天津東疆灣人工沙灘滲流成因分析及修復

楊佳男， 仉 沃（1.曹妃甸港集團股份有限公司，河北 唐山 06300； .中交第一航務工程勘察設計院有限公司，天津 300）

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天津東疆灣人工沙灘滲流成因分析及修復

楊佳男1，2， 仉 沃2
（1.曹妃甸港集團股份有限公司，河北 唐山 063200； 2.中交第一航務工程勘察設計院有限公司，天津 300222）

摘要：天津港東疆港區人工沙灘是建造在淤泥質海岸上的離岸海灘，建設的難度和造價非常高。本文針對灘面出現的滲流問題成因，進行了全面分析，并提出了修復方案，為類似工程提供參考。

關鍵詞：人工沙灘；滲流；成因分析：修復方案

引 言

人工海灘的類型從原海岸表層地質條件劃分可分為礁石海岸、沙質海岸和淤泥質海岸。從海灘位置劃分可分為挖入式海灘、自然岸邊海灘和離岸海灘。從建設難度來說，沙質海岸一般只需填砂補砂，最簡單；淤泥質海岸需考慮填沙粒徑、與淤泥的隔離等因素，最復雜。自然岸邊海灘建設在原海岸線上，最簡單；離岸海灘改變了原始地貌，受波浪、潮流的沖蝕較大，最復雜［1］。天津港人工沙灘就是建造在淤泥質海岸上的離岸海灘，因此工程建設的難度和造價是非常高的。設計和施工過程中出現的問題，由于缺少工程先例，進行了專項研究，以保證工程達到預期效果。

1 工程概述

天津東疆灣人工沙灘位于天津港東疆港區的東南部旅游休閑度假區內，是我國北方最大的人工沙灘。從開始建設至今，經過試運營和改造，目前人工沙灘南北長約 2 km，寬 165 m，總面積2.46 km2。

東疆灣人工海灘位于環抱式防波堤內，是建造在淤泥質海岸上的離岸人工海灘，從北向南分為低密度住宅區沙灘、公共游樂區沙灘和賓館區沙灘三大區域，沙灘均為親水沙灘結構。

圖1 人工沙灘平面布置

2 人工沙灘設計參數

人工沙灘采用斜坡結構。沙灘總寬為165 m，陸側采用1：70的坡度，沙灘潮間帶坡度為1：15，沙灘的頂高程為6.0 m，坡底高程為0.5 m，與設計低水位一致，保證開放期擋埝基本不露出水面。堤身采用吹填沙和海灘沙相結合的形式，海灘沙的厚度為1.0 m，其下為吹填沙。在原泥面與吹填砂以及吹填砂與海灘沙的結合面上鋪設土工織物將二者隔離［2］。

改造前沙灘表層由上到下依次為800～400 mm厚海灘砂→400～600 mm厚卵石層→土工布→土工格柵→吹填沙或充填袋擋埝（坡腳）；改造后沙灘表層由上到下依次為1 000 mm厚海灘砂或袋裝黃砂（坡腳）→土工布→土工格柵→吹填沙或充填袋擋埝（坡腳）。

圖2 標準段沙灘斷面

3 滲流沖刷情況

公共區沙灘在鋪海灘砂過程中，現場施工人員發現在位于沙灘變坡（1：15）區域出現一處砂頂返水的滲流現象。發現后施工方對滲流區進行了處理：挖除海灘砂，鋪設一層土工布，再進行填砂反壓，但觀察一段時間發現沒有達到預想的效果，十多天后該位置又出現滲流現象， 1個月后觀察已經出現滲流沖刷 10處，滲流位置距海側擋埝20～30 m區域。現場查看結果發現，雖然該處土工布已經損壞，但滲出水流均為清水。

現場對其中一處沒有發生滲流區域的沙灘結構進行開挖和探摸比較發現，在發生滲流處有石頭存在，同時在挖至海灘砂底面時，發現該處存在較大滲流壓力，滲流壓力水頭距沙灘頂面約40～50 cm。

