公路水毀防治技術(shù)

公路水毀災害防治

交通部十分重視公路災害防治技術(shù)的研究與應用。早在二十世紀五十年代末，交通部就根據(jù)當時公路災害的特點，與鐵道部、水利部等部門合作，開展了“洪水設計頻率”、“橋渡一般沖刷”、“橋墩局部沖刷”、“小流域徑流計算公式”、“河床糙率的研究”等洪水災害問題的研究；六十年代末，組織開展了山區(qū)公路小橋涵的沖刷防護與消能措施的研究；同時對大、中沖刷防護措施進行了系統(tǒng)研究。至1978年左右，已經(jīng)形成了一批具有重要價值的研究成果，并在工程實際中發(fā)揮了重大作用，為隨后相關(guān)規(guī)范和標準的制定，提供了基礎。這一時期是我國公路交通行業(yè)的洪水災害防治研究的一個重要階段。

上世紀八十年代初至九十年代中期，針對全國公路水毀嚴重的局面，在交通部的協(xié)調(diào)組織下，相關(guān)省區(qū)結(jié)合當?shù)氐膶嶋H情況，開展了山區(qū)公路路基排水、沿河公路水毀防治等方面的研究工作。1983年至1991年，陜西省公路局聘請蔣煥章研究員為技術(shù)顧問，與長安大學（原西安公路學院）、陜西省公路勘察設計院等合作，開展山區(qū)沿河公路的水毀機理以及防護型式的研究，完成了大量的室內(nèi)模型試驗并在水毀多發(fā)路段修建了數(shù)百處試驗工程，減災效果十分明顯。安徽省、四川省、湖南省、云南省等省區(qū)，也結(jié)合當?shù)毓匪畾У膶嶋H情況，開展了一系列研究工作，取得了許多成果，為減少災害損失起到了積極的作用。

1992年，在交通部的支持下，長安大學與陜西省公路局共同承擔了交通部“八·五”行業(yè)聯(lián)合攻關(guān)項目《山區(qū)公路排水與水毀防治技術(shù)研究》，經(jīng)過3年的努力和艱苦工作，完成了大量理論分析計算、室內(nèi)模型試驗、野外現(xiàn)場調(diào)查觀測以及其它研究工作，圓滿地完成了課題的研究目標。上述研究工作對指導和推進山區(qū)公路的水毀防治起到了積極的作用，部分研究成果已寫入規(guī)范或設計手冊。研究課題獲得了包括省部級科技進步一等獎在內(nèi)的多項獎勵。

隨著西部大開發(fā)戰(zhàn)略的實施，交通部為了支持西部交通建設科技工作，從2001年開始，起動了西部交通建設科技項目。交通部科教司及西部交通建設科技項目管理中心先后組織開展的研究項目中，有關(guān)公路災害與水毀防治的項目有近二十余項，主要包括以下幾個方面：1、災害防治基礎理論方面主要：“深挖高填邊坡破壞機理與穩(wěn)定性評價方法”、“山區(qū)公路防排水評定方法與抗水災評估指標的研究”、“西部地區(qū)公路地質(zhì)災害監(jiān)測預報技術(shù)研究”等。2、邊坡防護加固技術(shù)方面主要有：“邊坡支護方案優(yōu)化設計”、“邊坡加固新材料的研制與開發(fā)”、“巖土錨固安全評價與處治技術(shù)研究”、“土工合成材料在邊坡處理中的應用研究”等。

3、特殊巖土方面，與特殊巖土路基災害相關(guān)的項目涉及到凍土、黃土、巖溶、膨脹土、軟巖、鹽漬土、沙漠等，形成了若干成套的公路修筑技術(shù)，無論在公路建設還是在公路管理養(yǎng)護中均起到積極的指導作用。4、特殊地質(zhì)條件或特殊路段災害研究：如川藏公路前龍段滑坡機理及整治技術(shù)研究、六盤山地區(qū)公路修筑技術(shù)研究、國道315線病害治理與生態(tài)環(huán)境保護的研究、G212線甘肅段滑坡泥石流區(qū)公路修建技術(shù)研究、三峽庫區(qū)蓄水初期公路病害防治對策研究、新疆兵團墾區(qū)公路災害分析評價及防治技術(shù)研究等。5、公路水毀防治措施：如路基路面排水系統(tǒng)施工技術(shù)研究、公路排水系統(tǒng)設計方法的研究、路用排水新材料及應用、公路水毀防治技術(shù)研究等，初步形成公路水毀防治成套技術(shù)。這些項目研究了災害的成因機理、形成條件、防治措施、加固的設計和施工方法等，許多技術(shù)已經(jīng)達到國際先進水平。目前，在公路災害防治方面還有許多研究課題正在進行。

2006年，交通部針對汛情全國公路災害頻發(fā)、交通受阻嚴重的現(xiàn)狀，提出進行干線公路災害防治工程試點，計劃先用三年時間(2006-2008年）每年投入2～3億元開展部分省區(qū)的國省干線公路進行災害治理試點。2006年在福建、湖南、廣西、云南、陜西、遼寧、安徽、四川等十個省（區(qū)）的24個試點路段實施了公路災害防治工程。試點完成后，在全國范圍開展國省道干線公路災害防治工程的工作。這項工作對于提高我國公路抗災能力、充分保障公路基礎設施的完好和公路交通運輸?shù)臅惩?，顯著減小因公路災害造成的經(jīng)濟損失和社會影響，具有極其重要的意義。

