圍堰管涌破壞分析及防治方法研究

楊之良

摘 要：在吹填造陸工程中，圍堰的穩(wěn)定性至關(guān)重要，而滲透破壞是造成圍堰失穩(wěn)的主要原因之一。通過工程實踐證明，如何截斷排水通道、延長滲流路徑，是解決此類工程問題的關(guān)鍵。本文依托具體工程，對圍堰滲流破壞原理及防治方法在工程中進行了探索，并進行經(jīng)驗總結(jié)，對其他相似工程提供一定的借鑒意義。

關(guān)鍵詞：吹填造陸;圍堰;滲透破壞;管涌

中圖分類號：U656 ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A ? ? ? ? ? ?文章編號：1006—7973（2020）07-0133-02

圍堰，無論是作為圍海造陸的圈圍設(shè)施，還是保灘護岸的防波堤結(jié)構(gòu)，其作為一種重要的水工建（構(gòu)）筑物，在水工工程中有著廣泛的應(yīng)用。其結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、位移安全歷來是參建各方關(guān)注的重點，預(yù)防措施到位與險情治理得當，更是此類工程的重中之重。本文結(jié)合具體工程實踐，探索圍堰管涌破壞原因及防治方法，并進行經(jīng)驗總結(jié)，以利相關(guān)工程借鑒。

1項目背景

某A工程位于X港口，F(xiàn)1～F4為新建圍堰，堰體高度約為4m，堰體頂高程為+8.0m，后方設(shè)計吹填高程為+7.5m。圍堰結(jié)構(gòu)采用斜坡式，采用素土做為堤心材料。圍堰建設(shè)前原地面高程為+4.0～+4.6m。建設(shè)過程為：首先在原地面鋪設(shè)一層400g/m2土工布，之后進行上部素土施工，整平并分層碾壓。內(nèi)側(cè)坡面采用復(fù)合土工膜+300mm袋裝土（或素土）壓護。內(nèi)側(cè)復(fù)合土工膜端頭須深入表層透水層以下并采用原土回填。

在A工程建設(shè)過程中，另外一個B工程同時建設(shè)E1～E5圍堰，與本工程相接，故圈圍形成兩大部分，將作為A、B兩項工程港池疏浚納泥區(qū)。挖泥采用絞吸式挖泥船施工，通過管道運輸?shù)姆绞綄⑹杩５挠倌鄰拈_挖區(qū)直接輸送到納泥區(qū)。

根據(jù)工程工期安排，B工程疏浚工作先行開展。疏浚泥方自開始吹填至標高+6.0m時，A、B納泥區(qū)中間共用隔堰（E1～F2～E5段）在未吹填側(cè)出現(xiàn)個別位置滲水情況，施工單位對個別出水位置采用現(xiàn)場取土進行簡易封堵，期間并未中斷納泥區(qū)吹填施工。吹填施工至約+7.0m時，F(xiàn)2～F4段隔堰已發(fā)展為多處滲水情況，形成管涌趨勢，肉眼可見小型孔洞中有水自地底汩汩外涌，且水中夾帶泥砂。并且因工期緊張，自開始吹填至吹填至+7.0m，僅歷時5天時間。

針對現(xiàn)場中間隔堰多處管涌情況，經(jīng)各方研究決定，采用排水減壓方式，在吹填側(cè)設(shè)置排水管進行排水，將上游水位降低，減小隔堰兩側(cè)水位差，并在未吹填側(cè)堰體坡角外側(cè)（A區(qū)）增加排水蓋重的方式進行處理。在滲流下游首先鋪設(shè)一層土工布倒濾層，現(xiàn)場取粉細砂進行覆蓋，鋪設(shè)高度1.5m，寬度5～10m。經(jīng)過處理后，滲水情況明顯好轉(zhuǎn)，由夾帶泥砂變?yōu)榍逅覠o成股水流涌出的現(xiàn)象，化解了現(xiàn)場的管涌險情。

