CN114215002A - 一种潜堤、红树林、双排钢板桩组合生态海堤系统 - Google Patents
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Abstract
本发明属于海岸带、海洋工程技术领域，具体公开了一种潜堤、红树林、双排钢板桩组合生态海堤系统，包括潜堤、红树林带和双排钢板桩斜坡堤，所述潜堤是带有生物洄游通道的临时消浪结构，用于育活红树林；所述双排钢板桩斜坡堤是由双排钢板桩、拉杆、桩间回填土、迎水坡和背水坡砂土、迎水坡护面以及堤顶防渗结构形成的海堤结构；所述红树林带位于潜堤和双排钢板桩斜坡堤之间，包括红树林地基和红树林生境，红树林地基需根据地区适宜性进行土壤改良。本发明利用天然红树林消波减浪，将柔性、绿色的双排钢板桩结构与砂土结合起来形成人工海堤用于抗浪、挡水、止水，有效提高海堤系统的延性，提升其抗变形、抗震性能。
Description
技术领域
本发明涉及海岸带、海洋工程技术领域，具体为一种潜堤、红树林、双排钢板桩组合生态海堤系统。
背景技术
海堤是保护陆域人民生命及财产安全的第一道屏障，增强海平面上升环境下的海堤防护能力，是提高沿海地区防灾减灾能力的迫切需求。
传统人工海堤以钢筋混凝土为挡浪墙、以碎石为堤心填料、以水泥土搅拌桩或旋喷桩为止水帷幕，由于均采用“刚性”设计，抵御风暴潮、海啸的抗变形、抗震性能均较差，而且对生态环境污染很大。天然红树林自海向陆需达到百米级以上的宽度才能抵御风暴潮，达到200m以上才能够抵御海啸，用地、用海宽度极大，且由于其生长要求地形起伏小，宽度大，土壤盐碱度适宜，温度适宜，对海岸带客观条件的要求极高。
发明内容
本发明的目的在于提供一种潜堤、红树林、双排钢板桩组合生态海堤系统，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种潜堤、红树林、双排钢板桩组合生态海堤系统，包括潜堤、红树林带和双排钢板桩斜坡堤，所述潜堤是带有生物洄游通道的临时消浪结构，用于育活红树林，；所述双排钢板桩斜坡堤是由双排钢板桩、拉杆、桩间回填土、迎水坡和背水坡砂土、迎水坡护面以及堤顶防渗结构形成的海堤结构；所述红树林带位于潜堤和双排钢板桩斜坡堤之间，包括红树林地基和红树林生境，所述红树林地基需根据地区适宜性进行土壤改良，所述红树林生境包括植物红海榄、秋茄树、拉关木、木榄、桐花树、盐角草、海马齿等植物群落，还包括弹涂鱼、藤壶、沙蟹等动物群落。
优选地，所述潜堤由碎石构成堤身主要填料，在堤身的底部中央间隔设置“拱形”生物洄游通道，生物洄游通道的壁面采用可降解的生物材料，生物洄游通道的底面用碎石铺填成自海向陆向上不小于3％的斜坡，堤身临海侧铺设栅栏板护面。潜堤寿命期设计为5～10年的临时结构，初期红树林生境刚刚营造非常脆弱，潜堤可保护红树林免遭大浪袭击；随着时间推移，生物洄游通道壁自然塌落，潜堤在海水的冲刷下不断削低高度，直至自然消亡，原潜堤迎水的一面的栅栏构造塌落后在红树林带前方形成斜坡，供海洋生物栖息。
优选地，所述红树林带是一个通过一定时期(一般3～5年)培育的含有动植物的生物群落，可以很好地起到消浪作用。因此，所述双排钢板桩斜坡堤在同等设防等级下的堤顶高程可以降低，大幅节省工程造价，如仍采用不考虑红树林带的高程设计，设防等级可以提高，大幅提升海堤的安全性。
优选地，双排钢板桩斜坡堤为双排钢板桩、拉杆、钢围檩与防波堤构成的海堤结构，双排钢板桩嵌装入天然海砂基床内，双排钢板桩外侧设有钢围檩，钢围檩上固定有拉杆；所述双排钢板桩斜坡堤还具有第一抛砂区、第二抛砂区、中粗砂抛填区，其中中粗砂抛填区设于双排钢板桩中间，第一抛砂区、第二抛砂区设于双排钢板桩两侧。
优选地，双排钢板桩斜坡堤具有迎水面，迎水面的坡脚为抛石，迎水面的坡面设置有防波堤。
