第一节 整治建筑物

一、丁坝

丁坝及矶头，指在整治河段的岸边修筑凸出于河岸的坝体，其目的是保护堤岸甚至将主流挑离河岸。一般来说，称凸出河岸较短或较胖的半圆形坝体为矶头或垛，伸入河道水流范围相对较长的坝体为丁坝。丁坝及矶头为非连续性护岸工程，即一般常说的“守点顾线”工程，其目的是通过各守护据点将大溜（主流顶冲点）挑移出所保护之河岸，或降低流速，防止冲刷，常用的形式有矶头群和短丁坝群。用于航道整治的丁坝，一般起调整流向，改善局部水流流态，或束窄过水断面，增大水深，减缓水面比降，固定边滩等作用。河流的天然矶头也可视作天然丁坝。除程度上的区别外，矶头和丁坝对水流结构以及近岸河床演变的影响是相类似的。

短丁坝群或矶头群护岸的规划，除要充分利用岸线自然地形及原有工程外，其重点首先是守护据点必须上下呼应，彼此依托，满足洪、中、枯期水流顶冲点变化的情况，能控导主流和稳定河势，据点工程的外形要求基本上符合治导线，避免个别矶头的过于凸出。其次，要有足够的守护长度和适当的守护点间距，能将主流从本据点平顺导向下游据点，防止因建筑物本身引起的回流，在空裆段严重淘刷而形成常见的“窝崩”。该项尺度的确比较复杂，主要应依据当地主流顶冲岸坡的土质、崩岸程度而定。根据长江中下游的工程实践经验，一般守护长度为100～150m，守护点间距为守护长度的1～2倍。在迎流顶冲岸线，不宜留空裆，或在矶头间做抛石平顺护岸；顺直段则空裆距离可以适当增大。黄河下游用于堤防和控导工程的垛，坝身较短，长约20m，坝裆距50～70m，裹护围长80～100m。

目前，国内外对于间断式护岸有不同的看法，例如美国的经验认为防止河岸冲刷应采用连续平顺护岸，一般多建在河弯凹岸，防冲效益十分显著。间断性护岸防冲效果常常难以预测，特别是对河岸土质疏松，水流湍急者，更难以估计，且容易发生破坏性回流及漩涡。在我国长江中下游和汉江下游护岸工程的总结中，对间断性护岸形式也多持否定态度。由于历史上的原因，以及个别矶头据点布置不当或过于凸出，在矶头下均出现较强的回流淘刷现象，局部冲刷坑及窝崩不断发展，每年需耗费大量工料进行整修加固，据统计，矶身附近多年抛石累积方量，一般要大于平顺护岸段石方量2～3倍。黄河上垛间距约为70m，两垛间约有20m不裹护，有人称之为间断式护岸。在长江口地区也常采用丁坝护岸，坝根高程略高于平均高潮位，坝头高程为平均低潮位，在潮流作用下，促淤造滩效果良好，已成为海塘工程中重要的组成部分。长江中游用于航道整治的一些护滩丁坝群也起到了良好的效果。在国外，根据埃及的经验，成功的丁坝防护工程，主要取决于河道弯曲率、护滩材料、丁坝间距，以及其形状和丁坝与河道夹角的大小。对于急弯和砂质长堤，除非丁坝之间有良好的护滩，否则，丁坝的价值不大。但对水流平缓的大曲率半径河弯，证明丁坝是非常有效的，在丁坝上下游滩岸的前沿都有可观的淤积。同时认为，几个大丁坝，比一群小丁坝作用要大，也较经济，小丁坝对水流挑移作用不大。由此来看，无论哪种护岸形式，必须与具体的河道特性和边界条件相适应，同时也不能忽略与当地所能提供的技术、物资、人力、财力等条件的配合，一定要遵循因地制宜的重要原则，绝对的肯定或否定均欠妥当。

（一）丁坝的性能及布置原则

丁坝具有束窄河床，调整水流，保护河岸的性能。但是，丁坝也具有破坏河道原有水流结构，改变近岸流态的作用，常常在坝头附近形成较大的冲刷坑，危及丁坝自身安全。

丁坝一般由坝头、坝身和坝根三部分组成，坝根与河岸相连，坝头伸向河槽，在平面上呈“丁”字形（图3-1）。丁坝坝头位置以河流治理工程线（中水、枯水）为依据，即通过丁坝工程来实现所规划的河槽形态。

