治河工程中護岸導流新結構研究綜述

繆吉倫，張永祥，周家俞

治河工程中護岸導流新結構研究綜述

繆吉倫1，2，張永祥1，周家俞2

（1．重慶大學資源環境學院，重慶 400030；2．重慶交通大學西南水運工程研究所，重慶 400016）

河道整治工程中護岸導流多采用土石結構，這種結構易受沖蝕，造成生險頻繁、搶險被動，工程維護費用高。多年來水利工作者一直在探索施工簡便、投資省、效果好的新型護岸導流結構型式?？偨Y了國內外護岸導流結構的最新應用技術，并比較了各種結構的優缺點，指出了今后的發展方向，可供設計參考。

護岸；結構；丁壩

1 概 述

我國自古以來在許多水利工程中就采取了丁順壩作為護岸導流的手段。壩體傳統上采用土石材料，如木樁式丁壩、土丁壩、柳石丁壩或拋石筑壩。它們有時難以滿足護岸工程的需要，如柴排、柴枕、榪槎耐久性差；拋石易遭水流沖刷而走失；砌石和混凝土面板護坡適應變形的能力弱，且常因水流淘刷而被架空破壞等。特別是平原地區石料缺乏，拋石結構造價高、進度慢、需要人力多，同時大量石料開采也有悖生態環保要求。因此，應用新理論、新材料、新工藝開發研制新型護岸結構一直是人們努力的目標。近年來，水利工程者不斷利用新材料、新技術和新工藝進行新型護岸導流結構的試驗研究，并在長江、黃河上得以運用，如鋼筋混凝土灌注樁壩、充沙土工反濾布長管袋褥墊沉排壩、鋼筋混凝土水力插板樁新結構壩等都被證明是較成功的新壩型。在長江、淮河上也采用沙枕填芯塊石蓋面的混合型結構。本文將對國內外護岸導流結構的最新應用技術作一總結，供設計施工參考。

2 新型壩體結構

護岸結構傳統上采用土石體，但由于石料缺乏的原因或因易于沖刷破壞，混凝土結構在護岸導流工程中得到了廣泛應用。同時，鋼塑復合材料或土工合成材料結構也迅速發展。

2．1 雷諾護墊壩

河南黃河河務局采用意大利馬克菲爾公司生產的雷諾護墊在新鄉原陽武莊控導工程中修建了一道雷諾護墊試驗壩。雷諾護墊因其最先應用于意大利的雷諾河得名，系采用以機編六邊形低碳鋼絲網面制成的網墊，鋼絲表面處理采用鍍鋅＋覆塑雙重防腐，在網墊內填充合乎一定規格的石塊共同構成防護結構。一般雷諾護墊大小為厚0．3 m，寬2 m，長6 m。

圖1 雷諾護墊示意圖Fig．1 Sketch diagram of Reynolds protection pad

雷諾護墊由于采用機編六邊形低碳鋼絲網面加上硬質石頭聯合形成了耐久性很強的整體，能適應河岸的局部沉陷變形，并且可以自行調整愈合，阻止變形繼續發展。表面經自然沉積泥沙后，可較迅速地生長植被，促進周邊微生態環境的恢復，能保證天然水體與地下水的自然交換，透水性好，環保效果佳。同時網墊內還可采用傳統結構無法利用的碎石或鵝卵石，較拋石成本低。結構使用壽命長，且無需維護。

2．2 混凝土榪杈

傳統上透水減速護岸結構主要有鋼筋混凝土網格排、木榪杈、掛柳等，這類結構能局部改變水流流態，降低流速，使其沖淤態勢轉變，達到淤岸護坡的效果。鋼筋混凝土網格護岸效果雖好，但基礎需要有足夠的埋深，水下施工較為復雜。木榪杈、掛柳等易于腐爛沖毀，維護工程量大，一般作為臨時性結構。