优选地，所述双排钢板桩102为带有止水锁扣的“Z”型、“U”型或组合型钢板桩
优选地，所述双排钢板桩斜坡堤通过钢板桩、拉杆、土的共同作用形成海堤结构，由于采用钢板桩绿色、柔性材料挡土止水，对海洋环境污染小，同时海堤结构的利用桩土共同作用抗变形、抗震，动力性能大幅提升。迎水坡面采用栅栏板铺装起到防冲刷和美观作用。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、本发明的一种潜堤、红树林、双排钢板桩组合的生态海堤系统，是一种应对海洋灾害防御的海岸带柔性生态防护系统，利用设有天然可降解生物洄游通道的临时潜堤培育红树林，利用天然红树林消波减浪，将柔性、绿色的双排钢板桩结构与砂土结合起来形成人工海堤用于抗浪、挡水、止水，有效提高海堤系统的延性，提升其抗变形、抗震性能，降低同级设防的堤顶高程，提高同高程设防的设防等级，降低混凝土等高污染材料的使用率，减小纯自然红树林防浪所需的巨大宽度，提高该生态海堤系统的地区适应性，从而建立抵御海洋灾害的仿生屏障。
2、本发明采用双排钢板桩式斜坡土堤较传统海堤抗变形、抗震能力强、绿色环保、减小环境污染。采用堤前红树林生境消波减浪，一方面可实现达到与传统设计方法相同设计堤顶高程的情况下设防等级更高，同时降低海平面上升与地面沉降耦合的堤防受灾风险；另一方面如采用相同设防等级可降低堤顶高程，由于海堤绵延数公里，降低堤顶高程可大幅节省工程造价。采用临时潜堤，不仅可以起到双重消浪效果，更重要的是红树林生境需要一定的培育期，如初期遭受巨大风浪则损失殆尽，同时，本发明潜堤不同于普通潜堤，带有可降解材料制作的生物洄游通道，营造红树林生态群落，因此通过临时潜堤可以提高该生态海堤系统的有效性。
附图说明
图1为本发明一种潜堤、红树林、双排钢板桩组合生态海堤系统示意图；
图2为本发明一种潜堤、红树林、双排钢板桩组合生态海堤系统A处放大图；
图3为本发明一种潜堤、红树林、双排钢板桩组合生态海堤系统B处放大图；
图4为图3中1-1剖面示意图。
图中：1、双排钢板桩斜坡堤；101、天然海砂基床；102、双排钢板桩； 103、拉杆；104、钢围檩；105、第一抛砂区；106、第二抛砂区；107、中粗砂抛填区；108、防波堤；109、抛石；110、防渗护面；2、堤前红树林带；3、红树林地基；4、潜堤；401、碎石；402、通道；403、通道壁面；404、珊瑚海水混凝土防波格栅。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“竖直”、“上”、“下”、“水平”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
请参阅图1-4，本发明提供一种技术方案：一种潜堤、红树林、双排钢板桩组合生态海堤系统，包括双排钢板桩斜坡堤1、堤前红树林带2与潜堤4，所述潜堤4为带有生物洄游通道的临时消浪结构，潜堤4的堤身的底部中央间隔设置“拱形”生物洄游通道，且生物洄游通道壁面采用可降解的生物材料制成；所述双排钢板桩斜坡堤1为双排钢板桩102、拉杆103、钢围檩104 与防波堤108构成的海堤结构，双排钢板桩102嵌装入天然海砂基床101内，双排钢板桩102外侧设有钢围檩104，钢围檩104上固定有拉杆103；所述双排钢板桩斜坡堤1还具有第一抛砂区105、第二抛砂区106、中粗砂抛填区107，其中中粗砂抛填区107设于双排钢板桩102中间，第一抛砂区105、第二抛砂区106设于双排钢板桩102两侧。
在本实施例中，生物洄游通道具有通道壁面403与通道402，其中通道 402的底面采用碎石铺填成自海向陆向上不小于3％的斜坡，以防止通道口泥沙淤积阻塞。
在本实施例中，通道壁面403上覆盖碎石401填筑为斜坡潜堤，并在潜堤4迎水的一面且避开洄游通道的位置设置由珊瑚砂、海水制成的珊瑚海水混凝土防波格栅404。
