海岸防護(hù)工程

海岸工程建筑物的結(jié)構(gòu)型式通常分為斜坡式、直墻式、透空式、浮式等4種。前兩種為傳統(tǒng)的重型結(jié)構(gòu)，由塊石、混凝土或鋼筋混凝土等材料構(gòu)成；后兩種為輕型結(jié)構(gòu)，由木材、鋼材或鋼筋混凝土等材料構(gòu)成。重型結(jié)構(gòu)一般能取得較好的工程效益，但也給周圍環(huán)境帶來顯著的影響。例如采用傳統(tǒng)的防波堤能獲得較平穩(wěn)的海港水域，但也能造成海港泥沙淤積及周圍岸灘新的沖淤演變。輕型結(jié)構(gòu)可減少對(duì)周圍環(huán)境的影響，在較深的水域也可減少工程造價(jià)，但工程效果和耐久性往往較差。由于海岸帶水文、地質(zhì)條件的復(fù)雜性，海岸工程的布置及其建筑物結(jié)構(gòu)型式，常需要通過室內(nèi)模型試驗(yàn)、數(shù)學(xué)模型和現(xiàn)場測驗(yàn)等手段進(jìn)行研究論證 。

中國的海岸防護(hù)工程歷史悠久，規(guī)模宏大。其中抗御臺(tái)風(fēng)風(fēng)浪和杭州灣涌潮襲擊的錢塘江海塘久有盛名。錢塘江海塘始建于兩漢時(shí)期（公元前 206～公元220），五代(907～960)時(shí)用竹籠填石作塘，以后開始筑石塘，清代乾隆年間(1736～1795)大多改為石塘。著名的錢塘江魚鱗大石塘出現(xiàn)于明代(1368～1644)，清代又有改進(jìn)（圖2）。魚鱗塘全部采用條石建造，相鄰條石用鐵件嵌固。塘腳前灘地上用排樁夾石構(gòu)筑成坦水，通常設(shè)有一至三道，稱為頭坦、二坦、三坦。實(shí)際上，塘身是岸坡防護(hù)工程，坦水是護(hù)腳或保灘工程。另一種石塘為條塊石塘，只在臨水一側(cè)用條石砌筑，內(nèi)側(cè)堆填塊石。明、清時(shí)期修建的海塘，經(jīng)歷了數(shù)百年浪潮的侵襲和淘刷，至今仍有部分基本完好，發(fā)揮著良好的作用。魚鱗塘、條塊石塘都是直墻岸壁式海塘，近40年來采用了帶平臺(tái)的斜坡式海塘，建造經(jīng)濟(jì)方便，防護(hù)效果良好。塘前也設(shè)有坦水。錢塘江兩岸仍用傳統(tǒng)的丁壩群保護(hù)灘地，主丁壩頭部成功地采用直徑達(dá)20米的巨型沉井來抗御涌潮。20世紀(jì)50年代以來，中國沿海多數(shù)土堤增加了塊石或草皮護(hù)坡，不少灘地采用工程或生物措施防浪促淤。

荷蘭、美國、日本在海岸防護(hù)方面都比較先進(jìn)，有豐富的經(jīng)驗(yàn)。荷蘭著名的須德海工程，海堤長達(dá)30余公里；三角洲開發(fā)工程，海堤斷面大、標(biāo)準(zhǔn)高，施工機(jī)械化程度高，堤身沙土用水力沖填，混凝土或?yàn)r青護(hù)面用機(jī)械澆筑。美國系統(tǒng)地研究海岸演變與防護(hù)設(shè)施50余年，提出了完整的海岸防護(hù)規(guī)劃、設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)和方法，在世界上得到廣泛應(yīng)用。日本近40年興建的海岸防護(hù)工程保護(hù)了15000公里海岸線，約占其海岸線總長的一半。

海岸防護(hù)工程包括海堤及對(duì)自然岸坡的護(hù)岸、護(hù)腳、護(hù)灘工程。

海岸防護(hù)工程海堤

在河口、海岸地區(qū)，為了防止大潮的高潮和風(fēng)暴潮的泛濫及其伴隨風(fēng)浪的侵襲造成土地淹沒，在沿岸原有地面上修筑的一種專門用來擋水的建筑物稱為海堤(Sea dyke)。中國江蘇長江以南和浙江一帶也稱為海塘。海堤也是圍海工程的重要工程設(shè)施。

海堤一般不容許波浪、水流越頂，堤頂高程在波浪爬升高度以上，并留有一定的安全超高。設(shè)計(jì)水位和設(shè)計(jì)波要素的標(biāo)準(zhǔn)一般根據(jù)海堤的工程規(guī)模、重要性、實(shí)際經(jīng)濟(jì)效益來確定。海堤的頂寬根據(jù)堤身結(jié)構(gòu)、交通運(yùn)輸、防汛搶險(xiǎn)及施工等需要來確定。海堤的平面布置應(yīng)使堤線平順，盡可能避開強(qiáng)風(fēng)和水流的正面襲擊。