西北水利科學研究所的科研人員提出了鋼筋混凝土四面六邊體透水框架結構（混凝土榪杈）治河護岸技術。該結構由6根長度相等的混凝土桿件相互連接構成，呈正三棱錐體（見圖2），桿長1 m。混凝土榪杈為透水建筑物，能柔性地調整水流，顯著地降低流速；其自身為鋼筋混凝土結構，耐久性好。此外，它四面是等腰三角形，接觸面積較大，穩定性能良好，不存在基礎與根石沖刷問題，具有良好的防沉陷等優點。施工簡便，可以在河床上按需要布置移動，可任意拋放，重復使用。混凝土榪杈構件可實現工廠化生產。據有關資料分析，透水框架一次性施工費用與拋石固腳費用大致相當，但其長期維護費用明顯低于拋石結構，且護岸效果優于拋石體。在長江江西河段和陜西渭河下游已得到試驗應用［1］。

圖2 混凝土榪杈結構圖Fig．2 Structure chart of concrete fork

2．3 鋼筋混凝土插板樁壩

黃河中下游河道河床多為粉質細砂，抗沖性差，近幾年來，鋼筋混凝土水力插板樁新結構壩在河口地區得以應用［2］。水力插板樁運用水力沖填技術，通過板樁底部的噴水管產生的高壓噴水切槽，靠自重使板樁沉入地基。板樁與設置在板樁頂部的聯系梁共同維持穩定。板樁預制成型后，再運至施工現場后即可進行沉樁施工，施工速度快。

插板樁壩不需要大量的土方和石料。運用水力插板樁做成的壩岸，施工速度快，抗沖刷效果明顯，能有效地減少搶險概率。插板樁壩施工造價較傳統結構土石壩一般都有較大幅度的增加，但從已建工程近幾年搶險及管理費用來看，插板樁壩明顯較傳統結構土石壩減少。因此雖然插板樁壩一次性工程投資較大，但搶險維護費用減少，經濟效益較大。黃河下游河口地區八連控導工程、十四公里工程等在設計中采用水力插板樁護岸，勝利油田管理局已在河口地區全面推廣使用該技術，施工方式及方法已比較成熟，在技術上是可行的。

類似結構有PHC管樁丁壩［3］、板樁丁壩護岸結構，這種護岸技術在阿姆河、密西西比河、密蘇里河及漢江上都有成功的先例。

2．4 混凝土鉸鏈沉排

混凝土連鎖板早在20世紀30年代就應用在美國密西西比河上。鉸鏈混凝土沉排（簡稱鉸鏈沉排）是通過鋼制扣件或套環將預制混凝土塊連接并組成排體的護岸結構形式。

鉸鏈排單元由系排梁、排墊、鉸鏈混凝土板、壓載體（砂枕或拋石等）組成。系排梁起固定排首的作用；排墊采用200 g／m2的單層聚丙烯編織布加筋而成；鉸鏈混凝土板起抗沖和壓重作用，單塊板之間用鋼筋圓環或加筋帶連接；壓載體通常采用拋石或沙枕，將混凝土板在排墊上鋪好綁扎后，用沉排船沉放在岸灘上，再拋投壓載體。

混凝土鉸鏈排為平順護岸結構，能較好地適應河床在頂沖水流作用下出現的調整，整體性和穩定性好，不改變河流近岸水流結構，防沖保沙性好、且能增強河床河岸的抗沖能力。板塊可以在工廠進行標準化大量生產，適用于大小江河的整治工程。

圖3 混凝土鉸鏈排示意圖Fig．3 Sketch diagram of concrete hinge tier

2．5 土工材料結構

土工合成材料是以人工合成的聚合物，如聚乙烯、聚丙烯、聚酯、聚酰胺、聚氯乙烯等作為原材料制成的產品。國外在水利工程中應用土工合成材料較早，由于土工合成材料具有適應變形能力強、施工簡便、工期短、造價低等諸多優點，因而在國內引進后發展很快，并取得了一些成功經驗。土工合成材料護岸型式可歸結為以下幾種：①模袋混凝土護岸；②充填長管袋沉排壩體；③土工網或土工格柵石籠；④土工網墊草皮護坡。

