公路水毁防治技术

公路水毁灾害防治

交通部十分重视公路灾害防治技术的研究与应用。早在二十世纪五十年代末，交通部就根据当时公路灾害的特点，与铁道部、水利部等部门合作，开展了“洪水设计频率”、“桥渡一般冲刷”、“桥墩局部冲刷”、“小流域径流计算公式”、“河床糙率的研究”等洪水灾害问题的研究；六十年代末，组织开展了山区公路小桥涵的冲刷防护与消能措施的研究；同时对大、中冲刷防护措施进行了系统研究。至1978年左右，已经形成了一批具有重要价值的研究成果，并在工程实际中发挥了重大作用，为随后相关规范和标准的制定，提供了基础。这一时期是我国公路交通行业的洪水灾害防治研究的一个重要阶段。

上世纪八十年代初至九十年代中期，针对全国公路水毁严重的局面，在交通部的协调组织下，相关省区结合当地的实际情况，开展了山区公路路基排水、沿河公路水毁防治等方面的研究工作。1983年至1991年，陕西省公路局聘请蒋焕章研究员为技术顾问，与长安大学（原西安公路学院）、陕西省公路勘察设计院等合作，开展山区沿河公路的水毁机理以及防护型式的研究，完成了大量的室内模型试验并在水毁多发路段修建了数百处试验工程，减灾效果十分明显。安徽省、四川省、湖南省、云南省等省区，也结合当地公路水毁的实际情况，开展了一系列研究工作，取得了许多成果，为减少灾害损失起到了积极的作用。

1992年，在交通部的支持下，长安大学与陕西省公路局共同承担了交通部“八·五”行业联合攻关项目《山区公路排水与水毁防治技术研究》，经过3年的努力和艰苦工作，完成了大量理论分析计算、室内模型试验、野外现场调查观测以及其它研究工作，圆满地完成了课题的研究目标。上述研究工作对指导和推进山区公路的水毁防治起到了积极的作用，部分研究成果已写入规范或设计手册。研究课题获得了包括省部级科技进步一等奖在内的多项奖励。

随着西部大开发战略的实施，交通部为了支持西部交通建设科技工作，从2001年开始，起动了西部交通建设科技项目。交通部科教司及西部交通建设科技项目管理中心先后组织开展的研究项目中，有关公路灾害与水毁防治的项目有近二十余项，主要包括以下几个方面：1、灾害防治基础理论方面主要：“深挖高填边坡破坏机理与稳定性评价方法”、“山区公路防排水评定方法与抗水灾评估指标的研究”、“西部地区公路地质灾害监测预报技术研究”等。2、边坡防护加固技术方面主要有：“边坡支护方案优化设计”、“边坡加固新材料的研制与开发”、“岩土锚固安全评价与处治技术研究”、“土工合成材料在边坡处理中的应用研究”等。

3、特殊岩土方面，与特殊岩土路基灾害相关的项目涉及到冻土、黄土、岩溶、膨胀土、软岩、盐渍土、沙漠等，形成了若干成套的公路修筑技术，无论在公路建设还是在公路管理养护中均起到积极的指导作用。4、特殊地质条件或特殊路段灾害研究：如川藏公路前龙段滑坡机理及整治技术研究、六盘山地区公路修筑技术研究、国道315线病害治理与生态环境保护的研究、G212线甘肃段滑坡泥石流区公路修建技术研究、三峡库区蓄水初期公路病害防治对策研究、新疆兵团垦区公路灾害分析评价及防治技术研究等。5、公路水毁防治措施：如路基路面排水系统施工技术研究、公路排水系统设计方法的研究、路用排水新材料及应用、公路水毁防治技术研究等，初步形成公路水毁防治成套技术。这些项目研究了灾害的成因机理、形成条件、防治措施、加固的设计和施工方法等，许多技术已经达到国际先进水平。目前，在公路灾害防治方面还有许多研究课题正在进行。

2006年，交通部针对汛情全国公路灾害频发、交通受阻严重的现状，提出进行干线公路灾害防治工程试点，计划先用三年时间(2006-2008年）每年投入2～3亿元开展部分省区的国省干线公路进行灾害治理试点。2006年在福建、湖南、广西、云南、陕西、辽宁、安徽、四川等十个省（区）的24个试点路段实施了公路灾害防治工程。试点完成后，在全国范围开展国省道干线公路灾害防治工程的工作。这项工作对于提高我国公路抗灾能力、充分保障公路基础设施的完好和公路交通运输的畅通，显著减小因公路灾害造成的经济损失和社会影响，具有极其重要的意义。

同时，交通部科教司和西部交通建设科技项目管理中心专门对两个公路灾害防治方面的项目进行了立项，分别由长安大学和中交一院承担，其中“路基灾害防治技术推广及应用示范”由长安大学承担；“边坡加固技术的推广及应用示范”由中交一院承担。两个项目侧重点虽然有所不同，但其主要目的都是为交通部“干线公路灾害防治工程”试点和推广工作提供技术支持；为全国干线公路灾害防治工程的全面开展和制定适合我国国情与公路特点的路基灾害防治技术规范奠定基础，以及相关技术人员的培训工作。一、公路水毁灾害的涵义

二、桥梁水毁的主要类型与防治对策

三、公路路基水毁的主要类型与防治对策

一、公路水毁灾害的涵义

多年来，公路和桥梁的洪水水毁以及因洪水引发的崩塌、滑坡、泥石流等地质灾害，一直都是公路最大的自然灾害。在众多影响因素中，水是最重要和最活跃的所以，在公路、桥梁工程中必然涉及到许多水力学问题。我国公路水力水文科技工作者，于五十年代中期开始了相关的研究工作，经过二十多年来的共同努力，取得了桥墩冲刷计算、大中桥孔径计算、大中桥设计流量计算等多项科研成果，为编制我国自己的《桥位勘测设计规范》（1991年）提供了科学依据。但在上个世纪八十年代以前，对于面广、量大的中小桥，特别是山区公路桥涵、小型排水构造物以及其他公路水毁灾害缺乏系统全面的研究。从八十年代初开始，山区公路水毁的预防与治理研究工作在一些省区逐步开展起来。2002年，为适应公路建设需要，统一公路水文勘测设计方法和标准，交通部对《桥位勘测设计规范》（JTJ062-91）进行了修订，发布了《公路工程水文勘测设计规范》（JTJ062-2002），新规范将公路勘测设计中有关水文调查、勘测和水文水力分析计算方面的内容纳入，并增加了“小桥涵水文勘测设计”和“路基水文勘测设计”的内容。应当说明，该规范主要适用于新建或该建工程。对养护管理中公路水毁的预防性工程和灾害修复工程，则因情况有所不同，需要考虑更多的影响因素，不应简单套用规范。

以水为核心的自然因素对公路、桥涵所造成的破坏是多种多样的，我国公路工程技术人员对公路水毁的预防和治理做了大量的研究工作，并在实际工程中应用，积累了丰富的实践经验。同时，也根据公路水毁的特点和规律，对公路水毁的定义进行了描述，对水毁的类型进行了科学合理的划分。蒋焕章将公路建筑物涉及的水力学问题划分为：1、水毁

公路水毁指因洪水造成的公路建筑物各种类型程度不同的破坏。其主要类型有：桥渡因洪水的冲击与冲刷而造成的破坏；沿河公路及其冲刷防护建筑物因洪水的顶冲与淘刷而造成的坍塌和破坏；因洪水造成山区公路小型人工排水构造物功能失效与毁坏。

2、水害

公路水害系指因洪水淹没等原因而带来的经济损失，主要类型有：公路因洪水淹没而使交通中断；小桥涵、边沟及其它地表排水沟渠被泥沙堵塞而需要疏通；道路被泥沙淤埋而需要清理等。

需要说明的是，滑坡、崩塌、泥石流、路面翻浆、路基下沉与滑动等，尽管属于地质灾害，但主要影响因素仍然是水。所以，在治理这些地质灾害时，关键问题还是应该首先正确处理水的问题。

