0.5m处的堤脚和平台的纵横排水沟宜以坡面衔接，否则会形成一道0.08m的坎;

(3)以管涌涌水口为圆心，用袋装黏土按0.6m的内径抢筑反滤围井。垒筑围井时，按内外2层叠放，袋装黏土搭接缝上下层错开，内层袋口向外；

(4)内层袋装黏土围井垒筑到0.7m高度时，填入洗干净的0.3m厚度的粗砂，现场观察能压住水势且粗砂滤料未下陷，但渗水不清澈，略为浑浊，判断非堤身内泥沙所致，而是粗砂未洗干净所致。将浑水不断以人工舀出，约6min后，渗水逐渐清澈并不带泥沙；

(5)填入洗干净的0.3m厚度的碎石，现场观察井内滤料未下陷，但渗水不清澈，略为浑浊，判断是碎石未洗干净所致。将浑水不断以人工舀出，约4min后，渗水逐渐清澈并不带泥沙、粗砂；

(6)在围井0.7m高度设置排水管，排水管内的渗水导入水桶内，以便于观察水色、测量水量；

(7)袋土加高到1.0m后用黏土绕内层袋装黏土围井填筑至0.4m高度并人工夯实，再用袋装黏土垒筑成圆台状，外层袋口顺圆周方向叠放，高度与0.7m高的内层袋装黏土围井平齐，最后再将内外层袋装黏土围井同时垒筑到1.0m高度；

(8)架设出险点专用照明线路；

(9)就地搭设围井防雨棚暨守险观测哨棚，安装照明设备。

步骤如图2所示。

图2 分阶段围井导滤示意图

3.3.2散浸险情和内脱坡险情抢护过程

(1)清理原“Y字形”排水沟和滑坡裂缝排水沟，并将原矩形截面按调整后的抢护方案中的尺寸修整为等腰梯形截面；原“Y字形”排水沟在现有桩号范围内向两侧各延伸6m，顶端开挖到高程39.90～40.10m；滑坡体上开挖3条横向排水沟；

(2)在堤坡上所有修整后的排水沟内按每层0.15m填入洗干净的粗砂、碎石二级反滤料，并在雨天覆盖防雨布；

(3)堤脚纵向排水沟和平台横向排水沟深度按0.4m开挖，所有垂直于堤身轴线的横向排水沟按7.0m间距加密；

(4)将出险段用围栏封闭，防止牛等牲畜踩踏滑坡体和排水沟内滤料。

3.4 抢护结果

上述险情抢护完成后，均处于稳定状态，次日中雨，且水位再次上涨，达到历史最高水位42.48m，超警戒水位2.48m，且此后在超警戒水位以上运行长达40余天，但上述险情均未恶化。

4 结语

(1)散浸险情“Y字形”排水沟顶端开挖高程宜在堤坡渗水逸出点高程上0.3～0.5m；

(2)高水位持续时间较长时，排水沟可开挖成等腰梯形断面，并填入反滤材料，且在雨天覆盖防雨布，防止排水沟坍塌和渗水、雨水冲蚀排水沟和滤料，危及堤坡稳定性；

(3)汛期滑坡体不宜全部清除，宜沿裂缝和在滑坡体上开挖导渗沟，并用袋装砂石料固脚阻滑；

(4)袋装黏土围井垒筑应按先主后次的原则分阶段进行，渗水浑浊不一定是方案失效，不应急于扒掉围井重来或者加高围井、加大滤料厚度，通常是滤料没有洗干净所致，观察后再实施下一步。