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管涌怎么抢——“堵压滤排”实战角丰圩

发布于:2024-09-03 09:57:03 来自:水利工程/水利工程资料库

来源:水利家园

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引  言     
2024年7月3日上午,江西省鄱阳县角丰圩桩号9+100处发生管涌险情,经反滤围井处置后,当晚险情急剧恶化,涌水势头猛烈且伴随大量泥沙。此后向堤脚发展并出现集中渗漏状管涌群,堤身出现变形,堤顶部分下沉,路面出现裂缝,大堤安全岌岌可危。        
面对极为棘手的堤脚区域高水头大流量管涌群,江西水利各级防汛专家临危不乱,根据险情发展沉着应对,步步为营,通过综合应用粘土堵渗、卵石压脚、分级反压(滤)等系列技术措施,打出一套教科书级的 堵、压、滤、排 “组合拳”,最终化险为夷。        
该案例对堤防险情处置具有较好的借鉴指导意义。 本文通过对现场抢险人员进行访谈,并收集了影像和总结资料,力争最大程度还原抢险过程,从技术上科普堤防抢险知识的适用情况,同时对全体抢险参与人员的辛勤付出致以敬意。        

    
 

     

     

01 初战


     

     

沙袋消杀,强筑围井


 
水情: 2024年6月中旬开始,江西省持续受到强降雨袭击。受鄱阳湖流域五河及长江来水共同影响,鄱阳湖水位迅速上涨,湖区站点相继超出警戒水位。6月27日,标志性水文站星子站超过19.0米警戒水位,7月2日8时,超出警戒水位2米并持续上涨,湖区圩堤防汛压力陡增。  

绘图:雷声

工情: 角丰圩,位于江西省鄱阳县饶州街办,东临乐安河,北接饶河,西南毗邻鄱阳湖,形成四面环水的江心圩堤格局。堤线总长12.0km,保护面积10.2km 2 ,保护耕地面积1.08万亩,无人口居住,属单退圩堤。面对迅猛上涨的水位,鄱阳县严格按防汛预案要求组织人员巡堤查险。  
图:吴雅珍  
 

7月3日上午,巡查员发现泡泉险情

险情位于距内堤脚约15米的水塘内。

摄影:祝杰  

街办立即调用小船、挖掘机和物资,组织人员抢险。

摄影 :祝杰等

 

▼ 供图:饶州街办

注:
管涌。 也称翻沙鼓水,在鄱阳湖区称为泡泉,是堤身或堤基土壤颗粒在水压力下被冲刷带走的现象。管涌是土质堤坝最常见的险情,也是堤坝决口的主要原因之一。

来源:江西省水利学会

管涌机理图

7月3日下午,建成并加固反滤围井        
反滤围井筑好后,根据险情的发展进一步加高加固。      

摄影 祝杰

 

摄影 祝杰

 
注:
反滤围井。 也称减压井,是处置管涌险情最常见、最有效的应急措施。处置时,在管涌点周边用不透水的粘土装袋围一井圈,称为“围井”。抬高围井水位,可以减小上下游水头差,起反向减压的作用,故又称为“减压井”。在围井内依次铺填粒径由细到粗的粗砂、砾石(瓜子片)、卵(碎)石、块石等,可把渗出水的泥沙反向过滤在铺填的砂石层中,使渗水自由排出,故称之为“反滤层”。

来源: 见图

反滤围井原理图
 

7月3日22时,险情恶化      

管涌迅速发展扩大,出水量较大,水势凶猛,并夹带大量泥沙。      

摄影 胡新潮

 
抢险人员用挖掘机倾倒砾卵石,但立即被冲走。      

摄影 胡新潮

 
专家组赶赴现场联合会商,初步分析为堤基管涌。      

视频来源:央视

 
注: 根据堤坝发生的位置,管涌可分为堤身管涌和堤基管涌。堤基管涌由于涌口距离堤脚远,发现时往往已发展了较长时间,处置难度较大。本例管涌从堤脚远处塘沟基础内涌出,但是从堤身还是堤基发展而来,需汛后进一步勘查确定。      
抢险方案调整为用编织袋装满砾卵石,通过挖掘机运送倾倒至涌水口,消杀水头、控制水势。      

