天津東疆灣人工沙灘滲流成因分析及修復(fù)

楊佳男， 仉 沃（1.曹妃甸港集團(tuán)股份有限公司，河北 唐山 06300； .中交第一航務(wù)工程勘察設(shè)計(jì)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(fù)

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

摘要：天津港東疆港區(qū)人工沙灘是建造在淤泥質(zhì)海岸上的離岸海灘，建設(shè)的難度和造價(jià)非常高。本文針對灘面出現(xiàn)的滲流問題成因，進(jìn)行了全面分析，并提出了修復(fù)方案，為類似工程提供參考。

關(guān)鍵詞：人工沙灘；滲流；成因分析：修復(fù)方案

引 言

人工海灘的類型從原海岸表層地質(zhì)條件劃分可分為礁石海岸、沙質(zhì)海岸和淤泥質(zhì)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(shè)難度來說，沙質(zhì)海岸一般只需填砂補(bǔ)砂，最簡單；淤泥質(zhì)海岸需考慮填沙粒徑、與淤泥的隔離等因素，最復(fù)雜。自然岸邊海灘建設(shè)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(fù)雜［1］。天津港人工沙灘就是建造在淤泥質(zhì)海岸上的離岸海灘，因此工程建設(shè)的難度和造價(jià)是非常高的。設(shè)計(jì)和施工過程中出現(xiàn)的問題，由于缺少工程先例，進(jìn)行了專項(xiàng)研究，以保證工程達(dá)到預(yù)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(qū)的東南部旅游休閑度假區(qū)內(nèi)，是我國北方最大的人工沙灘。從開始建設(shè)至今，經(jīng)過試運(yùn)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(huán)抱式防波堤內(nèi)，是建造在淤泥質(zhì)海岸上的離岸人工海灘，從北向南分為低密度住宅區(qū)沙灘、公共游樂區(qū)沙灘和賓館區(qū)沙灘三大區(qū)域，沙灘均為親水沙灘結(jié)構(gòu)。

圖1 人工沙灘平面布置

2 人工沙灘設(shè)計(jì)參數(shù)

人工沙灘采用斜坡結(jié)構(gòu)。沙灘總寬為165 m，陸側(cè)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(shè)計(jì)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(jié)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(jié)合面上鋪設(shè)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(biāo)準(zhǔn)段沙灘斷面

3 滲流沖刷情況

公共區(qū)沙灘在鋪海灘砂過程中，現(xiàn)場施工人員發(fā)現(xiàn)在位于沙灘變坡（1：15）區(qū)域出現(xiàn)一處砂頂返水的滲流現(xiàn)象。發(fā)現(xiàn)后施工方對滲流區(qū)進(jìn)行了處理：挖除海灘砂，鋪設(shè)一層土工布，再進(jìn)行填砂反壓，但觀察一段時(shí)間發(fā)現(xiàn)沒有達(dá)到預(yù)想的效果，十多天后該位置又出現(xiàn)滲流現(xiàn)象， 1個(gè)月后觀察已經(jīng)出現(xiàn)滲流沖刷 10處，滲流位置距海側(cè)擋埝20～30 m區(qū)域?，F(xiàn)場查看結(jié)果發(fā)現(xiàn)，雖然該處土工布已經(jīng)損壞，但滲出水流均為清水。

現(xiàn)場對其中一處沒有發(fā)生滲流區(qū)域的沙灘結(jié)構(gòu)進(jìn)行開挖和探摸比較發(fā)現(xiàn)，在發(fā)生滲流處有石頭存在，同時(shí)在挖至海灘砂底面時(shí)，發(fā)現(xiàn)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(xiàn)象隨著時(shí)間推移，范圍和強(qiáng)度不斷變大，反復(fù)沖刷沙灘，部分嚴(yán)重滲流處已成溝渠狀，并且導(dǎo)致部分土工布破損，如不及時(shí)處理，將危及人工沙灘的整體穩(wěn)定。

4 滲流成因分析

1）滲流水來源于每次漲潮水源的補(bǔ)充，落潮時(shí)沙灘中海水的降水速度慢于落潮速度，造成沙灘中出現(xiàn)剩余水壓力，產(chǎn)生滲流。

2）根據(jù)沙灘出現(xiàn)滲流沖刷現(xiàn)狀、位置、現(xiàn)場開挖情況分析，最先出現(xiàn)滲流的區(qū)域位于卵石或拋石向海側(cè)延伸較多，相應(yīng)石面埋藏較淺處。