同時，交通部科教司和西部交通建設科技項目管理中心專門對兩個公路災害防治方面的項目進行了立項，分別由長安大學和中交一院承擔，其中“路基災害防治技術(shù)推廣及應用示范”由長安大學承擔；“邊坡加固技術(shù)的推廣及應用示范”由中交一院承擔。兩個項目側(cè)重點雖然有所不同，但其主要目的都是為交通部“干線公路災害防治工程”試點和推廣工作提供技術(shù)支持；為全國干線公路災害防治工程的全面開展和制定適合我國國情與公路特點的路基災害防治技術(shù)規(guī)范奠定基礎，以及相關(guān)技術(shù)人員的培訓工作。一、公路水毀災害的涵義

二、橋梁水毀的主要類型與防治對策

三、公路路基水毀的主要類型與防治對策

一、公路水毀災害的涵義

多年來，公路和橋梁的洪水水毀以及因洪水引發(fā)的崩塌、滑坡、泥石流等地質(zhì)災害，一直都是公路最大的自然災害。在眾多影響因素中，水是最重要和最活躍的所以，在公路、橋梁工程中必然涉及到許多水力學問題。我國公路水力水文科技工作者，于五十年代中期開始了相關(guān)的研究工作，經(jīng)過二十多年來的共同努力，取得了橋墩沖刷計算、大中橋孔徑計算、大中橋設計流量計算等多項科研成果，為編制我國自己的《橋位勘測設計規(guī)范》（1991年）提供了科學依據(jù)。但在上個世紀八十年代以前，對于面廣、量大的中小橋，特別是山區(qū)公路橋涵、小型排水構(gòu)造物以及其他公路水毀災害缺乏系統(tǒng)全面的研究。從八十年代初開始，山區(qū)公路水毀的預防與治理研究工作在一些省區(qū)逐步開展起來。2002年，為適應公路建設需要，統(tǒng)一公路水文勘測設計方法和標準，交通部對《橋位勘測設計規(guī)范》（JTJ062-91）進行了修訂，發(fā)布了《公路工程水文勘測設計規(guī)范》（JTJ062-2002），新規(guī)范將公路勘測設計中有關(guān)水文調(diào)查、勘測和水文水力分析計算方面的內(nèi)容納入，并增加了“小橋涵水文勘測設計”和“路基水文勘測設計”的內(nèi)容。應當說明，該規(guī)范主要適用于新建或該建工程。對養(yǎng)護管理中公路水毀的預防性工程和災害修復工程，則因情況有所不同，需要考慮更多的影響因素，不應簡單套用規(guī)范。

以水為核心的自然因素對公路、橋涵所造成的破壞是多種多樣的，我國公路工程技術(shù)人員對公路水毀的預防和治理做了大量的研究工作，并在實際工程中應用，積累了豐富的實踐經(jīng)驗。同時，也根據(jù)公路水毀的特點和規(guī)律，對公路水毀的定義進行了描述，對水毀的類型進行了科學合理的劃分。蔣煥章將公路建筑物涉及的水力學問題劃分為：1、水毀

公路水毀指因洪水造成的公路建筑物各種類型程度不同的破壞。其主要類型有：橋渡因洪水的沖擊與沖刷而造成的破壞；沿河公路及其沖刷防護建筑物因洪水的頂沖與淘刷而造成的坍塌和破壞；因洪水造成山區(qū)公路小型人工排水構(gòu)造物功能失效與毀壞。

2、水害

公路水害系指因洪水淹沒等原因而帶來的經(jīng)濟損失，主要類型有：公路因洪水淹沒而使交通中斷；小橋涵、邊溝及其它地表排水溝渠被泥沙堵塞而需要疏通；道路被泥沙淤埋而需要清理等。

需要說明的是，滑坡、崩塌、泥石流、路面翻漿、路基下沉與滑動等，盡管屬于地質(zhì)災害，但主要影響因素仍然是水。所以，在治理這些地質(zhì)災害時，關(guān)鍵問題還是應該首先正確處理水的問題。

另外，公路邊坡是復雜的工程地質(zhì)體，影響其穩(wěn)定性的因素很多，降雨、地表水、地下水是影響其穩(wěn)定性的最活躍和最主要的因素之一，將邊坡因降雨、地表水、地下水引起的失穩(wěn)問題歸屬為公路水災害，也是有一定道理的。

除了蔣煥章研究員對水毀類型的劃分，高冬光教授根據(jù)造成水毀災害的原因，將公路與橋梁的水毀分為十種主要類型：（1）河流彎道凹岸沖刷和對岸挑流的頂沖；（2）河道壓縮引起的沖刷；（3）路面淹沒后急速退水對路面和路肩的沖刷；（4）黃土地區(qū)公路排水系統(tǒng)不完善或處置不當；（5）坡面排水不利和坡腳沖刷引起的滑坡和路基滑塌、坍塌；（6）泥石流沖刷、淤埋和堵塞；（7）橋梁墩臺和引道沖刷；（8）山區(qū)河流上的橋梁因壅水過高，攜帶大量漂浮物將橋梁上部結(jié)構(gòu)摧毀；（9）河道中大量開采沙石引起的橋梁和沿河路基的沖刷；（10）山區(qū)涵洞進出口沖毀或堵塞致使路基坍塌。公路災害的主要類型除了前面提到的水毀災害和地質(zhì)災害外，還有氣象災害，如：冰凍、雪、霧等。

