德州市險工治理丁壩技術研究

郭 霞 張長忠 曲軍超

（德州市水利勘察設計研究院 253000） （德州市水利局 253000）

德州市險工治理丁壩技術研究

郭 霞 張長忠 曲軍超

（德州市水利勘察設計研究院 253000） （德州市水利局 253000）

德州市三干流河道險工大部分位于河道坐彎迎流段，本文對此類險工的成因進行了分析，得出了比較適合此類險工的治理技術——丁壩治理技術，并重點對丁壩治理技術進行了深入的探討研究。

三干流河道險工 險工治理 丁壩

德州市隸屬海河流域，境內所轄三條干流河道為德州市主要行洪河道，分別為徒駭河、馬頰河、德惠新河。三干流河道全長380多km，堤防長688.7km，現有險工25處，總長16000余m。其中18處險工位于坐彎迎流段，為德州市險工的主要類型。因此，筆者重點對此類險工成因、相應治理技術進行深入的研究探討。

1 險工成因

險工多位于坐彎迎流段河道，在汛期行洪時，水流沖向凹岸，在彎道頂端處受離心力和慣性作用，形成橫向環(huán)流，在橫向環(huán)流作用下，表層含沙量較小的水流不斷流向凹岸并插入河底，而底層含沙量較大的水流不斷流向凸岸并爬上河灘，形成橫向輸沙的不平衡。加之縱向水流不斷沖擊凹岸，使其岸邊坍塌，泥土不斷被橫向環(huán)流帶到凸岸，這樣長期的相互作用，便形成凹岸不斷坍塌后退及凸岸邊灘逐漸延伸的演變規(guī)律，并使河相、水流形態(tài)發(fā)生明顯變化，進而形成險工。在2010年行洪過程中，比較典型的為各戶屯險工，各戶屯險工位于徒駭河德聊邊界處，2010年徒駭河長時間高水位行洪，其左岸灘地及堤防被沖刷20余m，右岸灘地向河道延伸10余m。

2 治理措施

為穩(wěn)定河道基本流路，縮小河勢游蕩擺動范圍，宜采用單岸整治方案，遵循河勢演變規(guī)律，確定整治流路，因勢利導，就勢護彎，通過采取工程措施，減小對凹岸的沖擊力度，使其不能坍塌，保證兩岸堤防的相對穩(wěn)定性。對于此，單純地采取混凝土或漿砌石護坡工程，已不能滿足治理需求，而在彎道上連續(xù)布置丁壩群，則有利于控導水流，掩護壩襠減少沖刷，保證工程安全。下面對適合德州市河道險工治理的丁壩治理技術進入深入研究。

3 丁壩的一般組成

丁壩一般由護底、壩體、壩根及護坡組成。壩根與河岸相連，壩頭伸向河槽，在平面呈丁字形，丁壩壩頭位置以河道整治線為依據，即通過丁壩工程來實現所規(guī)劃的河槽形態(tài)。

a.護底。護底是為防止壩基河床沖刷，保護壩體穩(wěn)重，而設置的。

b.壩體。在德州市丁壩的壩體一般為梯形斷面。根據壩體所處平面位置和壩高及受力情況以及德州市當地取材情況，采用砂壤土填筑。

壩體的頂面寬度，根據德州市河道實際情況，一般采用2.0～3.0m，壩體的迎水坡為1∶1左右，背水坡為1∶1.5左右。

c.護根。德州市一般采用的是用混凝土直接齒坎。

d.護坡。護坡是為保護枯水位以上壩體而采取的措施，在德州市多采用混凝土板護坡。

4 丁壩的布設

丁壩均布置在河道的凹岸，且一般成組布置，壩根與原有堤岸固接，壩頭一般在新計劃岸線之邊緣，也可通過計算確定。其布置的主要內容包括：壩長、壩間距、壩與河岸的夾角、壩高和位置等。其布置原則是上疏下密，上順下挑，以壩護彎，以彎導流。為取得最好的固堤效果，應進一步根據整治規(guī)劃、水流流勢、河岸沖刷情況，參照已建同類工程的經驗，適當調整丁壩的布設。

4.1 整治線的確定

整治線即為新計劃岸線，為確保整治線選取科學、合理，上段宜采用險工彎段較大的彎曲半徑，以利于工程和河坡結合順流；頂沖段盡量采用較小的曲率半徑，以便在較短的彎曲河段內調整水流；尾段采用適中的曲率半徑，以利工程與下游河坡的結合和送水出灣。

4.2 壩軸線與河岸線夾角的確定

丁壩軸線與整治線的夾角，應視丁壩所挑流及護岸長度的大小確定，為減少丁壩壩頭的沖刷坑深度，根據德州市河道工程基本情況，θ角一般取30°～60°，具體到河道應根據彎道曲率半徑大小適當選擇。

4.3 丁壩長度的確定

整治線到河岸線的垂直距離即為丁壩的有效長度。整治線確定后即可得出有效長度，如夾角確定，則可按下式求得丁壩的實際長度

式中 L——丁壩有效長度，m；

LP——丁壩實際長度，m；

θ——丁壩與河岸夾角，（°）。

4.4 丁壩間距的確定

丁壩間距指各壩中心線間的距離，與壩的長度和夾角有關。其確定與河流的性質有關，要求在丁壩的掩護下，急流不流入壩間，發(fā)生沖刷破壞；挾沙緩流能順暢流入壩間，達到落淤護灘的目標。根據德州市河道工程基本情況，其間距可由下式確定：

4.5 壩頂高程的確定

壩頂高程一般由破壞力較強的造床流量確定。根據德州市實際情況，一般取與灘地同高。洪水上灘時，丁壩即被淹沒。故此種丁壩也稱淹沒式下挑丁壩。

5 丁壩的結構

德州市主要采用粘土心丁壩，用混凝土護坡護腳，壩體外殼為混凝土或漿砌石護坡，最小厚度為0.3m，反濾層（可用爐灰渣代替）厚度為0.2m，壩心用粘土，密度為1.5g/cm3，壩體心墻用1∶2∶2三合土封頂，厚度為0.5m，。壩頭采用半圓形，其基礎可鋪墊一厚0.8m、寬1.5m的塊石層，外面進行混凝土護腳，厚度為0.5m，從壩頭坡腳外沿向外延伸2～3m即可，以防在壩頭局部形成沖刷坑，所用塊石粒徑為0.3m，邊坡為1∶1.2。以上丁壩結構，經驗算和實際應用，地基和壩體穩(wěn)定性都達到要求。

6 丁壩在德州市河道中的應用效果

德州市險工中有11處采用了丁壩整治，取得了良好的治理效果。其中樂陵市馬頰河唐家險工，修建丁壩14條。自建丁壩以來，主流向左偏移20m左右，坐彎迎流段不斷淤積，彎曲段逐漸平順下溜，左岸河灘被沖刷掉20m，右岸已不再坍塌，兩壩之間明顯淤積，最深處達5m，平均淤深3m，達到了治理目的。由此可見，采用丁壩治險能起到控導水流、掩護壩襠減少沖刷、改變河床形態(tài)的作用，實現了由“護”到“治”的轉變，且具有投資小、取材方便、施工簡單、維修方便等優(yōu)點，在德州市河道險工治理中值得推廣應用。