3）根據(jù)出現(xiàn)滲流沖刷區(qū)域在整個(gè)沙灘中的位置和該處沙灘結(jié)構(gòu)層與其他處的差別分析，該處沙灘存在卵石或拋石結(jié)構(gòu)層。因此出現(xiàn)滲流的位置應(yīng)該確定為卵石或拋石結(jié)構(gòu)層。

根據(jù)以上分析，造成本次滲流的主要原因應(yīng)為卵石層，雖然原設(shè)計(jì)卵石層與海灘砂之間未設(shè)置任何倒濾設(shè)施，且已使用一年以上，但結(jié)合滲出水的清晰程度和現(xiàn)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(cè)延伸最多出，相對沙層最薄處首先發(fā)生滲流沖刷現(xiàn)象。

因此，得出如下結(jié)論：

1）本次滲流產(chǎn)生的主要原因是原設(shè)計(jì)沙灘中卵石層的下部形成了集水層效應(yīng)，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(nèi)不會(huì)影響沙灘的穩(wěn)定性，但可能會(huì)造成海灘砂加快流失，影響美觀。

3）本次滲流沖刷現(xiàn)象應(yīng)只會(huì)出現(xiàn)在潮間帶很有卵石層的區(qū)域，其他區(qū)域應(yīng)不會(huì)出現(xiàn)。

5 修復(fù)方案

根據(jù)以上原因分析，并結(jié)合現(xiàn)場采用的處理措施，本次修復(fù)方案采用疏通的方式治理滲流沖刷問題。提出了以下3個(gè)方案：

1）方案一

保持現(xiàn)有沙灘外輪廓形狀不變，再出現(xiàn)滲流的區(qū)域設(shè)置地下結(jié)構(gòu)層引導(dǎo)現(xiàn)滲出水流直接排至海側(cè)圍埝外側(cè)。地下結(jié)構(gòu)層采用碎石倒濾層上設(shè)卵石過渡到表層海灘砂的結(jié)構(gòu)形式。該方法施工區(qū)域位于潮間帶，施工有一定難度。

2）方案二

保持現(xiàn)有沙灘外輪廓形狀不變，再出現(xiàn)滲流的區(qū)域設(shè)置地下管涵或排水管道引導(dǎo)滲出水流直接排至海側(cè)擋埝外側(cè)。地下管涵或排水管道需要設(shè)置柔性接口，以適應(yīng)地基的不均勻沉降上，在管道的上端需要設(shè)置適當(dāng)?shù)慕Y(jié)構(gòu)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(shè)施位于潮間帶，施工有一定難度。

3）方案三

在沙灘出現(xiàn)滲流的區(qū)域至海側(cè)擋埝之間結(jié)合景觀設(shè)計(jì)，設(shè)置地表結(jié)構(gòu)層引導(dǎo)滲出水流直接排至海側(cè)擋埝外側(cè)。地表結(jié)構(gòu)層采用碎石倒濾層上設(shè)卵石的結(jié)構(gòu)形式。該方法需要專門的景觀設(shè)計(jì)配合，但施工難度相對較小。

6 結(jié) 語

經(jīng)過綜合比選，沙灘修復(fù)選取了方案一，實(shí)施后經(jīng)過1個(gè)月的觀察原滲流點(diǎn)消失，灘面未出現(xiàn)因滲流引起的沖刷，有效的解決了滲流問題。本項(xiàng)目對發(fā)生滲流和沒有發(fā)生滲流的斷面進(jìn)行比較，進(jìn)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(xiàng)目的研究，可有效地指導(dǎo)項(xiàng)目具體建設(shè)，并對今后類似工程起到借鑒作用。

參考文獻(xiàn)：

［1］ 李松，劉征.敞海水域大型人工沙灘海濱浴場主尺度的設(shè)計(jì)、模型驗(yàn)證及優(yōu)化［J］.中國勘察設(shè)計(jì)，2009，9：57-63.

［2］ 楊佳男，陳萍，孫曉君.天津港東疆港區(qū)人工沙灘主要設(shè)計(jì)參數(shù)的確定與探討［J］.中國港灣建設(shè)，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(hào)：TU441+.33

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：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(shè)管理工作。