應注意公路災害與病害的差異：

公路病害主要是指公路建筑物在使用工程中，由于自身原因以及社會、環(huán)境等因素的影響，導致服務質(zhì)量下降，影響車輛行駛的安全、順暢、舒適。如：瀝青路面的裂縫、松散、變形等；水泥路面的斷角、斷板、脫空、表面剝落等；路基的不均勻沉降以及縱、橫向裂縫，特殊巖土病害（如：軟基、膨脹土、鹽漬土等）。公路病害的發(fā)生與發(fā)展，對公路的影響一般是漸進的，由輕微向嚴重逐步發(fā)展，及時采取有效的預防措施，可以減輕或消除其影響。沿河公路沖刷沿河公路沖刷沿河公路沖刷山區(qū)峽谷河段沿河公路水毀沿河公路水毀沿河公路路基和公路旁的房屋水毀路基水毀雨水滲入邊坡，引起塌方降雨引起的滑坡沿河公路下邊坡沖刷坍塌，上邊坡塌方。路基整體坍塌沿河路基水毀沿河公路下邊坡坍塌引起路基水毀山區(qū)河流橋梁水毀橋梁水毀小橋涵出口損毀泥石流掩埋路面崩塌路基塌方路基塌方路基塌方水流沖刷坡腳引起路基塌方

上述對公路水毀災害類型的劃分，基本上將我國山區(qū)公路水毀災害的主要類型包含在內(nèi)?？梢?，公路水毀災害類型的劃分是基本一致的，主要原因是公路水毀與地質(zhì)災害的主要影響因子都是水，而且二者的發(fā)生具有伴生性。

不論對公路水毀災害如何進行分類，我們所研究的公路水毀災害問題應當具有下列特征：

1、它是一種自然災害。

2、致災因子主要是強降雨（包括長歷時降雨）及洪水。

3、公路建筑物（道路、橋梁及防護工程等）遭到不同程度的破壞，嚴重時導致交通受阻或中斷。

4、公路建筑物破壞的程度與氣候、地質(zhì)、環(huán)境條件以及公路等級、防護的完善程度密切相關(guān)。

5、這種自然災害經(jīng)過人們的努力是可以防治和減少的。

二、橋梁水毀的主要類型與防治對策

1、橋梁水毀的原因與特點

造成橋梁水毀的因素很多，形式復雜多樣，主要有：

（1）橋孔過小，排洪輸沙能力不足，造成橋前嚴重壅水，橋下嚴重沖刷，橋臺、橋墩、橋頭引道等被沖毀。

（2）橋墩、橋臺因基礎埋深不夠而發(fā)生沉陷或倒塌。

（3）調(diào)治構(gòu)造物（如：導流堤、丁壩、阻水堤等）被沖毀。

（4）漂浮物堵塞橋孔，造成橋梁上游壅水過高，對橋梁產(chǎn)生很大的推力和浮力，使橋梁被推倒或沖走。

（5）遇到凌汛，因冰凍或冰凌堆積，造成橋梁局部損壞或全部毀壞。

（6）河槽內(nèi)長期挖沙，改變了河床的天然形態(tài)，使河床面下降數(shù)米之多，造成橋梁基礎埋深減小，洪水時產(chǎn)生局部跌水、洄流、急彎等，引起局部沖刷，沖倒橋墩，造成水毀。造成橋梁水毀的主要原因包括以下幾個方面：

（1）橋位河段的自然變形與穩(wěn)定性

規(guī)范和設計要求:橋位應設在河道順直、穩(wěn)定、較窄，河槽、河灘明顯的河段。

但由于種種原因（如：受路線的限制，一些中、小橋的橋位難于合理，或由于設計人員對河流性質(zhì)、河床演變及地質(zhì)狀況認識不深，以致選擇了不當?shù)臉蛭?，或當時的技術(shù)和資金限制，無法做到合適橋位和完善的防護等），使得橋位未能設在滿足上述要求的河段上。

或是原橋位設在本來順直的河段上，后來因河道變遷，形成了不利于排水輸沙和順利通過漂浮物、冰凌的橋位河段。這些情況多發(fā)生在寬淺變遷、寬淺游蕩和寬灘蜿蜒等河段上。

其后果是：

造成抄后路，沖斷引道路堤；

水流與橋軸線形成很大的斜交角度，增加了橋墩的阻水寬度，造成嚴重的橋墩局部沖刷；

原有的調(diào)治構(gòu)造物不適應新的水流條件。經(jīng)驗證明，下列情況的橋位選擇較為困難，發(fā)生水毀的可能性較大：

1、路線穿越地形復雜的山區(qū)時；

2、路線跨越泥石流沖積扇中部擴散段時；

3、路線跨越游蕩性河流時；

4、路線跨越彎曲河段時，凹岸沖刷易造成橋頭沖毀。

5、路線跨越“發(fā)育過程中的河流”，河床的下切或淤積造成基礎沖刷或橋下凈空不足。

6、路線跨越人類活動強烈的河段，水利設施的修建或人工挖砂，都會對橋梁安全造成影響。（2）橋梁墩臺基礎的埋深

橋梁墩臺基礎的設計埋深，取決于墩臺處的最大沖刷深度和地基承載力。

目前，橋梁墩臺沖刷深度的計算方法和鉆孔灌注樁深基礎的施工技術(shù)已比較完善，新建橋梁的橋墩、臺沖刷引起的水毀已不多見。因橋梁的橋墩、臺沖刷引起的水毀多見于二十世紀八十年代以前建成的淺基橋梁。橋梁墩臺遭受的沖刷主要有自然沖刷、一般沖刷和局部沖刷。在新建橋梁設計中，應充分考慮上述三種沖刷綜合作用造成的最大沖刷，以確定墩臺基礎的埋置深度。對于已建橋梁，為防止水毀的發(fā)生，應經(jīng)?，F(xiàn)場調(diào)查，分析在現(xiàn)有河床條件下可能出現(xiàn)的沖刷深度，判斷墩臺基礎的埋置深度是否安全可靠以及是否需要進行沖刷防護。