滲流現象隨著時間推移，范圍和強度不斷變大，反復沖刷沙灘，部分嚴重滲流處已成溝渠狀，并且導致部分土工布破損，如不及時處理，將危及人工沙灘的整體穩定。

4 滲流成因分析

1）滲流水來源于每次漲潮水源的補充，落潮時沙灘中海水的降水速度慢于落潮速度，造成沙灘中出現剩余水壓力，產生滲流。

2）根據沙灘出現滲流沖刷現狀、位置、現場開挖情況分析，最先出現滲流的區域位于卵石或拋石向海側延伸較多，相應石面埋藏較淺處。

3）根據出現滲流沖刷區域在整個沙灘中的位置和該處沙灘結構層與其他處的差別分析，該處沙灘存在卵石或拋石結構層。因此出現滲流的位置應該確定為卵石或拋石結構層。

根據以上分析，造成本次滲流的主要原因應為卵石層，雖然原設計卵石層與海灘砂之間未設置任何倒濾設施，且已使用一年以上，但結合滲出水的清晰程度和現場施工反映，卵石層下部空隙并未全部被海灘砂填充滿，造成原海灘砂中的卵石層下部形成集水層，并在石頭向海側延伸最多出，相對沙層最薄處首先發生滲流沖刷現象。

因此，得出如下結論：

1）本次滲流產生的主要原因是原設計沙灘中卵石層的下部形成了集水層效應，并在上覆海灘沙相對較薄處先行滲流沖刷。

2）本次滲流沖刷近期內不會影響沙灘的穩定性，但可能會造成海灘砂加快流失，影響美觀。

3）本次滲流沖刷現象應只會出現在潮間帶很有卵石層的區域，其他區域應不會出現。

5 修復方案

根據以上原因分析，并結合現場采用的處理措施，本次修復方案采用疏通的方式治理滲流沖刷問題。提出了以下3個方案：

1）方案一

保持現有沙灘外輪廓形狀不變，再出現滲流的區域設置地下結構層引導現滲出水流直接排至海側圍埝外側。地下結構層采用碎石倒濾層上設卵石過渡到表層海灘砂的結構形式。該方法施工區域位于潮間帶，施工有一定難度。

2）方案二

保持現有沙灘外輪廓形狀不變，再出現滲流的區域設置地下管涵或排水管道引導滲出水流直接排至海側擋埝外側。地下管涵或排水管道需要設置柔性接口，以適應地基的不均勻沉降上，在管道的上端需要設置適當的結構保證滲出水流通過管道排出，在管道的末端需要采取措施防止淤積堵塞。同樣排水管道等設施位于潮間帶，施工有一定難度。

3）方案三

在沙灘出現滲流的區域至海側擋埝之間結合景觀設計，設置地表結構層引導滲出水流直接排至海側擋埝外側。地表結構層采用碎石倒濾層上設卵石的結構形式。該方法需要專門的景觀設計配合，但施工難度相對較小。

6 結 語

經過綜合比選，沙灘修復選取了方案一，實施后經過1個月的觀察原滲流點消失，灘面未出現因滲流引起的沖刷，有效的解決了滲流問題。本項目對發生滲流和沒有發生滲流的斷面進行比較，進行滲流沖刷原因分析，然后提出治理滲流沖刷問題的思路，最后形成具體方案，

通過對該項目的研究，可有效地指導項目具體建設，并對今后類似工程起到借鑒作用。

參考文獻：

［1］ 李松，劉征.敞海水域大型人工沙灘海濱浴場主尺度的設計、模型驗證及優化［J］.中國勘察設計，2009，9：57-63.

［2］ 楊佳男，陳萍，孫曉君.天津港東疆港區人工沙灘主要設計參數的確定與探討［J］.中國港灣建設，2014，5：61-63.

Tianjin east port artificial beach seepage causes analysis and repair

Yang Jianan1，2， Zhang Wo2
（1.Port of Caofeidian Group Co.， Ltd.， Tangshan Hebei 063200， China； 2.CCCC First Harbor Consultants Co.， Ltd.， Tianjin 300222， China）

Abstract：Tianjin east port artificial beach is built on muddy coast beaches， offshore construction difficulty and cost is very high.In view of the beach face of seepage problem causes， this paper made a comprehensive analysis，and put forward the repair plan， provide a reference for similar projects.

Key words：artificial beach；seepage； cause analysis ；repair plan

中圖分類號：TU441+.33

文獻標識碼：A

文章編號：1004-9592（2016）02-0081-03

DOI：10.16403/j.cnki.ggjs20160221

收稿日期：2015-10-19

作者簡介：楊佳男（1984-），男，工程師，主要從事港口建設管理工作。