按照丁坝坝顶高程与水位的关系，丁坝可分为淹没和非淹没式两种。用于航道枯水整治的丁坝，经常处于水下，为淹没式丁坝；用于中水整治的丁坝，其坝顶高程有的稍低于堤顶，高出设计洪水位，或者略高于滩面，一般洪水不被淹没，即使淹没，历时很短，这类丁坝可视为非淹没式丁坝。在淹没式丁坝中，为减小坝体对水流的干扰，常将坝顶设计成斜向河心的纵坡，坡度一般为1/300～1/100，国外采用的坡度较陡，日本护岸丁坝纵坡为1/16～1/50，美国为1/50。

图3-1 丁坝的平面型式

根据丁坝对水流的影响程度，又可分为长丁坝和短丁坝。长丁坝有束窄河槽，改变主流线位置的功效；短丁坝则只起迎托主流，保护滩岸的作用，特别短的丁坝又常称为矶头、垛、盘头等。长短丁坝的划分，难以有统一标准。原则上应根据河流本身尺度及丁坝对水流的影响程度来具体确定。苏联阿尔图宁曾根据中亚细亚河流上的观测资料，提出单一河槽上长短丁坝的区分界限为

式中：L为丁坝长度；B_y为稳定河槽宽度；α为丁坝轴线与水流方向所成角度。

一般来讲，数百米甚至上千米的丁坝，多是用于航道的枯水整治，为淹没式丁坝。对于中水整治，则尽量控制在100～200m，以免严重阻水，形成紊乱的水流结构，危及坝体安全或者引起对岸、坝下游岸线崩塌。黄河下游宽河段的长丁坝，也多修筑在河弯下首，挑溜离岸，掩护坝后滩岸或堤防不受主流冲刷，近年来，已很少采用。

图3-2 交角不同的丁坝

按照坝轴线与水流向的夹角，可将丁坝区分为上挑、正挑、下挑三种（图3-2）。上挑丁坝α=110°～120°，正挑丁坝α=90°，下挑丁坝α=70°～30°。

由于夹角的不同，丁坝对水流结构的影响也相异。对于淹没式丁坝以上挑形式为好，因为水流漫过上挑丁坝后，形成沿坝身方向指向河岸的平轴螺旋流，可将泥沙带向河岸一侧，有利于坝裆之间的落淤。而淹没下挑丁坝则与此相反，螺旋流指向河心，造成坝裆间冲刷，河心淤积，且危及坝根安全（图3-3）。对于非淹没丁坝，则以下挑为好，其水流较平顺，绕流所引起的冲刷较弱，相反上挑将造成坝头水流紊乱，局部冲刷十分强烈。在河口感潮河段，以及有顶托倒灌的支流河口段，为适应水流的正逆方向交替特性，故多修建成正挑形式。

图3-3 淹没丁坝的冲淤

丁坝的间距和坝裆之间的落淤效能有很大关系，同时适宜间距，可以合理地分担水势，保证坝体安全。但是，目前大都仍停留在用经验或模型试验的方法来确定。例如常用规划的河槽水面宽度B或丁坝长度L来表示间距l为

美国经验l=（3～4）L，日本的工程统计资料l=（1～4）L，其中50%左右为l=（2～3）L，埃及的经验是把相邻两个坝的端点用直线相连作为底边，通过底边的中点向堤岸作一垂线，当垂线与底边或弦的长度之比略大于1：3时，就会发现水流对堤防或滩岸的作用消失。以上虽然标准不一，但结果相差不大。

我国黄河下游，一般丁坝间距多为坝长的0.81～1.04。长江下游嘶马河段，丁坝间距偏大，一般为坝长的8～10倍，个别达14倍，因此险情频繁。

合理而又经济的丁坝间距，应达到既充分发挥每个丁坝的作用，又能保证两坝裆间不发生冲刷。为此，应使下一个丁坝的壅水刚好达到上一个丁坝的坝头，避免在上一个丁坝的下游发生水面跌落现象；同时应使绕过上一个丁坝之后形成的扩散水流的边界线大致达到下一个丁坝有效长度L_p的末端，以免冲刷坝根（图3-4）。

