公路水毀變更處置方案

五、公路路基水毀的主要類型與防治對策

1、常見路基水毀的破壞形式及原因

1）山區(qū)公路中許多路段與河道并行，沿河路基常因河彎凹岸沖刷、頂沖與斜沖而發(fā)生坍塌或遭到破壞。

2）小橋涵被沖毀后，造成兩端路基水毀。

3）路面設計高程不夠，洪水漫溢路面，沖刷路面造成路面和路基水毀。

4）公路緊靠山邊，暴雨時水從山坡匯流而下，輕則沖刷路面，重則沖毀路基。

5）滑坡、崩塌體堵塞路基邊溝，使邊溝排水漫溢到路面上，沖毀路面和路基。

6）因小橋涵的位置設置不當，或孔徑偏小，或被泥沙(níshā)堵塞，不能順暢地排水與輸沙，造成洪水漫溢路面，沖毀路面和路基。共七十四頁

河流(héliú)彎道的水流示意圖彎道環(huán)流導致凹岸沖刷、凸岸淤積，位于河彎凹岸的沿河公路容易因沖刷導致路基損毀共七十四頁

彎道環(huán)流是導致沿河彎凹岸公路路基沖刷的主要原因(yuányīn)。由彎道水流試驗觀測發(fā)現(xiàn)，對于一般河灣，彎頂附近環(huán)流已發(fā)展得相當充分，且直至彎段出口斷面處，環(huán)流強度也無很明顯的衰減。水流出彎后，雖然離心力已消失，但由于慣性作用，環(huán)流仍有一定的強度，可以影響到下游相當長的距離。對同一河灣而言，環(huán)流充分發(fā)展的部位還隨著流量的大小而在彎頂附近“下挫”或“上提”。環(huán)流強度變化較快的區(qū)域主要是彎道進口斷面至彎頂附近和出彎后的直段，對應于進彎后的環(huán)流逐漸發(fā)展加強和出彎后的衰減，相對而言，出彎后的環(huán)流衰減更為重要，它直接影響彎道凹岸出口下游直段的沖刷范圍。共七十四頁河流彎道河床沖刷(chōngshuā)變形示意圖水流(shuǐliú)方向共七十四頁

等半徑(bànjìng)連續(xù)彎道的輸沙帶兩個反向(fǎnxiànɡ)90°彎道的地形和中泓線共七十四頁

人們往往根據(jù)工程實際的需要，對河灣凹岸進行護岸、護腳，抑制水流對凹岸河床的沖刷。但經(jīng)過工程護岸后，沿凹岸的彎曲水流得以穩(wěn)固，環(huán)流可以得到充分發(fā)展，沿凹岸的集中沖刷深度將加大，甚至可能危及護岸工程的安全。顯然沿河灣凹岸的公路與固定河岸起著相同的作用，將受到水流的強烈沖刷，若路基的坡面和基腳未采取相應的防沖措施，則有可能因此導致(dǎozhì)水毀。凹岸沖刷范圍和最大沖刷深度的位置直接影響了防護工程設置的位置與范圍，而正確決定防護工程的位置、范圍對于防護效果和防護工程自身的安全是至關重要的。共七十四頁彎道凹岸防護(fánghù)范圍

當彎道中心角小于90

時，凹岸的沖刷起點在彎頂附近；大于90

時，起沖點往往在彎頂偏向上游，因此防護的起點可以取在彎頂向上游加一個安全長度LA的位置，安全長度小于等于一個河寬B，即LA≤B

。防護的終點，可以按試驗資料(zīliào)分析得出的經(jīng)驗值，出口直段防護長度取為2B。共七十四頁

多年的工程實踐表明，人們(rénmen)往往對彎道內的防護較為重視，而對彎道出口下游直段的防護則認識不足，而水毀往往出現(xiàn)在這些地方。所以彎道內防護與彎道出口下游直段防護，應結合具體的水流與河道條件統(tǒng)一考慮。沿河公路路基沖刷防護，應根據(jù)河段的洪水特點、河床形態(tài)和變形規(guī)律、河床質的組成等因素，綜合分析水流在該河段上的運動特點和流動狀態(tài)，進行相應的水力、水文計算，選擇合理的防護工程型式及相應的尺寸。共七十四頁

小橋涵出口鋪砌末端的平軸旋渦導致局部沖刷，嚴重時造成鋪砌和出口損毀，進而引起橋涵以及(yǐjí)與之相連的路基水毀。共七十四頁造成上述水毀的主要原因：1）路基沖刷

