柔性堤防 固若金湯

　　堤防工程能否一勞永逸
　　
　　我國是一個河川眾多的國家，為了抗御洪水，古代勞動人民很早以前便利用堤防工程保護(hù)居住在河道兩岸人民的生命與財產(chǎn)安全，并積累了豐富的筑堤經(jīng)驗。我國建造堤防工程的歷史可以追溯到大禹治水時期，甚至更早。到3000多年前的西周，堤防已具一定規(guī)模。直到今天，堤防工程仍然是我國水利工程中的重點(diǎn)項目之一。
　　然而，堤防工程又是一柄“雙刃劍”，運(yùn)用得好，會造福人民；運(yùn)用得不好，一旦潰決，非但不能保護(hù)人民的生命與財產(chǎn)，反而會導(dǎo)致巨大的災(zāi)難與損失，因而，堤防工程一直牽動著人們的心。
　　在堤防安全問題上，人們似乎一直存在這樣兩種觀念：
　　一是因為兇猛的洪水才導(dǎo)致了堤防潰決。換句話說，堤防原本“好好的”，只怪洪水太兇猛，所以堤防潰決了。
　　二是一座堤防某年潰決了，接著又修復(fù)了，假如隔幾年再潰決，人們并不會感到意外。對那些在歷史上曾多次潰決過的堤防也就只好屢決屢修了。
　　以上兩種觀念的共同點(diǎn)在于，都著重于堤防潰決的外因——兇猛的洪水，而未重視堤防潰決的內(nèi)因——堤防本身不堅固。應(yīng)該說，如果堤防本身很堅固，洪水再大，也不會潰決；修復(fù)后也不會再潰決。
　　產(chǎn)生以上兩種觀念，可以說有著深刻的社會原因和歷史原因，那是因為在過去，特別是在科技不發(fā)達(dá)的古代，人們確實難以建造很堅固的堤防以抗御猛獸般兇悍的洪水。因而在那時，堤防建成后，一旦遇上較大洪水就易潰決；修復(fù)的堤防再潰決，人們也無可奈何，只好再修復(fù)。因而，從歷史的角度看，產(chǎn)生以上兩種觀念也是自然的。
　　然而，社會發(fā)展到今天，科學(xué)技術(shù)發(fā)展到現(xiàn)在，我們能否建造一種一勞永逸的堅固堤防呢？
　　答案是：能！
　　那就是柔性堤防。
　　
　　堤防因何潰決
　　
　　在介紹柔性堤防前，我們先談一下堤防潰決的原因。
　　堤防一般是指沿河道兩岸所建造的堤壩，使洪水被限制在預(yù)定的范圍內(nèi)下泄，進(jìn)而達(dá)到防御洪水泛濫、保護(hù)居住在河道兩岸居民與工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的目的。廣義地說，在湖泊周圍的某些地段有時也需建堤，我們稱之為湖堤；在海邊建的堤，我們稱為海堤，這些都屬于堤防的范疇。
　　堤防由堤身與堤基兩部分組成。堤身一般由土料建造而成，堤基多數(shù)也是由土料組成的。土料是一種散粒體結(jié)構(gòu)，即土顆粒之間是松散的。這種散粒體結(jié)構(gòu)極易在洪水的作用下受到破壞，進(jìn)而使堤防發(fā)生險情。其中最常見的有以下三種情況：
　　1．堤身產(chǎn)生坍塌（也稱滑坡），最終可能導(dǎo)致堤防潰決。如果堤身土料壓實不夠，或堤的邊坡較陡，在汛期時，堤身就可能發(fā)生坍塌，如圖2（a）所示。江西省九江市長江城防堤，在1998年8月特大洪水時，干堤的迎水面頂部就發(fā)生了坍塌，最終導(dǎo)致干堤決口。
　　2．堤基被洪水掏空，最終可能導(dǎo)致堤防潰決。如果堤基的土料松散，經(jīng)受不住河水的沖刷，就可能被掏空，堤身因無立足之地而潰決，如圖2（b）所示。江蘇省南京市長江外堤，在2010年秋季特大洪水時，就因為堤基被掏空而使得堤防決口。
　　3．背水面堤腳處“翻沙鼓水”，最終可能導(dǎo)致堤防潰決。堤身土料如果iuvYsOCZf6za/VhsmYyk6g==為砂礫料、施土?xí)r又未壓實，或堤基中存在有水平方向的強(qiáng)透水層，那么，在汛期高水位時，水就會從堤的臨水面很快地滲進(jìn)砂礫層或強(qiáng)透水層向堤的背水面流動，甚至將其中的細(xì)顆粒帶走，在堤身或堤基中形成一條透水的通道，最終在堤腳處冒出砂與水來，這就是人們俗稱的“翻沙鼓水”現(xiàn)象。翻沙鼓水現(xiàn)象如果得不到及時控制，最終也會釀成堤防潰決，如圖2（c）所示。湖南省安鄉(xiāng)縣洞庭湖區(qū)安造大垸的一堤段，在1998年7月特大洪水時即在堤腳處發(fā)生嚴(yán)重的翻沙鼓水，結(jié)果發(fā)生了堤防決口。
　　
　　什么是柔性堤防
　　
　　介紹完堤防潰決的原因，我們再來看看什么是柔性堤防。