另外，公路边坡是复杂的工程地质体，影响其稳定性的因素很多，降雨、地表水、地下水是影响其稳定性的最活跃和最主要的因素之一，将边坡因降雨、地表水、地下水引起的失稳问题归属为公路水灾害，也是有一定道理的。

除了蒋焕章研究员对水毁类型的划分，高冬光教授根据造成水毁灾害的原因，将公路与桥梁的水毁分为十种主要类型：（1）河流弯道凹岸冲刷和对岸挑流的顶冲；（2）河道压缩引起的冲刷；（3）路面淹没后急速退水对路面和路肩的冲刷；（4）黄土地区公路排水系统不完善或处置不当；（5）坡面排水不利和坡脚冲刷引起的滑坡和路基滑塌、坍塌；（6）泥石流冲刷、淤埋和堵塞；（7）桥梁墩台和引道冲刷；（8）山区河流上的桥梁因壅水过高，携带大量漂浮物将桥梁上部结构摧毁；（9）河道中大量开采沙石引起的桥梁和沿河路基的冲刷；（10）山区涵洞进出口冲毁或堵塞致使路基坍塌。公路灾害的主要类型除了前面提到的水毁灾害和地质灾害外，还有气象灾害，如：冰冻、雪、雾等。

应注意公路灾害与病害的差异：

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会、环境等因素的影响，导致服务质量下降，影响车辆行驶的安全、顺畅、舒适。如：沥青路面的裂缝、松散、变形等；水泥路面的断角、断板、脱空、表面剥落等；路基的不均匀沉降以及纵、横向裂缝，特殊岩土病害（如：软基、膨胀土、盐渍土等）。公路病害的发生与发展，对公路的影响一般是渐进的，由轻微向严重逐步发展，及时采取有效的预防措施，可以减轻或消除其影响。沿河公路冲刷沿河公路冲刷沿河公路冲刷山区峡谷河段沿河公路水毁沿河公路水毁沿河公路路基和公路旁的房屋水毁路基水毁雨水渗入边坡，引起塌方降雨引起的滑坡沿河公路下边坡冲刷坍塌，上边坡塌方。路基整体坍塌沿河路基水毁沿河公路下边坡坍塌引起路基水毁山区河流桥梁水毁桥梁水毁小桥涵出口损毁泥石流掩埋路面崩塌路基塌方路基塌方路基塌方水流冲刷坡脚引起路基塌方

上述对公路水毁灾害类型的划分，基本上将我国山区公路水毁灾害的主要类型包含在内。可见，公路水毁灾害类型的划分是基本一致的，主要原因是公路水毁与地质灾害的主要影响因子都是水，而且二者的发生具有伴生性。

不论对公路水毁灾害如何进行分类，我们所研究的公路水毁灾害问题应当具有下列特征：

1、它是一种自然灾害。

2、致灾因子主要是强降雨（包括长历时降雨）及洪水。

3、公路建筑物（道路、桥梁及防护工程等）遭到不同程度的破坏，严重时导致交通受阻或中断。

4、公路建筑物破坏的程度与气候、地质、环境条件以及公路等级、防护的完善程度密切相关。

5、这种自然灾害经过人们的努力是可以防治和减少的。

二、桥梁水毁的主要类型与防治对策

1、桥梁水毁的原因与特点

造成桥梁水毁的因素很多，形式复杂多样，主要有：

（1）桥孔过小，排洪输沙能力不足，造成桥前严重壅水，桥下严重冲刷，桥台、桥墩、桥头引道等被冲毁。

（2）桥墩、桥台因基础埋深不够而发生沉陷或倒塌。

（3）调治构造物（如：导流堤、丁坝、阻水堤等）被冲毁。

（4）漂浮物堵塞桥孔，造成桥梁上游壅水过高，对桥梁产生很大的推力和浮力，使桥梁被推倒或冲走。

（5）遇到凌汛，因冰冻或冰凌堆积，造成桥梁局部损坏或全部毁坏。

（6）河槽内长期挖沙，改变了河床的天然形态，使河床面下降数米之多，造成桥梁基础埋深减小，洪水时产生局部跌水、洄流、急弯等，引起局部冲刷，冲倒桥墩，造成水毁。造成桥梁水毁的主要原因包括以下几个方面：

（1）桥位河段的自然变形与稳定性

规范和设计要求:桥位应设在河道顺直、稳定、较窄，河槽、河滩明显的河段。

但由于种种原因（如：受路线的限制，一些中、小桥的桥位难于合理，或由于设计人员对河流性质、河床演变及地质状况认识不深，以致选择了不当的桥位，或当时的技术和资金限制，无法做到合适桥位和完善的防护等），使得桥位未能设在满足上述要求的河段上。

或是原桥位设在本来顺直的河段上，后来因河道变迁，形成了不利于排水输沙和顺利通过漂浮物、冰凌的桥位河段。这些情况多发生在宽浅变迁、宽浅游荡和宽滩蜿蜒等河段上。

其后果是：

造成抄后路，冲断引道路堤；

水流与桥轴线形成很大的斜交角度，增加了桥墩的阻水宽度，造成严重的桥墩局部冲刷；

原有的调治构造物不适应新的水流条件。经验证明，下列情况的桥位选择较为困难，发生水毁的可能性较大：

1、路线穿越地形复杂的山区时；

2、路线跨越泥石流冲积扇中部扩散段时；

3、路线跨越游荡性河流时；

4、路线跨越弯曲河段时，凹岸冲刷易造成桥头冲毁。

5、路线跨越“发育过程中的河流”，河床的下切或淤积造成基础冲刷或桥下净空不足。

6、路线跨越人类活动强烈的河段，水利设施的修建或人工挖砂，都会对桥梁安全造成影响。（2）桥梁墩台基础的埋深

桥梁墩台基础的设计埋深，取决于墩台处的最大冲刷深度和地基承载力。

目前，桥梁墩台冲刷深度的计算方法和钻孔灌注桩深基础的施工技术已比较完善，新建桥梁的桥墩、台冲刷引起的水毁已不多见。因桥梁的桥墩、台冲刷引起的水毁多见于二十世纪八十年代以前建成的浅基桥梁。桥梁墩台遭受的冲刷主要有自然冲刷、一般冲刷和局部冲刷。在新建桥梁设计中，应充分考虑上述三种冲刷综合作用造成的最大冲刷，以确定墩台基础的埋置深度。对于已建桥梁，为防止水毁的发生，应经常现场调查，分析在现有河床条件下可能出现的冲刷深度，判断墩台基础的埋置深度是否安全可靠以及是否需要进行冲刷防护。

除了考虑上述自然冲刷、一般冲刷和局部冲刷外，在某些特定条件下的桥渡冲刷中，尚应计入由于人类活动而造成的冲刷，人类活动影响的冲刷主要有以下三种类型：

1、溃坝冲刷

此类冲刷是由于桥址上游水库大坝溃决后，溃坝水流在桥址断面上所造成的冲刷。我国地域广阔又是一个农业大国，因此修建的水库较多。据水利部门的统计，我国已建成的水库达8.4万座以上，其中大型水库326座，中型水库2975座，其余皆为小型水库。由于小型水库基数较大，且设计标准低，施工质量和管理水平差，病险水库大量存在，溃坝的数量也相当多，占全国溃坝总数的96％。这些小型水库分布面广，对公路的安全威胁甚大。应根据溃坝流量计算冲刷深度。2、清水冲刷清水冲刷是指桥址上游修建水库以后，水库下泄的清水在桥址断面上造成的冲刷。此类冲刷特别是大型水库，而且是新建的大型水库，上游河段下泄的泥沙都被水库大坝拦截淤积在库区以内，水库下泄的流量较大而且含沙量极低接近于清水，当水流行至桥址断面时，由于水流的挟沙能力仍然很大，而水流本身的含沙量又很低，因此必然要在桥址附近挟起大量泥沙，从而形成所谓清水冲刷。清水冲刷在桥址断面可能形成数米甚至十余米的冲刷深度，主要取决于桥址断面与水库大坝的距离大小。清水冲刷，特别是大型水库的清水冲刷，目前宜以水工模型试验确定其冲刷值。

