陸小三，王志偉，童勁松，許 衛(wèi)

(安徽省地質(zhì)調(diào)查院，安徽合肥230001)

長江安徽段位于長江下游地區(qū)，是安徽省長江水系以洪澇災(zāi)害為主的主要水患區(qū)及與水患衍生的各種地質(zhì)災(zāi)害的易發(fā)區(qū)[1]?？康谭婪篮閮砂豆灿懈闪鞯谭?65 km(左岸507 km，右岸258 km)，直接保護(hù)著沿江1100多萬人口、900多萬畝農(nóng)田和合肥、蕪湖等八個重要城市、工礦企業(yè)以及國家諸多的重要基礎(chǔ)設(shè)施，可以說長江兩岸堤防是安徽重要的經(jīng)濟(jì)生命線。

新中國成立以來，長江安徽段堤防經(jīng)過逐年加高培厚、護(hù)岸及種植防浪林等措施，提高了堤質(zhì)，對穩(wěn)定河勢、安全渡汛起到了重要作用。但是，這些堤防本身的穩(wěn)固程度依然依然存在著一些嚴(yán)重問題，因而在汛期會經(jīng)常發(fā)生各種災(zāi)害，形勢十分嚴(yán)峻。在諸多災(zāi)害中，尤以散浸、管涌對堤防安全威脅最大。據(jù)歷史資料表明，長江安徽段干堤50%以上潰堤都是管涌造成的，如1954年大水在江堤16處潰口中，就有8處是由散浸、管涌引起的。因此散浸、管涌是長江安徽段最為重要的地質(zhì)災(zāi)害問題之一。本次研究通過深入調(diào)查長江安徽段堤防潛在散浸、管涌及潰口等，分析其產(chǎn)生的機理及影響因素，并針對安徽江段提放潛在不穩(wěn)定區(qū)初步提出防治建議，進(jìn)而為做好該段堤防安全防護(hù)工作提供理論支持和依據(jù)。

1 散浸、管涌機理分析

堤防在高水位作用下，背河坡面及坡腳附近地基表面出現(xiàn)的滲水現(xiàn)象，稱為散浸，其特征是堤防背水側(cè)坡面濕潤、松散或有浸潤纖流[2]。管涌是在滲透水流作用下，土中細(xì)粒移動、流失，土的孔隙不斷擴(kuò)大，最終導(dǎo)致土體內(nèi)形成貫通的滲流通道，土體發(fā)生破壞的現(xiàn)象[3，4]，它通常發(fā)生在砂礫石地層中[2]。散浸和管涌對堤防具有很大的威脅，不及時防治容易導(dǎo)致堤防潰口、脫坡和崩岸等更為嚴(yán)重的災(zāi)害[5]。

散浸和管涌產(chǎn)生的機理一般有洪水位的高低、流速、堤外岸灘寬窄、土體結(jié)構(gòu)和巖性組合、土體的水文地質(zhì)及工程地質(zhì)特征、堤防、涵閘工程的質(zhì)量、堤內(nèi)側(cè)的地形高低及地表、地下水水位高低、土體蓋層的巖性及抗壓強度等。而長江安徽段堤防因其獨特的地理位置與堤質(zhì)，散浸和管涌產(chǎn)生的機理更為復(fù)雜。

長江安徽江段大堤內(nèi)側(cè)大多原為長江的河漫灘，由于沒有泥沙進(jìn)入，使得大堤內(nèi)側(cè)的地面高程與堤外岸灘差距越來越大，而與長江河槽的高程差距越來越小。到了汛期，當(dāng)長江水位節(jié)節(jié)攀升時，長江水面高程也與堤內(nèi)地面高程距離逐漸加大，堤內(nèi)地面的地表水位(包括地下水位)高程最大也只能平地面，亦即汛期長江洪水位與堤內(nèi)地表和地下水水位高程差距加大，由此形成的水位差是散浸、管涌形成的必要條件。根據(jù)歷年汛期的防汛觀測資料分析，大堤內(nèi)外水位差越大，散浸、管涌發(fā)生的機率越高。

表1 廣濟(jì)圩大堤管涌發(fā)生的水力坡度統(tǒng)計表

根據(jù)系統(tǒng)觀測資料顯示，安慶市廣濟(jì)圩大堤，當(dāng)汛期長江洪水位達(dá)到14.0m時，大堤內(nèi)側(cè)堤基一帶就有散浸現(xiàn)象。因此，可以認(rèn)為長江洪水位14m(吳淞高程)，是大堤內(nèi)側(cè)堤基發(fā)生散浸的臨界水位。大堤內(nèi)側(cè)的管涌只要在洪水位大于14.0m(吳淞)后，任何洪水位條件下都能發(fā)生，由于堤外岸灘寬窄不一，洪水入滲點不一致;堤內(nèi)側(cè)管涌點距大堤也有遠(yuǎn)近，因此，產(chǎn)生管涌的水力坡度有大有小。廣濟(jì)圩大堤發(fā)生管涌的水力坡度見表1，表中大堤堤基寬度取40m，大堤內(nèi)側(cè)地面高程取10.5m(吳淞)，長江洪水位為吳淞高程。據(jù)表1可以看出，廣濟(jì)圩大堤汛期堤內(nèi)發(fā)生管涌的水力坡度為0.013至0.11之間，其臨界值應(yīng)為0.013。安徽江段的其它干堤，堤基結(jié)構(gòu)與廣濟(jì)圩大堤堤基類似，發(fā)生管涌的水力坡度臨界值也可定為0.013。

