试论河道险工成因及治理方法

【摘要】我国北方河道险工的形成原因有多种，其最直接的表现是堤岸坍塌。本文分析堤岸坍塌的主要原因，并拟定合理的险工治理方法，进一步提高了河道工程的防洪护岸功能，确保堤防安全。

【关键词】河道；险工成因；治理方法

1. 河道险工形成的几种形式

河道险工最直接的表现就是堤岸坍塌。根据一般经验，坍塌常伴随着主流发生，主流靠近哪里，哪里就容易发生坍塌。坍塌主要有两种类型：一种叫崩塌，大块堤岸连顶带坡塌入水中；一种叫滑脱，部分堤岸向水内滑动。这两类险情，以崩塌最为严重。

坍塌的原因十分复杂，但主要是由于堤岸土体内部的摩擦力和粘结力抵抗不住土体的自重和加在土体上的其他外力，使土体失去平衡；或由于土体内部的结构和孔隙发生了破坏和变化，使土体失去了稳定，因而发生坍塌。使土体失去平衡，造成河道险工，主要有以下几种原因。

1.1水流冲淘。

由于水流的冲淘，使堤岸基础发生冲刷或淘空，形成陡峻的浪坎，堤岸失去了平衡，因而发生坍塌现象。坍塌现象经常发生在以下地方：

（1）河槽转向处的凹岸。

（2）大堤顶冲的堤岸。

（3）有丁坝或其他建筑物束窄河槽的地方。

河道的凹岸主流集中，河槽深、流速快。由于弯曲使水压向凹岸，并使水流的上层成为下降水流，以极大的流速猛烈地冲刷凹岸和附近的河底，把冲刷的泥砂携带到凸岸淤成滩。结果使凹岸的坡脚变陡或淘空，失去了支持力，因而发生坍塌。

河流转折的地方，水流顶冲堤岸。水流靠近堤岸时形成折冲水流，猛烈地冲刷堤岸和河底，在堤岸坡脚下冲成深坑，因而引起坍塌和滑脱。垂直的丁坝，有时使水沿坝的上游边直冲堤岸。发生横流时，有的流向与堤岸接近90°，水流也直冲堤岸或折向上游。由于水流突然被阻，发生很大的冲击力，时常引起堤岸的崩塌。

在有丁坝或其他建筑物束窄河道的地方，水位抬高，流速加大，河底刷深；并在丁坝的头部引起涡流和回流，将坝头淘深。若基础破坏时，也会引起丁坝或附近堤岸的坍塌。

1.2堤岸抗剪强度的减弱。

堤岸边坡的抗剪强度与土体的内摩擦力和粘结力有关，而内摩擦力与土的密度有关。土的密度越大，各土粒间的接触点越多，摩擦力就越大；粘结力是由土粒间吸引力和胶质体粘结的缘故，密度越大，土壤比较干燥，则其粘结力越大。摩擦力和粘结力大的时候，边坡就比较稳定。

当堤岸被水浸润以后，土的孔隙充满了水，密度减小，内摩擦力也减小；且充满水后，水把各土粒隔离较远，并把土内的胶质体溶解，土的粘结力也就减小。在饱和的粘土中，粘结力可以完全 消失，因此堤岸本身浸湿以后，抗剪力急剧降低。

1.3土体产生裂隙破坏。

堤岸经冻结或融化，时常使土壤的表层变松或发生裂缝；粘性土壤里的水分蒸发后，也经常发生裂缝，筑堤时质量不好，也时常使堤岸发生裂缝。在雨水渗入或地下水浸泡时，土体就有发生坍塌的可能性。在土体被河水浸泡并经水流、风浪振荡后，更容易发生坍塌。

1.4水位骤降。

河堤经洪水浸泡饱和后，抗剪力减弱；当水位急剧下降时，又失去水的顶托力，已渗入堤体内的水，又反向流入河内，使坡面易于滑落；饱和的土壤重量增大更加促使边坡滑脱或坍塌。

1.5上提下挫。

流径由曲变直，主流靠岸的地方，一般逐渐移向下流；流径由直变曲，主流靠岸的地方，一般逐渐移向上游。我们称此现象为上提下挫。主流经常靠岸的地方，一般修护岸工程，不怕水流冲刷；在流势发生上提下挫时，大流可能脱离护岸而冲刷对岸，形成淘刷或坍塌。

1.6地下水的冲刷。

地下水经砂层流入河道内时，若砂质轻细，时常随地下水流出，将堤岸基础淘空，也会引起堤岸的坍塌。这种现象多发生在低水位。

2. 河道险工治理方法

对坍塌造成险工的治理方法，从以下两方面来谈。

2.1工程种类及作用。

河道险工治理分3类：长丁坝、短丁坝、贴坡护岸。

（1）长丁坝。堤身突出水中，迎挑水流离开堤岸，改变原来流向，掩护下游堤岸滩沿不受水流冲刷。它属于进攻型防御工程，适合于河身较宽、滩沿离堤防较近、而对岸沙滩林立的地方。通过其挑流作用，使主流远离滩沿，流势转折达于对岸，使被保护滩沿逐渐淤积，对岸沙滩冲刷。