据此，可得直河段丁坝间距的如下关系式：

图3-4 丁坝头扩散水流的影响长度

式中：L_p为丁坝有效长度，可取；L为丁坝长度；β为水流扩散角，一般取β=7.5°～9.5°，cotβ ≈6；α₁为丁坝与河岸夹角；α₂为丁坝与水流夹角。

将式（3-4）简化后得：

如果，α₁>75°，约去cosα₁较小值，sinα≈1则l≈4L。

上述丁坝间距，亦可按照β=7.5°～9.5°，作为控制条件，在平面布置图上，移动丁坝位置，用作图法直接确定。

丁坝间距的大小，还应与丁坝所在河段的位置有关，一般凹岸较密，l=（1.5～2.5）L；凸岸较疏，可增大到l=（4～8）L；顺直河段l=（3～4）L；感潮河口段l=（1.5～3.0）L。

为了加快丁坝间的淤积，也可采取一些辅助措施。如在两座丁坝之间增设一些临时性短坝；较长的丁坝，可分期实施，逐步接长，达到设计标准，这里要求各个丁坝头在每一工期内，都要修筑在所计划的整治线上，发挥丁坝群的整体功能，切忌单坝挑流。另外，很多地方也采用勾头丁坝（图3-5），即在丁坝头加一短顺坝，成为勾形，或者在丁坝坝头用顺坝将其连接，而每一坝格留有缺口，缺口宽度可为治理河宽的1/5左右。所有这些布置形式，都是想用顺坝的长处弥补丁坝的短处，加速坝裆的泥沙淤积，同时，勾头丁坝还可以改善坝头流态，减弱坝头河床冲刷强度。长江张家洲南港航道整治工程实践表明，勾头丁坝的工程整治效果明显优于无勾头丁坝。

在枯水整治中的淹没丁坝，多为成组设立。中水整治的非淹没式丁坝，多设于凹岸及大溜顶冲需要挑移主泓的河岸。这种治理工事，从整体上讲，应该由下游向上游逐段递进，但对于一个具体治理河段，其施工顺序应是从上到下，一个河弯的丁坝群中，第一座丁坝是其下游各坝的屏障，一定要特别坚固，能经受起不同流量下水流的冲击。因此，坝身与水流的夹角不宜偏大，主要起迎溜入弯的作用，那种企图利用一两座坝将主流挑移出去的想法，经常事与愿违，适得其反。另外，在布置上，要注意与上、下游天然节点或护岸工程的平顺衔接。

图3-5 勾头丁坝（单位：高程为m，其余为cm）

（a）L₂号丁坝纵轴线剖面图；（b）L₂号丁坝平面图；（c）1-1断面图

（二）丁坝结构类型

丁坝类型和结构型式很多，除了传统的沉排丁坝、抛石丁坝、土心抛石丁坝等外，近代还有一些轻型的丁坝，如工字钢桩插板丁坝、钢筋混凝土井柱坝、竹木导流屏坝、网坝等。传统的丁坝断面形式多为梯形，但据新近的研究成果表明，处于迎流顶冲的丁坝，以阶梯形断面形式为宜，当阶梯形丁坝的肩高等于坝高的一半、肩宽等于坝顶宽度时，河床冲刷幅度最小，坝体较为稳定。丁坝的坝型及结构选择，应根据水流条件，河床地质及丁坝的工作条件，按照因地制宜、就地取材的原则进行。

1.沉排丁坝

这种丁坝用沉排叠成，最低水位以上用抛石覆盖（图3-6）。丁坝横断面仍成梯形，上游边坡系数一般为1.0，下游为1.0～1.5，坝顶宽2～4m，坝根部位要进行衔接处理。

以往欧美各国及我国长江下游、黄浦江等地采用较多，近年来已被其他材料所代替，应用不多。

图3-6 沉排丁坝

2.抛石丁坝

采用块石抛堆，表面也可砌石整修。在我国山区河流，也有用竹笼、铅丝笼装卵石堆筑的。我国北方一些河流，为抗御冰块撞击丁坝，在坝肩处往往用铅丝石笼或水泥灌注体修筑（图3-7）。

图3-7 抛石丁坝

（a）川江堆石坝；（b）絮凝砂浆混凝土灌注体堆石丁坝；（c）抛石棱体与浆砌石墩混合坝体

抛石丁坝若在砂质河床上修筑，一般都先用沉排护底，护底范围应根据河床组成和水流情况而定，长江界牌河段航道整治固滩丁坝护底排，从坝脚向上游伸出20m，向下游伸出30m，坝头部分向河心伸出60m。抛石丁坝断面小，顶宽一般为1.5～2.0m，迎、背水面边坡系数均为1.5～2.0，坝头部分可放缓为3.0～5.0，坝根与河岸平接，也可将根部断面扩大。为防止丁坝上下游河岸的回流淘刷，出现抄后路现象，应修筑一段护岸。护岸长度视河岸土质、近岸流速大小及坝轴线与水流夹角而定。