除了考慮上述自然沖刷、一般沖刷和局部沖刷外，在某些特定條件下的橋渡沖刷中，尚應計入由于人類活動而造成的沖刷，人類活動影響的沖刷主要有以下三種類型：

1、潰壩沖刷

此類沖刷是由于橋址上游水庫大壩潰決后，潰壩水流在橋址斷面上所造成的沖刷。我國地域廣闊又是一個農(nóng)業(yè)大國，因此修建的水庫較多。據(jù)水利部門的統(tǒng)計，我國已建成的水庫達8.4萬座以上，其中大型水庫326座，中型水庫2975座，其余皆為小型水庫。由于小型水庫基數(shù)較大，且設計標準低，施工質(zhì)量和管理水平差，病險水庫大量存在，潰壩的數(shù)量也相當多，占全國潰壩總數(shù)的96％。這些小型水庫分布面廣，對公路的安全威脅甚大。應根據(jù)潰壩流量計算沖刷深度。2、清水沖刷清水沖刷是指橋址上游修建水庫以后，水庫下泄的清水在橋址斷面上造成的沖刷。此類沖刷特別是大型水庫，而且是新建的大型水庫，上游河段下泄的泥沙都被水庫大壩攔截淤積在庫區(qū)以內(nèi)，水庫下泄的流量較大而且含沙量極低接近于清水，當水流行至橋址斷面時，由于水流的挾沙能力仍然很大，而水流本身的含沙量又很低，因此必然要在橋址附近挾起大量泥沙，從而形成所謂清水沖刷。清水沖刷在橋址斷面可能形成數(shù)米甚至十余米的沖刷深度，主要取決于橋址斷面與水庫大壩的距離大小。清水沖刷，特別是大型水庫的清水沖刷，目前宜以水工模型試驗確定其沖刷值。

3、采沙沖刷

采沙沖刷是指橋址下游人為的大量取沙而形成的溯源沖刷，逐步發(fā)展至橋下從而影響橋渡建筑物的安全。此類沖刷雖在一般情況下不如潰壩沖刷或清水沖刷嚴重，但隨著國民經(jīng)濟的發(fā)展，用沙量逐年增多，因而必然會發(fā)展成為危及公路橋梁安全的普遍性問題之一。我國公路部門雖然規(guī)定在橋梁下游一定距離內(nèi)不許人工采沙，這項規(guī)定對橋梁的安全保障有一定的積極作用，但由于種種原因，規(guī)定執(zhí)行得并不另人滿意。因此，對于橋梁上、下游人工挖沙嚴重的情況下，公路管理部門應密切關(guān)注，必要時應通過水工模型試驗驗證橋梁的安全程度，并確定相應的制止挖沙辦法或橋梁基礎防護措施。（3）調(diào)治構(gòu)造物的布設與沖刷防護

大量的橋梁水毀實例證明，橋梁調(diào)治構(gòu)造物應當視為整個橋渡的重要組成部分。調(diào)治構(gòu)造物除了改善水流條件外，更重要的是穩(wěn)定橋位河段，以保證橋梁及橋頭引道的安全，對在變遷性大、穩(wěn)定性差的河段上建橋尤為重要。

1）調(diào)治構(gòu)造物的布設

應根據(jù)橋位河段的穩(wěn)定性與實際需要確定調(diào)治構(gòu)造物的形式和布設方法，充分考慮橋位、橋孔長度和橋孔位置等因素。橋位選擇較好、橋孔長度和布設位置都比較合理的橋渡，需要布設的調(diào)治構(gòu)造物也較少。反之，為保證橋梁的安全，需要布設的調(diào)治構(gòu)造物及規(guī)模必然較大。

2）調(diào)治構(gòu)造物的沖刷防護

調(diào)治構(gòu)造物的基礎應埋入總沖刷深度以下，并取一定的安全值，位于河槽內(nèi)時，安全值取1-2m，位于河灘內(nèi)時，取0.5m。

常用的調(diào)治構(gòu)造物有導流堤和丁壩。

導流堤一般采用土堤結(jié)合邊坡加固。水流沿導流堤繞流形成沿迎水面的沖溝，最大沖刷深度出現(xiàn)在導流堤上游堤端點到上游堤長大約1/3的范圍內(nèi)。迎水面的沖刷防護可以采用石砌護坡配合護坦的防護形式，導流堤上游端部到上游堤長1/3～1/2的一段為防護重點。

橋梁調(diào)治構(gòu)造物中的丁壩，多采用鐵絲石籠的形式。可隨沖刷下沉就位和隨時進行修補，一般水毀較少。西安灞河鐵路橋舊橋水毀倒塌山區(qū)河流縱向橋的沖刷與防護橋墩、排樁的水流橋梁水毀橋頭錐形護坡被毀導流堤受到洪水的沖刷，采用鐵絲石籠和排樁對坡腳進行防護2、橋梁水毀的防治對策

公路橋梁的設計，并不只是主體工程橋梁的結(jié)構(gòu)設計工作，而是整個橋渡的設計工作，包括：

（1）結(jié)合路線的總方向選擇一個合理的橋位；

（2）確定合適的橋孔位置、橋孔長度和高度；

（3）按照橋墩、臺處可能出現(xiàn)的最大沖刷深度與河床地質(zhì)情況，確定橋墩、臺的基礎埋深；

（4）合理地布設橋頭引道和必要的調(diào)治構(gòu)造物；

（5）選定合適的橋梁方案、上部構(gòu)造形式和墩臺結(jié)構(gòu)形式等。

一座合格的跨越江河的橋梁，必須滿足兩方面的要求，既要保證車輛、行人安全通過，又要保證橋孔能夠安全、順暢的排泄洪水和輸送泥沙以及各類漂浮物。

由于橋梁墩、臺是直接修建在河道或海灣中，一旦出現(xiàn)水毀，修復困難，后果也比較嚴重。

因此，橋梁水毀的防治應著眼于預防，對于絕大多數(shù)的橋梁這也是可以做到的。這就要求在橋梁勘測設計階段，全面搜集水文和河床變形資料，正確處理橋位選擇、橋孔布設、墩臺型式選擇以及調(diào)治構(gòu)造物的設置等橋位設計問題。正確的橋位設計是避免橋梁水毀最主要的和最主動的措施。根據(jù)前面的分析，造成橋梁水毀的原因十分復雜，概況起來有三個方面：

