海岸防護工程

海岸防護工程指的是保護沿海城鎮、農田、鹽場和岸灘，防止風暴潮的泛濫淹沒，抵禦波浪、水流的侵襲與淘刷的各種工程設施，包括海堤、護岸和保灘工程。

基本介紹

• 中文名：海岸防護工程
• 外文名：seadefense works
• 性質：防護工程
• 作用：保護海岸

歷史發展

中國的海岸防護工程歷史悠久，規模宏大。其中抗禦颱風風浪和杭州灣涌潮襲擊的錢塘江海塘久有盛名。錢塘江海塘始建於兩漢時期（公元前 206～公元220），五代(907～960)時用竹籠填石作塘，以後開始築石塘，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於明代(1368～1644)，清代又有改進（圖2）。魚鱗塘全部採用條石建造，相鄰條石用鐵件嵌固。塘腳前灘地上用排樁夾石構築成坦水，通常設有一至三道，稱為頭坦、二坦、三坦。實際上，塘身是岸坡防護工程，坦水是護腳或保灘工程。另一種石塘為條塊石塘，只在臨水一側用條石砌築，內側堆填塊石。明、清時期修建的海塘，經歷了數百年浪潮的侵襲和淘刷，至今仍有部分基本完好，發揮著良好的作用。魚鱗塘、條塊石塘都是直牆岸壁式海塘，近40年來採用了帶平台的斜坡式海塘，建造經濟方便，防護效果良好。塘前也設有坦水。錢塘江兩岸仍用傳統的丁壩群保護灘地，主丁壩頭部成功地採用直徑達20米的巨型沉井來抗禦涌潮。20世紀50年代以來，中國沿海多數土堤增加了塊石或草皮護坡，不少灘地採用工程或生物措施防浪促淤。

荷蘭、美國、日本在海岸防護方面都比較先進，有豐富的經驗。荷蘭著名的須德海工程，海堤長達30餘公里；三角洲開發工程，海堤斷面大、標準高，施工機械化程度高，堤身沙土用水力沖填，混凝土或瀝青護面用機械澆築。美國系統地研究海岸演變與防護設施50餘年，提出了完整的海岸防護規劃、設計標準和方法，在世界上得到廣泛套用。日本近40年興建的海岸防護工程保護了15000公里海岸線，約占其海岸線總長的一半。

結構型式

海岸工程建築物的結構型式通常分為斜坡式、直牆式、透空式、浮式等4種。前兩種為傳統的重型結構，由塊石、混凝土或鋼筋混凝土等材料構成；後兩種為輕型結構，由木材、鋼材或鋼筋混凝土等材料構成。重型結構一般能取得較好的工程效益，但也給周圍環境帶來顯著的影響。例如採用傳統的防波堤能獲得較平穩的海港水域，但也能造成海港泥沙淤積及周圍岸灘新的沖淤演變。輕型結構可減少對周圍環境的影響，在較深的水域也可減少工程造價，但工程效果和耐久性往往較差。由於海岸帶水文、地質條件的複雜性，海岸工程的布置及其建築物結構型式，常需要通過室內模型試驗、數學模型和現場測驗等手段進行研究論證。

分類

海岸防護工程包括海堤及對自然岸坡的護岸、護腳、護灘工程。

海堤

在河口、海岸地區，為了防止大潮的高潮和風暴潮的泛濫及其伴隨風浪的侵襲造成土地淹沒，在沿岸原有地面上修築的一種專門用來擋水的建築物稱為海堤(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，並留有一定的安全超高。設計水位和設計波要素的標準一般根據海堤的工程規模、重要性、實際經濟效益來確定。海堤的頂寬根據堤身結構、交通運輸、防汛搶險及施工等需要來確定。海堤的平面布置應使堤線平順，儘可能避開強風和水流的正面襲擊。

海堤斷面型式及其尺寸的確定與當地水深、動力因素、地基特性、材料來源和施工條件等有關，海堤可分為斜坡堤和陡牆堤兩種主要型式，以及斜坡堤和陡牆堤相結合的混成堤。

1.斜坡式海堤

最簡單的斜坡堤為梯形斷面，採用單一的斜坡。通常臨海一側的坡面，採用上下不同坡度或中部設定平台（戧台）的複式斷面。斜坡堤消浪性能較好，對地基沉陷變形適應性強，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築。迎海一側外坡直接承受波浪、水流的作用，其結構穩定性關係到堤身的安全，常採用保護堤身的防浪抗沖材料，稱為人工護面。坡度一般為1:1.5～1:5，無護面的外坡更平緩，具體坡度視土質而定。背海一側的內坡常採用植物護面，坡度一般為1:1.5～1:4。人工護面有塊石、混凝土塊或人工異形塊體（見防波堤）、混凝土板等結構型式，護面下設定碎石濾層或墊層，防止堤身的沙土被吸出。護面範圍從坡腳至波浪上爬最高處。在水淺、浪小、灘地較高的地段，外坡也可以採用植物護坡。

2.陡牆式海堤

一種傳統型式的海堤。要求牆體在波浪作用下保持穩定。外側採用塊石砌築成陡牆或直牆，牆後堆填砂或沙土，陡牆也可用混凝土方塊砌築，或用沉箱建造。陡牆後填土的內坡一般與斜坡堤的內坡相同。陡牆堤占地面積較小，工程量小，但地基應力比較集中，堤身沉陷量大，因而要求有較堅實的地基。另外，陡牆堤受到的波壓力也較大。