3.土石丁坝

抛石丁坝全用石料修筑，石料价格昂贵，为了减少投资，在洪水不漫顶或漫顶少且时间短的北方河流，可用土料代替部分石料。土石丁坝就是按照丁坝不同部位受水流作用不同的特点，分别采用土料、石料修筑的丁坝。

黄河上修建的土石丁坝，前面抵御水流冲淘的部分为裹护体，后部为土体。裹护体上部称为护坡，也称坦石；下部称为护根，也称根石。丁坝（垛）由土坝体、护坡、护根三部分组成。图3-8为沿堤防修建的险工丁坝（垛）一般结构的横断面图；对于在滩区修建的控导工程，由于建筑物高度较低且坝垛后面有滩地，不设根石台，其他与险工相同。

图3-8 险工坝垛横断面示意图

在黄河中下游河流治理工程中，还广泛采用坝垛的形式（图3-9），保护河岸或堤防免遭水流冲刷。坝垛的材料可以是抛石、埽工或埽工护石。其平面形状有挑水坝、人字坝、月牙坝、雁翅坝、磨盘坝等。这种坝工虽因坝身较短，一般无挑移主流作用，只起迎托水流，消杀水势，防止岸线崩退的作用。但是如果布置得当，且坝头能连成一平顺河湾，整体导流作用仍很可观。同时由于施工简便，耗费工料不多，防塌效果迅速，坝垛在稳定河湾和汛期抢险中经常采用，尤以雁翅坝上迎正溜，下抵回溜，效能较大而使用最多。

图3-9 坝垛平面形态

（a）挑水坝；（b）人字坝；（c）月牙坝；（d）雁翅坝；（e）磨盘坝

土心抛石丁坝为土石丁坝的一种形式。采用砂土或黏土料填筑坝体，块石护脚护坡，沉排护底，对于石料缺乏的平原河流中下游，这种坝型具有一定的经济实用价值。同时坝心土料也可用水力冲填方法修筑，因此，此类丁坝的大部分工作，可以用机械完成。丁坝顶宽一般3～5m，对险工河段非淹没式丁坝，为留足堆放备防石的场地，有时也加宽至8～10m。上下游边坡系数一般为2.0～3.0，坝头大于3.0，且最好全用抛石堆筑。坝根与河岸的衔接长度，一般为坝顶宽的6～8倍，丁坝上下游同样需进行护岸防冲，坝脚须抛足够的铅丝石笼或柳石枕防护。在土与护坡之间应设置垫层，按反滤要求，可采用砂石垫层或土工织物垫层。砂石垫层厚度宜大于0.1m，土工织物垫层的上面宜铺薄层砂卵石保护。按照施工方法的不同，又分为旱工、水工两种。旱工是枯水季节，工程位置脱溜后，在滩地上填土筑坝，坝基外围坡脚沿迎水面及坝头挑槽沟抛石裹护，汛期临水后，继续抢险围护，直至稳定下来。水工是在水中进占筑坝，当水流流速小于0.5m/s时，可直接向水中倒土构筑坝基，表面抛石砌护，迎流一侧及坝头抛柳石枕护脚防冲；当流速大于0.5m/s时，倒土严重流失，抛枕防护无效时，需用搂厢进占，而背溜面仍可倒土填筑。长江中多用土工织物袋装砂土外包块石或混凝土块丁坝（图3-10）。

图3-10 袋装砂心混凝土覆面丁坝剖面型式（单位：mm）

4.井柱坝

井柱坝是用钢筋混凝土栅栏所构成的透水建筑物。它吸收了木桩编篱坝、厢埽和透水石笼工程的优点，并且维修工作量小，坚固耐用。井柱顺坝、丁坝可起滞流落淤、护滩保堤和控导流势的作用。1996年，这种结构型式的建筑物已在长江口南岸海塘上运用，后推广到海河护滩护堤工程中。