（1）水文：必須在勘測設計階段，通過廣泛搜集資料、結(jié)合河段具體情況采用合理的計算方法予以解決。若存在缺陷或隱患，則橋梁建成后難以找到全面補救的合適方法。

（2）河床演變：河床演變是水流與泥沙相互作用，產(chǎn)生河床沖淤變形的結(jié)果，是河流的自然屬性。在橋位選擇、橋孔設計、墩臺型式選擇以及調(diào)治構(gòu)造物的布設時，應根據(jù)實際情況選擇正確的方案，大部分問題可以解決。對于一些難以預料的人為因素和自然條件變化，則進一步分析后，采取相應的調(diào)治和防護措施，以保證橋梁的安全。（3）橋墩、橋臺和調(diào)治構(gòu)造物的沖刷

橋梁墩臺的沖刷防護是抵御洪水破壞的最后一道防線。

目前，國內(nèi)外關(guān)于沖刷防護的研究已取得許多成果，工程上也積累了豐富的經(jīng)驗。

沖刷防護應遵循對洪水“順其性、挫其峰、分其勢、穩(wěn)其流”的原則。

調(diào)治構(gòu)造物的布設，應遵循順應水勢、因勢利導和因地制宜的原則。

防護材料及型式很多，如：漿砌塊（片）石、石籠、混凝土預制塊沉排、拋石、土工材料、各式擋土墻、丁壩及丁壩群、透水排樁、滯水壩等等。4、橋梁水毀的防治措施

1）增建水流調(diào)治構(gòu)造物防治橋梁水毀可根據(jù)河流的特點，分別情況，采取措施：

(1)穩(wěn)定、次穩(wěn)定河段穩(wěn)定、次穩(wěn)定河段上橋梁水毀防治措施，可根據(jù)橋下灘流、河床沖淤分布的實際需要以及水流流向等，分別情況加以選擇。(2)不穩(wěn)定河段

在不穩(wěn)定河段上橋梁水毀防治，可根據(jù)河岸條件、河床地貌以及橋孔位置等，分別情況采取措施。

2）橋梁墩臺的淺基防護橋梁墩臺應具有足夠的埋置深度，使得在通過設計頻率洪水的時候仍能夠保持穩(wěn)定。橋梁淺基是指在通過設計流量的情況下，墩臺基礎處在最大沖刷線以上，或雖在最大沖刷線以下但不夠安全深度。橋梁淺基形成的主要原因有：（1）修建時標準低，質(zhì)量差，歷經(jīng)破壞后修復草率。（2）缺乏可靠的水文資料，水文計算粗糙，未能正確設置墩臺埋深。（3）調(diào)治結(jié)構(gòu)物的設置不當，使按邊灘設計的橋墩變?yōu)橹鞑壑械臏\基墩。（4）改建橋臺錐坡或橋下便道時，過多壓縮過水斷面而增大了河床的沖刷深度，使橋墩的埋深不足。橋梁淺基可能威脅到汛期的安全，嚴重時會造成橋梁被沖毀。橋梁淺基防護就是通過削弱水流的沖刷能力，提高基礎周圍河床的抗沖刷能力，或者采取加深基礎滿足安全深度等方法，來減小洪水時發(fā)生水毀的可能性。淺基防護的原則（1）淺基防護在允許的條件下應以根治為原則，可采用永久或半永久的防護工程，以達到防治一處、消滅一處隱患的目的。（2）在方案的選擇上，應以“因地制宜，就地取材、經(jīng)濟合理”為原則，既要考慮到當年投資，又要考慮到防護工程的耐久性及長期效益。（3）防護設計應以盡可能減少對河道的擠壓為原則，防護體的頂面標高應盡可能地降低。（4）應按等強度防護原則考慮全橋（包括橋頭錐形護坡）的抗沖強度。（5）淺基防護原則上應與河道整治相結(jié)合。類型適用范圍設置要求優(yōu)缺點整孔防護在全橋或數(shù)孔范圍內(nèi)設置整體防護山區(qū)及山前區(qū)的漂石及砂質(zhì)河床，或平原區(qū)砂質(zhì)河床集中沖刷不嚴重的河段，當枯水期水深較淺，便于施工，橋梁孔徑較小，橋下凈空允許時整孔防護的頂面標高力求降低，以盡量少影響排洪能力，但不必一定要求設置在一般沖刷線整體性強，抗沖能力大，且在一定程度上可防護一般沖刷；但若一旦發(fā)生缺口，則將產(chǎn)生集中沖刷造成拉溝的嚴重后果局部防護形式：1、平面防護2、立體防護3、臨時防護目的：在橋墩、臺周圍為防止水流局部沖刷而設置的防護措施平原區(qū)砂質(zhì)河床或山前區(qū)砂卵石河床，天然河床下切及一般沖刷較小，橋梁孔徑較大如將防護高程設置在一般沖刷線則較好，若設置較高，效果降低，被洪水沖毀的可能性增大較整孔防護壓縮橋下過水斷面為小淺基防護的基本類型序號防護類型容許最大流速（m/s）序號防護類型容許最大流速（m/s）1混凝土護底，厚0.3-0.4m大于4.04料石護基2.5-3.52漿砌片石護底厚0.3m3.05鉛絲石籠護底護基2.5-3.5厚0.4m4.03鋼筋混凝土塊排護基3.5-4.56干砌片石2.0-3.0淺基常用防護類型及容許最大流速橋梁淺基的整孔防護