路基沖刷水毀主要發(fā)生在山區(qū)，許多路段與河道并行，路基常常是半填半挖或全部為填方筑成。對于挖方邊坡,在降雨條件下,其天然巖土邊坡隨含水量的變化、坡面沖刷作用以及人為因素的影響而喪失穩(wěn)定，引起滑坡、坍塌；對于填方邊坡，因坡腳受水流沖刷和浸泡，使臨河一側的路基坍塌。河道水流對沿河路基的沖刷包括兩個方面：一是水流流過路基邊坡坡面，沖刷坡面泥沙顆粒(kēlì)和巖屑、碎石，將其帶走引起坡面沖刷；二是對邊坡坡腳的沖刷，因彎道、對岸挑流、繞流等因素引起螺旋流、旋渦等，沖走邊坡坡腳的泥沙，造成坡高、坡度增大，使邊坡失穩(wěn)坍塌。

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由于填方路基多由開山廢渣填筑，若路基邊坡未進行沖刷防護加固措施(cuòshī)，則在一般洪水條件下，因水位較低、流速不大、坡腳塊石較大，尚能夠抵御洪水沖刷而保持路基邊坡的穩(wěn)定。

當遇到較大的洪水時，水位高、流速大，而邊坡上部的塊石較小，坡度也較陡，則邊坡中的巖屑、小塊石較容易被沖走，從而造成路基坍塌，出現(xiàn)路基缺口或半個以上路基被毀。在路基水毀中，這類水毀居多。

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對坡面的沖刷防護可采用適當?shù)目箾_材料進行鋪面，石料豐富的地區(qū)常采用漿砌（干砌）片石（塊石）護坡；流速大、河道狹窄、邊坡較陡的路段，常采用重力式擋土墻，除平衡土壓力和減少侵占河道過水面積外，還可抵抗水流的沖擊與沖刷。水流對坡腳的沖刷導致邊坡坍塌，坍塌物質被水流沖走后使坡腳的沖刷繼續(xù)發(fā)生，坍塌則不斷(bùduàn)發(fā)展。若采取措施，使坍塌物質不被水流帶走，或加固坡腳，提高坡腳的抗沖能力，使坡腳沖刷無法持續(xù)進行，則有利于邊坡的穩(wěn)定。顯然，加強沿河路基坡腳的防護對防治公路水毀是十分重要的。共七十四頁

可見，對于沿河公路上部的挖方邊坡，必須設置完善的截排水系統(tǒng)，攔截地表徑流的進入，同時排除坡體的表面水和地下水，使其沿排水系統(tǒng)安全進入天然河道。對于沿河公路的填方邊坡，應從提高坡面和坡腳的抗沖能力以及改善水流條件(tiáojiàn)入手，采取綜合措施，使邊坡能夠抵御沖刷或免受沖刷。共七十四頁2）路基沖刷防護建筑物的重復水毀

每年汛期，全國各地公路水毀大量發(fā)生，養(yǎng)護管理部門需要投入大量的人力、物力用于公路水毀的搶修和修復。

但由于各種原因（包括管理模式、資金、時間、技術力量等），在設計、修建水毀防護工程時，往往根據(jù)經(jīng)驗判斷，或者是工程施工質量、時間及完善程度難以保證，或采用(cǎiyòng)簡單的工程恢復方法。導致有些防護工程遭到重復水毀，造成了沖了修、修了再沖的被動的局面。

可見，在設計、修建水毀防護工程時，應根據(jù)造成水毀的具體原因，有針對性的進行科學合理的設計和施工，才能有效減少重復水毀的發(fā)生，使沿河公路路基的沖刷防護工程不斷完善，提高公路抵御洪水災害的能力。

共七十四頁3）各種排水建筑物的設計與布設

山區(qū)公路排水系統(tǒng)應該是完整、協(xié)調的，各個部分不僅穩(wěn)定可靠，而且是相互銜接合理。既要滿足排水要求，還要輸送(shūsònɡ)泥沙。

目前，因為各種原因，一些山區(qū)公路的排水系統(tǒng)缺乏系統(tǒng)設計，排水設施的銜接不夠合理，排水溝渠的防沖、消能措施及自身抵御災害的能力較差。往往造成輸沙不暢，堵塞邊溝、小橋涵，水漫路面，沖毀路面和路基。有時上游渠道匯集的地表水，沒有合適的出口，造成邊坡的集中沖刷，致使邊坡失穩(wěn)。

有時因排水溝渠自身穩(wěn)定性差，出現(xiàn)局部損壞而未及時修補，降雨時水流從損壞處流出，集中沖刷路基、邊坡，造成水毀。

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因此，山區(qū)公路的排水系統(tǒng)設計，必須(bìxū)根據(jù)流域的特征，結合具體的地質條件，系統(tǒng)的布設排水設施，并注意上、下游的合理銜接（截水溝、急流槽、排水溝、邊溝、小橋涵等），以保證順暢地排水與輸沙。共七十四頁3、路基水毀的防治(fángzhì)對策

