□王 彬（洛陽市水務(wù)局防汛通訊站）

管涌封堵裝置在管涌封堵中的應(yīng)用

□王 彬（洛陽市水務(wù)局防汛通訊站）

水利設(shè)施是保障沿河居民生產(chǎn)安全的重要工程，在水庫上建設(shè)的堤壩，河道兩側(cè)的護(hù)坡大多為土質(zhì)結(jié)構(gòu)，一旦遭遇大水，長期受到水侵的堤壩便會出現(xiàn)管涌現(xiàn)象。管涌發(fā)生時，如不及時處理，空洞會在很短的時間內(nèi)擴大，其勢不可擋，從而導(dǎo)致堤壩坍塌。文章對管涌機理進(jìn)行了深入分析探討，研究了管涌封填裝置的機理，并對比了幾種不同封填裝置的應(yīng)用，對管涌現(xiàn)象的快速補救有著重要的意義。

水庫護(hù)坡；堤壩；管涌；管涌封堵

0 引言

所謂管涌，就是在滲透水流作用下，填充在骨架空隙中的細(xì)顆粒在粗顆粒所形成的孔隙通道中移動、流失，土的孔隙不斷擴大，滲流量也隨之加大，最終導(dǎo)致土體內(nèi)形成貫通的滲流通道，土體發(fā)生破壞。管涌初始階段一般征兆不明顯，不易預(yù)防，一旦發(fā)作，發(fā)展非常迅速，在慌亂情況下做出的倉促決策不但徒勞無功，還有可能隨著時間的流逝，局面更加難以控制，進(jìn)而造成更大的災(zāi)害。所以在搶修河堤或水庫護(hù)坡的管涌問題時，應(yīng)正確分析原因，制定應(yīng)急預(yù)案，并做到切實執(zhí)行實施到位，才能將危害降至最低。

在我國建成的約10萬座水庫中，其中40%的小型水庫、25%的大中型水庫屬于病險水庫；全國已建成堤防工程約28萬km，大多數(shù)由于年久失修或工程質(zhì)量問題也導(dǎo)致堤防存在多種病害。因此研究管涌的封填裝置對于水庫堤防工程有著極其重要的現(xiàn)實意義和經(jīng)濟意義。

1 管涌的形成及危害

1.1 管涌發(fā)生的原因

實踐經(jīng)驗證明，當(dāng)土的顆粒組成中，粘粒含量＜10%，粉粒（顆粒為0.005～0.05 mm）含量＞75%；顆粒級配中土的不均勻系數(shù)＜5；土的天然孔隙比＞0.75；土的天然含水量＞30%，在一定的動水壓力作用下，土就有可能發(fā)生流砂現(xiàn)象，因此流砂現(xiàn)象經(jīng)常發(fā)生在細(xì)砂、粉砂及亞砂土中。當(dāng)大堤堤身含有細(xì)顆粒，且顆粒為均勻松散的非粘性土層時，在長期高水位浸泡下，其土層變成飽和土?xí)r，極容易產(chǎn)生管涌冒砂現(xiàn)象。隨著堤外洪水的上漲，壓力水頭加大，當(dāng)水的滲透作用對堤內(nèi)不透水地表土層的頂托力大于地表土的重量時，將產(chǎn)生管涌或管涌群冒出大量泥沙。

堤壩、水閘地基土壤級配缺少某些中間粒徑的非粘性土壤，在上游水位升高，出逸點滲透坡降大于土壤允許值時，地基土體中較細(xì)土粒被滲流推動帶走形成管涌；基礎(chǔ)土層中含有強透水層，上面覆蓋的土層壓重不夠；工程防滲或排水(滲)設(shè)施效能低或損壞失效等也是管涌發(fā)生的原因。

1.2 管涌的危害

管涌發(fā)生后，水力梯度最大的地層中大量的細(xì)顆粒被帶出，被帶走流土地層的滲透系數(shù)逐漸增大，形成主滲漏帶，滲透系數(shù)的增加又引起管涌水量的增加，造成管涌口水頭的上升，但主滲漏帶地層中的不均勻系數(shù)增大，主滲漏帶上的臨界水力梯度減小。分析靠近管涌臨界面的滲流情況，管涌開始時，緊靠臨界面附近地層中細(xì)顆粒的移動速度很低，當(dāng)管涌發(fā)生后，管涌口水頭逐漸上升，臨界面地層中的水力梯度開始下降，從而造成臨界面附近的水力梯度已經(jīng)達(dá)不到產(chǎn)生管涌所必須的臨界水力梯度，顆粒移動的臨界面開始向里收縮。該過程一直持續(xù)到某一平衡狀態(tài)為止，管涌臨界面呈現(xiàn)收縮趨勢，最終收縮到中間一條滲透系數(shù)很大的帶狀區(qū)域。當(dāng)主滲漏通道上的細(xì)顆?；颈粠ё吆?，在較強的水流沖刷作用下，主通道兩側(cè)的細(xì)顆粒進(jìn)入主通道，使主通道逐漸變寬，管涌持續(xù)的時間越長，通道的寬度越寬。在透水層中不均勻系數(shù)逐漸增大，地層中的細(xì)顆粒被掏空而近似形成一個拱，它的承載力將大大降低。

