土工布在渤海灣淤泥質(zhì)海岸人造沙灘養(yǎng)灘中的應(yīng)用實(shí)踐

張燕通

河北省地礦局第八地質(zhì)大隊(duì) 河北 秦皇島 066000

前言

海岸侵蝕是目前世界性的災(zāi)害之一，海灘養(yǎng)護(hù)作為抵御侵蝕的最佳措施在國外早已有所實(shí)踐及研究。歐美砂質(zhì)海岸資源眾多，人造沙灘的建設(shè)主要集中在對受侵蝕的沙灘進(jìn)行養(yǎng)護(hù)修護(hù)，而我國則不同，尤其是渤海灣沿岸，則是在淤泥質(zhì)海岸上建設(shè)人造沙灘。由于淤泥質(zhì)海岸的底質(zhì)特征、動力環(huán)境及水體含沙量都與天然砂質(zhì)海岸有所區(qū)別，所以養(yǎng)灘工程實(shí)施手段也就與砂質(zhì)海岸養(yǎng)灘不同。淤泥質(zhì)海岸底質(zhì)沉積物顆粒較細(xì)、動力環(huán)境較弱、含沙量較高，直接在潮灘上拋沙養(yǎng)灘，填沙后會因沒有防護(hù)措施而被沖散流失，并且會與下層細(xì)粒沉積物混合發(fā)生泥化，則最終致使養(yǎng)灘失敗。因此，選擇選擇合適的養(yǎng)灘方式至關(guān)重要。

1 人造沙灘養(yǎng)護(hù)難點(diǎn)

海灘養(yǎng)護(hù)簡稱養(yǎng)灘，是按設(shè)計(jì)向海灘大量拋沙，或再輔以“硬工程”護(hù)沙，達(dá)到增寬和穩(wěn)定海灘的目的，以營造生態(tài)海灘。據(jù)莊振業(yè)(2011)，根據(jù)沉積學(xué)，可將海灘養(yǎng)護(hù)分為同相養(yǎng)灘以及跳相養(yǎng)灘等類型。其中同相養(yǎng)灘是在原始天然砂質(zhì)海灘基礎(chǔ)上拋沙以拓寬、穩(wěn)定原始海灘的工程，由于原始岸灘和拋沙養(yǎng)灘暴露于相似的動力環(huán)境，養(yǎng)灘很容易成功，

國外養(yǎng)灘多屬此類。異相養(yǎng)灘(又稱跳相養(yǎng)灘)，是在原非砂質(zhì)海灘上拋沙改造成砂質(zhì)海灘。通常根據(jù)原始海灘的類型劃分成不同的類型如巖灘、礫石海灘、泥灘及生物碎屑養(yǎng)灘4種類型。因?yàn)樵己┑膭恿Νh(huán)境明顯區(qū)別于砂質(zhì)海岸，養(yǎng)灘難度較大。現(xiàn)有成功案例如上海金山及天津東疆港人造沙灘均采用修建環(huán)抱防浪堤將人造沙灘與外海環(huán)境隔絕的手段進(jìn)行養(yǎng)灘，此方法雖然可以營造穩(wěn)定的動力環(huán)境，但是會造成沉積物細(xì)化，海水交流變差導(dǎo)致水質(zhì)下降等問題。以上兩例目前為止并沒有出現(xiàn)較嚴(yán)重的問題，養(yǎng)灘效果理想。但是由于環(huán)抱式丁壩阻擋了人們的視線，景觀效應(yīng)較差，針對沙灘的旅游目的則不夠理想。渤海灣地區(qū)人造沙灘屬于異相養(yǎng)灘中的泥灘(粉砂淤泥質(zhì))養(yǎng)灘，面臨拋沙細(xì)化的可能，同時(shí)更面臨季節(jié)性風(fēng)暴潮等強(qiáng)動力災(zāi)害。

2 土工布在泥質(zhì)人造沙灘養(yǎng)灘中的應(yīng)用實(shí)踐

傳統(tǒng)形式的海岸構(gòu)筑物的建設(shè)和維護(hù)變得十分昂貴，更便宜的材料如土工合成物等使用越來越廣泛。土工布袋已經(jīng)在水力和海岸工程現(xiàn)場得到了多方面的應(yīng)用，也被用在阻止海灘侵蝕和海岸保護(hù)上。Koerner、Welsh(1980)、Pilarczyk(1990，1995)、Heibau m(2002)De Bruin(1995)等人的研究已經(jīng)證明是一種有效持久的治水方法。