路基應該滿足穩(wěn)定性、強度和剛度等各項指標的要求，確保公路正常、安全地使用。故對一些公路邊坡，必須進行必要的防護與加固。

路基防護必須與地形地貌、水文地質和生態(tài)環(huán)境相適應，使公路工程與環(huán)境成為一個和諧的整體。

路基防護按其部位與功能分為坡面防護和沖刷防護兩類。

（1）坡面防護：防止路基邊坡坡面的暴雨淋洗和洪水沖刷，以及巖石風化、崩塌、脫落等坡面破壞而采取的措施。

常用的有植物防護（植草、鋪草皮、植樹等）和灰漿防護（抹面與捶面、噴漿、勾縫、灌漿等）。

（2）沖刷防護

沿河路基、河灘路基、橋頭引道、海岸（湖岸）路基等路基臨水面邊坡的防護，屬于沖刷防護。

共七十四頁沿河公路水毀主要類型一般情況下的防護與處理對策1、河灣凹岸的沖刷（包括股流彎曲對路基的斜沖、地形變化或挑流引起的頂沖或斜沖等）

調查河段的特征與類型、水流特點、河流特征（如平面形態(tài)、河床質組成等），分析凹岸沖刷（或股流沖刷、頂沖與斜沖等）的具體情況，包括沖刷的位置、范圍、深度。峽谷河段宜采用石砌護坡、擋土墻防護，或護坡、擋土墻配合護坦、拋石進行基礎防護；山區(qū)開闊河段、變遷性河段可采用石砌護坡、擋土墻防護，或護坡、擋土墻配合護坦、漫水丁壩群進行基礎防護。材料、工藝可以根據(jù)當?shù)氐膶嶋H情況選擇漿砌、石籠、預制混凝土板（塊）及土工材料等。沿河(yánhé)公路主要水毀類型及一般處置對策

共七十四頁沿河公路水毀主要類型一般情況下的防護與處理對策2、順直河道和彎曲河道的壓縮沖刷（包括地形突變引起的河道變窄，人為因素導致的河道斷面突然縮小等）

沿河公路的壓縮沖刷與橋梁一般沖刷類似，沖刷深度與壓縮斷面的水流速度、壓縮斷面進口處的形狀有關，應特別注意斷面壓縮引起的挑流等作用。一般情況下應采用邊坡直接防護型式（如：護坡、擋土墻），配合護坦進行基礎沖刷防護。不宜采用丁壩、丁壩群再對河道斷面進行壓縮，在某些條件下也可以采用短、密、低的漫水丁壩群防護。沿河公路主要(zhǔyào)水毀類型及一般處置對策

共七十四頁沿河公路水毀主要類型一般情況下的防護與處理對策3、洪水位過高，淹沒路面，水流縱向沖刷或急速退水沖刷

因河流斷面過度壓縮、洪水位過高或設計水位偏低、路基設計高程偏低等原因，導致洪水期路面被淹沒。通常應避免過分壓縮河道，對特別不利的局部地形可以進行整治清障；提高路基高程；完善路基路面排水系統(tǒng)；硬化路肩，提高抗沖能力。4、河道挖沙引起河床下切，路基沖刷、基礎埋深不足引起沿河公路路基水毀

加強河道管理，禁止在沿河公路上下游一定范圍內作為開采砂石的料場；觀測、分析河道挖沙對河流水勢、河床變形的影響，及時對沿河公路路基采取防沖加固措施。沿河公路主要水毀類型(lèixíng)及一般處置對策

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根據(jù)沖刷防護型式的水流結構和防護機理又可分為直接防護和間接防護兩類：

（1）直接防護

直接加固坡面、坡腳或基礎，提高其抗沖刷能力。常見的依附在邊坡坡面、坡腳及其基礎上的防護工程設施有：砌石護坡（護面墻）、擋土墻、混凝土預制板、土工織物、護坦、拋石、石籠、梢料等。

（2）間接防護

通過修建各種調治構造物（丁壩、順壩、阻水堤等）和河道整治（疏浚、改道、理順），調整河道水流結構，使水流偏離被防護的河岸、路基或將沖刷段變成淤積段，達到防護的目的。這類工程侵占河道，對河道水流改變較大，對上下游甚至對岸都有一定程度的影響。同時，這些構造物也受到水流的強烈沖刷與沖擊。但在洪水期，即使這些構造物的局部被毀，也不至于立即危及路基，達到了汛期防護的目的，汛后修復即可。

我國多采用砌石（石籠）丁壩、順壩、導流堤。發(fā)達國家因人工(réngōng)昂貴，多采用便于機械施工的拋石防護。

共七十四頁室內模型試驗直道和彎道上的丁壩沖刷(chōngshuā)坑形狀及范圍共七十四頁彎道上護坦沖刷防護(fánghù)試驗共七十四頁

需要(xūyào)強調的是，直接防護和間接防護工程應充分考慮與植物防護形式配合，如采用沿河灘、河岸植樹造林、植草護坡及其它生態(tài)環(huán)境保護措施，將會起到積極的防護效果和環(huán)境保護效果。在目前大力提倡生態(tài)環(huán)境保護的形勢下，顯得更為重要。