2．5．1 模袋混凝土護岸

模袋混凝土護岸是將混凝土或砂漿用泵灌入由合成纖維制成的模袋內固化形成混凝土護面層鋪護在岸坡上。模袋混凝土護岸整體性好，抗風浪沖擊能力強；施工機械化程度高，施工質量易于控制，不需要模板；適合各種復雜的地形，可以在水上及水下同時施工，無需鋪設反濾層，并能大面積一次鋪筑成型，施工速度快，但造價相對較高；水下施工不需要修筑圍堰，因此也可在搶險工程中發揮重要作用。模袋混凝土護岸在長江中下游采用模袋混凝土護岸時間還不長，近幾年在江陰、九江、揚州等地實施了模袋混凝土護岸試驗工程，取得了一定的效果。

2．5．2 充填長管袋沉排壩體

抽沙充填長管袋褥墊沉排壩施工首先進行泥槳泵基坑開挖，人工鋪設好長管袋褥墊后，用泥槳泵充填泥沙至褥墊內。待第1個管袋充沙完成后，將袖口暫時扎死，再開始充第2個、第3個管袋，直到塊體管袋全部充沙。為解決管袋充滿后充沙量達不到設計要求的問題，實際操作中采取循環充填4至5遍的方法，使充填后管袋內泥沙飽滿度為70%～80%。最后將充沙袖口用尼龍繩扎死，即完成了沉排塊體的鋪設。以同樣方式鋪設、充填長管袋，反復上述過程，直至完成沉排施工。

充填長管袋沉排壩為新材料、新結構壩型。材料為抽取的河砂，便于就地取材，構造成砂袋壩，可代替柳石枕，投資省，工期短。黑崗口－柳園口河段左岸封丘縣荊隆宮鄉順河街河道整治工程采用此工藝。

2．5．3 土工網或石籠

土工網、土工格柵石籠采用高強度的土工繩網或土工格柵制成的圓柱形或矩形籠罩（如耐特籠），內裝卵石、塊石、礫石等，可代替傳統的柴枕、鉛絲石籠護岸護腳，也可用于臨時搶險。土工網或土工格柵石籠的主要優點是較傳統的柴枕、鉛絲石籠經濟、耐用，對土壤與水質無污染，且制作容易。黃河上也有些護岸工程采用土工網罩結構。

2．5．4 土工網墊草皮護坡

土工網墊草皮護岸是近年來國內引進的一種護岸新技術。它將草的根系固土作用和土工網墊固草防沖作用結合起來，比一般草皮護坡具有更高的抗沖能力，在河道工程中適用于水流平緩處。

采用土工材料護岸結構的優點是：①適應河床變形，抗沖性能好；②節約石料，就地取材，料源充足，降低工程造價40%～60%；③施工簡易，操作方便；④環保污染小。缺點是長期暴露在水上受紫外線照射易老化，強度很快降低，須加強保護措施。

2．6 其它結構

美國衣阿華水利研究所（IIHR）于20世紀80年代提出潛沒式導流板結構，是一項保護彎道凹岸的新技術。日本學者Odgaad對翼板法防侵蝕技術進行了研究。這兩種結構的原理是改變彎道的環流結構，使環流變形，離開凹岸向凸岸發展，達到保護河灣的目的。我國浙江省結合浙北平原地區航道的實際情況，選取透水性預制砼沉箱式護岸，對混凝土劈離塊護岸也進行了研究。在遼河上采用了前控式孔板護岸技術［4］，經過實際應用，均取得了良好效果。

3 各種護岸結構特點比較

護岸結構多種多樣、各具特色，從材料看可分石料、混凝土、土工織物等；從型式看可分為散拋體、樁板式、模袋式等。結構的選擇涉及河勢、河床演變、施工工藝、投資等諸多因素，實際應用的護岸效果也不同。各種護岸結構比較見表1。

表1 各種護岸結構比較表Table 1 Comparison of various bank protection structure

4 結 語

隨著科學技術的發展，河道護岸導流工程中傳統的護岸結構逐步被新材料、新結構所代替。在實際應用中，應結合河道水流特點、河勢條件，以及材料來源、投資、施工等比較后選擇合理的防護結構，今后還應加強對護岸工程新材料、新技術護岸工程的破壞機理、適應條件及護岸效果的研究工作。