井柱坝的结构如图3-11所示。井柱直径0.55m，净距4.0m，柱顶与设计水位相当，柱长随水深不同而异。一般在粉砂为主的河床上，水中部分占柱长的1/3，土中部分占柱长的2/3即可保持稳定。梁置于柱的上部，根据水深大小安排梁的多少，一般为3根（顶梁、中梁、底梁），每2根间净距2.4m，梁端与井柱固结。在浇筑梁时，应预留凹槽，以便安装挡水板。挡水板为“工”字形，高2.68m，翼宽0.32m，腹宽0.2m，厚0.1m。两块挡水板间缝宽0.12m，以便透水。在底梁的下边悬挂板帘，板帘的板条尺寸为4.5m×0.1m×0.2m，板条之间用预埋吊环连接，如竹帘，修建时埋在滩上。如果大水对滩地冲深超过底梁，板帘便随之落下，抵御冲刷。

图3-11 井柱坝（单位：m）

井柱坝做成丁坝时，为了加强坝头稳定，可在最外端的一跨井柱坝之后增加支撑柱一根，与外端的两根柱成一等边三角形，并且与横梁连接。坝根与堤岸接头处，用浆砌石护坡，并砌一段浆砌石坝，将第一根井柱包在其中。若井坝用于护滩工程，可使第一根井柱伸入滩内，第二根井柱打在滩沿。另外，为防止河势摆动引起水流抄后路，需在丁坝群的上游修筑一些导流工程，这是工程实践中总结出来的经验。

在一些多沙河流和沿海滩地，利用井柱坝缓流落淤，往往是经济可行的。

5.网坝

网坝属于轻型河工建筑物，它是用铁丝或塑料、尼龙绳编成网屏，将网屏系挂在桩上所建成的活动透水建筑物。按照网屏固定方式的不同，又可分为两种：一种与我国古代使用的木桩编篱坝或篱屏坝相似，先在河床上打一排木桩或混凝土土桩，桩头露出水面，网屏挂在桩上，这种坝称为桩网坝；另一种是只将桩头露出河底，或用坠体代替，把网屏下缘挂在其上，网屏上缘悬挂浮物，使网体漂浮在水中，称为浮网坝（图3-12）。浮网坝与铅垂线的夹角随流速大小变化，起缓流促淤作用，多用于固滩促淤、围垦和护岸，也能引导水流，刷深航槽，同时在海岸工程中，具有消波消能作用。网坝对水流的壅滞作用，根据国内已建工程的调查，坝上游壅水距离可达坝高的14倍，流速减小30%以上；在坝下游，沿水深流速变化较大，上半部流速增大，下半部流速降低，影响距离约为坝高的600～1000倍。网坝影响流速的程度与透水系数（孔隙面积与坝体总面积之比）有关，一般采用的透水系数为0.35～0.80，当透水系数小于0.30时，网坝的作用就接近实体整治建筑物。根据我国几处已建工程的统计，网坝造价相当于堆石坝的1/10，平均造价21.5～141.0元/m²不等。

图3-12 浮网坝示意图（单位：mm）

与此相类似的是我国历史上广为采用的沉树挂柳。近年来，在长江镇杨河段治理河岸窝崩中，发展改进为沉树坝的工程型式。台湾省在河槽宽浅、泥沙淤积程度较严重的河流上，在河岸前方设竹子或树枝编的篱笆，促使泥沙落淤在篱笆和河岸之间，以减少护岸或护堤的投资。

（三）丁坝的抗滑稳定验算

丁坝坝体的破坏有三种可能：一是在外力作用下发生倾覆；二是发生滑动推移；三是由于自重而产生坝体沉陷或塌陷。第一种可能主要发生在河床大幅度冲刷后，坝体失去平衡所致；第三种可能则是由于坝基承载能力低或受到水流局部淘刷后引起。这两种情况经护底后，只要排体稳定即可保持坝体稳定。第二种情况主要是坝体压载重量不够，与河床的摩擦力小而引起，这属于坝体结构问题，此处仅介绍其稳定验算。

在整治水位时，坝体所承受的荷载主要有动水压力、波峰压力、波谷吸力和坝体自身的重力。按照《海港水文规范》（JTS 145-2-2013）推荐公式，单位长度的坝体所受的动水压力为

式中：F为单位坝长所受的动水压力；ζ为水流动力系数；d为坝前水深；V为坝前行进流速；γ为水的容重；θ为坝轴线与水流方向的夹角；g为重力加速度。

式中：H为波高，可由当地实测值或参考其他经验计算公式定；L为波长；d为坝前水深，当d/L>0.5时，取d=0.5L；d₁为基床面顶面至水面深度，丁坝无基床时，取d₁=d。