整孔防護時的具體尺寸計算包括：

（1）下游垂裙處的沖刷深度、埋置深度和下游防護長度。

（2）墩前防護長度。

（3）上游垂裙處的沖刷深度、埋置深度。

可參照相關(guān)的計算公式。

需要注意的是，整孔防護頂面標高一般可設置在現(xiàn)有河床最底點高程處；防沖材料按流速大小采用漿砌片石或混凝土。類型適用范圍優(yōu)缺點漿砌片石（或混凝土）護底1、山區(qū)及山前區(qū)，漂石、卵石及砂質(zhì)河床（或平原區(qū)砂質(zhì)河床集中沖刷不嚴重的河流），枯水期水不深，便于施工，橋梁孔徑較小，橋下凈空允許，局部防護難以設置于一般沖刷線者2、當最大流速小于或等于4m/s時采用漿砌片石，大于該數(shù)值時再進行計算，采用其它方式3、是最為常用的一種整體防護形式1、整體性和抗沖能力強，使橋下沖刷均勻化，比干砌片石、石籠等的整孔防護耐久，易保養(yǎng)，效果好2、一般需圍堰抽水，造價高；在嚴寒地區(qū)可能造成基礎凍害攔砂壩橋下河道比降大、水流急的河段，或下游挖砂造成河床下切，當河寬不大時，可在橋梁下游適當位置設置攔砂壩效果較好，但對粉砂粘土河床，因表層凍結(jié)可導致底層細砂流失而導致失敗干砌片石護底流速較?。ㄆ骄魉?-3m/s）的間歇性河流造價比漿砌片石護底低，施工方便，但抗洪能力低，使用年限短，目前不提倡石籠護底平原河流砂質(zhì)河床，平均流速2.5-3.5m/s；對河床下切不大或一般沖刷較淺的河流較為適宜；山區(qū)大顆粒河床容易把石籠掏空導致翻卷，不宜采用與石籠護基基本相同，造價比漿砌片石低，在間歇性河流上不一定需抽水施工，但整體性較差，維修工作量大常見的整孔防護形式及其適用范圍橋墩附近水流結(jié)構(gòu)及沖刷現(xiàn)象示意圖以漿砌片石護底為例：漿砌片石護底是橋梁淺基整孔防護最常用的一種。

漿砌片石護底尺寸示意圖（單位：m）上游垂裙上游垂裙此類防護適用于山區(qū)及山前區(qū)，漂石、卵石及沙質(zhì)河床（或平原沙質(zhì)河床集中沖刷不嚴重的河流），枯水期水不深便于放工，梁跨較小，凈空允許，局部防護難以設置于一般沖刷線者。若防護頂面有條件設置于一般沖刷線，則采用局部防護即可，而不必采用整孔防護。當流速v≤7m/s時，可采用漿砌片石護底；當流速v＞7m/s時，宜采用混凝土護底。

此外，在天然河底下切或橋渡一般沖刷較大的河段上，或有潛流危害時，應增加垂裙深度及強度；在嚴寒地區(qū)尚應考慮護底受冰凍的危害；在穩(wěn)定河段上，為減少壅水、有利于農(nóng)田排灌以及減輕含堿河流的腐蝕作用，可將護底作成凹槽；下游錐形護坡的垂裙應與漿砌片石護底下游垂裙做到等強度，以防止水流突破較弱部分，導致整個防護體的破壞。

當橋下進行整孔防護以后，改變了橋與水流原有的關(guān)系。橋渡沖刷性質(zhì)也就相應發(fā)生明顯的變化。如果整孔防護設置合理，即可消除橋墩臺周圍的局部沖刷，并可在一定程度上防止橋下一般沖刷對墩臺基礎的危害。但水流仍具有較大動能，勢必在防護體下游引起劇烈沖刷，使下游沖刷成為為主要矛盾。整孔防護下游垂裙后面沖刷坑的深度，與水流條件、河床泥沙（河床質(zhì)組成）以及整孔防護的平面尺寸、水流壓縮程度有關(guān)。

上述諸因素中，過橋水流的沖刷能力與河床泥沙的抗沖強度是下游沖刷最主要的因素；而整孔防護上下游沖刷深度則是確定整孔防護上下游平面尺寸與垂裙基礎深度的基本依據(jù)。

水流通過橋梁時，由于水流結(jié)構(gòu)的改變，使水流更為紊亂，形成極其復雜的旋渦，加之過橋水流速度的增加，致使整孔防護的下游形成強烈的沖刷，可能危及防護工程及橋梁墩臺的安全。因此，防護體下游端部（垂裙處）的安全是關(guān)鍵。

大量試驗和現(xiàn)場觀測表明，橋孔整體防護后，防護體上游端的沖刷是較輕微，下游端的沖刷相當劇烈。甚至有些橋孔整體防護就是因為下游沖刷嚴重導致防護工程沖毀。

橋梁淺基的局部防護

橋梁淺基局部防護是指在橋墩臺周圍為防止水流局部沖刷面設置的防護措施。

顯然，局部防護僅能防止水流局部沖刷而不能防止一般沖刷，因此，局部防護必須在一般沖刷已充分發(fā)展的基礎上才能獲得應有的效果。也就是說局部防護的頂面高程應設置在一般沖刷線，才能獲得預期效果。反之，若局部防護頂面高程設置較高，則不僅減少過水斷面，從而增大一般沖刷，引起跨中拉溝的不利情況，同時由于橋墩附近阻水增大，局部沖刷也相應增大，以致造成相反的效果。