摄影 张志林

同时以出水口为圆心,迅速采用编织袋装土扩大反滤围井,围井直径8米左右,井内填砾卵石反滤压盖。

经过近3小时的奋力抢险,1号围井形成,管涌初步得到控制。      

摄影 张秀峰

 
7月4日2时多,出现管涌群        
1号围井内出水突然减少,但堤脚附近冒出多个管涌,呈集中渗漏状,大流量浑水。  
注: 出水突然减少,表明泥浆被过滤后淤塞在围井内,渗水无法排出,涌水向周边薄弱区域扩散。因此在抢险过程中,要根据实际情况设置反滤层厚度,确保渗水快速排出。      
经专家组会商后,决定调用外湖待命的抢险砂石船,用皮带机将砾卵石直接输送至堤脚管涌附近,挖掘机配合压盖。      

摄像: 廖冬芽

 

期间多次压盖多次涌水(间歇性),一直加高至不冒水。此后1号围井内继续大流量出水,呈分散分布,浑浊状。



 

     

     

02 再战


     

     

粘土堵渗,卵石压脚



7月4日5时,堤身发现变形        
堤顶明显下沉约0.4米,上游护坡砼预制块出现错位,勾缝部分开裂,护坡与路肩梁间亦裂开。      

摄像: 廖冬芽

 
堤顶内堤肩沿堤轴线出现长约30米的裂缝,最大缝宽8厘米,堤顶砼路面多处出现裂缝。      

摄影 张秀峰

 
持续观察发现,堤身变形仍在发展,表明堤基大量沙土被管涌带出,险情态势再次往不利方向发展,堤坝岌岌可危!      
注: 如果管涌处置不及时,发展会非常迅速,当堤身或堤基大量沙土被带走后,形成空洞,堤坝会突然塌陷,甚至溃决。      

管涌决堤试验 [1]

 
专家组紧急会商后,决定采用三项措施。
一是迎水面填粘土培厚封堵,抛填前坡面铺设彩条布,底边卷扎卵石沉底,防止高位渗漏。      

摄影 张志林

 
二是背水面砾卵石压脚固坡。  

摄影 张志林

 
三是在1号围井补填反滤料。      

摄影 张志林

 
注:
粘土封堵。         粘性土含沙粒少,碾压后水分不容易通过,具有较好的止渗作用。抢险时直接在临水面倾倒粘土,可以封堵渗水口,加厚堤身断面。
压脚固坡。         由于堤身、堤基沙土被大量带走,堤身已开始塌陷变形,极易滑坡失稳。此时在背水坡铺盖自重大、透水性强的砾卵石,可以起防止滑坡,快速排水的压脚固坡作用。
现场紧急集结抢险队员,调运粘土、块石、砾卵石、粗砂、瓜子片碎石等抢险物料,安排挖机6台、运输车辆82台、2000吨位的大型运输船只15艘等机械设备。      

摄影 史广跃

防汛专家在高温下指导抢险

注:

鄱阳湖地处低洼地区,水位受江西五河来水和长江顶托影响,汛期水位一旦上涨,退水往往非常缓慢,有时甚至数月之久。进入7月份后,副热带高压基本控制全省,湖区进入睛热少雨、无雨的季节,此时天气极为炎热,战高温、斗酷暑,戴草帽防汛是鄱阳湖区的特点。

7月4日晚至7月5日早,开始渗红水        
堤脚压盖坡脚渗出红色粘土水,证明迎水面培填的粘土已逐步充填堤身渗漏通道。      

摄影 张志林

 

摄影 夏涵韬

 
7月5日11时,堤脚高位出水点已无渗水        
经深挖检查,原浅挖即冒水的高位出水点,已无水冒出,表明溢出点开始下降。      

摄像 张秀峰

来源:上饶电视台

 

 

 

     

     

03 终战


     

     

分级减压,险情解除


7月5日17时,再次新增管涌        
1号围井旁边水塘出现一处较大管涌。  

摄像: 胡永林

 
利用挖机运送砾卵石压盖。      

摄像: 胡永林

 
7月5日17时20分始,围井险情反复        
1号围井内水干涸,半小时后又逐步渗水。23时开始大量涌水并挟带泥沙,持续补填反滤料。      

摄像: 史广跃

 
7月6日8时,围井间歇性喷涌        
商定扩大1号围井范围并加高,并在外围新筑减压堤蓄水反压(“养水盆”),通过抬升盆内水位,形成两级减压。      

防汛专家邓彪现场绘制草图

 
“养水盆”堤高2.5m,顶宽4 m ,内坡粘土防渗。      
注:
蓄水反压,         俗称“养水盆”,通过在涌水口用土袋抢修较大面积围井,利用壅水反压减小上下游水压力差,制止涌水带沙,子堤不设排水管,视情况盆中可不设反滤层。

摄像: 史广跃

 