3、采沙冲刷

采沙冲刷是指桥址下游人为的大量取沙而形成的溯源冲刷，逐步发展至桥下从而影响桥渡建筑物的安全。此类冲刷虽在一般情况下不如溃坝冲刷或清水冲刷严重，但随着国民经济的发展，用沙量逐年增多，因而必然会发展成为危及公路桥梁安全的普遍性问题之一。我国公路部门虽然规定在桥梁下游一定距离内不许人工采沙，这项规定对桥梁的安全保障有一定的积极作用，但由于种种原因，规定执行得并不另人满意。因此，对于桥梁上、下游人工挖沙严重的情况下，公路管理部门应密切关注，必要时应通过水工模型试验验证桥梁的安全程度，并确定相应的制止挖沙办法或桥梁基础防护措施。（3）调治构造物的布设与冲刷防护

大量的桥梁水毁实例证明，桥梁调治构造物应当视为整个桥渡的重要组成部分。调治构造物除了改善水流条件外，更重要的是稳定桥位河段，以保证桥梁及桥头引道的安全，对在变迁性大、稳定性差的河段上建桥尤为重要。

1）调治构造物的布设

应根据桥位河段的稳定性与实际需要确定调治构造物的形式和布设方法，充分考虑桥位、桥孔长度和桥孔位置等因素。桥位选择较好、桥孔长度和布设位置都比较合理的桥渡，需要布设的调治构造物也较少。反之，为保证桥梁的安全，需要布设的调治构造物及规模必然较大。

2）调治构造物的冲刷防护

调治构造物的基础应埋入总冲刷深度以下，并取一定的安全值，位于河槽内时，安全值取1-2m，位于河滩内时，取0.5m。

常用的调治构造物有导流堤和丁坝。

导流堤一般采用土堤结合边坡加固。水流沿导流堤绕流形成沿迎水面的冲沟，最大冲刷深度出现在导流堤上游堤端点到上游堤长大约1/3的范围内。迎水面的冲刷防护可以采用石砌护坡配合护坦的防护形式，导流堤上游端部到上游堤长1/3～1/2的一段为防护重点。

桥梁调治构造物中的丁坝，多采用铁丝石笼的形式。可随冲刷下沉就位和随时进行修补，一般水毁较少。西安灞河铁路桥旧桥水毁倒塌山区河流纵向桥的冲刷与防护桥墩、排桩的水流桥梁水毁桥头锥形护坡被毁导流堤受到洪水的冲刷，采用铁丝石笼和排桩对坡脚进行防护2、桥梁水毁的防治对策

公路桥梁的设计，并不只是主体工程桥梁的结构设计工作，而是整个桥渡的设计工作，包括：

（1）结合路线的总方向选择一个合理的桥位；

（2）确定合适的桥孔位置、桥孔长度和高度；

（3）按照桥墩、台处可能出现的最大冲刷深度与河床地质情况，确定桥墩、台的基础埋深；

（4）合理地布设桥头引道和必要的调治构造物；

（5）选定合适的桥梁方案、上部构造形式和墩台结构形式等。

一座合格的跨越江河的桥梁，必须满足两方面的要求，既要保证车辆、行人安全通过，又要保证桥孔能够安全、顺畅的排泄洪水和输送泥沙以及各类漂浮物。

由于桥梁墩、台是直接修建在河道或海湾中，一旦出现水毁，修复困难，后果也比较严重。

因此，桥梁水毁的防治应着眼于预防，对于绝大多数的桥梁这也是可以做到的。这就要求在桥梁勘测设计阶段，全面搜集水文和河床变形资料，正确处理桥位选择、桥孔布设、墩台型式选择以及调治构造物的设置等桥位设计问题。正确的桥位设计是避免桥梁水毁最主要的和最主动的措施。根据前面的分析，造成桥梁水毁的原因十分复杂，概况起来有三个方面：

（1）水文：必须在勘测设计阶段，通过广泛搜集资料、结合河段具体情况采用合理的计算方法予以解决。若存在缺陷或隐患，则桥梁建成后难以找到全面补救的合适方法。

（2）河床演变：河床演变是水流与泥沙相互作用，产生河床冲淤变形的结果，是河流的自然属性。在桥位选择、桥孔设计、墩台型式选择以及调治构造物的布设时，应根据实际情况选择正确的方案，大部分问题可以解决。对于一些难以预料的人为因素和自然条件变化，则进一步分析后，采取相应的调治和防护措施，以保证桥梁的安全。（3）桥墩、桥台和调治构造物的冲刷

桥梁墩台的冲刷防护是抵御洪水破坏的最后一道防线。

目前，国内外关于冲刷防护的研究已取得许多成果，工程上也积累了丰富的经验。

冲刷防护应遵循对洪水“顺其性、挫其峰、分其势、稳其流”的原则。

调治构造物的布设，应遵循顺应水势、因势利导和因地制宜的原则。

防护材料及型式很多，如：浆砌块（片）石、石笼、混凝土预制块沉排、抛石、土工材料、各式挡土墙、丁坝及丁坝群、透水排桩、滞水坝等等。4、桥梁水毁的防治措施

1）增建水流调治构造物防治桥梁水毁可根据河流的特点，分别情况，采取措施：

(1)稳定、次稳定河段稳定、次稳定河段上桥梁水毁防治措施，可根据桥下滩流、河床冲淤分布的实际需要以及水流流向等，分别情况加以选择。(2)不稳定河段

在不稳定河段上桥梁水毁防治，可根据河岸条件、河床地貌以及桥孔位置等，分别情况采取措施。

2）桥梁墩台的浅基防护桥梁墩台应具有足够的埋置深度，使得在通过设计频率洪水的时候仍能够保持稳定。桥梁浅基是指在通过设计流量的情况下，墩台基础处在最大冲刷线以上，或虽在最大冲刷线以下但不够安全深度。桥梁浅基形成的主要原因有：（1）修建时标准低，质量差，历经破坏后修复草率。（2）缺乏可靠的水文资料，水文计算粗糙，未能正确设置墩台埋深。（3）调治结构物的设置不当，使按边滩设计的桥墩变为主槽中的浅基墩。（4）改建桥台锥坡或桥下便道时，过多压缩过水断面而增大了河床的冲刷深度，使桥墩的埋深不足。桥梁浅基可能威胁到汛期的安全，严重时会造成桥梁被冲毁。桥梁浅基防护就是通过削弱水流的冲刷能力，提高基础周围河床的抗冲刷能力，或者采取加深基础满足安全深度等方法，来减小洪水时发生水毁的可能性。浅基防护的原则（1）浅基防护在允许的条件下应以根治为原则，可采用永久或半永久的防护工程，以达到防治一处、消灭一处隐患的目的。（2）在方案的选择上，应以“因地制宜，就地取材、经济合理”为原则，既要考虑到当年投资，又要考虑到防护工程的耐久性及长期效益。（3）防护设计应以尽可能减少对河道的挤压为原则，防护体的顶面标高应尽可能地降低。（4）应按等强度防护原则考虑全桥（包括桥头锥形护坡）的抗冲强度。（5）浅基防护原则上应与河道整治相结合。类型适用范围设置要求优缺点整孔防护在全桥或数孔范围内设置整体防护山区及山前区的漂石及砂质河床，或平原区砂质河床集中冲刷不严重的河段，当枯水期水深较浅，便于施工，桥梁孔径较小，桥下净空允许时整孔防护的顶面标高力求降低，以尽量少影响排洪能力，但不必一定要求设置在一般冲刷线整体性强，抗冲能力大，且在一定程度上可防护一般冲刷；但若一旦发生缺口，则将产生集中冲刷造成拉沟的严重后果局部防护形式：1、平面防护2、立体防护3、临时防护目的：在桥墩、台周围为防止水流局部冲刷而设置的防护措施平原区砂质河床或山前区砂卵石河床，天然河床下切及一般冲刷较小，桥梁孔径较大如将防护高程设置在一般冲刷线则较好，若设置较高，效果降低，被洪水冲毁的可能性增大较整孔防护压缩桥下过水断面为小浅基防护的基本类型序号防护类型容许最大流速（m/s）序号防护类型容许最大流速（m/s）1混凝土护底，厚0.3-0.4m大于4.04料石护基2.5-3.52浆砌片石护底厚0.3m3.05铅丝石笼护底护基2.5-3.5厚0.4m4.03钢筋混凝土块排护基3.5-4.56干砌片石2.0-3.0浅基常用防护类型及容许最大流速桥梁浅基的整孔防护

