治河工程中护岸导流新结构研究综述

缪吉伦，张永祥，周家俞

治河工程中护岸导流新结构研究综述

缪吉伦1，2，张永祥1，周家俞2

（1．重庆大学资源环境学院，重庆 400030；2．重庆交通大学西南水运工程研究所，重庆 400016）

河道整治工程中护岸导流多采用土石结构，这种结构易受冲蚀，造成生险频繁、抢险被动，工程维护费用高。多年来水利工作者一直在探索施工简便、投资省、效果好的新型护岸导流结构型式。总结了国内外护岸导流结构的最新应用技术，并比较了各种结构的优缺点，指出了今后的发展方向，可供设计参考。

护岸；结构；丁坝

1 概 述

我国自古以来在许多水利工程中就采取了丁顺坝作为护岸导流的手段。坝体传统上采用土石材料，如木桩式丁坝、土丁坝、柳石丁坝或抛石筑坝。它们有时难以满足护岸工程的需要，如柴排、柴枕、杩槎耐久性差；抛石易遭水流冲刷而走失；砌石和混凝土面板护坡适应变形的能力弱，且常因水流淘刷而被架空破坏等。特别是平原地区石料缺乏，抛石结构造价高、进度慢、需要人力多，同时大量石料开采也有悖生态环保要求。因此，应用新理论、新材料、新工艺开发研制新型护岸结构一直是人们努力的目标。近年来，水利工程者不断利用新材料、新技术和新工艺进行新型护岸导流结构的试验研究，并在长江、黄河上得以运用，如钢筋混凝土灌注桩坝、充沙土工反滤布长管袋褥垫沉排坝、钢筋混凝土水力插板桩新结构坝等都被证明是较成功的新坝型。在长江、淮河上也采用沙枕填芯块石盖面的混合型结构。本文将对国内外护岸导流结构的最新应用技术作一总结，供设计施工参考。

2 新型坝体结构

护岸结构传统上采用土石体，但由于石料缺乏的原因或因易于冲刷破坏，混凝土结构在护岸导流工程中得到了广泛应用。同时，钢塑复合材料或土工合成材料结构也迅速发展。

2．1 雷诺护垫坝

河南黄河河务局采用意大利马克菲尔公司生产的雷诺护垫在新乡原阳武庄控导工程中修建了一道雷诺护垫试验坝。雷诺护垫因其最先应用于意大利的雷诺河得名，系采用以机编六边形低碳钢丝网面制成的网垫，钢丝表面处理采用镀锌＋覆塑双重防腐，在网垫内填充合乎一定规格的石块共同构成防护结构。一般雷诺护垫大小为厚0．3 m，宽2 m，长6 m。

图1 雷诺护垫示意图Fig．1 Sketch diagram of Reynolds protection pad

雷诺护垫由于采用机编六边形低碳钢丝网面加上硬质石头联合形成了耐久性很强的整体，能适应河岸的局部沉陷变形，并且可以自行调整愈合，阻止变形继续发展。表面经自然沉积泥沙后，可较迅速地生长植被，促进周边微生态环境的恢复，能保证天然水体与地下水的自然交换，透水性好，环保效果佳。同时网垫内还可采用传统结构无法利用的碎石或鹅卵石，较抛石成本低。结构使用寿命长，且无需维护。

2．2 混凝土杩杈

传统上透水减速护岸结构主要有钢筋混凝土网格排、木杩杈、挂柳等，这类结构能局部改变水流流态，降低流速，使其冲淤态势转变，达到淤岸护坡的效果。钢筋混凝土网格护岸效果虽好，但基础需要有足够的埋深，水下施工较为复杂。木杩杈、挂柳等易于腐烂冲毁，维护工程量大，一般作为临时性结构。

西北水利科学研究所的科研人员提出了钢筋混凝土四面六边体透水框架结构（混凝土杩杈）治河护岸技术。该结构由6根长度相等的混凝土杆件相互连接构成，呈正三棱锥体（见图2），杆长1 m。混凝土杩杈为透水建筑物，能柔性地调整水流，显著地降低流速；其自身为钢筋混凝土结构，耐久性好。此外，它四面是等腰三角形，接触面积较大，稳定性能良好，不存在基础与根石冲刷问题，具有良好的防沉陷等优点。施工简便，可以在河床上按需要布置移动，可任意抛放，重复使用。混凝土杩杈构件可实现工厂化生产。据有关资料分析，透水框架一次性施工费用与抛石固脚费用大致相当，但其长期维护费用明显低于抛石结构，且护岸效果优于抛石体。在长江江西河段和陕西渭河下游已得到试验应用［1］。