各入江支流的河堤，堤外迎水坡一般無岸灘，汛期河水位上升后，散侵和管涌有可能在同一地點的大堤內(nèi)側(cè)發(fā)生。只要汛期河水位高于河堤內(nèi)側(cè)的地表水位或地下水位，沿堤腳內(nèi)側(cè)附近，就能出現(xiàn)管涌點。根據(jù)野外調(diào)查，在巢湖支流的豐樂河中游，偶見的水力坡度臨界值可達(dá)到0.20左右，這可能與河水位短期升降幅度變化大有關(guān)。

長江安徽段堤防地基巖性一般為滲透性較好的砂、粉細(xì)砂或淤泥質(zhì)粉細(xì)砂層。這些砂層不但對水體連通性較好，而且具有隨水流動的特點，是連接大堤內(nèi)外地表水或地下水良好的透水通道，這是散侵和管涌發(fā)生的另一個重要機理。安徽江段位于長江干流下游，主河道和汊江水流攜帶的泥沙均為細(xì)顆粒的粉細(xì)砂或淤泥質(zhì)粉細(xì)砂，這些細(xì)顆粒的泥沙沉積后，有的在廢棄的河道內(nèi)，有的則組成現(xiàn)代河漫灘。而現(xiàn)在有不少堤段就是建在這些廢棄的河道內(nèi)或現(xiàn)代河漫灘上。研究表明，長江干堤容易擋住大堤外側(cè)的長江洪水明流，卻很難擋住堤基下形成的地下潛流。而散浸、管涌主要是通過堤基下透水的粉細(xì)砂層以地下潛流的形式發(fā)生的，因此具有隱蔽性強、治理難度大等特征。入江支流河堤的散浸、管涌也是類似。

2 人為影響因素

長江安徽段堤防散浸、管涌的產(chǎn)生機理除前述以外，還包括以下幾種人為因素。

圖1 樅陽殷家溝管涌成因剖面圖

(1)早期修建大堤時，一般是在大堤內(nèi)側(cè)取土，由于取土沿堤內(nèi)腳形成了一個條帶狀取土坑、坑深多則2～3m，少則1～2m。大堤內(nèi)側(cè)原為河漫灘，沉積物是粉土，粉細(xì)砂或淤泥質(zhì)粉細(xì)砂層，呈中薄層狀，修堤取土，常常取走頂部的粉土層，使得下伏的粉細(xì)砂層接近或直接裸露地表，造成土體的抗壓強度降低。取土坑不但使大堤內(nèi)地表水或地下水位降低、造成汛期堤內(nèi)外水力坡度加大，還使表層土體抗壓強度減弱。因此，有利于散浸和管涌的形成(見圖1)。已有事實證明、安徽江段大堤內(nèi)側(cè)的散浸和管涌大都出現(xiàn)在堤內(nèi)的取土坑內(nèi)(俗稱荷花塘)。

(2)安徽省的江堤，有很大一部分是建在古河道，古潰口或牛軛湖上，這些地方沉積物復(fù)雜，有淤泥、粉細(xì)砂，還有生物沉積。大堤修建時，受當(dāng)時社會、經(jīng)濟(jì)和生產(chǎn)力的限制，一般都未清基或清基不徹底，使得堤基松散、薄弱，為現(xiàn)在散浸和管涌的產(chǎn)生埋下了隱患。

(3)1954年特大洪水、使大部分江堤被損壞、現(xiàn)在的江堤大多是上世紀(jì)50年代人工修建。來自不同的鄉(xiāng)村、社、隊的人員按分段承包施工，在兩個包段的銜接處，往往疏于夯實而留下薄弱地段，這些地段是最易產(chǎn)生大堤滲漏和堤腳散浸。

(4)局部堤段內(nèi)側(cè)、如安慶廣濟(jì)圩大堤，堤內(nèi)是多個潰口和古河道形成的潰口扇。當(dāng)?shù)厝罕姙榱吮阌诜N植，用翻土的方法將表層沙翻到下部，將下部的粉土或淤泥翻到表層，這樣，不但擾動了土體，使土體抗壓強度降低，而且砂層到了底部以后，往往為地下潛流導(dǎo)致管涌創(chuàng)造條件。

(5)其它的支流河堤、也存在堤內(nèi)側(cè)有取土坑，分段修堤留下薄弱地段等，為以后的大堤滲漏、散浸和管涌留下了隱患。此外，有不少河堤的迎水坡種有樹木，如杭埠河、豐樂河等。這些樹木的根系枯死后，往往形成空洞，造成河堤堤身滲漏、堤基散浸和管涌。