整孔防护时的具体尺寸计算包括：

（1）下游垂裙处的冲刷深度、埋置深度和下游防护长度。

（2）墩前防护长度。

（3）上游垂裙处的冲刷深度、埋置深度。

可参照相关的计算公式。

需要注意的是，整孔防护顶面标高一般可设置在现有河床最底点高程处；防冲材料按流速大小采用浆砌片石或混凝土。类型适用范围优缺点浆砌片石（或混凝土）护底1、山区及山前区，漂石、卵石及砂质河床（或平原区砂质河床集中冲刷不严重的河流），枯水期水不深，便于施工，桥梁孔径较小，桥下净空允许，局部防护难以设置于一般冲刷线者2、当最大流速小于或等于4m/s时采用浆砌片石，大于该数值时再进行计算，采用其它方式3、是最为常用的一种整体防护形式1、整体性和抗冲能力强，使桥下冲刷均匀化，比干砌片石、石笼等的整孔防护耐久，易保养，效果好2、一般需围堰抽水，造价高；在严寒地区可能造成基础冻害拦砂坝桥下河道比降大、水流急的河段，或下游挖砂造成河床下切，当河宽不大时，可在桥梁下游适当位置设置拦砂坝效果较好，但对粉砂粘土河床，因表层冻结可导致底层细砂流失而导致失败干砌片石护底流速较小（平均流速2-3m/s）的间歇性河流造价比浆砌片石护底低，施工方便，但抗洪能力低，使用年限短，目前不提倡石笼护底平原河流砂质河床，平均流速2.5-3.5m/s；对河床下切不大或一般冲刷较浅的河流较为适宜；山区大颗粒河床容易把石笼掏空导致翻卷，不宜采用与石笼护基基本相同，造价比浆砌片石低，在间歇性河流上不一定需抽水施工，但整体性较差，维修工作量大常见的整孔防护形式及其适用范围桥墩附近水流结构及冲刷现象示意图以浆砌片石护底为例：浆砌片石护底是桥梁浅基整孔防护最常用的一种。

浆砌片石护底尺寸示意图（单位：m）上游垂裙上游垂裙此类防护适用于山区及山前区，漂石、卵石及沙质河床（或平原沙质河床集中冲刷不严重的河流），枯水期水不深便于放工，梁跨较小，净空允许，局部防护难以设置于一般冲刷线者。若防护顶面有条件设置于一般冲刷线，则采用局部防护即可，而不必采用整孔防护。当流速v≤7m/s时，可采用浆砌片石护底；当流速v＞7m/s时，宜采用混凝土护底。

此外，在天然河底下切或桥渡一般冲刷较大的河段上，或有潜流危害时，应增加垂裙深度及强度；在严寒地区尚应考虑护底受冰冻的危害；在稳定河段上，为减少壅水、有利于农田排灌以及减轻含碱河流的腐蚀作用，可将护底作成凹槽；下游锥形护坡的垂裙应与浆砌片石护底下游垂裙做到等强度，以防止水流突破较弱部分，导致整个防护体的破坏。

当桥下进行整孔防护以后，改变了桥与水流原有的关系。桥渡冲刷性质也就相应发生明显的变化。如果整孔防护设置合理，即可消除桥墩台周围的局部冲刷，并可在一定程度上防止桥下一般冲刷对墩台基础的危害。但水流仍具有较大动能，势必在防护体下游引起剧烈冲刷，使下游冲刷成为为主要矛盾。整孔防护下游垂裙后面冲刷坑的深度，与水流条件、河床泥沙（河床质组成）以及整孔防护的平面尺寸、水流压缩程度有关。

上述诸因素中，过桥水流的冲刷能力与河床泥沙的抗冲强度是下游冲刷最主要的因素；而整孔防护上下游冲刷深度则是确定整孔防护上下游平面尺寸与垂裙基础深度的基本依据。

水流通过桥梁时，由于水流结构的改变，使水流更为紊乱，形成极其复杂的旋涡，加之过桥水流速度的增加，致使整孔防护的下游形成强烈的冲刷，可能危及防护工程及桥梁墩台的安全。因此，防护体下游端部（垂裙处）的安全是关键。

大量试验和现场观测表明，桥孔整体防护后，防护体上游端的冲刷是较轻微，下游端的冲刷相当剧烈。甚至有些桥孔整体防护就是因为下游冲刷严重导致防护工程冲毁。

桥梁浅基的局部防护

桥梁浅基局部防护是指在桥墩台周围为防止水流局部冲刷面设置的防护措施。

显然，局部防护仅能防止水流局部冲刷而不能防止一般冲刷，因此，局部防护必须在一般冲刷已充分发展的基础上才能获得应有的效果。也就是说局部防护的顶面高程应设置在一般冲刷线，才能获得预期效果。反之，若局部防护顶面高程设置较高，则不仅减少过水断面，从而增大一般冲刷，引起跨中拉沟的不利情况，同时由于桥墩附近阻水增大，局部冲刷也相应增大，以致造成相反的效果。

局部防护原则上应设置在一般冲刷线处，但是由此产生两个基问题：

（1）一般冲刷深度尚难以准确计算，冲刷线不易划准。

（2）施工上存在较大困难。

另外，如果将局部防护布置得高于一般冲刷，则可能增大桥墩阻水面积并形成较强的涡流，导致局部冲刷加剧，而且桥下过流断面减少后又会增大桥下的一般冲刷。

因而，局部防护的关键问题是防护体顶面的标高应当尽量接近一般冲刷线。

局部防护常用的办法有：平面防护、立体防护和临时性防护。

1）平面防护平面防护是指在墩台周围一定范围内的河床表面进行的防护，它又可以分成两种类型：柔性防护和刚性防护。依据各自的功能以及材料、形状的不同，上述两类防护有可以分为若干中种。类型功能防护体种类柔性防护可随河床变形而自动沉落以抵御冲刷的继续发展1、石笼护基2、柴排护基3、混凝土块排护基刚性防护凭借防护体自身刚度，防止在下卧层局部掏空时发生大量断裂而导致的冲毁1、混凝土或钢筋混凝土箍墩太基础2、浆砌片石或钢筋混凝土护基3、干砌片石护基4、混凝土块或料石护基桥台和桥墩护坦防护剖面图a)桥墩护坦；b)桥台护坦桥墩浅基的冲刷水泥混凝土板或混凝土预制块防护马蹄形大型铅丝笼填石护墩石笼防护混凝土板防护块、片石防护2）立体防护