海堤斷面型式及其尺寸的確定與當(dāng)?shù)厮?、?dòng)力因素、地基特性、材料來源和施工條件等有關(guān)，海堤可分為斜坡堤和陡墻堤兩種主要型式，以及斜坡堤和陡墻堤相結(jié)合的混成堤。

1.斜坡式海堤

最簡單的斜坡堤為梯形斷面，采用單一的斜坡。通常臨海一側(cè)的坡面，采用上下不同坡度或中部設(shè)置平臺(tái)（戧臺(tái)）的復(fù)式斷面。斜坡堤消浪性能較好，對(duì)地基沉陷變形適應(yīng)性強(qiáng)，施工簡便。但斷面、施工土方量和占地面積都較大。斜坡堤堤身一般用土料填筑。迎海一側(cè)外坡直接承受波浪、水流的作用，其結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性關(guān)系到堤身的安全，常采用保護(hù)堤身的防浪抗沖材料，稱為人工護(hù)面。坡度一般為1:1.5～1:5，無護(hù)面的外坡更平緩，具體坡度視土質(zhì)而定。背海一側(cè)的內(nèi)坡常采用植物護(hù)面，坡度一般為1:1.5～1:4。人工護(hù)面有塊石、混凝土塊或人工異形塊體（見防波堤）、混凝土板等結(jié)構(gòu)型式，護(hù)面下設(shè)置碎石濾層或墊層，防止堤身的沙土被吸出。護(hù)面范圍從坡腳至波浪上爬最高處。在水淺、浪小、灘地較高的地段，外坡也可以采用植物護(hù)坡。

2.陡墻式海堤

一種傳統(tǒng)型式的海堤。要求墻體在波浪作用下保持穩(wěn)定。外側(cè)采用塊石砌筑成陡墻或直墻，墻后堆填砂或沙土，陡墻也可用混凝土方塊砌筑，或用沉箱建造。陡墻后填土的內(nèi)坡一般與斜坡堤的內(nèi)坡相同。陡墻堤占地面積較小，工程量小，但地基應(yīng)力比較集中，堤身沉陷量大，因而要求有較堅(jiān)實(shí)的地基。另外，陡墻堤受到的波壓力也較大。

為防止水流、波浪淘刷斜坡堤和陡墻堤的坡腳，常采用加固措施，如在坡腳拋石、拋混凝土塊，或修筑塊石棱體等。在軟基上修建海堤，還需進(jìn)行地基處理（見圍海工程）。

海岸防護(hù)工程護(hù)岸工程

在河口、海岸地區(qū)，對(duì)原有岸坡采取砌筑加固的措施，用以防止波浪、水流的侵襲、淘刷和在土壓力、地下水滲透壓力作用下造成的岸坡崩坍。

護(hù)岸工程分為斜坡式護(hù)岸和陡墻式(包括直墻式)岸壁兩種型式。斜坡式護(hù)岸的護(hù)面結(jié)構(gòu)、護(hù)面范圍基本上與斜坡堤相似。在濱海城鎮(zhèn)或兼有系靠船只需要的岸段常建造陡墻式岸壁，采用砌筑石墻、混凝土重力墻、鋼筋混凝土扶壁式擋土墻或板樁墻等結(jié)構(gòu)。護(hù)岸工程除承受波浪、水流作用，陡墻式岸壁還要承受土壓力作用。由于護(hù)岸工程的頂標(biāo)高度與地面平齊，還將受到來自岸內(nèi)側(cè)地下水滲透壓力的作用。為了減小岸壁內(nèi)側(cè)水壓力，可在內(nèi)側(cè)采取排水措施，包括在護(hù)岸壁后填筑排水濾層、護(hù)岸壁上開排水孔。內(nèi)側(cè)回填土盡可能采用排水性能好的沙質(zhì)土。護(hù)岸坡腳的加固措施一般與海堤的護(hù)腳措施相同。

沿海城鎮(zhèn)的護(hù)岸工程結(jié)構(gòu)、標(biāo)準(zhǔn)和布置，除保證岸坡穩(wěn)定外，還應(yīng)考慮城鎮(zhèn)防汛、交通、環(huán)境綠化等要求。

海岸防護(hù)工程護(hù)灘工程

保護(hù)沿海灘涂，防止灘面泥沙被波浪、水流淘刷的工程設(shè)施。淤泥質(zhì)或沙質(zhì)海灘的泥沙被波浪掀起、懸浮并隨水流輸移，致使灘面發(fā)生剝蝕，海堤、護(hù)岸的坡腳逐漸受淘刷，甚至引起海堤或護(hù)岸坍塌。一般的保灘工程除能保護(hù)灘涂外，還間接地有護(hù)堤、護(hù)岸的功能，并有促使泥沙在灘面落淤的作用?？刹捎媒ㄖ铮ㄈ缍巍㈨槈?、護(hù)坦、護(hù)坎等）、植物、人工沙灘等防護(hù)措施。

