管涌一旦与土体内部的已有孔洞连通，就会迅速发展为管道内集中涌水淅土的现象，严重的管涌现象可以掏空地基或坝体，使其产生过度变形，甚至引起整体失稳和破坏。

图1 管涌形成过程示意图

管涌现象最初主要与土石坝的渗流控制紧密联系。美国大坝委员会在20世纪70年代和80年代进行过两次全面的事故调查。1972年12月底前发生土石坝事故249起，溃坝52次，当时美国已建土石坝3896座，相应事故率占6.4%。1973～1985年底大坝发生事故258起，属土石坝201次，包括溃坝13次，其中包括管涌引发的提堂水坝溃坝，造成下游村镇损失惨重（图2）。世界范围内渗流破坏引发溃坝约占土石坝事故的40%。其中，日本为44%，瑞典为40%（统计失事坝119座），西班牙约为10%（统计失事坝117座）。根据中国水利部水利管理司的统计，截至1991年底，全国水库失事主要集中在小型水坝，76%的溃坝出现在运行阶段，如青海沟后混凝土面板卵石坝1993年8月因渗流而溃坝，死亡300余人。按事故原因统计，水坝施工质量差是其中的一个主要因素，表现在坝体和地基的抗渗透性能差。

图2 管涌引发的坍塌

管涌引发的大型事故还常见于洪灾中的堤基破坏，其险情数量多，分布范围广，且易诱发重大险情，甚至导致大堤决口。1954年中国洪湖江堤路途湾、莫家河、新丰闸及1969年田家口堤段因堤脚附近发生管涌而溃口。1998年，中国长江中下游地区洪水位超过堤防工程警戒水位历时长达3个月，长江干流堤防出现险情698处，其中堤基管涌险情366处，占52.4%。洞庭湖区堤防出现较大险情626处，其中管涌343处，占54.8%。在这些较大险情中，管涌恶性险情占一半以上，也正是因为管涌等恶性险情导致了湖南省安造垸、湖北省孟溪垸、湖北省牌洲湾、江西省九江市防洪墙等堤坝的溃决。

管涌除了对土石堤坝造成极大威胁之外，对于地下水位较高区域进行深基坑施工时，地下水渗流对基坑工程稳定和变形具有显著影响，因管涌破坏造成整体失稳是很多基坑工程失事的主要原因。

管涌一般发生在一定级配的无黏性土中，发生部位可以在渗流逸出处，也可以在土体内部。管涌形成的条件主要包括土性条件和水动力条件。①土性条件，管涌多发生在砂性土中，细粒含量较少，土体内部充满孔隙；土颗粒大小比值差别较大，往往缺少某种粒径的土粒。在颗粒磨圆度较好的情况下，孔隙直径大而互相连通。另外，颗粒由密度较小的矿物构成，易随水流移动，有较大的和良好的渗透水流出路。②水动力条件，渗透水流的水力梯度大于土的临界水力梯度时，就容易发生管涌。管涌发生的临界水力梯度计算公式有众多版本，也适应于不同的工程状况。中国国家标准《水利水电工程地质勘察规范》（GB 50287—2016）推荐采用下式进行计算：

...（1）

...（2）

式（1）（2）中为土的临界水力比降；为土粒密度与水的密度之比；为土的渗透系数（厘米/秒）；、和分别为占土的总质量的3%、5%和20%的土粒粒径（毫米）。

工程中在对管涌安全性进行评价时，求解的临界水力梯度还应除以安全系数，通常安全系数可取。临界水头公式大都是针对无黏性土的，判断黏性土是否发生管涌的有效方法之一是通过试验。临界水头的理论推导，其局限性是非常明显的，由于自然界中土的组成变化范围较广，渗透破坏的形式比较复杂，因而在计算临界水力梯度方面不可能用一个函数式来精确表达。

发生管涌后，首先要对管涌情况进行判别，搞清管涌的严重程度，从而根据管涌程度确定处理方案。管涌发展的初期，土体出现较小的变形，有水渗出或细流流出等现象是产生管涌的前兆，只是水的压力不足以击穿土层。在高水头差作用下，地下水逐渐渗出将相对不透水层中的细小颗粒携带出来，土体颗粒之间的空隙也越来越大，大颗粒也渐渐被带出，涌水通路形成后，险情也就随之发生。如果管涌口涌出的水量小，水流速度小，携泥携砂量少，管涌口堆积少，则属较轻的管涌。如果开始管涌程度较轻，但管涌不断发展，管涌口径不断扩大，管涌流量不断增大，带出的砂、泥越来越多，这也属于重大险情，需要及时处理。如果管涌开口大，涌水量大且急，管涌短时间，携带出大量的泥砂，成百数十方的泥砂在几十分钟或数小时时间内急剧涌出，就属于严重的管涌，必须第一时间采取应急措施处理。

在基坑工程防治管涌设计中，可以采用的具体措施有：①降水减压。在基坑外侧设置井点降水，经抽排使该段地下水位降低，切断潜在或已经发生的管涌水力供应。②增加基坑围护结构的入土深度。使地下水流线路径的长度增加，从而达到降低水力坡度的目的（图3）。对于重大困难的工程，也可以设置防渗帷幕阻水。③注浆改良土体。对围护结构薄弱点或地质薄弱段有针对性地采取化学浆液注浆。④滤水围井和滤水压重。管涌一旦发生，在管涌口处用编织袋或麻袋装土抢筑围井，井内同步铺填反滤料。抢护管涌险情的原则应是制止涌水带砂，而留有渗水出路。当管涌严重，涌水涌砂量大，来不及采取其他措施时，可采用滤水性材料直接分层压在管涌范围。⑤旋喷桩、搅拌桩止水。发生管涌常由于围护结构不闭合而引起，可以在管涌对应围护结构范围内使用旋喷桩或搅拌桩止水。

图3 增加基坑围护结构的入土深度防治管涌

堤坝管涌防治措施的基本原理和基坑类似，具体措施如下：①前堵。当仅坝基下有透水层时，可在堤坝前坡脚处采取垂直防渗工程措施堵断渗流通道，以此延长坝前渗流渗径，减少渗水压力。当坝基下有不透水层，同时坝体质量差时，为防治管涌隐患，可在坝体轴线上，设置灌浆帷幕堵断坝基与坝体渗流通道。此办法在水库除险加固中常用。对经过重要城镇或工矿经济区具有发生管涌隐患的江河段堤坝，也可酌情采用。②后疏。当渗流层在堤坝基下时，据其在堤坝后渗出部位处，采用铺设反滤层压护即可。反滤层可布置在渗流土中逸出的地方，特别是直接布置在排水的出口处。当堤坝质量不好且在高水位运行时，堤坝本身可能渗水，此时应在堤坝脚填筑高度要高于浸润线逸出点的反滤堆体。③围堰。在堤坝外发现管涌面积不大时，先在管涌口处填筑砂砾石暂缓携带泥沙险情扩大，再将可能发生管涌部位周围用编织袋或麻袋装土抢筑围堰，围堰内同时填筑反滤料，达到防止管涌携砂的目的。