摄影 史广跃

 
堤迎水坡继续填土培厚,背水坡砾卵石压脚固坡。      

摄影 夏涵韬

 
此后1号围井出水涌沙有所反复,及时补填反滤料。
 
7月7日16时后,险情得到基本控制        
1号围井出水点高程和出水量逐步下降。      
7月8日开始,险情解除        
每隔1个小时采集围井渗水,定期观测含沙变化,发现沉淀沙已极少。此后外河水位持续下降,险情解除。      

摄影 刘智

 

 

 

     

     

04 点评


     

     

堵压滤排,组合发力

管涌险情的处置,使用最多的是反滤围井。但在本例中,因圩堤高水位运行,堤身长期浸泡,管涌上下水头高,险情持续发展,堤身出现变形,处置时从单一反滤围井,到堵、压、滤、排综合应用,最终化险为夷。      

摄影 夏涵韬

 

堵。 在临水面倾倒大量粘土,发挥了封堵渗水口,加厚堤身断面作用。

在堤身已变形即将失稳时,及时在背水坡脚铺盖自重大、透水性强的砾卵石,发挥了防止滑坡,快速排水的压脚固坡作用。同时围井和养水盆的分级应用,还发挥了较好的蓄水反压作用。

滤。 管涌最大的危害是堤身、堤基大量沙土被带走,利用不同级配的反滤层可有效地防止沙土带走。

排。 利用砂石料透水性强的特点,可快速排出渗水,防止进一步逼高堤身浸润线,堤内饱和土体范围扩大,堤身土体软化、物理力学性质变差,失稳风险进一步增大。    

绘图: 王萱子

断面示意图  





05 经验



防早防小 ,精准施策


(1)迅速对症的抢险方案是处置核心

江西在历年实践中,各级水利和应急部门都会及时派送防汛专家驻守堤防进行技术指导。鄱阳县地处湖区,沿江滨湖乡镇防汛经验丰富。在应对本次险情时,当地第一时间采取有效措施初步控制了险情,此后在现场水利专家指导下制定科学合理的处置方案,发挥了关键的决策核心作用。

省级层面,研发了圩堤抢险远程会诊系统,根据圩堤风险程度下派专家组现场指导,并安排权威专家坐班远程会诊和指导。专家组一般为老中青三人,以老带新,定期轮换,实战练兵。在应对2024年江西修水流域超纪录洪水时,同一条万亩圩堤最多有4个省级专家组通宵指导抢险。

在本例中,当地抢险处置措施得当,各级防汛专家综合研判,及时改进抢险方案,最终力挽狂澜,角丰圩化险为夷。    

供图: 黄远金  

供图: 黄远金

7月7日、13日,防汛专家组换防交接  

(2)精准周密的巡堤查险是排险基础

随着国家对水利的持续投入,堤防得到除险加固,管涌这一古老的堤坝险情,在汛期数量逐步减少。但由于江西堤线长、堤身多为沙性土、堤基地质情况复杂, 湖堤在长期浸泡下,管涌往往发生在塘沟、稻田、人工井、房前屋后等薄弱环节,尤其是在晚上和恶劣天气时。

通过人工巡堤第一时间发现并处置险情极为重要。从本例看,当地街办巡查员警惕地发现险情后,及时果断采取了正确措施,为后续抢险赢得了宝贵时间。    

2020年8月7日,江西省水利科学院青年志愿者在九合联圩体验巡堤

 

(3)充足合理的物料储备是抢险保障

兵马未动粮草先行。堤防抢险涉及粘土、粗砂、砾卵石、块石,以及彩条布、编织袋等各种物资,不同的处置方案使用的物资不一样,要求抢险初期的黄金时段能 随调、随有、随用 ,而且运距不能太远,这对防汛预案物资备料要求提出了挑战。 在防汛关键期将物料储备以车代仓、以船代仓做法值得推广。

角丰圩四面环水,物资储备并不容易,整个抢险过程中物料消耗非常大,但险情处置过程中,可以做到源源不断地供应,极不容易。    

摄影 夏涵韬

 

(4)高效运行的机械作业是救灾关键

工欲善其事必先利其器。以往防汛抢险都靠人力为主,子弟兵肩扛沙袋,体力消耗大,工作效率低。机械化作业速度快、效率高,能发挥关键的保障作用,但前提是防汛交通畅通,包括背水坡堤脚巡堤查险、抢险通道,不种树木、蔬菜。 江西将清障除杂、通道畅通写到防汛工作手册,并作为汛前检查内容。

本例管涌发生在池塘中,发现初期当地就能调用挖掘机长臂作业运输物资,几个人即完成围井施工,特别是在当晚压盖管涌发挥了显著作用,后续更是动用了大型运输船和大量机械设备施工。    

摄影 史广跃

 

来源:   江西省水利学会     


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