局部防護原則上應設置在一般沖刷線處，但是由此產(chǎn)生兩個基問題：

（1）一般沖刷深度尚難以準確計算，沖刷線不易劃準。

（2）施工上存在較大困難。

另外，如果將局部防護布置得高于一般沖刷，則可能增大橋墩阻水面積并形成較強的渦流，導致局部沖刷加劇，而且橋下過流斷面減少后又會增大橋下的一般沖刷。

因而，局部防護的關(guān)鍵問題是防護體頂面的標高應當盡量接近一般沖刷線。

局部防護常用的辦法有：平面防護、立體防護和臨時性防護。

1）平面防護平面防護是指在墩臺周圍一定范圍內(nèi)的河床表面進行的防護，它又可以分成兩種類型：柔性防護和剛性防護。依據(jù)各自的功能以及材料、形狀的不同，上述兩類防護有可以分為若干中種。類型功能防護體種類柔性防護可隨河床變形而自動沉落以抵御沖刷的繼續(xù)發(fā)展1、石籠護基2、柴排護基3、混凝土塊排護基剛性防護憑借防護體自身剛度，防止在下臥層局部掏空時發(fā)生大量斷裂而導致的沖毀1、混凝土或鋼筋混凝土箍墩太基礎2、漿砌片石或鋼筋混凝土護基3、干砌片石護基4、混凝土塊或料石護基橋臺和橋墩護坦防護剖面圖a)橋墩護坦；b)橋臺護坦橋墩淺基的沖刷水泥混凝土板或混凝土預制塊防護馬蹄形大型鉛絲籠填石護墩石籠防護混凝土板防護塊、片石防護2）立體防護

立體防護因防護平面范圍小，一般壓縮橋下過水斷面也小，只要在施工條件允許的條件下，河床地質(zhì)能適應，防護建筑物又能夠抵御墩、臺周圍因防護而加深的沖刷，就是一項合理可靠的防護辦法，但目前此類方法在公路工程上應用較少，主要是經(jīng)濟因素和沖刷防護的理念不同。常見的防護類型如下表所示。種類適用范圍結(jié)構(gòu)要求板樁圍堰內(nèi)填片石河床地質(zhì)適合打樁，木板樁只能用于砂質(zhì)河床主要靠深入局部沖刷線以下的閉合樁群來防止基底掏空，所以板樁打入河床應有足夠深度以抗御沖刷。木板樁頂應在最低水位以下。樁圍幕壓漿鉆孔灌注鋼筋混凝土樁適用于粗顆粒河床的河流上；如巖層上覆蓋層淺，應使樁尖嵌入巖層，適用于山區(qū)水流湍急的河流可用板樁和鉆孔樁（樁徑較小），做成密閉的圍幕，施工技術(shù)要求高，工期較長。圍幕內(nèi)壓注水泥砂漿化學加固土體對于大孔隙土效果較好，細砂和粘土不適用將墩、臺周圍一定深度和一定平面范圍內(nèi)的河床土質(zhì)進行化學加固的方法。優(yōu)點是防護體可埋在一般沖刷線以下。應根據(jù)不同的河床質(zhì)，采用不同的配合比的化學漿液（水泥、鋁酸鈉、水玻璃及其它化學材料）消能樁輔以消能盤流向穩(wěn)定，一般沖刷較小，局部沖刷較大，漂浮物不多的河段上的圓柱橋墩或與水流正交的其它橋墩消能樁是指墩前設立的以消弱水流沖刷能力，減少局部沖刷，起消能作用防護的樁。消能盤一般以樁支撐，消能盤頂面越低，防護效果越好，可見減小局部沖刷深度30%-60%。立體防護板樁墩頭防護板樁防護3）臨時防護

常用的方法有拋石、拋石籠，是汛期洪水沖刷已威脅到墩臺基礎安全時的搶險方法，僅限于常年有水的河流，迫不得已時采用。

其防護效果取決于拋投體的重量和拋投位置的正確性。

拋投體的大小一般應根據(jù)水流參數(shù)、墩形和拋投成垛的斜坡穩(wěn)定性來決定。大橋拋石防護中小橋拋石防護三、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。

河流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

彎道環(huán)流是導致沿河彎凹岸公路路基沖刷的主要原因。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。河流彎道河床沖刷變形示意圖水流方向

等半徑連續(xù)彎道的輸沙帶兩個反向90°彎道的地形和中泓線人們往往根據(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(guān)重要的。彎道凹岸防護范圍

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，可以按試驗資料分析得出的經(jīng)驗值，出口直段防護長度取為2B。多年的工程實踐表明，人們往往對彎道內(nèi)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(nèi)防護與彎道出口下游直段防護，應結(jié)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(zhì)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。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，進而引起橋涵以及與之相連的路基水毀。沿河公路公路擋土墻水毀洪水位超過路面，縱向沖刷路面和路基，盡管一部分擋土墻完好，但路面和路基損毀。水上路面，對路肩和路基造成沖刷。沿河公路擋水墻沖毀后的路基水毀以及內(nèi)側(cè)邊溝的損毀、挖方邊坡的坍塌擋土墻的基礎部分損毀,水漫路面導致土路肩沖毀。擋土墻基礎為片石混凝土基礎，部分基礎放置于基巖上?；A局部淘空后，擋土墻未出現(xiàn)變形、下沉，但路基的沙礫填料被水淘走，出現(xiàn)三個漏斗。沿河公路路基擋土墻水毀導致路基沖毀沿河公路路基擋土墻基礎淘空，墻體開裂、變形、下沉，路基沉陷明顯。沿河公路路基的填方部分被洪水沖走，只留下基巖。強降雨時山區(qū)公路排水溝渠的水流具有很強的沖擊力,容易造成渠道和小橋涵進出口的損壞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(cè)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。