3 堤防穩(wěn)定性評價及防治

3.1 堤防穩(wěn)定性評價

根據(jù)資料搜集以及野外調(diào)查，將長江安徽段堤防穩(wěn)定性分為三個區(qū):穩(wěn)定區(qū)、較穩(wěn)定區(qū)、潛在不穩(wěn)定區(qū)，各區(qū)特征詳見表2。

研究結(jié)果表明，長江安徽段大多數(shù)的散浸、管涌均發(fā)生在距堤腳100m之內(nèi)的取土坑、民井等處，少數(shù)則發(fā)生在遠(yuǎn)離(最遠(yuǎn)可達(dá)1 km)堤腳的堰塘、溝渠中。如廣濟(jì)圩江堤汪家墩堤段管涌點曾遠(yuǎn)離堤腳1 km多，管涌洞口直徑一般為0.05～0.5m，少數(shù)達(dá)1.5m，砂環(huán)直徑可達(dá)2.0～3.0m，洞深0.4～1.0m，涌出水頭高度一般小于0.2m，大多數(shù)為單個管涌點，少數(shù)為管涌群，散浸常和管涌相伴而生，也有整段堤壩散浸，呈線狀分布。

縱觀長江安徽段堤防，由堤身、堤基散浸而產(chǎn)生管涌的險工險段主要分布在安慶市范圍江堤。例如1998年汛期，同馬大堤宿松段一次管涌，7月30日在距堤腳240m的水塘邊有數(shù)十個冒砂孔，其中最大孔徑8.0 cm，砂環(huán)直徑1.0m，水深1.6m，翻砂已冒出水面，經(jīng)過圍井導(dǎo)濾，抬高塘水位處理后，7月31日和8月1日，該處又出現(xiàn)新的管涌，口徑達(dá)10.0 cm，砂環(huán)直徑擴(kuò)大到1.5m，積砂厚0.7m;又如廣濟(jì)圩江堤段，8月3日在距堤腳260m的水塘中發(fā)現(xiàn)兩處管涌，直徑15 cm，可見4個砂環(huán)連成一片，面積達(dá)30m2，從而導(dǎo)致距堤腳50m處的一戶兩層樓房四周地基開裂，最大裂縫1.0 cm，房屋下沉4.0 cm，并有繼續(xù)下沉趨勢。無為、和縣沿岸江堤，散浸、管涌現(xiàn)象亦較普遍。

除長江干堤外，長江支流河堤也有散浸、管涌現(xiàn)象發(fā)生，只是規(guī)模較小，如右岸支流秋浦河下游許多圩堤堤基，在汛期也時常發(fā)生不同程度的散浸，如貴池木閘的白沙港、高嶺的東埂等地曾出現(xiàn)過管涌。

表2 長江安徽段堤防地基穩(wěn)定性分區(qū)特征一覽表

3.2 防治措施

根據(jù)散浸以及管涌的形成機理和影響因素，可采取相應(yīng)的措施對表2中長江安徽段堤防地基的潛在不穩(wěn)定以加以防治。對于堤防散浸的處理，可以“臨河截滲，背河導(dǎo)滲”、降低浸潤線、穩(wěn)定堤身為原則。臨水坡用透水性小的粘土做外幫，可以減少滲到堤里去的水;背水坡用透水性大的砂石或柴草做反濾，可以使已經(jīng)滲到堤里的水流出，而不帶走土粒，這樣可以降低浸潤線以穩(wěn)定堤身。而對于管涌，主要是由于滲透坡降過大造成的。因此，管涌的防治一方面要增加滲流出口處土體的抵抗?jié)B透變形的能力，另一方面應(yīng)盡量降低滲透坡降，設(shè)置水平與垂直的防滲設(shè)備，延長滲徑，降低滲透坡降或攔截水流，設(shè)置減壓設(shè)備和蓋重，以降低下游滲流出口處的滲透壓力和增加土體上的重量[6]，具體的方法有修筑反濾圍井、養(yǎng)水盆、濾水壓浸臺等。

4 結(jié)語

散浸和管涌長江安徽段最為重要的地質(zhì)災(zāi)害問題之一，對堤防具有很大的威脅，如不及時防治容易導(dǎo)致堤防潰口、脫坡和崩岸等更為嚴(yán)重的災(zāi)害。安徽江段堤防散浸和管涌產(chǎn)生的機理除堤防地基自身堤質(zhì)特征外，還與眾多人為因素有關(guān)。因此，可采用相對應(yīng)的措施對長江安徽段堤防地基的潛在不穩(wěn)定區(qū)進(jìn)行防治處理，主要方法有臨河截滲，背河導(dǎo)滲，以及修筑反濾圍井、養(yǎng)水盆、濾水壓浸臺等。文章僅就長江安徽段堤防防治措施進(jìn)行了初步探討，望能對以后的深入研究起到借鑒和指導(dǎo)作用。

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