1.丁壩

壩體與岸線成丁字形布置，壩根與堤、岸銜接，壩身向海延伸。丁壩能將水流挑離岸邊，攔截沿岸漂沙使之落淤。同時(shí)，對(duì)斜向波浪還有一定的掩護(hù)作用。為保護(hù)大片灘地并促使其淤漲，常需建筑一至數(shù)道較長的丁壩，攔截較多的泥沙。長丁壩挑流顯著，對(duì)上下游、甚至對(duì)岸都會(huì)產(chǎn)生影響，設(shè)計(jì)時(shí)要慎重考慮其平面布置與長度。為保灘護(hù)岸、防止主流逼岸，常采用多道短丁壩組成的丁壩群。丁壩群也用于河口地區(qū)，能使水流歸槽，刷深航道。丁壩群伸出岸邊不遠(yuǎn)，挑流較和緩，不會(huì)劇烈改變流場，只要間距適當(dāng)，壩田內(nèi)也會(huì)有一定淤積。丁壩的間距與壩長和灘地的泥沙特性有關(guān)，一般根據(jù)實(shí)際經(jīng)驗(yàn)或水力模型試驗(yàn)確定。丁壩平面布置有與水流正交、上挑或下挑三種方式。上挑時(shí)挑流效果最好，但壩頭附近沖刷劇烈；下挑時(shí)水流較規(guī)順，挑流效果則較差。雙向水流或波浪方向不定時(shí)，以采用正交布置為宜。丁壩根部的壩頂高程一般取平均高潮位以上，但不高于相連或附近的海堤頂或護(hù)岸坡頂，壩身頂?shù)母叱屉S著向海延伸逐步降低。壩頭附近因水流集中，常形成沖刷坑，需采取防沖加固措施，如用柴排護(hù)底、拋石或拋人工塊體、使用沉箱或沉井結(jié)構(gòu)等。

2.順壩

在離岸一定距離的水中建造的與岸大致平行的壩體。也稱順岸壩。用以消減波浪并促使泥沙在壩后岸側(cè)沉積。順壩的長度根據(jù)所需防護(hù)范圍而定，可布置成連續(xù)的或間斷的兩種。為攔斷沿岸流，也可采取丁壩和順壩相結(jié)合的布置方式。順壩壩頂較高時(shí)，能較好地消減波浪能量，岸灘防護(hù)效果顯著。但此時(shí)波浪荷載也較大，要求壩身結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)固。壩頂經(jīng)常淹沒于水下的稱為潛順壩，其壩頂高程略低于平均潮位。高潮位時(shí)壩頂不淹沒的稱為出水順壩，其壩頂高程高于平均高潮位。

丁壩和順壩的斷面有直立式和斜坡式兩種。斜坡式用松散塊體堆筑，直立式用板樁、木樁或沉箱構(gòu)筑。壩體可以透水或不透水。挾沙水流可以穿過的木樁編籬壩、攔柵壩和網(wǎng)壩等為輕型透水壩，水流與波浪所受的阻礙較小，同時(shí)壩體承受的荷載也較小，一般壩腳沖刷程度輕微。挾沙水流不能穿過壩體的有沉箱壩、板樁壩、砌石壩等為重型不透水壩。拋石壩和拋方塊壩雖然容許部分水流穿過壩體，但壩周圍水流特性與不透水壩相似。

3.護(hù)坦和護(hù)坎

海堤、護(hù)岸前面的局部保灘工程措施稱為護(hù)坦或坦水。堤前灘地有階梯狀地勢起伏時(shí)，為防止高灘地的前沿崩坍后退，在高、低灘間的陡坎處構(gòu)筑護(hù)坎（圖1）。

人工沙灘 　在沿海受沖刷的岸段，采用人工填沙的方法恢復(fù)原來的沙灘或拋填成新的沙灘，稱人工沙灘。一般在附近有大量廉價(jià)沙源時(shí)采用，或結(jié)合疏浚工程吹填?，F(xiàn)在，人工沙灘還用于建造海濱浴場。這種方法始于美國，以后推廣到歐洲及日本。另外，在灘地上種植大米草、紅樹林或其他植物，可以消波緩流，促使泥沙落淤。大米草可在溫帶沿海種植，紅樹林則適于亞熱帶、熱帶的沿海灘涂生長。沙源豐富的海域，泥沙在水流、波浪、風(fēng)力作用下常堆積成沿岸沙丘，成為保護(hù)岸灘的天然屏障。歐洲北海沿岸的天然沙丘較多，為了保灘護(hù)岸，常在沿岸修筑攔沙柵，促使沙丘的形成和發(fā)展。