波谷吸力为

其中

式中：h_s为波浪中线超出静水面的高度，又称波浪超高；p_d为水底处波浪压强；其他符号意义同前。

坝体自重下滑力为

式中：α为坝体所在床面与水平面的夹角；G₁、G₂分别为坝体水下部分和水上部分的重量。

坝体自重抗滑力为

式中：f为坝体与基础在水中的摩擦系数。

丁坝的抗滑稳定系数为

K值大小根据规定或按具体情况取1.2～1.5。地面坡度与水流方向一致时，T值前面取正号；反之，取负号。

枯水期作用于坝上推力，在我国北方河流上尚须考虑流冰撞击丁坝时所产生的横向压力P_b

式中：U_b为冰的移动速度；δ为冰的厚度；Ω为冰的面积；α为边坡与水平线间的夹角；β为丁坝的边缘切线与流冰方向所成的夹角。

在上述稳定分析计算中，长度、时间、质量的单位分别为m、s、t。

对于砂枕填心盖石坝，一般还应对第一层枕心与第二层枕心之间的局部稳定性进行校核。

（四）丁坝坝头冲刷坑深度计算

图3-13 丁坝坝前冲坑及水流流态

河道中设置了丁坝之后，由于坝前水流的束窄，流场发生了变化，在其附近，水流大致分为三个区，即主流区、上回流区和下回流区（图3-13）。近丁坝上游，由于丁坝的阻水作用，坝上游水位明显壅高，流速发生剧烈变化，在坝上游形成回流及泡漩。泡漩水能加强了上下层水体间的交换，增大水流的挟沙力，漩涡的旋转速度很大，其中心随着坝上侧面河床的不断冲刷，顺着坝轴的方向直指坝根。泡漩水流与周围水体不断掺混的同时，强烈地冲刷坝的上侧直至根部，可能产生大崩窝，甚至坝体脱离岸边成为江中的石堆，甚至造成前功尽弃；丁坝坝头部位，形成一股下潜水流，增大坝前近底流速，使坝前河床冲刷严重，形成相当深的冲坑，需要较多的护砌材料补充；丁坝下游，由于水流绕过坝头后发生分离，形成大范围的坝下侧竖轴水流，坝下高压低流速区水体不断掺混到坝前低压高流速区。同时，在高、低速水流区的交界面上发生一连串阵发性的泡漩水，两区水体的混掺交换使坝下近岸河床发生强烈冲刷形成局部冲坑，冲刷坑的位置与低流最大流速所在位置相对应，在平面上呈扁圆形。因为从坝头至下游一定距离的流线弯曲，以及面流与底流流向偏角差异所表现出的螺旋流，更有助于冲刷坑内泥沙的横向输移。同时，在竖轴回流中心地区有局部泥沙淤积。以上即为常见的丁坝及矶头上、下腮部位的冲刷及跌窝等现象。冲刷坑在发展过程中，常造成根石流失及坝头坍塌破坏，因此，在设计丁坝时，正确估计冲刷坑的最大可能冲刷深度，对确定坝头防护措施及基础的防护范围十分重要。

影响冲刷坑大小深浅的主要因素有：上游行近流速，单宽流量，坝轴线与水流交角，坝前坡度，河床组成，以及水流含沙量、坝型等。由于冲刷坑一般具有洪冲枯淤的变化规律，所以应采用洪水期的最大冲刷深度作为丁坝设计的依据。

丁坝冲刷坑深度和平面尺度的确定，目前多以经验公式或模型试验来确定。现有的各种计算公式，大多尚未经过实测资料的验证，因此，也只具有参考意义。设计时应借鉴本河道或邻近河段类似丁坝的实测成果，对其计算结果进行必要的分析论证。

丁坝冲刷深度的计算式国内外已发表很多，在选用这些经验公式时，应根据水流条件、边界条件并运用观测资料进行验证分析。我国《堤防工程设计规范》（GB 50286-2013）规定，对于非淹没式丁坝坝头冲刷坑深度可按式（3-13）计算。即

式中：Δh为冲坑深度，m；α为水流与丁坝轴线的夹角，（°）；当丁坝上挑，α>90°时，取；V为行近流速，m/s；g为重力加速度，m/s²；d为床砂粒径，m；K₁为与丁坝在水流法线上投影长度l有关的系数；K₂为与丁坝边坡系数m有关的系数。