傳統的河道護岸工程，采用土石或混凝土結構，形式單一，生態性差，景觀效果不理想，資源耗費嚴重。近年來，國內外對河道整治護岸型式提出了新理念，歐美國家提出了“自然設計方法”，發展了全新的“親近自然河流”概念和“自然型護岸”技術，日韓等國提出“與自然親近的治河工程”等理念。未來護岸導流結構，總體上是朝著生態護岸方向演化［5］。生態護岸是一種新型的護岸技術，它集生態效應、自凈效應、景觀效應和防洪效應于一體，是現代河流治理的發展趨勢。

［1］ 徐錫榮，唐洪武，宗 競，等．長江南京河段護岸新技術探討［J］．水利水電科技進展，2004，（8）：26－28．（XU Xi-rong，TANG Hong-wu，ZONG Jin，et al．Study on Bank Protection Technology in Nanjing Reach［J］．Advance of Hydro-electricity Science and Technology，2004，（8）：26－28．（in Chinese））

［2］ 李宏偉，程紹杰．鋼筋混凝土插板樁壩在河道整治中的應用［J］．中國水利，2003，（4）：60－61．（LIHong- wei，CHEN Shao-jie．Application with Reinforced Con-crete Pile Spiling-dike to River Regulation［J］．Chinese Journal China Hydraulic，2003，（4）：60－61．（in Chi-nese））

［3］ 張寶森．不搶險PHC管樁丁壩研究［J］．人民黃河，2008，（10）：31－32．（ZHANG Bao-sen．Study on No-rescue PHC Tube Spur-dike［J］．Chinese Journal Peo-ple’s Yellow River，2008，（10）：31－32．（in Chinese））

［4］ 李 良，董巧紅，于 穎．新型前控式孔板護岸原理及應用［J］．東北水利水電，2007，（5）：6－7．（LI Liang，DONG Qiao-hong，YU Ying．The Principle＆Application of New Type Front-controlled Bank Protection［J］．Chi-nese Journal North-eastern Hydro-electricity，2007，（5）：6－7．（in Chinese））

［5］ 徐朝輝，步海濱，程巍華，等．內河航道生態護岸的發展及應用分析［J］．水運工程，2009，（9）：107－110．（XU Zhao-hui，BU Hai-bin，CHENG Wei-hua，et al．Development and Application of Ecological Protection Bank for Inland Waterway［J］．Chinese Journal Port＆Waterway Engineering，2009，（9）：107－110．（in Chi-nese））

［6］ 趙渭軍，嚴 盛，宣偉麗．強潮河口樁式丁壩減沖促淤效果研究［J］．水動力學研究與進展，2006，（5）：324－329．（ZHAOWei-jun，YAN Sheng，XUANWei-li．Study of Erosion-lessening and Siltation-promotion Effect for Sheet-pile Groins under Strong Tidal Estuary［J］．Chi-nese Journal of Hydrodynamics，2006，（5）：324－329．（in Chinese） ）

（編輯：曾小漢）

Review of New Structures of Bank Protection and Water Diversion in River Regulation Engineering

MIAO Ji-lun1，2，ZHANG Yong-xiang1，ZHOU Jia-yu2
（1．Department of Engineering Mechanics，Chongqing University，Chongqing 400030，China；2．Chongqing Jiaotong University，Chongqing 400016，China）

Soil-rock structure is often adopted to bank protection in river regulation engineering．It is easy to be de-stroyed．Dangerous situation happens frequently，and the maintain cost is high．In recent years，hydraulic engi-neers have looked forward to finding new structure，new materials，new process to reduce emergency．In this paper，the latest technology of bank protection and water diversion structure is summarized，and the advantages and short-comings of various structure are compared，the development direction in the future is also indicated．Thismay be a reference for the design of bank protection works．

bank protection；structure；spur dike

TV145

A

1001－5485（2011）03－0001－04

2010-04-06

繆吉倫（1971-），男，四川閬中人，副研究員，主要從事水利工程科研設計，（電話）023-68899688（電子信箱）jimcqcu＠163．com。