目前，我國常用的路基沖刷防護型式主要有：

1、漿砌（干砌）片石（塊石）的護坡、擋土墻、護坦防護

1）漿砌片石護坡，常用于坡度較緩（坡比小于1）、水流速度較大（4-6m/s）或波浪較大及可能有流冰、漂浮物沖擊時的坡面沖刷防護。

它只能起到防沖作用，不能抵抗土壓力。

2）漿砌片石擋土墻，常用于坡度較陡（坡比大于1）的邊坡，砌筑厚度較大。

它既能抵御洪水的沖刷，又能承受土壓力。坡面可承受5-8m/s的水流速度，可承受更大的水流、流冰和漂浮物的沖擊。

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沿河路基采用較陡的邊坡配合漿砌片石護坡或擋土墻來支撐路基填土以及抵御洪水沖刷，則漿砌片石護坡、擋土墻的墻體穩(wěn)定(wěndìng)與否與其基礎的穩(wěn)定(wěndìng)有密切關系，就涉及到基礎埋深問題。首先，護坡和擋土墻的基礎埋深應在最低沖刷線以下，或將基礎直接放置在基巖上且牢固連接。只有這樣對路基的防護才是比較可靠的，保證護坡和擋土墻的基礎不致因洪水沖刷而淘空，導致護坡、擋土墻失去支撐而坍塌。共七十四頁

但在實際工程中，由于施工條件、環(huán)境等因素影響，護坡和擋土墻基礎無法埋置在要求的深度，為保證護坡和擋土墻的安全，此時應對其基腳進行(jìnxíng)防護。常用的防護型式有護坦防護、石籠防護和拋石防護等，其中護坦防護具有效果好、造價低、易施工等優(yōu)點。

護坦直接依附于路基本身，順水流而布設，對天然水流的干擾較小，對上、下游和對岸水流幾乎沒有影響。由于其對水流的作用特點，適用于對山區(qū)峽谷河段的沿河公路路基防護。但是，護坦一旦被洪水沖毀，將立即危及路基安全。共七十四頁

在擋土墻、護坡的坡腳處合理(hélǐ)地設置漿砌片石護坦，能夠有效的減小坡腳處的沖刷深度，起到減沖、護腳的作用。在我國一些地區(qū)已成為山區(qū)公路沖刷防護中普遍應用的、較為簡單有效的形式。其水流結構如圖。共七十四頁設置護坦前后的凹岸沖刷深度(shēndù)變化示意圖共七十四頁護坦防護(fánghù)時凹岸的縱斷面圖共七十四頁沖刷(chōngshuā)深度的計算

主要是指對沿河公路路基采用護坡、擋土墻形式進行沖刷防護時，坡腳處的沖刷深度。這個沖刷深度值決定了護坡、擋土墻的基礎(jīchǔ)埋置深度，是護坡、擋土墻的重要設計參數(shù)之一。可采用高冬光教授根據(jù)試驗資料結合現(xiàn)場實測資料建立的公式，以及其它公式。

共七十四頁式中：hmax—彎道凹岸最大沖刷處的水深（m）；

h—彎道進口或上游直道的平均水深，若難以取值，近似取彎道段平均水深（m）；

B—彎道進口或上游直段水面寬度（m）；

R0—彎道中線半徑（m）；

d—河床質平均粒徑（m）。也可以(kěyǐ)采用曾慶華提出的河彎最大沖刷深度計算公式：

hmax=1.44h+0.298

對于有建筑物控制的河彎：

hmax=1.81h+0.976共七十四頁

由于上式是在凹岸為豎直邊坡條件下計算凹岸沖刷深度，當邊坡坡度(pōdù)較緩時，凹岸沖刷深度將有所減少，為反映凹岸邊坡坡度(pōdù)的減沖作用，可采用凹岸邊坡沖刷折減系數(shù)Km，來反映邊坡變緩時沖刷深度減小的特性。

則凹岸邊坡坡腳的最大沖刷(chōngshuā)水深為：共七十四頁

室內試驗實測數(shù)據(jù)與野外試驗工程的調查資料均表明，對于山區(qū)沿河路基的沖刷防護，護坦是一種安全可行的防護型式。當采用擋土墻防護型式，仍不能對沿河路基進行有效防護時，可以采用護坦與擋土墻配合防護型式，使總體(zǒngtǐ)沖刷程度得以減輕，護坦防護設計的主要參數(shù)有護坦的寬度、埋置深度和防護范圍。當護坦埋置深度應平均河床面以下，但是護坦埋深不宜過大，否則會增加施工難度、推遲護坦發(fā)揮防護作用的時間、降低防護效果。共七十四頁

護坦寬度bH的增大，對彎道凹岸最大沖刷深度的位置影響很小，但是對最大沖刷深度值的影響較大，較寬的護坦能夠(nénggòu)明顯減小了凹岸的沖刷深度；護坦寬度越大，其彎道最大沖刷深度越小；當彎道布設護坦時，凹岸沖刷較大的區(qū)段的護坦寬度應適當?shù)脑龃?。護坦與擋土墻配合防護下的彎道凹岸護坦處的最大沖刷深度hSH為:

共七十四頁護坦防護時應注意的問題：

除了必須滿足護坦設計中的要求外，還需注意：為防河道中洪水攜帶的滾石撞擊破壞，應盡量用較大石塊的砌筑，做漿要飽滿，板厚不小于0.8m；

高等級公路采用護坦防護時，頂板和垂裙可采用片石混凝土砌筑，厚度0.4m；

護坦頂板和擋土墻、護坡應砌筑連結成整體(zhěngtǐ)，以提高整體(zhěngtǐ)的抗沖刷能力。

從野外調查中，可以看到工程中常采用鉛絲籠拋石防護，下沉穩(wěn)定后用混凝土砂漿罩面，其作用類似護坦。

護坦也常和其他防護構造物配合使用。如對于沖刷嚴重的河段可用護坦配合潛壩（壩頂?shù)陀诨蚱叫杏诤哟裁妫┓雷o護坡、擋土墻的基腳沖刷。對于山區(qū)開闊河段，也常采用護坦配合漫水丁壩群的防護型式。共七十四頁2、護坡（或擋土墻）與丁壩群、護坦的配合防護

丁壩伸入河道，侵占部分河流斷面，通過改變水流結構，使水流偏離被防護的路基或將沖刷區(qū)變?yōu)橛俜e區(qū)，從而達到?jīng)_刷防護的目的。

丁壩作為沿河公路路基防護建筑，主要起到兩方面的作用：一是以護岸為主，一般多為短丁壩群，用以防止水流對河岸或路基的有害沖刷，它只改變局部水流方向，不改變主流方向；二是以調節(jié)水流為主，通過挑流改變了水流的主流方向，使其遠離被防護的河岸或路基，多為長丁壩。不管采用哪一種(yīzhǒnɡ)丁壩，它的作用都在于防止水流對路基的有害沖刷。共七十四頁

對于丁壩而言，由于丁壩與水流的相互作用，有可能在壩頭周圍形成不利的水流條件，導致壩頭出現(xiàn)較為嚴重的沖刷。所以，丁壩在挑流護岸的同時，也受到水流的強烈沖刷，壩頭周圍將出現(xiàn)局部沖刷坑，沖刷嚴重時會導致丁壩毀壞。因而，丁壩自身的安全就成為了一個突出的問題。顯然，采用丁壩防護時需要考慮兩個方面的問題，其一是丁壩的設置應使被防護的路基得到有效保護，主要是確定丁壩合理的壩長LD、挑角、壩高和壩位；其二是丁壩自身應處于安全穩(wěn)定的工作狀態(tài)，而影響丁壩安全的主要參數(shù)是壩頭局部沖刷深度，當沖刷深度超過壩頭基礎埋置深度時，壩頭會懸空、下沉并可能造成丁壩斷裂(duànliè)、毀壞。丁壩壩頭的沖刷深度與水流、泥沙條件、壩長、壩高和壩位等有關。共七十四頁丁壩(dīngbà)繞流的水流結構共七十四頁長安(chánɡān)大學直道水槽試驗丁壩群沖刷防護共七十四頁

丁壩的回流區(qū)長度直接影響了丁壩的防護長度。當沿河公路路基采用丁壩進行沖刷防護時，丁壩的防護長度及群壩防護的合理壩間距，是防護設計的重要參數(shù)(cānshù)。對于順直河道中單個丁壩回流區(qū)長度，竇國仁推導計算公式為：

根據(jù)長安大學的11場試驗資料和南京水科院的31場試驗資料，對上式進行(jìnxíng)了驗證，計算值與實測值離差小于10%的占80%以上，可見公式與實際工程情況基本相符，其適用條件為順直河段的不淹沒丁壩。共七十四頁漫水丁壩在工程實際中，設計洪水位決定了水深的大小，當丁壩壩頂標高高于設計洪水位時，水流不能從壩頂漫過，這種丁壩稱為不漫水丁壩，反之為漫水丁壩。顯然，把丁壩壩頂設計成等于或高于設計洪水位時，丁壩必然相對高大，工程數(shù)量很大，同時在多年常水位時，丁壩也不能充分發(fā)揮作用，在大洪水時還可能因阻水過多造成壩頭嚴重沖刷和行洪不利，所以在路基沖刷防護工程中，常采用漫水丁壩，即丁壩壩頂?shù)陀谠O計水位，這樣丁壩在洪水期就可能成為(chéngwéi)漫水丁壩，而且對于級別大小不同的洪水，丁壩的漫水高度也不相同，其水流特性和沖刷規(guī)律也不盡相同。共七十四頁