图2 混凝土杩杈结构图Fig．2 Structure chart of concrete fork

2．3 钢筋混凝土插板桩坝

黄河中下游河道河床多为粉质细砂，抗冲性差，近几年来，钢筋混凝土水力插板桩新结构坝在河口地区得以应用［2］。水力插板桩运用水力冲填技术，通过板桩底部的喷水管产生的高压喷水切槽，靠自重使板桩沉入地基。板桩与设置在板桩顶部的联系梁共同维持稳定。板桩预制成型后，再运至施工现场后即可进行沉桩施工，施工速度快。

插板桩坝不需要大量的土方和石料。运用水力插板桩做成的坝岸，施工速度快，抗冲刷效果明显，能有效地减少抢险概率。插板桩坝施工造价较传统结构土石坝一般都有较大幅度的增加，但从已建工程近几年抢险及管理费用来看，插板桩坝明显较传统结构土石坝减少。因此虽然插板桩坝一次性工程投资较大，但抢险维护费用减少，经济效益较大。黄河下游河口地区八连控导工程、十四公里工程等在设计中采用水力插板桩护岸，胜利油田管理局已在河口地区全面推广使用该技术，施工方式及方法已比较成熟，在技术上是可行的。

类似结构有PHC管桩丁坝［3］、板桩丁坝护岸结构，这种护岸技术在阿姆河、密西西比河、密苏里河及汉江上都有成功的先例。

2．4 混凝土铰链沉排

混凝土连锁板早在20世纪30年代就应用在美国密西西比河上。铰链混凝土沉排（简称铰链沉排）是通过钢制扣件或套环将预制混凝土块连接并组成排体的护岸结构形式。

铰链排单元由系排梁、排垫、铰链混凝土板、压载体（砂枕或抛石等）组成。系排梁起固定排首的作用；排垫采用200 g／m2的单层聚丙烯编织布加筋而成；铰链混凝土板起抗冲和压重作用，单块板之间用钢筋圆环或加筋带连接；压载体通常采用抛石或沙枕，将混凝土板在排垫上铺好绑扎后，用沉排船沉放在岸滩上，再抛投压载体。

混凝土铰链排为平顺护岸结构，能较好地适应河床在顶冲水流作用下出现的调整，整体性和稳定性好，不改变河流近岸水流结构，防冲保沙性好、且能增强河床河岸的抗冲能力。板块可以在工厂进行标准化大量生产，适用于大小江河的整治工程。

图3 混凝土铰链排示意图Fig．3 Sketch diagram of concrete hinge tier

2．5 土工材料结构

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、聚氯乙烯等作为原材料制成的产品。国外在水利工程中应用土工合成材料较早，由于土工合成材料具有适应变形能力强、施工简便、工期短、造价低等诸多优点，因而在国内引进后发展很快，并取得了一些成功经验。土工合成材料护岸型式可归结为以下几种：①模袋混凝土护岸；②充填长管袋沉排坝体；③土工网或土工格栅石笼；④土工网垫草皮护坡。

2．5．1 模袋混凝土护岸

模袋混凝土护岸是将混凝土或砂浆用泵灌入由合成纤维制成的模袋内固化形成混凝土护面层铺护在岸坡上。模袋混凝土护岸整体性好，抗风浪冲击能力强；施工机械化程度高，施工质量易于控制，不需要模板；适合各种复杂的地形，可以在水上及水下同时施工，无需铺设反滤层，并能大面积一次铺筑成型，施工速度快，但造价相对较高；水下施工不需要修筑围堰，因此也可在抢险工程中发挥重要作用。模袋混凝土护岸在长江中下游采用模袋混凝土护岸时间还不长，近几年在江阴、九江、扬州等地实施了模袋混凝土护岸试验工程，取得了一定的效果。

2．5．2 充填长管袋沉排坝体

抽沙充填长管袋褥垫沉排坝施工首先进行泥桨泵基坑开挖，人工铺设好长管袋褥垫后，用泥桨泵充填泥沙至褥垫内。待第1个管袋充沙完成后，将袖口暂时扎死，再开始充第2个、第3个管袋，直到块体管袋全部充沙。为解决管袋充满后充沙量达不到设计要求的问题，实际操作中采取循环充填4至5遍的方法，使充填后管袋内泥沙饱满度为70%～80%。最后将充沙袖口用尼龙绳扎死，即完成了沉排块体的铺设。以同样方式铺设、充填长管袋，反复上述过程，直至完成沉排施工。

