柔性堤防 固若金汤

堤防工程能否一劳永逸

我国是一个河川众多的国家，为了抗御洪水，古代劳动人民很早以前便利用堤防工程保护居住在河道两岸人民的生命与财产安全，并积累了丰富的筑堤经验。我国建造堤防工程的历史可以追溯到大禹治水时期，甚至更早。到3000多年前的西周，堤防已具一定规模。直到今天，堤防工程仍然是我国水利工程中的重点项目之一。

然而，堤防工程又是一柄“双刃剑”，运用得好，会造福人民；运用得不好，一旦溃决，非但不能保护人民的生命与财产，反而会导致巨大的灾难与损失，因而，堤防工程一直牵动着人们的心。

在堤防安全问题上，人们似乎一直存在这样两种观念：

一是因为凶猛的洪水才导致了堤防溃决。换句话说，堤防原本“好好的”，只怪洪水太凶猛，所以堤防溃决了。

二是一座堤防某年溃决了，接着又修复了，假如隔几年再溃决，人们并不会感到意外。对那些在历史上曾多次溃决过的堤防也就只好屡决屡修了。

以上两种观念的共同点在于，都着重于堤防溃决的外因――凶猛的洪水，而未重视堤防溃决的内因――堤防本身不坚固。应该说，如果堤防本身很坚固，洪水再大，也不会溃决；修复后也不会再溃决。

产生以上两种观念，可以说有着深刻的社会原因和历史原因，那是因为在过去，特别是在科技不发达的古代，人们确实难以建造很坚固的堤防以抗御猛兽般凶悍的洪水。因而在那时，堤防建成后，一旦遇上较大洪水就易溃决；修复的堤防再溃决，人们也无可奈何，只好再修复。因而，从历史的角度看，产生以上两种观念也是自然的。

然而，社会发展到今天，科学技术发展到现在，我们能否建造一种一劳永逸的坚固堤防呢？

答案是：能！

那就是柔性堤防。

堤防因何溃决

在介绍柔性堤防前，我们先谈一下堤防溃决的原因。

堤防一般是指沿河道两岸所建造的堤坝，使洪水被限制在预定的范围内下泄，进而达到防御洪水泛滥、保护居住在河道两岸居民与工农业生产的目的。广义地说，在湖泊周围的某些地段有时也需建堤，我们称之为湖堤；在海边建的堤，我们称为海堤，这些都属于堤防的范畴。

堤防由堤身与堤基两部分组成。堤身一般由土料建造而成，堤基多数也是由土料组成的。土料是一种散粒体结构，即土颗粒之间是松散的。这种散粒体结构极易在洪水的作用下受到破坏，进而使堤防发生险情。其中最常见的有以下三种情况：

1．堤身产生坍塌（也称滑坡），最终可能导致堤防溃决。如果堤身土料压实不够，或堤的边坡较陡，在汛期时，堤身就可能发生坍塌，如图2（a）所示。江西省九江市长江城防堤，在1998年8月特大洪水时，干堤的迎水面顶部就发生了坍塌，最终导致干堤决口。

2．堤基被洪水掏空，最终可能导致堤防溃决。如果堤基的土料松散，经受不住河水的冲刷，就可能被掏空，堤身因无立足之地而溃决，如图2（b）所示。江苏省南京市长江外堤，在2010年秋季特大洪水时，就因为堤基被掏空而使得堤防决口。

3．背水面堤脚处“翻沙鼓水”，最终可能导致堤防溃决。堤身土料如果为砂砾料、施土时又未压实，或堤基中存在有水平方向的强透水层，那么，在汛期高水位时，水就会从堤的临水面很快地渗进砂砾层或强透水层向堤的背水面流动，甚至将其中的细颗粒带走，在堤身或堤基中形成一条透水的通道，最终在堤脚处冒出砂与水来，这就是人们俗称的“翻沙鼓水”现象。翻沙鼓水现象如果得不到及时控制，最终也会酿成堤防溃决，如图2（c）所示。湖南省安乡县洞庭湖区安造大垸的一堤段，在1998年7月特大洪水时即在堤脚处发生严重的翻沙鼓水，结果发生了堤防决口。