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，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。

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(zhì)被水流沖走后使坡腳的沖刷繼續(xù)發(fā)生，坍塌則不斷發(fā)展。若采取措施，使坍塌物質(zhì)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。

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入手，采取綜合措施，使邊坡能夠抵御沖刷或免受沖刷。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(shù)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(zhì)量、時間及完善程度難以保證，或采用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。

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(diào)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。

因此，山區(qū)公路的排水系統(tǒng)設計，必須根據(jù)流域的特征，結(jié)合具體的地質(zhì)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。坡面排水系統(tǒng)坡面排水系統(tǒng)坡面排水系統(tǒng)排水溝渠的銜接與消能急流槽損壞造成集中沖刷黃土地區(qū)公路地表排水溝渠的損壞急流槽局部損壞，應及時修復。否則，遭遇大洪水時將會造成嚴重后果黃土地區(qū)公路排水溝渠因滲漏、沖刷引起的破壞涵洞進口處排水溝水毀導致路基損壞涵洞出口處急流槽損壞導致集中沖刷，形成落水洞排水溝水毀排水系統(tǒng)的損壞引起公路水毀排水系統(tǒng)損壞造成路基水毀黃土沖溝發(fā)生洪水，導致溝壁坍塌，使路基邊坡垮塌黃土地區(qū)公路急流槽出口的坍塌急流槽斷頭沖坑黃土地區(qū)高速公路涵洞出口未連接急流槽將水流送至路基范圍之外，引起路基破壞黃土高邊坡滑坡最下面的兩級邊坡為漿砌片石護面墻，上面各級為噴漿護面。邊溝被堵塞，造成水流漫溢路面排水系統(tǒng)設置不當引起路基滑動、下沉3、路基水毀的防治對策

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(zhì)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。

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(diào)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(zhì)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。沿河公路主要水毀類型及一般處置對策

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(guān)，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。沿河公路主要水毀類型及一般處置對策

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(nèi)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及一般處置對策

根據(jù)沖刷防護型式的水流結(jié)構(gòu)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(diào)治構(gòu)造物（丁壩、順壩、阻水堤等）和河道整治（疏浚、改道、理順），調(diào)整河道水流結(jié)構(gòu)，使水流偏離被防護的河岸、路基或?qū)_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(gòu)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(gòu)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)達國家因人工昂貴，多采用便于機械施工的拋石防護。

彎道上護坦沖刷防護試驗丁壩群防護邊坡坡腳使用一段時間后，個別丁壩的混凝土罩面已沖毀，引起丁壩壩頭損壞丁壩對護坡與擋土墻坡腳的沖刷防護丁壩汛期的挑流護岸作用汛期丁壩對沿河公路的防護擋土墻基礎淘空迎水面沖刷導致丁壩傾覆、斷裂擋土墻配合護坦對沿河公路進行沖刷防護護坦部分損壞護坦防護鐵絲石籠丁壩

需要強調(diào)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。

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)定與否與其基礎的穩(wěn)定有密切關(guān)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?qū)⒒A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。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。

在擋土墻、護坡的坡腳處合理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(jié)構(gòu)如圖。設置護坦前后的凹岸沖刷深度變化示意圖護坦防護時凹岸的縱斷面圖山區(qū)公路河彎段沿河路基采用護坦進行基腳沖刷防護沖刷深度的計算

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、擋土墻的基礎埋置深度，是護坡、擋土墻的重要設計參數(shù)之一?？刹捎酶叨饨淌诟鶕?jù)試驗資料結(jié)合現(xiàn)場實測資料建立的公式，以及其它公式。

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(zhì)平均粒徑（m）。也可以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

由于上式是在凹岸為豎直邊坡條件下計算凹岸沖刷深度，當邊坡坡度較緩時，凹岸沖刷深度將有所減少，為反映凹岸邊坡坡度的減沖作用，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水深為：

室內(nèi)試驗實測數(shù)據(jù)與野外試驗工程的調(diào)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。

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??；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:

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(jié)成整體，以提高整體的抗沖刷能力。

從野外調(diào)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(gòu)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。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(jié)構(gòu)，使水流偏離被防護的路基或?qū)_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(diào)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。不管采用哪一種丁壩，它的作用都在于防止水流對路基的有害沖刷。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、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(guān)。丁壩繞流的水流結(jié)構(gòu)長安大學直道水槽試驗丁壩群沖刷防護

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)。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。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。

漫水頂壩平面和平軸環(huán)流示意圖

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(nèi)（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。漫水高度對沖刷深度的影響漫水丁壩的過水斷面隨著漫水高度的增加,壩頭沖刷在減小

挑角的影響根據(jù)丁壩與水流方向間的交角不同，可將丁壩分為上挑、正挑和下挑。挑角的大小不同，對水流結(jié)構(gòu)、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。上挑或下挑漫水丁壩的不同漫流情況淹沒丁壩的旋渦體系

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。丁壩的壩頭沖刷深度

丁壩特別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。

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》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)。長安大學高冬光等人通過對國內(nèi)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

丁壩間距的確定

對于兩個或兩個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(guān)。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取（1～1.5）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(shù)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。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)。

壩距的改變對主回流交界線的影響示意圖

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。（2）彎曲河段的丁壩群防護

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。凹岸丁壩群的布設（XG法）凹岸丁壩群的布設（FHWA法）順直河道的群壩防護使用丁壩防護時應注意的問題丁壩作為一種導流、挑流構(gòu)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