充填长管袋沉排坝为新材料、新结构坝型。材料为抽取的河砂，便于就地取材，构造成砂袋坝，可代替柳石枕，投资省，工期短。黑岗口－柳园口河段左岸封丘县荆隆宫乡顺河街河道整治工程采用此工艺。

2．5．3 土工网或石笼

土工网、土工格栅石笼采用高强度的土工绳网或土工格栅制成的圆柱形或矩形笼罩（如耐特笼），内装卵石、块石、砾石等，可代替传统的柴枕、铅丝石笼护岸护脚，也可用于临时抢险。土工网或土工格栅石笼的主要优点是较传统的柴枕、铅丝石笼经济、耐用，对土壤与水质无污染，且制作容易。黄河上也有些护岸工程采用土工网罩结构。

2．5．4 土工网垫草皮护坡

土工网垫草皮护岸是近年来国内引进的一种护岸新技术。它将草的根系固土作用和土工网垫固草防冲作用结合起来，比一般草皮护坡具有更高的抗冲能力，在河道工程中适用于水流平缓处。

采用土工材料护岸结构的优点是：①适应河床变形，抗冲性能好；②节约石料，就地取材，料源充足，降低工程造价40%～60%；③施工简易，操作方便；④环保污染小。缺点是长期暴露在水上受紫外线照射易老化，强度很快降低，须加强保护措施。

2．6 其它结构

美国衣阿华水利研究所（IIHR）于20世纪80年代提出潜没式导流板结构，是一项保护弯道凹岸的新技术。日本学者Odgaad对翼板法防侵蚀技术进行了研究。这两种结构的原理是改变弯道的环流结构，使环流变形，离开凹岸向凸岸发展，达到保护河湾的目的。我国浙江省结合浙北平原地区航道的实际情况，选取透水性预制砼沉箱式护岸，对混凝土劈离块护岸也进行了研究。在辽河上采用了前控式孔板护岸技术［4］，经过实际应用，均取得了良好效果。

3 各种护岸结构特点比较

护岸结构多种多样、各具特色，从材料看可分石料、混凝土、土工织物等；从型式看可分为散抛体、桩板式、模袋式等。结构的选择涉及河势、河床演变、施工工艺、投资等诸多因素，实际应用的护岸效果也不同。各种护岸结构比较见表1。

表1 各种护岸结构比较表Table 1 Comparison of various bank protection structure

4 结 语

随着科学技术的发展，河道护岸导流工程中传统的护岸结构逐步被新材料、新结构所代替。在实际应用中，应结合河道水流特点、河势条件，以及材料来源、投资、施工等比较后选择合理的防护结构，今后还应加强对护岸工程新材料、新技术护岸工程的破坏机理、适应条件及护岸效果的研究工作。

传统的河道护岸工程，采用土石或混凝土结构，形式单一，生态性差，景观效果不理想，资源耗费严重。近年来，国内外对河道整治护岸型式提出了新理念，欧美国家提出了“自然设计方法”，发展了全新的“亲近自然河流”概念和“自然型护岸”技术，日韩等国提出“与自然亲近的治河工程”等理念。未来护岸导流结构，总体上是朝着生态护岸方向演化［5］。生态护岸是一种新型的护岸技术，它集生态效应、自净效应、景观效应和防洪效应于一体，是现代河流治理的发展趋势。

［1］ 徐锡荣，唐洪武，宗 竞，等．长江南京河段护岸新技术探讨［J］．水利水电科技进展，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］ 李宏伟，程绍杰．钢筋混凝土插板桩坝在河道整治中的应用［J］．中国水利，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］ 张宝森．不抢险PHC管桩丁坝研究［J］．人民黄河，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，董巧红，于 颖．新型前控式孔板护岸原理及应用［J］．东北水利水电，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］ 徐朝辉，步海滨，程巍华，等．内河航道生态护岸的发展及应用分析［J］．水运工程，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］ 赵渭军，严 盛，宣伟丽．强潮河口桩式丁坝减冲促淤效果研究［J］．水动力学研究与进展，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） ）

（编辑：曾小汉）

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

缪吉伦（1971-），男，四川阆中人，副研究员，主要从事水利工程科研设计，（电话）023-68899688（电子信箱）jimcqcu＠163．com。