立体防护因防护平面范围小，一般压缩桥下过水断面也小，只要在施工条件允许的条件下，河床地质能适应，防护建筑物又能够抵御墩、台周围因防护而加深的冲刷，就是一项合理可靠的防护办法，但目前此类方法在公路工程上应用较少，主要是经济因素和冲刷防护的理念不同。常见的防护类型如下表所示。种类适用范围结构要求板桩围堰内填片石河床地质适合打桩，木板桩只能用于砂质河床主要靠深入局部冲刷线以下的闭合桩群来防止基底掏空，所以板桩打入河床应有足够深度以抗御冲刷。木板桩顶应在最低水位以下。桩围幕压浆钻孔灌注钢筋混凝土桩适用于粗颗粒河床的河流上；如岩层上覆盖层浅，应使桩尖嵌入岩层，适用于山区水流湍急的河流可用板桩和钻孔桩（桩径较小），做成密闭的围幕，施工技术要求高，工期较长。围幕内压注水泥砂浆化学加固土体对于大孔隙土效果较好，细砂和粘土不适用将墩、台周围一定深度和一定平面范围内的河床土质进行化学加固的方法。优点是防护体可埋在一般冲刷线以下。应根据不同的河床质，采用不同的配合比的化学浆液（水泥、铝酸钠、水玻璃及其它化学材料）消能桩辅以消能盘流向稳定，一般冲刷较小，局部冲刷较大，漂浮物不多的河段上的圆柱桥墩或与水流正交的其它桥墩消能桩是指墩前设立的以消弱水流冲刷能力，减少局部冲刷，起消能作用防护的桩。消能盘一般以桩支撑，消能盘顶面越低，防护效果越好，可见减小局部冲刷深度30%-60%。立体防护板桩墩头防护板桩防护3）临时防护

常用的方法有抛石、抛石笼，是汛期洪水冲刷已威胁到墩台基础安全时的抢险方法，仅限于常年有水的河流，迫不得已时采用。

其防护效果取决于抛投体的重量和抛投位置的正确性。

抛投体的大小一般应根据水流参数、墩形和抛投成垛的斜坡稳定性来决定。大桥抛石防护中小桥抛石防护三、公路路基水毁的主要类型与防治对策

1、常见路基水毁的破坏形式及原因

1）山区公路中许多路段与河道并行，沿河路基常因河弯凹岸冲刷、顶冲与斜冲而发生坍塌或遭到破坏。

2）小桥涵被冲毁后，造成两端路基水毁。

3）路面设计高程不够，洪水漫溢路面，冲刷路面造成路面和路基水毁。

4）公路紧靠山边，暴雨时水从山坡汇流而下，轻则冲刷路面，重则冲毁路基。

5）滑坡、崩塌体堵塞路基边沟，使边沟排水漫溢到路面上，冲毁路面和路基。

6）因小桥涵的位置设置不当，或孔径偏小，或被泥沙堵塞，不能顺畅地排水与输沙，造成洪水漫溢路面，冲毁路面和路基。

河流弯道的水流示意图弯道环流导致凹岸冲刷、凸岸淤积，位于河弯凹岸的沿河公路容易因冲刷导致路基损毁

弯道环流是导致沿河弯凹岸公路路基冲刷的主要原因。由弯道水流试验观测发现，对于一般河湾，弯顶附近环流已发展得相当充分，且直至弯段出口断面处，环流强度也无很明显的衰减。水流出弯后，虽然离心力已消失，但由于惯性作用，环流仍有一定的强度，可以影响到下游相当长的距离。对同一河湾而言，环流充分发展的部位还随着流量的大小而在弯顶附近“下挫”或“上提”。环流强度变化较快的区域主要是弯道进口断面至弯顶附近和出弯后的直段，对应于进弯后的环流逐渐发展加强和出弯后的衰减，相对而言，出弯后的环流衰减更为重要，它直接影响弯道凹岸出口下游直段的冲刷范围。河流弯道河床冲刷变形示意图水流方向

等半径连续弯道的输沙带两个反向90°弯道的地形和中泓线人们往往根据工程实际的需要，对河湾凹岸进行护岸、护脚，抑制水流对凹岸河床的冲刷。但经过工程护岸后，沿凹岸的弯曲水流得以稳固，环流可以得到充分发展，沿凹岸的集中冲刷深度将加大，甚至可能危及护岸工程的安全。显然沿河湾凹岸的公路与固定河岸起着相同的作用，将受到水流的强烈冲刷，若路基的坡面和基脚未采取相应的防冲措施，则有可能因此导致水毁。凹岸冲刷范围和最大冲刷深度的位置直接影响了防护工程设置的位置与范围，而正确决定防护工程的位置、范围对于防护效果和防护工程自身的安全是至关重要的。弯道凹岸防护范围

当弯道中心角小于90时，凹岸的冲刷起点在弯顶附近；大于90时，起冲点往往在弯顶偏向上游，因此防护的起点可以取在弯顶向上游加一个安全长度LA的位置，安全长度小于等于一个河宽B，即LA≤B

。防护的终点，可以按试验资料分析得出的经验值，出口直段防护长度取为2B。多年的工程实践表明，人们往往对弯道内的防护较为重视，而对弯道出口下游直段的防护则认识不足，而水毁往往出现在这些地方。所以弯道内防护与弯道出口下游直段防护，应结合具体的水流与河道条件统一考虑。沿河公路路基冲刷防护，应根据河段的洪水特点、河床形态和变形规律、河床质的组成等因素，综合分析水流在该河段上的运动特点和流动状态，进行相应的水力、水文计算，选择合理的防护工程型式及相应的尺寸。小桥涵出口铺砌末端的平轴旋涡导致局部冲刷，严重时造成铺砌和出口损毁，进而引起桥涵以及与之相连的路基水毁。沿河公路公路挡土墙水毁洪水位超过路面，纵向冲刷路面和路基，尽管一部分挡土墙完好，但路面和路基损毁。水上路面，对路肩和路基造成冲刷。沿河公路挡水墙冲毁后的路基水毁以及内侧边沟的损毁、挖方边坡的坍塌挡土墙的基础部分损毁,水漫路面导致土路肩冲毁。挡土墙基础为片石混凝土基础，部分基础放置于基岩上。基础局部淘空后，挡土墙未出现变形、下沉，但路基的沙砾填料被水淘走，出现三个漏斗。沿河公路路基挡土墙水毁导致路基冲毁沿河公路路基挡土墙基础淘空，墙体开裂、变形、下沉，路基沉陷明显。沿河公路路基的填方部分被洪水冲走，只留下基岩。强降雨时山区公路排水沟渠的水流具有很强的冲击力,容易造成渠道和小桥涵进出口的损坏造成上述水毁的主要原因：1）路基冲刷

路基冲刷水毁主要发生在山区，许多路段与河道并行，路基常常是半填半挖或全部为填方筑成。对于挖方边坡,在降雨条件下,其天然岩土边坡随含水量的变化、坡面冲刷作用以及人为因素的影响而丧失稳定，引起滑坡、坍塌；对于填方边坡，因坡脚受水流冲刷和浸泡，使临河一侧的路基坍塌。河道水流对沿河路基的冲刷包括两个方面：一是水流流过路基边坡坡面，冲刷坡面泥沙颗粒和岩屑、碎石，将其带走引起坡面冲刷；二是对边坡坡脚的冲刷，因弯道、对岸挑流、绕流等因素引起螺旋流、旋涡等，冲走边坡坡脚的泥沙，造成坡高、坡度增大，使边坡失稳坍塌。

由于填方路基多由开山废渣填筑，若路基边坡未进行冲刷防护加固措施，则在一般洪水条件下，因水位较低、流速不大、坡脚块石较大，尚能够抵御洪水冲刷而保持路基边坡的稳定。

当遇到较大的洪水时，水位高、流速大，而边坡上部的块石较小，坡度也较陡，则边坡中的岩屑、小块石较容易被冲走，从而造成路基坍塌，出现路基缺口或半个以上路基被毁。在路基水毁中，这类水毁居多。

对坡面的冲刷防护可采用适当的抗冲材料进行铺面，石料丰富的地区常采用浆砌（干砌）片石（块石）护坡；流速大、河道狭窄、边坡较陡的路段，常采用重力式挡土墙，除平衡土压力和减少侵占河道过水面积外，还可抵抗水流的冲击与冲刷。水流对坡脚的冲刷导致边坡坍塌，坍塌物质被水流冲走后使坡脚的冲刷继续发生，坍塌则不断发展。若采取措施，使坍塌物质不被水流带走，或加固坡脚，提高坡脚的抗冲能力，使坡脚冲刷无法持续进行，则有利于边坡的稳定。显然，加强沿河路基坡脚的防护对防治公路水毁是十分重要的。