漫水頂壩平面(píngmiàn)和平軸環(huán)流示意圖共七十四頁

漫水丁壩的壩后立軸回流和平軸環(huán)流的共同作用導致水流能量消耗使漫水丁壩水頭損失了大部分，其壩后水流的動能則大大減小。試驗觀測發(fā)現(xiàn)，在壩后較長的距離內（6～8LD），靠近河岸附近存在著流速很小、流向與主流一致的水流，可見近岸水流流速大為減小能使壩后沿河路基(lùjī)得到保護。通常用漫水高度Δh與平均水深h的比值Δh/h來反映丁壩壩頂高程變化時的漫水影響大小。不漫水丁壩，比值為零；比值為1時，為不設丁壩或丁壩壩頂與床面齊平的潛壩。一般比值介于0～1之間。共七十四頁漫水高度(gāodù)對沖刷深度的影響漫水丁壩(dīngbà)的過水斷面共七十四頁隨著漫水高度(gāodù)的增加,壩頭沖刷在減小共七十四頁

挑角的影響根據(jù)丁壩與水流方向間的交角(jiāojiǎo)不同，可將丁壩分為上挑、正挑和下挑。挑角的大小不同，對水流結構、壩后回流區(qū)的大小和壩后淤沙效果均產(chǎn)生不同影響。對不漫水丁壩，下挑丁壩的水流較為自然順暢，壩頭沖刷較淺，效果較好；而上挑丁壩效果則較差，壩頭對水流干擾較大，水流較為紊亂，壩頭局部沖刷也較深。對漫水丁壩而言，情況將相反。丁壩上挑時，水流漫過壩頂后，沿與壩軸線呈垂直的方向流向河中心，而環(huán)流的底流流向壩根和河岸，將泥沙帶向壩根和河岸處淤積，因此護岸效果較好；而下挑丁壩的護岸效果較差，水流漫過壩頂后，沿與壩軸線呈垂直方向流向河岸，使壩根和河岸受到?jīng)_刷，而底流指向河心，將泥沙帶向河心。另外，對丁壩的保護長度（壩后回流區(qū)長度）而言，下挑的回流區(qū)長度較短，上挑和正挑的回流區(qū)長度較長。共七十四頁上挑或下挑漫水丁壩的不同(bùtónɡ)漫流情況共七十四頁淹沒丁壩的旋渦(xuánwō)體系共七十四頁

一般設計丁壩時，不漫水可采用下挑，漫水可采用上挑和正挑。但在公路工程中，對山區(qū)公路沿河路基進行丁壩沖刷防護時，丁壩不可能修筑得十分高大（不漫水），多采用較短的和較低的丁壩，而山區(qū)河道洪水變化較為劇烈，各種水位(shuǐwèi)都可能出現(xiàn)。這樣，按一定標高修建的丁壩在不同級別洪水下，可能是不漫水丁壩，也可能是漫水丁壩，則會因丁壩下挑或上挑導致防護效果不能達到要求，為避免出現(xiàn)這種情況，在山區(qū)公路沿河路基沖刷防護中，應該采用正挑丁壩。共七十四頁丁壩的壩頭沖刷深度

丁壩特別(tèbié)是不漫水丁壩端部沖刷類似于橋臺，各國在這方面的研究較多。美國聯(lián)邦公路總署(zǒnɡshǔ)建議：當LD＜25h時，當LD≥25h時，式中：C為形狀系數(shù)，上下游和端部都帶邊坡時C=1.10；端部為豎直墻的橋臺C=2.5。

共七十四頁我國公路行業(yè)現(xiàn)行的丁壩沖刷深度計算公式，主要有：①《公路設計手冊·路基(lùjī)》按有無泥沙進入沖刷坑建立的公式；②蔣煥章研究員在“下降水流”假定下給出清水沖刷、動床沖刷兩種情況下的丁壩局部沖刷深度公式；③高冬光等人根據(jù)丁壩平衡沖刷試驗資料和現(xiàn)場實測資料，通過回歸分析建立的丁壩平衡沖刷公式（包括一般沖刷和局部沖刷）。

這里給出高冬光等建立的公式，即：式中：為丁壩挑角系數(shù)；為丁壩邊坡系數(shù)；為丁壩漫水減沖系數(shù)。共七十四頁長安大學高冬光等人通過(tōngguò)對國內外多家試驗成果的比較，回歸計算式為：丁壩的挑角系數(shù)