什么是柔性堤防

介绍完堤防溃决的原因，我们再来看看什么是柔性堤防。

这里所说的“柔性堤防”是指用高科技材料――土工合成材料建造的堤防。

土工合成材料是由高分子聚合物制成的用于岩土工程的材料。自20世纪70年代以来，土工合成材料在国内外便广泛应用于水利、海港、公路、冶金等工程中。这种新材料的应用，使岩土工程中的许多传统观念发生了革命性变化，也极大促进了岩土工程的发展。土工合成材料是一个总的名称，它包含多种具体的材料，如土工布、土工膜、土工格栅和三维植草网垫等等。

用土工合成材料建造的堤防：堤身部分采用无纺土工布建造加筋土，并使用三维植草网垫植草进行防护；堤基部分则采用有纺土工布软体沉排进行防护。见图3所示。

所谓“加筋土”，就是在土体中铺设一层层土工布之后组成的土体，如图3中之“1” 所示。由于铺设了土工布，就使原本呈散粒状态、易遭破坏的土料形成一个结实的整体。三维植草网垫是厂家生产好了的立体网状垫层，它的网格可以牢牢地缠住草根，其上种植的草坪因而不易被洪水冲毁。软体沉排是一种保护堤基不受冲掏的工程技术，它实际上是一种古老的技术，在我国有悠久的历史，不过以往是在树枝等材料上压上块石做成，不耐用；现在则是用土工合成材料加压重做成，性能要优越得多。

用上述方法建造的堤防之所以被称为柔性堤防，是相对于用刚性材料如浆砌石或混凝土建造的堤防而言的，因为无论是土工布、三维植草网垫，还是土料，都是柔性的。

这种堤防看似柔软，实则固若金汤，但又不是因为它真的像我们生活中的城墙那么刚强坚固，恰恰相反，是因为它具有柔性，才得以制服凶猛的洪流，可谓柔中现刚、以柔克刚。

1997年，笔者设计的海南省万泉河堤防工程就使用了这种柔性材料，大堤全长3.5千米。图3是竣工后的场景。这一堤防工程迄今已安全运行了14年之久，经受过多次大洪水以及流速达5米/秒的激流冲击的考验。要知道，5米/秒是一个很大的流速，因为大江大河在洪水时的流速一般只有2～4米/秒。由此可知，柔性堤防有多坚固。

柔性堤防的优越性

柔性堤防的优越性是多方面的：

首先，无论是堤身还是堤基，都用土工布封闭起来。堤身段的加筋土是用无纺土工布一层层把土料包起来的，不仅可以保护土料不被冲走，还能确保堤身不产生前面提到的坍塌现象 。当然，要做到这点，必须经过严格的设计与施工。

堤基上的软体沉排，先用有纺土工布满铺在堤基表面上，其上又有块石等压重，因而可确保堤基土料不会被掏空。此外，由于加筋土都要经过很严格的压实，堤的临水面又有结实的植草土层做保护，所以，产生翻沙鼓水的可能性也很小。

其次，坡面因为种植了草，因而可以起到美化环境的作用。而且，坡面上的草是柔性的，有较强的吸收水流波能作用，可以减缓波浪对堤面的冲击力。

第三，因为堤身是柔性的，所以能适应地基变形，而不会使得自身因此遭到破坏。

第四，柔性堤防不存在像浆砌石体护坡有使用寿命的问题。

第五，具有超级抗震性能。

此外，柔性堤防经济性较好，与传统的浆砌石护堤方法相比，加筋土护堤一般要节省建设资金30%。而且堤防工程施工方便、快捷。

其实，单独就“土工合成材料加筋土”来说，现已广泛应用于国内外的公路、铁路、水利等工程中；单独就“三维植草网垫”来说，现在广泛应用于国内外的护坡工程中；“土工合成材料软体沉排”也广泛应用于河道治理工程。但像本文所介绍的将这三者有机结合在一起用于堤防工程的实例，国内外都未曾有过报道。

理论与实践都证明：柔性堤防会为我们提供最安全的保护。