可见，对于沿河公路上部的挖方边坡，必须设置完善的截排水系统，拦截地表径流的进入，同时排除坡体的表面水和地下水，使其沿排水系统安全进入天然河道。对于沿河公路的填方边坡，应从提高坡面和坡脚的抗冲能力以及改善水流条件入手，采取综合措施，使边坡能够抵御冲刷或免受冲刷。2）路基冲刷防护建筑物的重复水毁

每年汛期，全国各地公路水毁大量发生，养护管理部门需要投入大量的人力、物力用于公路水毁的抢修和修复。

但由于各种原因（包括管理模式、资金、时间、技术力量等），在设计、修建水毁防护工程时，往往根据经验判断，或者是工程施工质量、时间及完善程度难以保证，或采用简单的工程恢复方法。导致有些防护工程遭到重复水毁，造成了冲了修、修了再冲的被动的局面。

可见，在设计、修建水毁防护工程时，应根据造成水毁的具体原因，有针对性的进行科学合理的设计和施工，才能有效减少重复水毁的发生，使沿河公路路基的冲刷防护工程不断完善，提高公路抵御洪水灾害的能力。

3）各种排水建筑物的设计与布设

山区公路排水系统应该是完整、协调的，各个部分不仅稳定可靠，而且是相互衔接合理。既要满足排水要求，还要输送泥沙。

目前，因为各种原因，一些山区公路的排水系统缺乏系统设计，排水设施的衔接不够合理，排水沟渠的防冲、消能措施及自身抵御灾害的能力较差。往往造成输沙不畅，堵塞边沟、小桥涵，水漫路面，冲毁路面和路基。有时上游渠道汇集的地表水，没有合适的出口，造成边坡的集中冲刷，致使边坡失稳。

有时因排水沟渠自身稳定性差，出现局部损坏而未及时修补，降雨时水流从损坏处流出，集中冲刷路基、边坡，造成水毁。

因此，山区公路的排水系统设计，必须根据流域的特征，结合具体的地质条件，系统的布设排水设施，并注意上、下游的合理衔接（截水沟、急流槽、排水沟、边沟、小桥涵等），以保证顺畅地排水与输沙。坡面排水系统坡面排水系统坡面排水系统排水沟渠的衔接与消能急流槽损坏造成集中冲刷黄土地区公路地表排水沟渠的损坏急流槽局部损坏，应及时修复。否则，遭遇大洪水时将会造成严重后果黄土地区公路排水沟渠因渗漏、冲刷引起的破坏涵洞进口处排水沟水毁导致路基损坏涵洞出口处急流槽损坏导致集中冲刷，形成落水洞排水沟水毁排水系统的损坏引起公路水毁排水系统损坏造成路基水毁黄土冲沟发生洪水，导致沟壁坍塌，使路基边坡垮塌黄土地区公路急流槽出口的坍塌急流槽断头冲坑黄土地区高速公路涵洞出口未连接急流槽将水流送至路基范围之外，引起路基破坏黄土高边坡滑坡最下面的两级边坡为浆砌片石护面墙，上面各级为喷浆护面。边沟被堵塞，造成水流漫溢路面排水系统设置不当引起路基滑动、下沉3、路基水毁的防治对策

路基应该满足稳定性、强度和刚度等各项指标的要求，确保公路正常、安全地使用。故对一些公路边坡，必须进行必要的防护与加固。

路基防护必须与地形地貌、水文地质和生态环境相适应，使公路工程与环境成为一个和谐的整体。

路基防护按其部位与功能分为坡面防护和冲刷防护两类。

（1）坡面防护：防止路基边坡坡面的暴雨淋洗和洪水冲刷，以及岩石风化、崩塌、脱落等坡面破坏而采取的措施。

常用的有植物防护（植草、铺草皮、植树等）和灰浆防护（抹面与捶面、喷浆、勾缝、灌浆等）。

（2）冲刷防护

沿河路基、河滩路基、桥头引道、海岸（湖岸）路基等路基临水面边坡的防护，属于冲刷防护。

沿河公路水毁主要类型一般情况下的防护与处理对策1、河湾凹岸的冲刷（包括股流弯曲对路基的斜冲、地形变化或挑流引起的顶冲或斜冲等）调查河段的特征与类型、水流特点、河流特征（如平面形态、河床质组成等），分析凹岸冲刷（或股流冲刷、顶冲与斜冲等）的具体情况，包括冲刷的位置、范围、深度。峡谷河段宜采用石砌护坡、挡土墙防护，或护坡、挡土墙配合护坦、抛石进行基础防护；山区开阔河段、变迁性河段可采用石砌护坡、挡土墙防护，或护坡、挡土墙配合护坦、漫水丁坝群进行基础防护。材料、工艺可以根据当地的实际情况选择浆砌、石笼、预制混凝土板（块）及土工材料等。沿河公路主要水毁类型及一般处置对策

沿河公路水毁主要类型一般情况下的防护与处理对策2、顺直河道和弯曲河道的压缩冲刷（包括地形突变引起的河道变窄，人为因素导致的河道断面突然缩小等）沿河公路的压缩冲刷与桥梁一般冲刷类似，冲刷深度与压缩断面的水流速度、压缩断面进口处的形状有关，应特别注意断面压缩引起的挑流等作用。一般情况下应采用边坡直接防护型式（如：护坡、挡土墙），配合护坦进行基础冲刷防护。不宜采用丁坝、丁坝群再对河道断面进行压缩，在某些条件下也可以采用短、密、低的漫水丁坝群防护。沿河公路主要水毁类型及一般处置对策

沿河公路水毁主要类型一般情况下的防护与处理对策3、洪水位过高，淹没路面，水流纵向冲刷或急速退水冲刷因河流断面过度压缩、洪水位过高或设计水位偏低、路基设计高程偏低等原因，导致洪水期路面被淹没。通常应避免过分压缩河道，对特别不利的局部地形可以进行整治清障；提高路基高程；完善路基路面排水系统；硬化路肩，提高抗冲能力。4、河道挖沙引起河床下切，路基冲刷、基础埋深不足引起沿河公路路基水毁加强河道管理，禁止在沿河公路上下游一定范围内作为开采砂石的料场；观测、分析河道挖沙对河流水势、河床变形的影响，及时对沿河公路路基采取防冲加固措施。沿河公路主要水毁类型及一般处置对策

根据冲刷防护型式的水流结构和防护机理又可分为直接防护和间接防护两类：

（1）直接防护

直接加固坡面、坡脚或基础，提高其抗冲刷能力。常见的依附在边坡坡面、坡脚及其基础上的防护工程设施有：砌石护坡（护面墙）、挡土墙、混凝土预制板、土工织物、护坦、抛石、石笼、梢料等。

（2）间接防护

通过修建各种调治构造物（丁坝、顺坝、阻水堤等）和河道整治（疏浚、改道、理顺），调整河道水流结构，使水流偏离被防护的河岸、路基或将冲刷段变成淤积段，达到防护的目的。这类工程侵占河道，对河道水流改变较大，对上下游甚至对岸都有一定程度的影响。同时，这些构造物也受到水流的强烈冲刷与冲击。但在洪水期，即使这些构造物的局部被毁，也不至于立即危及路基，达到了汛期防护的目的，汛后修复即可。

我国多采用砌石（石笼）丁坝、顺坝、导流堤。发达国家因人工昂贵，多采用便于机械施工的抛石防护。

弯道上护坦冲刷防护试验丁坝群防护边坡坡脚使用一段时间后，个别丁坝的混凝土罩面已冲毁，引起丁坝坝头损坏丁坝对护坡与挡土墙坡脚的冲刷防护丁坝汛期的挑流护岸作用汛期丁坝对沿河公路的防护挡土墙基础淘空迎水面冲刷导致丁坝倾覆、断裂挡土墙配合护坦对沿河公路进行冲刷防护护坦部分损坏护坦防护铁丝石笼丁坝

