土工布在渤海灣淤泥質海岸人造沙灘養灘中的應用實踐

張燕通

河北省地礦局第八地質大隊 河北 秦皇島 066000

前言

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

1 人造沙灘養護難點

海灘養護簡稱養灘，是按設計向海灘大量拋沙，或再輔以“硬工程”護沙，達到增寬和穩定海灘的目的，以營造生態海灘。據莊振業(2011)，根據沉積學，可將海灘養護分為同相養灘以及跳相養灘等類型。其中同相養灘是在原始天然砂質海灘基礎上拋沙以拓寬、穩定原始海灘的工程，由于原始岸灘和拋沙養灘暴露于相似的動力環境，養灘很容易成功，

國外養灘多屬此類。異相養灘(又稱跳相養灘)，是在原非砂質海灘上拋沙改造成砂質海灘。通常根據原始海灘的類型劃分成不同的類型如巖灘、礫石海灘、泥灘及生物碎屑養灘4種類型。因為原始海灘的動力環境明顯區別于砂質海岸，養灘難度較大。現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抱防浪堤將人造沙灘與外海環境隔絕的手段進行養灘，此方法雖然可以營造穩定的動力環境，但是會造成沉積物細化，海水交流變差導致水質下降等問題。以上兩例目前為止并沒有出現較嚴重的問題，養灘效果理想。但是由于環抱式丁壩阻擋了人們的視線，景觀效應較差，針對沙灘的旅游目的則不夠理想。渤海灣地區人造沙灘屬于異相養灘中的泥灘(粉砂淤泥質)養灘，面臨拋沙細化的可能，同時更面臨季節性風暴潮等強動力災害。

2 土工布在泥質人造沙灘養灘中的應用實踐

傳統形式的海岸構筑物的建設和維護變得十分昂貴，更便宜的材料如土工合成物等使用越來越廣泛。土工布袋已經在水力和海岸工程現場得到了多方面的應用，也被用在阻止海灘侵蝕和海岸保護上。Koerner、Welsh(1980)、Pilarczyk(1990，1995)、Heibau m(2002)De Bruin(1995)等人的研究已經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灘，在工程中使用了大量土工布以解決淤泥質海岸養灘的獨特問題，開始也在海灘剖面中設計有大型土工布袋埋設在剖面高潮線處，起到消浪保灘作用。土工布袋約10 m長、5 m寬、0.3 m厚，袋內填充當地粗粉砂至細砂沉積物。但是經過風暴潮災害侵襲后，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、春季暴風浪發生頻繁，波高較大，如遇風暴潮增水明顯，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。同時土工布袋的組成材質為塑料薄膜，無法抵抗大型波浪而破壞，內部填沙則被沖散。工程所用土工布填沙袋內為原灘處粗粉砂或細砂，很容易受波浪作用而懸浮而隨水流自由運動，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在細粒吹填土及上層拋沙之間。人造沙灘地層設計為下層是就地取得吹填沙性土，顆粒較細，而上層為海灘填沙，顆粒相較下層較粗。這樣下細上粗的結構在工程上是不穩定的，容易發生滑動而導致上層填沙泥化及沙灘整體下陷。使用土工布袋填充當地粗粉沙至細沙埋設在設計高潮線處鋪沙下方阻擋波浪，起到近岸壩的作用；同時鋪墊在拋沙與下層極細沙之間，防止上層填沙與下層細粒沉積物發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定的作用。將土工布及塑料格柵鋪設在人造沙灘下的細粒沉積物地基上。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。這樣土工布可以隔開粗細沉積物防止泥化并防止下陷。土工布袋起到穩定作用，沙灘剖面中部的土工布和格柵也就能保持穩定，分隔拋沙和下層細粒沉積物的作用，防止泥化，并促進下層沉積物固結。

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

3 結束語

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