当非淹没丁坝所在河流河床质粒径较细时，可按式（3-14）计算

式中：h_B为局部冲刷深度，m，从水面算起；h₀为行近水流水深，m；其他符号意义同前。

詹义正等人假定坝头水流无掺混挤压绕流运动，建立的丁坝坝头冲刷坑深度计算公式为

其中，B_j为冲刷初始时刻，坝上水流绕过坝头时，被挤压水流的宽度，可借用流体力学中的圆柱绕流成果推得

式中：h_T为从水面至丁坝冲刷坑最低点之深度；Q为河道总流量；d为床砂平均粒径；h₀为未建丁坝前的断面平均水深；B为河宽；L_D为丁坝长度；B_L为坝顶宽度；α为丁坝与堤岸的夹角角度；ρ_s、ρ分别为泥沙和水的密度；g为重力加速度；m₀为坝头边坡系数；K为与绕流挤压运动有关的系数，由试验资料确定，对于汾河，河床坡降较大，可取2.2，黄河下游河床比降相对较小，可取1.35；长度、时间、质量的单位分别为m、s、t。

二、顺坝

顺坝是一种纵向整治建筑物，坝身一般较长，与水流方向大致平行或有很小交角，沿整治线布置。它具有束窄河槽，引导水流，调整岸线的作用，因此又称作导流坝。顺坝的效能主要取决于顺坝的位置、坝高、轴线方向与形状。长的顺坝，在平面上多呈平缓曲线状。顺坝常布置在水流分散的过渡段，分汊河段的分、汇流区，急弯和凹岸尾部，以及河口治理段。顺坝也有淹没式、非淹没式两种形式。淹没式顺坝多用于枯水航道整治，其坝顶高程由整治水位决定，并且自坝根至坝头逐渐降低，成一缓坡，坡度可略大于水面比降。淹没式顺坝用于中水整治时，坝顶一般与河漫滩齐平。为了促淤防冲，顺坝与老岸之间可加筑若干格坝，格坝的间距，可为其长度的1～3倍，过流格坝的坝顶高程略低于顺坝。对非淹没式顺坝，一般多在下端留有缺口，以便洪水时倒灌落淤。顺坝结构，大体上与丁坝相同。淹没式顺坝需用抛石填筑，非淹没式顺坝则多用土心抛石砌护的形式，且因背水面处于淤积状态，在一般洪水不漫顶溢流的情形下，抛石护坡在绕过坝头适当长度后亦可省去，而迎流面及坝头除抛石护坡外，尚需用柳石枕或铅丝石笼围裹护根，对细沙河床，必要时还需首先下放沉排护底。

三、锁坝

锁坝是堵塞串沟或支汊，以加强主流，增加航深的常用整治建筑物，其结构与丁坝相类似（图3-14）。考虑到坝面在洪水时仍要溢流的特点，锁坝坝坡应适当放缓，且背水坡应缓于迎水坡。抛石锁坝的迎水坡边坡系数可取1～2，背水坡为1.5～3。其他结构的锁坝迎水坡2.5～3.0，背水坡3.0～5.0。锁坝在枯水期起塞支强干的作用，但对水流渗透无严格要求，故可由坝上游泥沙淤积自行封密，无需设专门的防渗措施。中高水位时，则与溢流坝堰相同，在坝下游可能发生较严重的冲刷，甚至危及坝体安全，所以一般要有防冲护底措施。护底范围与坝高及河床组成有关。常用的沉排护底，超出坝脚的范围，上游约为坝高的1.5倍，下游则3～5倍，必要时，还应通过计算确定。

锁坝长度与所堵汊道宽度相同，坝顶高程还应通过水力计算确定，一般高出平均枯水位0.5～1.0m。为避免因堵汊造成上游洪水位有较大幅度的抬升，较高的锁坝工程可一次设计，分期实施，逐步修筑至设计高程，以便有充分时间，满足水流与河床的自动调整。锁坝坝顶中间部分，约占坝身全长的1/2～1/3，通常设计成水平的，而两侧以1/25～1/10的坡度斜面与河岸平顺衔接。所堵汊道内锁坝的数目，取决于汊道比降的大小，如果进出口河床高差较大，为避免修筑单个锁坝高度过大，致使溢流后遭受破坏，或使坝下游防冲效能措施过于复杂，也可修建数个低坝，原则上控制每个锁坝分担0.5～0.7m的水位差。锁坝的修筑位置，可以在被堵汊道或串沟的进口、中部和出口三种不同方案，且各有利弊。设计时，应根据汊道地形、地质、水文、施工条件和工程量大小，以及对港口、码头、工农业取水工程等方面的影响，比较选定；大多数情况下，往往宜将锁坝修筑在汊道中部或略上游些。