2圍堰管涌破壞原因分析

經(jīng)過對施工現(xiàn)場情況進行多方了解，造成此次管涌險情的原因總結(jié)分析如下：

（1）在堰體復(fù)合土工膜施工時，施工單位并未按照原設(shè)計要求挖斷砂層且將端頭埋入不透水層，僅是鋪到了原地面并用砂土簡單覆蓋而已。

（2）在施工中堰體局部段采用了含砂的材料，并未完全按照設(shè)計要求采用素土，由此導(dǎo)致滲透路徑從原來的堰底變?yōu)檠唧w中部。隨著滲透路徑的減小，水力坡降增大，導(dǎo)致滲透破壞。

（3）原設(shè)計要求納泥區(qū)吹填應(yīng)控制吹填強度，且最大吹填高度不得超過+7.5m。但現(xiàn)場實施為趕搶工期，未按照設(shè)計要求控制吹填強度，連續(xù)吹填，吹填過快導(dǎo)致兩側(cè)水位差迅速增大，造成堰體兩側(cè)水力梯度突然增加。根據(jù)滲透原理，堰體兩側(cè)水力坡降=水頭差/滲徑（i=?h/L），其發(fā)生滲透的臨界水力坡降icr=r，/rw， i>icr時[1]，當堰體水力坡降超過其臨界水力坡降，即發(fā)生滲流破壞。

（4）根據(jù)已有地質(zhì)資料顯示，A、B兩區(qū)中間隔堰處原地層表層存在一定厚度的粉細砂及薄層中粗砂互層，此類砂土顆粒級配組成為管涌的形成提供了顆粒幾何條件。

（5）B工程吹填早于A工程，但隔堰（E1～F2～E5段）原設(shè)計僅在A工程側(cè)進行防滲處理，并未考慮其外側(cè)吹填的情況，而B工程開始前，并未對隔埝上游進行防滲處理，例如增鋪防水布等。

3圍堰管涌防治方法及經(jīng)驗總結(jié)

（1）圍堰體滲透類破壞的搶險應(yīng)遵循“上截下排”的原則，但本案例中，B工程已吹填完成，在上游設(shè)置防滲措施已不具備條件，如果在吹填前將吹填側(cè)重新設(shè)置防水布并埋入不透水層中，可有效地切斷滲透破壞的上游來水，不但工期短，且造價低。故在此條件下，本設(shè)計搶險方案中采用“下排”的措施，將下游增加排水覆蓋，從而延長滲徑，起到降低水力梯度，減小滲流力，減小滲流流速的作用，排水覆蓋亦能增加下游土體自重，增加滲流逸出處土體抵抗?jié)B透變形的能力，且蓋重土料取自現(xiàn)場未吹填側(cè)，就地取材，降低了工程投資，更為工程搶險節(jié)約了寶貴的時間。

（2）工程建設(shè)中，疏浚吹填此類工程，現(xiàn)場實施為趕搶工期往往忽視設(shè)計文件中要求的吹填速率控制，殊不知吹填要求時間間隔可有效地避免堰體兩側(cè)水力坡降突然增大，實為控制發(fā)生滲透類破壞外部因素的重要手段。

（3）不良的無黏性土級配條件是管涌類滲透破壞的溫床，其顆粒組成與結(jié)構(gòu)為管涌類滲透破壞的主要內(nèi)因，在類似工程建設(shè)中要特別注意在此類地質(zhì)條件上的圍堰建設(shè)，有條件的情況下應(yīng)對原地表的無黏性不良級配土進行摻拌或翻拌。

4結(jié)論和展望

（1）通過工程實例對圍堰管涌破壞的處治，探索了圍堰管涌破壞的原因及防治方法，并進行經(jīng)驗總結(jié)，對其他相似工程提供了一定的借鑒意義。

（2）在吹填造陸工程中，圍堰的穩(wěn)定性至關(guān)重要，而滲透破壞是造成圍堰失穩(wěn)的主要原因之一。通過工程實踐證明，如何截斷排水通道、延長滲流路徑，是解決此類工程問題的關(guān)鍵。

（3）本工程中，通過在下游設(shè)置倒濾層并增加排水覆蓋，能夠解決管涌破壞的問題。

參考文獻：

[1]李廣信，張丙印，于玉貞.《土力學(xué)》第2版[M].北京：清華大學(xué)出版社，2013.

[2]JTS154-2018，《防波堤與護岸設(shè)計規(guī)范》[S].

[3]JTS147-2017，《水運工程地基設(shè)計規(guī)范》[S].