丁壩的邊坡減沖系數(shù)丁壩漫水減沖系數(shù)順直河段彎道河道

共七十四頁丁壩間距的確定

對于兩個(liǎnɡɡè)或兩個(liǎnɡɡè)以上的不漫水丁壩群，防護設計中需要確定合適的壩距。丁壩的間距與壩長、丁壩和水流夾角、流速、河道曲率半徑、河床糙率和丁壩在河道中的位置等因素有關。目前工程界常采用以壩長的某一倍數(shù)的經(jīng)驗方法確定丁壩的間距。有人從防止壩后產(chǎn)生較急流、破壞壩后淤積方面考慮，認為壩間距為上游丁壩長度LD的1～4倍較為合適。英國工程界則認為壩間距?。?～1.5）LD較好；美國取1.5LD；德國?。?～3）LD。日本工程界普遍采用：順直河段（1.7～2.3）LD，彎曲河段凹岸（1.4～1.8）LD。其中認為在2～3范圍的幾乎占了一半；前蘇聯(lián)學者認為，在直河段（2～3）LD，在彎曲段凹岸（1～2）LD。我國航道整治工程技術規(guī)范中要求丁壩間距：順直河段（1.2～2.5）LD，彎曲河段凹岸防護（0.8～2.0）LD。共七十四頁

從經(jīng)驗上確定的丁壩間距，由于其經(jīng)過長期工程實踐是比較安全可靠的，但缺乏理論依據(jù)。在不同的水力條件下僅考慮(kǎolǜ)壩長因素的丁壩間距顯得過于簡單。理論上分析，要確定丁壩間距，就需要先確定丁壩的回流長度LH。我國的蔣煥章、竇國仁、謝葆玲、高冬光等人，從水力學基本方程出發(fā)對丁壩回流長度均有不同程度的研究。竇國仁公式高冬光公式式中：K0=C02，C0為無量綱謝才系數(shù)。

共七十四頁壩距的改變(gǎibiàn)對主回流交界線的影響示意圖共七十四頁

在多個丁壩組成的群壩防護中，由于相鄰壩之間的相互影響，形成的水流流態(tài)和回流范圍較單壩復雜的多。不同的壩長、不同的間距形成的各壩壩頭沖刷深度、壩后回流長度等均不同。根據(jù)高冬光等的研究成果，確定(quèdìng)群壩防護間距的步驟如下：（1）順直河段丁壩群防護①1號壩長LD1為下游各壩長的一半，即LD1=0.5LD2=0.5LD3=……0.5LDn，2號壩與下游各壩等長。1號壩一般正挑（=90°），也可做成下挑，但需使丁壩在垂直水流方向的投影LD1=0.5LD2。②LH1為1號壩為單壩時的下游回流長度，則S1,2=S2,3=……Sn-1,n=0.8LH1，即壩距均為0.8LH1。③1號壩頭沖刷深度取其單壩時沖刷深度的0.82倍，即=0.82；2號壩=0.6；3號及下游各壩的沖刷深度取2號壩為單壩時的0.4倍。④計算丁壩群防護長度L時，為1號壩上游的回流長度LHS1、各壩間距與最后丁壩下游回流長度的LHn，三者之和。共七十四頁（2）彎曲河段(héduàn)的丁壩群防護

由于彎道水流特點以及凹岸曲線形狀的影響，凹岸丁壩下游回流區(qū)長度較直段時大為減小，可采用高冬光等提出的河灣凹岸丁壩群的布設XG法、FHWA的17°擴散角法。需要說明的是，上述計算是按不漫水丁壩情況考慮的，若采用漫水丁壩群防護，丁壩的挑流作用以及壩后回流區(qū)都在減小，則壩距應隨漫水高度的增大而減小。共七十四頁凹岸丁壩(dīngbà)群的布設（XG法）共七十四頁凹岸丁壩(dīngbà)群的布設（FHWA法）共七十四頁使用丁壩防護時應注意的問題丁壩作為一種導流、挑流構造物，其在對公路沿河路基的防護使用中其作重要的作用，但也有需要注意的問題。（1）丁壩的設計應該對沿河公路路基進行有效防護，同時不應過大擠占(jǐzhàn)河道過水面積。布設不漫水丁壩時應以短丁壩為主，壩長不宜超過河寬的15%；對于漫水丁壩則可略微增大，但也不宜超過河寬的20%。（2）為避免山洪暴發(fā)時洪水的強烈沖擊以及大塊滾石對丁壩的撞擊，壩體不宜采用細長形狀。從秦巴山區(qū)沿河公路的現(xiàn)場調查來看，護岸的丁壩壩長一般不超過10m，對于不同的河寬，丁壩壩長大多在6～10m（開闊河段）或5～8m（峽谷河段）之間。（3）基于洪水期與枯水期水位變化的考慮，丁壩宜采用正挑或下挑形式，盡量不要采用上挑形式。共七十四頁

（4）丁壩壩頭要圓順，視情況也可做一定的坡度。丁壩壩頂寬度一般為1.5～2m，丁壩迎水面斜坡采用1：1～1.5，背水面斜坡可與迎水面相同，或者采用較陡的1：0.5～0.75。丁壩壩頭和壩身可做成流線型，減少水流繞流阻力和洪水沖刷，以增強丁壩自身安全。（5）為減少丁壩壩頭的沖刷，可在壩頭周圍設置一定寬度和一定埋深的護坦（或稱防沖盤）來防護。（6）對于山區(qū)(shānqū)較開闊的順直河段或者彎曲河段，宜修建丁壩群與擋土墻或護坡配合防護；對于峽谷河段，凹岸防護應首先考慮擋土墻或護坡防護、或擋土墻（或護坡）與護坦、潛壩等配合的防護型式；必要時也可與短、低、圓的漫水丁壩群配合防護。（7）河灣凹岸丁壩群防護中，丁壩防護起點的選擇十分重要。一般以河灣2θ/5附近為防護起點，也有以θ/4為防護的起點。共七十四頁