管涌發(fā)生時，水面出現(xiàn)翻花,隨著上游水位升高，持續(xù)時間延長，險情不斷惡化，大量涌水翻沙，使堤防、水閘地基土壤骨架受到破壞，孔道擴大，基土被淘空，引起建筑物塌陷，造成決堤、垮壩、倒閘等事故。

管涌發(fā)生后的地層中留下了被管涌水流掏空的集中滲漏通道，給堤防留下了隱患，在洪水期曾經(jīng)發(fā)生過管涌的地層更容易發(fā)生管涌，這是因為這些透水層的管涌臨界水力梯度比通道以外的要小很多，產(chǎn)生管涌的河水位越來越低，管涌發(fā)展的速度比前一次更快，它的危害也更大。

1.3 管涌易發(fā)點

分析可知，大堤管涌主要可能發(fā)生在以下地點：

1.3.1 堤邊水井處

水井一般打入透水層，隨著堤外水位的上漲，滲流加快，動水壓力加大，當(dāng)大于土的浸水容重時，土顆粒處于懸浮狀態(tài)，土的抗剪強度等于零，土顆粒隨滲流的水一起流動，產(chǎn)生流砂管涌。

1.3.2 堤邊水塘、水溝等低洼處

因這些地方其底部標(biāo)高低于岸邊較多，地表土（非透水層）較薄，自重小，是薄弱環(huán)節(jié)，當(dāng)?shù)掏馑簧蠞q時，由于水的滲透對地表土頂托力加大，極易產(chǎn)生管涌。

1.3.3 堤腳附近（堤腳為砂土）

砂土為透水層，大堤長期處于高水位浸泡，堤腳砂土變成飽和土，堤內(nèi)腳出水，當(dāng)?shù)掏馑簧蠞q時，砂土中的動水壓力加大，當(dāng)滲透壓力大于土的浸水容重時，產(chǎn)生內(nèi)脫坡，形成流砂、管涌。

1.3.4 離堤腳100～200 m范圍處（堤腳為砂土）

當(dāng)?shù)棠_砂土位于堤內(nèi)地面一定深度時，若大堤長期高水位浸泡，砂土變成飽和土，且水位不斷升高時，由于滲流作用，砂土中水的頂托力也加大，當(dāng)大于其上薄弱處覆蓋土的重量時，便會產(chǎn)生管涌或管涌群。

1.3.5 大堤中修建的涵洞、排水道等處

如果在修建時，回填土不夯實，也會在江水作用下形成管涌通道。

2 管涌封堵裝置的原理

堤防發(fā)生管涌，主要是由于滲透坡降過大造成的。因此，管涌防治一方面在臨河側(cè)設(shè)置水平與垂直的防滲設(shè)施，延長滲徑，盡量降低滲透坡降或攔截水流；另一方面在背河側(cè)設(shè)置蓋重或減壓設(shè)備，增加土體上的重量，降低滲透壓力，增強滲流出口處土體抵抗?jié)B透變形的能力。文章主要研究管涌封堵裝置的原理及應(yīng)用。

管涌封堵的主要目的是為了及時發(fā)現(xiàn)管涌口并及時通知工作人員，對管涌口進(jìn)行快速搶修。目前，我國在水庫建設(shè)的堤壩及河道兩側(cè)的護(hù)坡上沒有相應(yīng)的檢測設(shè)備，因此無法發(fā)現(xiàn)管涌口，這樣也就無法對管涌口進(jìn)行及時的處理。