為防止水流、波浪淘刷斜坡堤和陡牆堤的坡腳，常採用加固措施，如在坡腳拋石、拋混凝土塊，或修築塊石稜體等。在軟基上修建海堤，還需進行地基處理（見圍海工程）。

護岸工程

在河口、海岸地區，對原有岸坡採取砌築加固的措施，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。

護岸工程分為斜坡式護岸和陡牆式(包括直牆式)岸壁兩種型式。斜坡式護岸的護面結構、護面範圍基本上與斜坡堤相似。在濱海城鎮或兼有系靠船隻需要的岸段常建造陡牆式岸壁，採用砌築石牆、混凝土重力牆、鋼筋混凝土扶壁式擋土牆或板樁牆等結構。護岸工程除承受波浪、水流作用，陡牆式岸壁還要承受土壓力作用。由於護岸工程的頂標高度與地面平齊，還將受到來自岸內側地下水滲透壓力的作用。為了減小岸壁內側水壓力，可在內側採取排水措施，包括在護岸壁後填築排水濾層、護岸壁上開排水孔。內側回填土儘可能採用排水性能好的沙質土。護岸坡腳的加固措施一般與海堤的護腳措施相同。

沿海城鎮的護岸工程結構、標準和布置，除保證岸坡穩定外，還應考慮城鎮防汛、交通、環境綠化等要求。

護灘工程

保護沿海灘涂，防止灘面泥沙被波浪、水流淘刷的工程設施。淤泥質或沙質海灘的泥沙被波浪掀起、懸浮並隨水流輸移，致使灘面發生剝蝕，海堤、護岸的坡腳逐漸受淘刷，甚至引起海堤或護岸坍塌。一般的保灘工程除能保護灘涂外，還間接地有護堤、護岸的功能，並有促使泥沙在灘面落淤的作用。可採用建築物（如丁壩、順壩、護坦、護坎等）、植物、人工沙灘等防護措施。

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，對斜向波浪還有一定的掩護作用。為保護大片灘地並促使其淤漲，常需建築一至數道較長的丁壩，攔截較多的泥沙。長丁壩挑流顯著，對上下游、甚至對岸都會產生影響，設計時要慎重考慮其平面布置與長度。為保灘護岸、防止主流逼岸，常採用多道短丁壩組成的丁壩群。丁壩群也用於河口地區，能使水流歸槽，刷深航道。丁壩群伸出岸邊不遠，挑流較和緩，不會劇烈改變流場，只要間距適當，壩田內也會有一定淤積。丁壩的間距與壩長和灘地的泥沙特性有關，一般根據實際經驗或水力模型試驗確定。丁壩平面布置有與水流正交、上挑或下挑三種方式。上挑時挑流效果最好，但壩頭附近沖刷劇烈；下挑時水流較規順，挑流效果則較差。雙向水流或波浪方向不定時，以採用正交布置為宜。丁壩根部的壩頂高程一般取平均高潮位以上，但不高於相連或附近的海堤頂或護岸坡頂，壩身頂的高程隨著向海延伸逐步降低。壩頭附近因水流集中，常形成沖刷坑，需採取防沖加固措施，如用柴排護底、拋石或拋人工塊體、使用沉箱或沉井結構等。

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。用以消減波浪並促使泥沙在壩後岸側沉積。順壩的長度根據所需防護範圍而定，可布置成連續的或間斷的兩種。為攔斷沿岸流，也可採取丁壩和順壩相結合的布置方式。順壩壩頂較高時，能較好地消減波浪能量，岸灘防護效果顯著。但此時波浪荷載也較大，要求壩身結構更加穩固。壩頂經常淹沒於水下的稱為潛順壩，其壩頂高程略低於平均潮位。高潮位時壩頂不淹沒的稱為出水順壩，其壩頂高程高於平均高潮位。

丁壩和順壩的斷面有直立式和斜坡式兩種。斜坡式用鬆散塊體堆築，直立式用板樁、木樁或沉箱構築。壩體可以透水或不透水。挾沙水流可以穿過的木樁編籬壩、攔柵壩和網壩等為輕型透水壩，水流與波浪所受的阻礙較小，同時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.護坦和護坎

海堤、護岸前面的局部保灘工程措施稱為護坦或坦水。堤前灘地有階梯狀地勢起伏時，為防止高灘地的前沿崩坍後退，在高、低灘間的陡坎處構築護坎（圖1）。

人工沙灘 　在沿海受沖刷的岸段，採用人工填沙的方法恢復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沙源時採用，或結合疏浚工程吹填。現在，人工沙灘還用於建造海濱浴場。這種方法始於美國，以後推廣到歐洲及日本。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，紅樹林則適於亞熱帶、熱帶的沿海灘涂生長。沙源豐富的海域，泥沙在水流、波浪、風力作用下常堆積成沿岸沙丘，成為保護岸灘的天然屏障。歐洲北海沿岸的天然沙丘較多，為了保灘護岸，常在沿岸修築攔沙柵，促使沙丘的形成和發展。