海洋工程可分為海岸工程、近海工程和深海工程等3類。

海洋工程海岸工程

海岸工程（coastal engineering）：自古以來就很受重視。主要包括海岸防護(hù)工程、圍海工程、海港工程、河口治理工程、海上疏浚工程、沿海漁業(yè)設(shè)施工程、環(huán)境保護(hù)設(shè)施工程等。

海洋工程近海工程

近海工程（offshore engineering）：又稱離岸工程。20世紀(jì)中葉以來發(fā)展很快。主要是在大陸架較淺水域的海上平臺(tái)、人工島等的建設(shè)工程，和在大陸架較深水域的建設(shè)工程，如浮船式平臺(tái)、移動(dòng)半潛平臺(tái)（mobile semi-submersible unit ）、自升式平臺(tái)(self-elevating unit)、石油和天然氣勘探開采平臺(tái)、浮式貯油庫、浮式煉油廠、浮式飛機(jī)場等項(xiàng)建設(shè)工程。

海洋工程深海工程

深海工程（deep-water offshore engineering）：包括無人深潛的潛水器和遙控的海底采礦設(shè)施等建設(shè)工程。

由于海洋環(huán)境變化復(fù)雜，海洋工程除考慮海水條件的腐蝕、海洋生物的污著等作用外，還必須能承受地震、臺(tái)風(fēng)、海浪、潮汐、海流和冰凌等的強(qiáng)烈自然因素，在淺海區(qū)還要經(jīng)受得了岸灘演變和泥沙運(yùn)移等的影響。

第一章 淺海的環(huán)境、資源與開發(fā)

第一節(jié) 淺海環(huán)境特征

第二節(jié) 重要淺海資源

第三節(jié) 海洋開發(fā)利用

第二章 海岸及近海動(dòng)力學(xué)問題

第一節(jié) 淺海動(dòng)力因素

第二節(jié) 海岸泥沙運(yùn)動(dòng)

第三節(jié) 河口海岸演變

第三章 海岸防護(hù)工程

第一節(jié) 海堤

第二節(jié) 護(hù)岸

第三節(jié) 保灘設(shè)施

第四章 圍海工程

第一節(jié) 堵口截流

第二節(jié) 控制水閘

第五章 海港工程

第一節(jié) 總體布置

第二節(jié) 防波堤

第三節(jié) 碼頭

第四節(jié) 修造船建筑物

第六章 河口治理工程

第一節(jié) 疏浚挖槽

第二節(jié) 水道整治

第三節(jié) 筑閘擋潮

第七章 海洋能工程

第一節(jié) 潮汐發(fā)電站

第二節(jié) 波力發(fā)電裝置

第三節(jié) 海水瘟差發(fā)電試驗(yàn)

第八章 人工島工程

第一節(jié) 填海筑島

第二節(jié) 環(huán)島防護(hù)

第三節(jié) 島陸交通

第九章 海上平臺(tái)工程

第一節(jié) 固定式平臺(tái)

第二節(jié) 浮式平臺(tái)

第三節(jié) 油、氣貯輸設(shè)施

第十章 海工建筑物上波浪作用

第十一章 淺海海域內(nèi)工程研究方法

展望

參考文獻(xiàn)2100433B

海岸防護(hù)工程指的是保護(hù)沿海城鎮(zhèn)、農(nóng)田、鹽場和岸灘，防止風(fēng)暴潮的泛濫淹沒，抵御波浪、水流的侵襲與淘刷的各種工程設(shè)施，包括海堤、護(hù)岸和保灘工程。海岸防砂墻屬于海岸工程建筑物的一種。通常分為斜坡式、直墻式、透空式、浮式等4種。前兩種為傳統(tǒng)的重型結(jié)構(gòu)，由塊石、混凝土或鋼筋混凝土等材料構(gòu)成；后兩種為輕型結(jié)構(gòu)，由木材、鋼材或鋼筋混凝土等材料構(gòu)成。重型結(jié)構(gòu)一般能取得較好的工程效益，但也給周圍環(huán)境帶來顯著的影響。例如采用傳統(tǒng)的防波堤能獲得較平穩(wěn)的海港水域，但也能造成海港泥沙淤積及周圍岸灘新的沖淤演變。輕型結(jié)構(gòu)可減少對(duì)周圍環(huán)境的影響，在較深的水域也可減少工程造價(jià)，但工程效果和耐久性往往較差。由于海岸帶水文、地質(zhì)條件的復(fù)雜性，海岸工程的布置及其建筑物結(jié)構(gòu)型式，常需要通過室內(nèi)模型試驗(yàn)、數(shù)學(xué)模型和現(xiàn)場測驗(yàn)等手段進(jìn)行研究論證。