图3-14 锁坝（单位：m）

四、黄河埽工

埽工是我国黄河下游劳动人民创造的，以薪柴、土石为主体，以桩绳盘结联系为整体的一种河工建筑物。埽工已有2000多年的历史，它的作用是抵御水溜对河岸的冲刷，防止堤岸坍塌。此外，埽工在防汛抢险、堵覆堤防决口中，曾发挥过重大作用。各类埽工结构型式和施工方法，可见有关文献。图3-15为用于护岸防冲的柳石搂厢埽结构示意图。

由于埽工所用的梢桔料本身是弹性材料，埽体糙率系数较大，所以修建的整体埽工也就具有较好的柔韧性，适应河床变形。如用来护岸，可减低纵向流速，缓和大溜的冲击；如用来堵覆决口，能阻塞水流，且能与河底自然吻合，尤其在软基上堵口，比用石料更容易闭气。

梢桔料单位体积质量很小，在水中漂浮，所以必须借助土料增加重力，才能逐渐下沉，而土料又要靠秸料来防止水流的冲失，因此二者互为依附，再加上桩绳的联系，就成为一个整体。群众总结其特点为“土为肉，料为皮，桩是骨头，绳是筋”，形象生动地说明了埽工组成的关系和相互作用。经验证明，经常处于水下的埽，其寿命可达七八年，甚至更长时间。同时，由于它具有体大质松而韧，取材方便，造价低廉，施工方便，速见成效等优点，当河势突然发生变化堤岸受到大溜顶冲，而其他防御工事不能立即生效时，用埽工来抢险，可以在很短时间内发挥能效。

图3-15 柳石搂厢埽结构示意图

（a）平面图；（b）剖面图

一般其他形式和材料构成的水下工程的施工，多以水浅流缓时进行为宜，而且必须先修好基础，由下而上的施工。埽工则与其相反，往往是在水深流急的情况下施工，水浅时修成的反而不牢固。施工程序是从上而下地分坯进行，直到下压至河底。一般建筑物如基础沉陷，则必使整体遭受破坏，但对埽工来说，埽体愈下沉，桩绳的受力愈大（在允许抗拉强度以内），埽体也就愈结实。

五、环流整治建筑物

环流整治建筑物又称导流建筑物，是一种激起人工环流的建筑物。通过所激起的人工环流来控制泥沙运动方向，从而控制河床的冲淤状态。所以，它可用于护岸、防止引水口的淤积，刷深航道以及分汊河道的整治等工程中。

环流整治建筑物一般分为表层和底层两种，其基本组成部分是导流屏。图3-16（a）是设置在水流表层而与水流斜交的导流屏。表层水流沿导流屏流动，改变了原来的流向，产生了水平横向分速，由于水流的连续性，底层水流则产生相反的横向分速，从而形成环流。当底部设置同样方位的导流屏时，同样可以形成环流，但方向则刚好相反，如图3-16（b）所示。导流屏在苏联和美国研究较多，并在引水工程和航道整治工程中得到运用。

六、重复组装式导流桩坝

黄河下游小水畸形河势时有发生，给防汛安全带来严重威胁。为能较好地解决小水河势产生的防洪威胁，河南黄河河务局申请了2012年水利部公益性行业科研专项“重复组装式导流桩坝”。该研究就在于根据不同的河势控制、管理和整体性需求，利用钢筋混凝土预制空心管桩拼装成不同长度的钢筋混凝土透水桩坝，以期实现解决临时的不利河势问题。

图3-16 导流屏

移动式不抢险坝是一种新型的结构型式，其为组装的经特殊配筋设计的预应力钢筋混凝土管桩结构，如图3-17所示。与传统河道整治工程相比，重复组装式导流桩坝能够实现快速插桩修建成坝，也可以快速拔除，拆除的管桩能够重复利用。该项技术为黄河下游有效处理临时河势变化、防止畸形河势发展和防汛抢险提供了新的技术支撑，目前，在黄河下游南裹头及欧坦工程处试验成功。单桩结构如图3-17所示，管桩为工厂预制成型，外观规则，采用高压射水拔桩器可以将其从地层中拔除，拔除后不会对河势变化产生不利的影响。

图3-17 南裹头重复组装式导流桩坝