為了克服水庫建設(shè)的堤壩及河道兩側(cè)的護(hù)坡上無法及時發(fā)現(xiàn)管涌口，現(xiàn)將管涌封堵裝置介紹如下：

管涌封堵裝置，由T形桿、十字形桿、L形桿、掛繩、拉繩、塑料袋、細(xì)孔網(wǎng)袋、高聚物和傘狀板構(gòu)成，在T形桿下部的中部設(shè)有立桿，所述立桿的下端連接十字形桿的中心，在十字形桿的四個端部分別設(shè)有防止掛住的端部向上折彎，所述形桿一端的橫桿形成手柄，L形桿穿在T形桿上部間隔設(shè)置的大套管的孔中，所述L形桿和T形桿為相同長度，在靠近T形桿的另一端設(shè)有下折彎，多個傘狀板扣在所述下折彎的下凸起面上，在所述多個傘狀板的最下面一個下部設(shè)有實心球，在多個傘狀板最下部一個兩側(cè)的分別設(shè)置的掛繩套在L形桿上，拉繩的一端連接所述多個傘狀板，塑料袋兩端的熱熔粘合端分別連接拉繩的靠近一端斷開的兩個端部，塑料袋的中部設(shè)有拉斷機構(gòu)，塑料袋的拉斷機構(gòu)也就是在塑料袋的中部設(shè)有“Z”形回折，由多個熱壓扣將回折處熱壓粘合形成拉斷機構(gòu)，在塑料袋內(nèi)設(shè)有裝入高聚物的細(xì)孔網(wǎng)袋，拉繩的另一端設(shè)置在T形桿的手柄處。

L形桿和T形桿為相同長度，塑料袋的拉斷機構(gòu)也就是在塑料袋的中部設(shè)有“Z”形回折，由多個熱壓扣將回折處熱壓粘合形成拉斷機構(gòu)，多個傘狀板的最下面一個下部設(shè)有實心球，多個傘狀板的每一個下部的傘狀板外緣設(shè)有至少3根連接繩，所述3根連接繩的上端連接上部的傘狀板下尖處，在T形桿上部間隔設(shè)置的大套管由中部至另一端替換為套管，L形桿穿在包括大套管和套管的孔中，所述大套管的上端設(shè)有凹槽，拉繩的中部至另一端卡在所述大套管的凹槽中。具體結(jié)構(gòu)如圖1-3所示。

圖1 管涌封堵裝置總圖

圖2 傘狀板結(jié)構(gòu)示意圖

圖3 管涌封堵裝置十字形桿圖

在圖中：1、大套管；2、下折彎；3、掛繩；4、L形桿；5、套管；6、塑料袋；7、立桿；8、十字形桿；9、端部向上折彎；10、T形桿；11、端部折彎；12、手柄；13、拉繩；14、實心球；15、傘狀板。

3 管涌封堵裝置的應(yīng)用

河道或水庫護(hù)坡的管涌封堵裝置在實際使用時，將T形桿放入護(hù)坡的水中，由手柄控制使十字形桿在護(hù)坡上滑動，當(dāng)實心球“塑料球中放入鐵器配重”滑入管涌時，傘狀板受到水流的拉力并使工作人員感知，由于多個傘狀板的上部內(nèi)凹陷腔套在上一個傘狀板的下部面上，疊加時拉力相對較小，當(dāng)工作人員通過控制拉動L形桿的端部折彎，使多個傘狀板下部連接的兩掛繩脫離L形桿后，這時多個傘狀板分散并進(jìn)入管涌并形成較大拉力，同步的塑料袋也進(jìn)入管涌內(nèi)，這時工作人員用力拉動拉繩，塑料袋的“Z”形回折受到熱壓扣的作用形成多個裂口，水接觸細(xì)孔網(wǎng)袋內(nèi)的高聚物，由專用樹脂和硬化劑形成的高聚物體積迅速膨脹成泡沫狀固體使管涌封堵嚴(yán)密。

4 結(jié)語

管涌的發(fā)生是一個隨機過程，它受到土層的不均勻系數(shù)、顆粒的空間分布等因素的影響。管涌一旦發(fā)生，由于大量的細(xì)砂涌出地面，地層中滲透系數(shù)不均勻變化，最終將產(chǎn)生危害很大的集中滲漏通道。管涌作為水庫護(hù)坡或者堤壩的一個重大隱患，如果不及時發(fā)現(xiàn)并處理將給國家?guī)砭薮蟮膿p失，因此，其對水庫及河道的保護(hù)占據(jù)重要的地位。為了及時發(fā)現(xiàn)河道或水庫護(hù)坡上的管涌口并在第一時間內(nèi)快速處理是所有工作人員的責(zé)任，應(yīng)將其列入到日常巡視的工作中，并有序地開展工作。

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（責(zé)任編輯：左英勇）

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