需要强调的是，直接防护和间接防护工程应充分考虑与植物防护形式配合，如采用沿河滩、河岸植树造林、植草护坡及其它生态环境保护措施，将会起到积极的防护效果和环境保护效果。在目前大力提倡生态环境保护的形势下，显得更为重要。

目前，我国常用的路基冲刷防护型式主要有：

1、浆砌（干砌）片石（块石）的护坡、挡土墙、护坦防护

1）浆砌片石护坡，常用于坡度较缓（坡比小于1）、水流速度较大（4-6m/s）或波浪较大及可能有流冰、漂浮物冲击时的坡面冲刷防护。

它只能起到防冲作用，不能抵抗土压力。

2）浆砌片石挡土墙，常用于坡度较陡（坡比大于1）的边坡，砌筑厚度较大。

它既能抵御洪水的冲刷，又能承受土压力。坡面可承受5-8m/s的水流速度，可承受更大的水流、流冰和漂浮物的冲击。

沿河路基采用较陡的边坡配合浆砌片石护坡或挡土墙来支撑路基填土以及抵御洪水冲刷，则浆砌片石护坡、挡土墙的墙体稳定与否与其基础的稳定有密切关系，就涉及到基础埋深问题。首先，护坡和挡土墙的基础埋深应在最低冲刷线以下，或将基础直接放置在基岩上且牢固连接。只有这样对路基的防护才是比较可靠的，保证护坡和挡土墙的基础不致因洪水冲刷而淘空，导致护坡、挡土墙失去支撑而坍塌。但在实际工程中，由于施工条件、环境等因素影响，护坡和挡土墙基础无法埋置在要求的深度，为保证护坡和挡土墙的安全，此时应对其基脚进行防护。常用的防护型式有护坦防护、石笼防护和抛石防护等，其中护坦防护具有效果好、造价低、易施工等优点。

护坦直接依附于路基本身，顺水流而布设，对天然水流的干扰较小，对上、下游和对岸水流几乎没有影响。由于其对水流的作用特点，适用于对山区峡谷河段的沿河公路路基防护。但是，护坦一旦被洪水冲毁，将立即危及路基安全。

在挡土墙、护坡的坡脚处合理地设置浆砌片石护坦，能够有效的减小坡脚处的冲刷深度，起到减冲、护脚的作用。在我国一些地区已成为山区公路冲刷防护中普遍应用的、较为简单有效的形式。其水流结构如图。设置护坦前后的凹岸冲刷深度变化示意图护坦防护时凹岸的纵断面图山区公路河弯段沿河路基采用护坦进行基脚冲刷防护冲刷深度的计算

主要是指对沿河公路路基采用护坡、挡土墙形式进行冲刷防护时，坡脚处的冲刷深度。这个冲刷深度值决定了护坡、挡土墙的基础埋置深度，是护坡、挡土墙的重要设计参数之一。可采用高冬光教授根据试验资料结合现场实测资料建立的公式，以及其它公式。

式中：hmax—弯道凹岸最大冲刷处的水深（m）；h—弯道进口或上游直道的平均水深，若难以取值，近似取弯道段平均水深（m）；B—弯道进口或上游直段水面宽度（m）；R0—弯道中线半径（m）；d—河床质平均粒径（m）。也可以采用曾庆华提出的河弯最大冲刷深度计算公式：

hmax=1.44h+0.298

对于有建筑物控制的河弯：

hmax=1.81h+0.976

由于上式是在凹岸为竖直边坡条件下计算凹岸冲刷深度，当边坡坡度较缓时，凹岸冲刷深度将有所减少，为反映凹岸边坡坡度的减冲作用，可采用凹岸边坡冲刷折减系数Km，来反映边坡变缓时冲刷深度减小的特性。

则凹岸边坡坡脚的最大冲刷水深为：

室内试验实测数据与野外试验工程的调查资料均表明，对于山区沿河路基的冲刷防护，护坦是一种安全可行的防护型式。当采用挡土墙防护型式，仍不能对沿河路基进行有效防护时，可以采用护坦与挡土墙配合防护型式，使总体冲刷程度得以减轻，护坦防护设计的主要参数有护坦的宽度、埋置深度和防护范围。当护坦埋置深度应平均河床面以下，但是护坦埋深不宜过大，否则会增加施工难度、推迟护坦发挥防护作用的时间、降低防护效果。

护坦宽度bH的增大，对弯道凹岸最大冲刷深度的位置影响很小，但是对最大冲刷深度值的影响较大，较宽的护坦能够明显减小了凹岸的冲刷深度；护坦宽度越大，其弯道最大冲刷深度越小；当弯道布设护坦时，凹岸冲刷较大的区段的护坦宽度应适当的增大。护坦与挡土墙配合防护下的弯道凹岸护坦处的最大冲刷深度hSH为:

护坦防护时应注意的问题：

除了必须满足护坦设计中的要求外，还需注意：为防河道中洪水携带的滚石撞击破坏，应尽量用较大石块的砌筑，做浆要饱满，板厚不小于0.8m；

高等级公路采用护坦防护时，顶板和垂裙可采用片石混凝土砌筑，厚度0.4m；

护坦顶板和挡土墙、护坡应砌筑连结成整体，以提高整体的抗冲刷能力。

从野外调查中，可以看到工程中常采用铅丝笼抛石防护，下沉稳定后用混凝土砂浆罩面，其作用类似护坦。

护坦也常和其他防护构造物配合使用。如对于冲刷严重的河段可用护坦配合潜坝（坝顶低于或平行于河床面）防护护坡、挡土墙的基脚冲刷。对于山区开阔河段，也常采用护坦配合漫水丁坝群的防护型式。2、护坡（或挡土墙）与丁坝群、护坦的配合防护

丁坝伸入河道，侵占部分河流断面，通过改变水流结构，使水流偏离被防护的路基或将冲刷区变为淤积区，从而达到冲刷防护的目的。

丁坝作为沿河公路路基防护建筑，主要起到两方面的作用：一是以护岸为主，一般多为短丁坝群，用以防止水流对河岸或路基的有害冲刷，它只改变局部水流方向，不改变主流方向；二是以调节水流为主，通过挑流改变了水流的主流方向，使其远离被防护的河岸或路基，多为长丁坝。不管采用哪一种丁坝，它的作用都在于防止水流对路基的有害冲刷。对于丁坝而言，由于丁坝与水流的相互作用，有可能在坝头周围形成不利的水流条件，导致坝头出现较为严重的冲刷。所以，丁坝在挑流护岸的同时，也受到水流的强烈冲刷，坝头周围将出现局部冲刷坑，冲刷严重时会导致丁坝毁坏。因而，丁坝自身的安全就成为了一个突出的问题。显然，采用丁坝防护时需要考虑两个方面的问题，其一是丁坝的设置应使被防护的路基得到有效保护，主要是确定丁坝合理的坝长LD、挑角、坝高和坝位；其二是丁坝自身应处于安全稳定的工作状态，而影响丁坝安全的主要参数是坝头局部冲刷深度，当冲刷深度超过坝头基础埋置深度时，坝头会悬空、下沉并可能造成丁坝断裂、毁坏。丁坝坝头的冲刷深度与水流、泥沙条件、坝长、坝高和坝位等有关。丁坝绕流的水流结构长安大学直道水槽试验丁坝群冲刷防护