　　這里所說的“柔性堤防”是指用高科技材料——土工合成材料建造的堤防。
　　土工合成材料是由高分子聚合物制成的用于巖土工程的材料。自20世紀(jì)70年代以來，土工合成材料在國內(nèi)外便廣泛應(yīng)用于水利、海港、公路、冶金等工程中。這種新材料的應(yīng)用，使巖土工程中的許多傳統(tǒng)觀念發(fā)生了革命性變化，也極大促進(jìn)了巖土工程的發(fā)展。土工合成材料是一個總的名稱，它包含多種具體的材料，如土工布、土工膜、土工格柵和三維植草網(wǎng)墊等等。
　　用土工合成材料建造的堤防：堤身部分采用無紡?fù)凉げ冀ㄔ旒咏钔?，并使用三維植草網(wǎng)墊植草進(jìn)行防護(hù)；堤基部分則采用有紡?fù)凉げ架涹w沉排進(jìn)行防護(hù)。見圖3所示。
　　所謂“加筋土”，就是在土體中鋪設(shè)一層層土工布之后組成的土體，如圖3中之“1” 所示。由于鋪設(shè)了土工布，就使原本呈散粒狀態(tài)、易遭破壞的土料形成一個結(jié)實的整體。三維植草網(wǎng)墊是廠家生產(chǎn)好了的立體網(wǎng)狀墊層，它的網(wǎng)格可以牢牢地纏住草根，其上種植的草坪因而不易被洪水沖毀。軟體沉排是一種保護(hù)堤基不受沖掏的工程技術(shù)，它實際上是一種古老的技術(shù)，在我國有悠久的歷史，不過以往是在樹枝等材料上壓上塊石做成，不耐用；現(xiàn)在則是用土工合成材料加壓重做成，性能要優(yōu)越得多。
　　用上述方法建造的堤防之所以被稱為柔性堤防，是相對于用剛性材料如漿砌石或混凝土建造的堤防而言的，因為無論是土工布、三維植草網(wǎng)墊，還是土料，都是柔性的。
　　這種堤防看似柔軟，實則固若金湯，但又不是因為它真的像我們生活中的城墻那么剛強(qiáng)堅固，恰恰相反，是因為它具有柔性，才得以制服兇猛的洪流，可謂柔中現(xiàn)剛、以柔克剛。
　　1997年，筆者設(shè)計的海南省萬泉河堤防工程就使用了這種柔性材料，大堤全長3.5千米。圖3是竣工后的場景。這一堤防工程迄今已安全運(yùn)行了14年之久，經(jīng)受過多次大洪水以及流速達(dá)5米/秒的激流沖擊的考驗。要知道，5米/秒是一個很大的流速，因為大江大河在洪水時的流速一般只有2～4米/秒。由此可知，柔性堤防有多堅固。
　　
　　柔性堤防的優(yōu)越性
　　
　　柔性堤防的優(yōu)越性是多方面的：
　　首先，無論是堤身還是堤基，都用土工布封閉起來。堤身段的加筋土是用無紡?fù)凉げ家粚訉影淹亮习饋淼?，不僅可以保護(hù)土料不被沖走，還能確保堤身不產(chǎn)生前面提到的坍塌現(xiàn)象 。當(dāng)然，要做到這點(diǎn)，必須經(jīng)過嚴(yán)格的設(shè)計與施工。
　　堤基上的軟體沉排，先用有紡?fù)凉げ紳M鋪在堤基表面上，其上又有塊石等壓重，因而可確保堤基土料不會被掏空。此外，由于加筋土都要經(jīng)過很嚴(yán)格的壓實，堤的臨水面又有結(jié)實的植草土層做保護(hù)，所以，產(chǎn)生翻沙鼓水的可能性也很小。
　　其次，坡面因為種植了草，因而可以起到美化環(huán)境的作用。而且，坡面上的草是柔性的，有較強(qiáng)的吸收水流波能作用，可以減緩波浪對堤面的沖擊力。
　　第三，因為堤身是柔性的，所以能適應(yīng)地基變形，而不會使得自身因此遭到破壞。
　　第四，柔性堤防不存在像漿砌石體護(hù)坡有使用壽命的問題。
　　第五，具有超級抗震性能。
　　此外，柔性堤防經(jīng)濟(jì)性較好，與傳統(tǒng)的漿砌石護(hù)堤方法相比，加筋土護(hù)堤一般要節(jié)省建設(shè)資金30%。而且堤防工程施工方便、快捷。
　　其實，單獨(dú)就“土工合成材料加筋土”來說，現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于國內(nèi)外的公路、鐵路、水利等工程中；單獨(dú)就“三維植草網(wǎng)墊”來說，現(xiàn)在廣泛應(yīng)用于國內(nèi)外的護(hù)坡工程中；“土工合成材料軟體沉排”也廣泛應(yīng)用于河道治理工程。但像本文所介紹的將這三者有機(jī)結(jié)合在一起用于堤防工程的實例，國內(nèi)外都未曾有過報道。
　　理論與實踐都證明：柔性堤防會為我們提供最安全的保護(hù)。
　　【責(zé)任編輯】趙菲