如前所述，單獨采用丁壩與擋土墻配合防護時，壩頭附近(fùjìn)沖刷較為嚴重，而且在急彎、峽谷河段，丁壩防護效果并不理想；單獨采用護坦與擋土墻配合防護時，最大沖刷深度的位置與僅采用擋土墻防護時相差不大，且當護坦寬度達到一定寬度時，護坦的減沖效果才比較明顯?？梢?，當單獨用丁壩或護坦與擋土墻配合防護達不到理想的防護效果時，可采用護坦、丁壩與擋土墻相互配合使用的組合形式對沿河路基進行沖刷防護。具體地說，就是在護坦與擋土墻配合防護的基礎上，配合使用幾個丁壩，可以通過護坦的減沖作用減輕丁壩壩頭的沖刷，而丁壩又可使壩后護坦垂裙處的沖刷深度減小。這樣的配合使用，既可以使彎道總的沖刷程度減輕，又能夠使各類防護建筑物坡腳的沖刷深度均不會很大。共七十四頁長安大學彎道水槽試驗丁壩配合護坦的基腳(jījiǎo)沖刷防護共七十四頁需要注意的是：當護坦寬度bH較小時，采用(cǎiyòng)LD＞bH、丁壩高于護坦頂面；或LD＞bH、丁壩頂面與護坦頂面等高的配合方式較為合適，能夠有效地降低河灣凹岸的最大沖刷深度和總體沖刷程度；當護坦寬度bH較大時，護坦自身的防護效果已比較明顯，再配合潛壩使用，防護效果無明顯增加。再者，為了降低了工程造價，也可采用彎道上游布設丁壩，下游及出口布設護坦的配合防護方式，但上游丁壩群布設應當合理。共七十四頁2、石籠防護

當山區(qū)沿河公路路基邊坡或河岸受到水流沖刷或波浪沖擊，且防護工程的基礎不易處理時，可以采用石籠防護。一般采用鐵絲（可用3-5年）、鍍鋅鐵絲（可用8-12年）編織，并用鋼筋做骨架。常用于速度5-6m/s，波浪高度1.5-1.8m的水流。

在流速很大，又有大塊石、卵石滾動撞擊的情況下，鐵絲石籠易被磨損、撞擊而破壞，故不宜采用。

它屬于柔性(róuxìnɡ)防護，隨著河床沖刷變形，石籠會隨之下沉而不會斷裂破壞。下沉到一定程度后，只需在石籠上繼續(xù)放置新的石籠即可。

丁壩、護坦、導流堤均可以采用鐵絲石籠，但人們常把它視為臨時防護措施?？梢栽谄湎鲁练€(wěn)定以后，在其上加做一層混凝土罩面，轉變成為永久性防護工程。共七十四頁3、水泥混凝土預制板

水泥混凝土預制板護坡、護坦可抵御水流速度3-8m/s、波浪高度2m以上和較大的冰壓力。對于石料缺乏、人工昂貴的地區(qū)，或城市環(huán)境美化要求較高、機械化施工條件較好的地區(qū)，有一定優(yōu)越性。但因造價較高，應用不廣。

一般有兩種形式：

1）固定鋪筑的水泥混凝土預制板、塊；

2）鋪掛的可動水泥混凝土預制板、塊。

4、拋石防護

拋石防護主要用于沿河公路路基邊坡、橋梁墩臺及丁壩等坡腳和基礎的沖刷(chōngshuā)防護，也可用于洪水對邊坡和建筑物基礎沖刷(chōngshuā)、淘空的搶險。

路基拋石防護便于機械化施工，發(fā)達國家應用最為普遍。

我國許多地區(qū)的山區(qū)沿河公路路基坡腳是由開山的廢渣構成，其中的大塊石就起到了拋石防護的效果。共七十四頁擋土墻坡腳的開山(kāishān)棄方共七十四頁關于公路水毀幾個問題的探討

1、對公路水毀發(fā)生的認識(rènshi)問題

從新中國建立到改革開放（1979年以前），受國家財力的影響，公路建設資金長期不足。同時，在當時的“人定勝天”、“改造自然和創(chuàng)造自然”等觀念的指導下，盡管我國公路里程增加很多，但公路等級低，缺少排水和防護措施，在公路建設時開挖山體破壞植被、砍伐森林，降低了自然斜坡的穩(wěn)定性，水土流失嚴