由于渤海灣沿岸某人造沙灘為粉砂淤泥岸養(yǎng)灘，在工程中使用了大量土工布以解決淤泥質(zhì)海岸養(yǎng)灘的獨(dú)特問題，開始也在海灘剖面中設(shè)計(jì)有大型土工布袋埋設(shè)在剖面高潮線處，起到消浪保灘作用。土工布袋約10 m長、5 m寬、0.3 m厚，袋內(nèi)填充當(dāng)?shù)卮址凵爸良?xì)砂沉積物。但是經(jīng)過風(fēng)暴潮災(zāi)害侵襲后，土工布袋遭受損壞，外層土工布被沖毀，填沙被沖散。加之渤海灣冬季、春季暴風(fēng)浪發(fā)生頻繁，波高較大，如遇風(fēng)暴潮增水明顯，波浪底部沒有摩擦在近岸集中卷躍破碎，將土工布填充袋堆沖垮并向岸推移。同時(shí)土工布袋的組成材質(zhì)為塑料薄膜，無法抵抗大型波浪而破壞，內(nèi)部填沙則被沖散。工程所用土工布填沙袋內(nèi)為原灘處粗粉砂或細(xì)砂，很容易受波浪作用而懸浮而隨水流自由運(yùn)動，這樣填充物損失也無法起到保灘作用。

初期使用土工布及塑料格柵一起鋪設(shè)在細(xì)粒吹填土及上層拋沙之間。人造沙灘地層設(shè)計(jì)為下層是就地取得吹填沙性土，顆粒較細(xì)，而上層為海灘填沙，顆粒相較下層較粗。這樣下細(xì)上粗的結(jié)構(gòu)在工程上是不穩(wěn)定的，容易發(fā)生滑動而導(dǎo)致上層填沙泥化及沙灘整體下陷。使用土工布袋填充當(dāng)?shù)卮址凵持良?xì)沙埋設(shè)在設(shè)計(jì)高潮線處鋪沙下方阻擋波浪，起到近岸壩的作用；同時(shí)鋪墊在拋沙與下層極細(xì)沙之間，防止上層填沙與下層細(xì)粒沉積物發(fā)生混合而泥化和下陷。而土工布有濾層及排水作用，其本身形成排水通道，因而在填土荷載作用下，土中的水可以通過土工布排出，土工布能承受一定的拉力起到穩(wěn)定的作用。將土工布及塑料格柵鋪設(shè)在人造沙灘下的細(xì)粒沉積物地基上。由于土工布的滲濾作用，使軟地基中空隙水壓力減小，加速土體的固結(jié)。這樣土工布可以隔開粗細(xì)沉積物防止泥化并防止下陷。土工布袋起到穩(wěn)定作用，沙灘剖面中部的土工布和格柵也就能保持穩(wěn)定，分隔拋沙和下層細(xì)粒沉積物的作用，防止泥化，并促進(jìn)下層沉積物固結(jié)。

養(yǎng)灘需要預(yù)測其穩(wěn)定的壽命。通常養(yǎng)灘工程的壽命指拋沙被侵蝕到總拋沙量的1/2所用的時(shí)間。沙灘養(yǎng)護(hù)工程的壽命主要由安置沙量填補(bǔ)工程前剖面沙缺失的程度及填灘物在沿岸方向輸運(yùn)出工程區(qū)即橫向傳播損失率決定。養(yǎng)灘工程再養(yǎng)護(hù)的時(shí)間間隔為5～7年就可被認(rèn)為是成功的，本土工布養(yǎng)灘工程中通過計(jì)算得到的人造沙灘預(yù)期壽命最高可達(dá)7.62年，那么由此可認(rèn)為工程是成功的。

3 結(jié)束語

渤海灣沿岸人造沙灘建設(shè)在泥灘之上，人為形成沉積間斷，工程建設(shè)中使用了厚土工布及塑料格柵隔層將下層較細(xì)粒沉積物與上層拋沙隔開解決了上層拋沙與原灘細(xì)粒沉積物發(fā)生混合而泥化以及沉積物上粗下細(xì)不穩(wěn)定而導(dǎo)致上層拋沙下陷的問題。同時(shí)使用大型土工布填沙袋鋪設(shè)在沙灘下層高潮線線附近，也起到了穩(wěn)定沙灘的作用。土工布在養(yǎng)灘工程中的使用比較新穎，也解決了泥岸養(yǎng)灘的實(shí)際問題。我國淤泥質(zhì)海岸分布較廣，此養(yǎng)灘方法將有廣泛的應(yīng)用空間。