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，圍堰的穩定性至關重要，而滲透破壞是造成圍堰失穩的主要原因之一。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，并進行經驗總結，對其他相似工程提供一定的借鑒意義。

關鍵詞：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施，還是保灘護岸的防波堤結構，其作為一種重要的水工建（構）筑物，在水工工程中有著廣泛的應用。其結構穩定、位移安全歷來是參建各方關注的重點，預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，并進行經驗總結，以利相關工程借鑒。

1項目背景

某A工程位于X港口，F1～F4為新建圍堰，堰體高度約為4m，堰體頂高程為+8.0m，后方設計吹填高程為+7.5m。圍堰結構采用斜坡式，采用素土做為堤心材料。圍堰建設前原地面高程為+4.0～+4.6m。建設過程為：首先在原地面鋪設一層400g/m2土工布，之后進行上部素土施工，整平并分層碾壓。內側坡面采用復合土工膜+300mm袋裝土（或素土）壓護。內側復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工程建設過程中，另外一個B工程同時建設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。挖泥采用絞吸式挖泥船施工，通過管道運輸的方式將疏浚的淤泥從開挖區直接輸送到納泥區。

根據工程工期安排，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納泥區中間共用隔堰（E1～F2～E5段）在未吹填側出現個別位置滲水情況，施工單位對個別出水位置采用現場取土進行簡易封堵，期間并未中斷納泥區吹填施工。吹填施工至約+7.0m時，F2～F4段隔堰已發展為多處滲水情況，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。

針對現場中間隔堰多處管涌情況，經各方研究決定，采用排水減壓方式，在吹填側設置排水管進行排水，將上游水位降低，減小隔堰兩側水位差，并在未吹填側堰體坡角外側（A區）增加排水蓋重的方式進行處理。在滲流下游首先鋪設一層土工布倒濾層，現場取粉細砂進行覆蓋，鋪設高度1.5m，寬度5～10m。經過處理后，滲水情況明顯好轉，由夾帶泥砂變為清水，且無成股水流涌出的現象，化解了現場的管涌險情。

2圍堰管涌破壞原因分析

經過對施工現場情況進行多方了解，造成此次管涌險情的原因總結分析如下：

（1）在堰體復合土工膜施工時，施工單位并未按照原設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，并未完全按照設計要求采用素土，由此導致滲透路徑從原來的堰底變為堰體中部。隨著滲透路徑的減小，水力坡降增大，導致滲透破壞。

（3）原設計要求納泥區吹填應控制吹填強度，且最大吹填高度不得超過+7.5m。但現場實施為趕搶工期，未按照設計要求控制吹填強度，連續吹填，吹填過快導致兩側水位差迅速增大，造成堰體兩側水力梯度突然增加。根據滲透原理，堰體兩側水力坡降=水頭差/滲徑（i=?h/L），其發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，即發生滲流破壞。

（4）根據已有地質資料顯示，A、B兩區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）原設計僅在A工程側進行防滲處理，并未考慮其外側吹填的情況，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驗總結

（1）圍堰體滲透類破壞的搶險應遵循“上截下排”的原則，但本案例中，B工程已吹填完成，在上游設置防滲措施已不具備條件，如果在吹填前將吹填側重新設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滲透變形的能力，且蓋重土料取自現場未吹填側，就地取材，降低了工程投資，更為工程搶險節約了寶貴的時間。

（2）工程建設中，疏浚吹填此類工程，現場實施為趕搶工期往往忽視設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水力坡降突然增大，實為控制發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，其顆粒組成與結構為管涌類滲透破壞的主要內因，在類似工程建設中要特別注意在此類地質條件上的圍堰建設，有條件的情況下應對原地表的無黏性不良級配土進行摻拌或翻拌。

4結論和展望

（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，并進行經驗總結，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，圍堰的穩定性至關重要，而滲透破壞是造成圍堰失穩的主要原因之一。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鍵。

（3）本工程中，通過在下游設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》第2版[M].北京：清華大學出版社，2013.

[2]JTS154-2018，《防波堤與護岸設計規范》[S].

[3]JTS147-2017，《水運工程地基設計規范》[S].