丁坝由坝头、坝身、坝根3部分组成。坝头伸向河槽，坝根与河岸相联。坝头有圆弧形、斜线形、抛物线形3种，一般为抛物线形，因其始于抵抗比较强烈的流势。坝根必须与河岸牢固地连接起来，其连接通常有两种方式，一是坝根与河岸直接连接，在坝根上下游河岸作护岸工程；另一种是在河岸开挖基槽，将坝根嵌入槽中。整个坝体一般用块石砌成，石笼网护面，坝底铺设沉排。长丁坝工程一般都是由几道丁坝联合运用或结合护岸工程来运用。

（2）短丁坝。其坝身较短，仅能稍为托流外移，维护堤岸滩沿安全，不使对岸水流性质发生显著变化。它属于进攻型防御工程，适用于河身较窄且凹岸岸线不规则的地方。其挑流作用不能对对岸造成冲击，只是使主流远离滩沿，防护流势淘刷，达到保护滩沿的目的。由于短丁坝的挑流作用小，且以坝群的形式出现，易形成各坝同时出险而不易抢护，故一般不能单独应用。一般短丁坝与长丁坝联合运用，或结合护岸护滩工程运用。

（3）贴坡护岸，直接修于堤身滩沿坡面，主要起挡御风浪、防止正流和回流的冲刷。属于防守型防御工程。它不像丁坝那样具有挑流作用，而是通过对坡体的防护和河底基础的保护来达到稳定堤岸滩沿的目的。

平顺式护岸，按照水流对岸坡的作用及气候、施工等条件，可分为上、中、下3层，枯水位以下的为下层工事，设计洪水位加波浪爬高和安全超高以上的为上层工事，两者之间的则为中层工事。下层工事包括护底护脚，总称护脚。护脚及其材料需能抵御水流的冲刷，要富有弹性，并易于恢复补充，以适应河床的变形；此外，还需具有耐水浸泡的性能，便于长期发挥作用。护脚工事通常采用块石、石笼、沉枕及沉排等为材料或构件。水下沉排一般铺设柴排，近年来，化纤塑料织物部分取代了柴排，因为其具有质轻、强度高、耐磨性强等优点，具有对河床变形的适应性。由于其抗紫外线能力差、易老化，一般为低水位以下工程。中层工事用于保护岸坡，其范围下自枯水位，上至洪水位以上。洪水期它直接受水流冲刷或波浪冲击，枯水期或退水期又受渗水的侵蚀，处于时干时湿状态，要求建筑材料和整治建筑物能抗御水流的冲刷和渗水的侵蚀，并具有较好的防朽性能，常见的为铁丝石笼和块石护坡。上层工事是指洪水位加波浪爬高和安全超高以上范围的工事。为防止雨水及地下水的侵蚀破坏，对上层岸坡要做一定的处理，其中以生物措施处理为主。

2.2工程布局。

对于险工治理的整体布局，应于工程修建前，先对下游的河势情况、历年大中小洪水变化和深泓演化综合起来，预估将来的变化趋势，确定拟建工程的长短、起始位置，并根据地质情况，选择相应的材料，进行修建。对关键性河湾，必须尽量先控制，考虑河势时应对大、中、小提挫变化，均有对策，特别要着重中小流量的防御。

浑河、辽河、绕阳河流域最常用的工程布局大致有3类。第一类为长、短丁坝结合，即在拟建工程的上部修建短丁坝，逐渐造成导流形式，推流外移，再于下游适宜地点，修建较长的坝数道，将流挑出去。此种布置，无论在直线河段或弯道内，均可沿弧形弯道导流，逐渐到下游长坝挑出去。此法在修建上比较稳妥，能根据流势情况逐渐加强，并可于适应的时机，调整变形托流外移。第二类是孤坝独挑，或修数道长丁坝连续挑流，使流势转折达于对岸。这种硬挑性质，一般修建于弯道上口，工程必须特别坚固，且坝上应有工程掩护，以免回流淘刷，发生溃塌，影响工程安全。第三类是丁坝与护岸结合，即在工程的上部或下部修建丁坝，稳固滩嘴及丁坝下游的滩沿，使险工不再继续拓展。

2.3治理措施。

辽河流域险工的治理措施分冬季施工和夏季施工，冬季施工中如丁坝工程是将排体在冰面上扎结，排体结构为双层丙烯布上加0.4m厚柳排，根部起向头部抛石，随着抛石量增加，排体下沉，为了增加排体下沉，先在排体周围凿深0.35m、宽0.3m的冰槽，排体下沉后，按设计断面进行抛石。夏季施工采用软体排与排体结构，用双层丙烯布上加尼龙绳网格，用绞磨绳将排体拉入河内，利用驳船进行抛石，但下排与抛石应配合密切，随下随抛，以使排体稳定。

3. 结语

河道险工千差万别，治理方法也相应灵活多变，要根据险工的现状及发展等具体情况选择不同的治理形式。拟定合理的工程布局，采用适宜的材料，运用科学的施工方法，来解决河道的险工问题。做到既能维护河道工程的安全，又能少用材料，节约资金，使河道险段治理工程合理、科学。