丁坝的回流区长度直接影响了丁坝的防护长度。当沿河公路路基采用丁坝进行冲刷防护时，丁坝的防护长度及群坝防护的合理坝间距，是防护设计的重要参数。对于顺直河道中单个丁坝回流区长度，窦国仁推导计算公式为：根据长安大学的11场试验资料和南京水科院的31场试验资料，对上式进行了验证，计算值与实测值离差小于10%的占80%以上，可见公式与实际工程情况基本相符，其适用条件为顺直河段的不淹没丁坝。漫水丁坝在工程实际中，设计洪水位决定了水深的大小，当丁坝坝顶标高高于设计洪水位时，水流不能从坝顶漫过，这种丁坝称为不漫水丁坝，反之为漫水丁坝。显然，把丁坝坝顶设计成等于或高于设计洪水位时，丁坝必然相对高大，工程数量很大，同时在多年常水位时，丁坝也不能充分发挥作用，在大洪水时还可能因阻水过多造成坝头严重冲刷和行洪不利，所以在路基冲刷防护工程中，常采用漫水丁坝，即丁坝坝顶低于设计水位，这样丁坝在洪水期就可能成为漫水丁坝，而且对于级别大小不同的洪水，丁坝的漫水高度也不相同，其水流特性和冲刷规律也不尽相同。

漫水顶坝平面和平轴环流示意图

漫水丁坝的坝后立轴回流和平轴环流的共同作用导致水流能量消耗使漫水丁坝水头损失了大部分，其坝后水流的动能则大大减小。试验观测发现，在坝后较长的距离内（6～8LD），靠近河岸附近存在着流速很小、流向与主流一致的水流，可见近岸水流流速大为减小能使坝后沿河路基得到保护。通常用漫水高度Δh与平均水深h的比值Δh/h来反映丁坝坝顶高程变化时的漫水影响大小。不漫水丁坝，比值为零；比值为1时，为不设丁坝或丁坝坝顶与床面齐平的潜坝。一般比值介于0～1之间。漫水高度对冲刷深度的影响漫水丁坝的过水断面随着漫水高度的增加,坝头冲刷在减小

挑角的影响根据丁坝与水流方向间的交角不同，可将丁坝分为上挑、正挑和下挑。挑角的大小不同，对水流结构、坝后回流区的大小和坝后淤沙效果均产生不同影响。对不漫水丁坝，下挑丁坝的水流较为自然顺畅，坝头冲刷较浅，效果较好；而上挑丁坝效果则较差，坝头对水流干扰较大，水流较为紊乱，坝头局部冲刷也较深。对漫水丁坝而言，情况将相反。丁坝上挑时，水流漫过坝顶后，沿与坝轴线呈垂直的方向流向河中心，而环流的底流流向坝根和河岸，将泥沙带向坝根和河岸处淤积，因此护岸效果较好；而下挑丁坝的护岸效果较差，水流漫过坝顶后，沿与坝轴线呈垂直方向流向河岸，使坝根和河岸受到冲刷，而底流指向河心，将泥沙带向河心。另外，对丁坝的保护长度（坝后回流区长度）而言，下挑的回流区长度较短，上挑和正挑的回流区长度较长。上挑或下挑漫水丁坝的不同漫流情况淹没丁坝的旋涡体系

一般设计丁坝时，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，对山区公路沿河路基进行丁坝冲刷防护时，丁坝不可能修筑得十分高大（不漫水），多采用较短的和较低的丁坝，而山区河道洪水变化较为剧烈，各种水位都可能出现。这样，按一定标高修建的丁坝在不同级别洪水下，可能是不漫水丁坝，也可能是漫水丁坝，则会因丁坝下挑或上挑导致防护效果不能达到要求，为避免出现这种情况，在山区公路沿河路基冲刷防护中，应该采用正挑丁坝。丁坝的坝头冲刷深度

丁坝特别是不漫水丁坝端部冲刷类似于桥台，各国在这方面的研究较多。美国联邦公路总署建议：当LD＜25h时，当LD≥25h时，式中：C为形状系数，上下游和端部都带边坡时C=1.10；端部为竖直墙的桥台C=2.5。

我国公路行业现行的丁坝冲刷深度计算公式，主要有：①《公路设计手册·路基》按有无泥沙进入冲刷坑建立的公式；②蒋焕章研究员在“下降水流”假定下给出清水冲刷、动床冲刷两种情况下的丁坝局部冲刷深度公式；③高冬光等人根据丁坝平衡冲刷试验资料和现场实测资料，通过回归分析建立的丁坝平衡冲刷公式（包括一般冲刷和局部冲刷）。

这里给出高冬光等建立的公式，即：式中：为丁坝挑角系数；为丁坝边坡系数；为丁坝漫水减冲系数。长安大学高冬光等人通过对国内外多家试验成果的比较，回归计算式为：丁坝的挑角系数

丁坝的边坡减冲系数丁坝漫水减冲系数顺直河段弯道河道

丁坝间距的确定

对于两个或两个以上的不漫水丁坝群，防护设计中需要确定合适的坝距。丁坝的间距与坝长、丁坝和水流夹角、流速、河道曲率半径、河床糙率和丁坝在河道中的位置等因素有关。目前工程界常采用以坝长的某一倍数的经验方法确定丁坝的间距。有人从防止坝后产生较急流、破坏坝后淤积方面考虑，认为坝间距为上游丁坝长度LD的1～4倍较为合适。英国工程界则认为坝间距取（1～1.5）LD较好；美国取1.5LD；德国取（2～3）LD。日本工程界普遍采用：顺直河段（1.7～2.3）LD，弯曲河段凹岸（1.4～1.8）LD。其中认为在2～3范围的几乎占了一半；前苏联学者认为，在直河段（2～3）LD，在弯曲段凹岸（1～2）LD。我国航道整治工程技术规范中要求丁坝间距：顺直河段（1.2～2.5）LD，弯曲河段凹岸防护（0.8～2.0）LD。从经验上确定的丁坝间距，由于其经过长期工程实践是比较安全可靠的，但缺乏理论依据。在不同的水力条件下仅考虑坝长因素的丁坝间距显得过于简单。理论上分析，要确定丁坝间距，就需要先确定丁坝的回流长度LH。我国的蒋焕章、窦国仁、谢葆玲、高冬光等人，从水力学基本方程出发对丁坝回流长度均有不同程度的研究。窦国仁公式高冬光公式式中：K0=C02，C0为无量纲谢才系数。

坝距的改变对主回流交界线的影响示意图

在多个丁坝组成的群坝防护中，由于相邻坝之间的相互影响，形成的水流流态和回流范围较单坝复杂的多。不同的坝长、不同的间距形成的各坝坝头冲刷深度、坝后回流长度等均不同。根据高冬光等的研究成果，确定群坝防护间距的步骤如下：（1）顺直河段丁坝群防护①1号坝长LD1为下游各坝长的一半，即LD1=0.5LD2=0.5LD3=……0.5LDn，2号坝与下游各坝等长。1号坝一般正挑（=90°），也可做成下挑，但需使丁坝在垂直水流方向的投影LD1=0.5LD2。②LH1为1号坝为单坝时的下游回流长度，则S1,2=S2,3=……Sn-1,n=0.8LH1，即坝距均为0.8LH1。③1号坝头冲刷深度取其单坝时冲刷深度的0.82倍，即=0.82；2号坝=0.6；3号及下游各坝的冲刷深度取2号坝为单坝时的0.4倍。④计算丁坝群防护长度L时，为1号坝上游的回流长度LHS1、各坝间距与最后丁坝下游回流长度的LHn，三者之和。（2）弯曲河段的丁坝群防护

由于弯道水流特点以及凹岸曲线形状的影响，凹岸丁坝下游回流区长度较直段时大为减小，可采用高冬光等提出的河湾凹岸丁坝群的布设XG法、FHWA的17°扩散角法。需要说明的是，上述计算是按不漫水丁坝情况考虑的，若采用漫水丁坝群防护，丁坝的挑流作用以及坝后回流区都在减小，则坝距应随漫水高度的增大而减小。凹岸丁坝群的布设（XG法）凹岸丁坝群的布设（FHWA法）顺直河道的群坝防护使用丁坝防护时应注意的问题丁坝作为一种导流、挑流构造物，其在对公路沿河路基的防护使用中其作重要的作用，但也有需要注意的问题。（1）丁坝的设计应该对沿河公路路基进行有效防护，同时不应过大挤占河道过水面积。布设不漫水丁坝时应以短丁坝为主，坝长不宜超过河宽的15%；对于漫水丁坝则可略微增大，但也不