在本实施例中，双排钢板桩斜坡堤1具有迎水面，迎水面的坡脚为抛石 109，迎水面的坡面设置有防波堤108。
在本实施例中，双排钢板桩102为带有止水锁扣的“Z”型、“U”型或组合型钢板桩。
在本实施例中，堤前红树林带2位于潜堤4和双排钢板桩斜坡堤1之间，堤前红树林带2包括红树林地基3和红树林生境，红树林地基3根据地区适宜性进行土壤改良，红树林生境包括但不限于植物红海榄、秋茄树、拉关木、木榄、桐花树、盐角草、海马齿植物群落，弹涂鱼、藤壶、沙蟹动物群落。
在本实施例中，潜堤4寿命期设计为5～10年的临时结构，初期红树林生境刚刚营造非常脆弱，潜堤4可保护红树林免遭大浪袭击；随着时间推移，生物洄游通道壁自然塌落，潜堤在海水的冲刷下不断削低高度，直至自然消亡，原潜堤迎水面的栅栏构造塌落后在红树林带前方形成斜坡，供海洋生物栖。
在本实施例中，双排钢板桩斜坡堤1通过钢板桩、拉杆、土的共同作用形成海堤结构，由于采用钢板桩绿色、柔性材料挡土止水，对海洋环境污染小，同时海堤结构的利用桩土共同作用抗变形、抗震，动力性能大幅提升。迎水坡面采用栅栏板铺装起到防冲刷和美观作用。
在本实施例中，红树林带2是一个通过一定时期(一般3～5年)培育的含有动植物的生物群落，可以很好地起到消浪作用。因此，所述双排钢板桩斜坡堤1在同等设防等级下的堤顶高程可以降低，大幅节省工程造价，如仍采用不考虑红树林带2的高程设计，设防等级可以提高，大幅提升海堤的安全性。
钢板桩斜坡堤实施时，首先，在近天然岸线附近设置双排钢板桩斜坡堤1，首先水上打入双排钢板桩102嵌入天然海砂基床101一定深度(钢板桩可采用带有止水锁扣的“Z”型、“U”型、组合型等成熟产品，其截面性质、两排钢板桩的间距、插入深度等均由海堤稳定性计算确定，桩长还应按照渗流计算取最不利计算值)，安装拉杆103；将拉杆103固定在双排钢板桩102外侧的钢围檩104上；向双排钢板桩102中间吹填或抛填中粗砂(即往中粗砂抛填区107)直至顶面与双排钢板桩102顶平齐，堤顶设防渗护面110，当堤顶高程不足时，可单独加高迎水侧单排钢板桩的顶标高，使其高于土堤顶面，并对高于土堤顶面的部分进行防腐蚀和景观涂装；对钢拉杆103施加预紧力，形成直立式双排钢板桩堤坝结构；向双排钢板桩两侧同步抛砂(第一抛砂区 105、第二抛砂区106)，直至达到设计高程；在迎水面坡面设置防波堤108(防波堤108建议采用吨位较小的预制栅栏板)；迎水面坡脚采用抛石109。
同步地，可实施红树林带土壤改良，参阅附图1。由于红树林生长要求盐碱度适宜，有机质含量适宜等地基条件，天然海滩不满足需要时，可对其进行局部土壤改良营造红树林生长环境。
同步地，可实施潜堤4，参阅附图3-图4，利用寿命期在5～10年的生物降解材料制作受力性能良好的“拱形”洄游通道壁面403，通道402，其中402 底部铺碎石，并制作为自海向陆向上不低于3％的斜坡，防止通道口泥沙淤积阻塞。通道壁面以上覆盖碎石401填筑为斜坡潜堤，在潜堤迎水面，避开洄游通道的部位设置由珊瑚砂、海水制作成的珊瑚海水混凝土防波格栅404。
最后，潜堤4与双排钢板桩斜坡堤1之间的红树林带2，营造红树林生物群落。包括植物栽种和动物诱导。植物品种的选取以红海榄、秋茄树、拉关木、木榄、桐花树、盐角草、海马齿等多种植物搭配，动物品种包括弹涂鱼、藤壶、招潮蟹、沙蟹、螺、中华鲎等多重动物。具体的动植物配种应结合地方适宜性合理搭配。
使用时，在本发明生态海堤系统建成初期(0～3年)，红树林抵御能力尚较脆弱，遇到海浪时，首先遇到第一道防线，潜堤4发挥作用，避免红树林带遭遇大浪洗刷，之后被削弱的浪到达双排钢板桩斜坡堤1，斜坡堤护面108 继续消浪，减小波浪爬高，遇大浪越过堤顶时，在堤顶防渗顶面110的作用下可避免越浪水直接向下入渗影响回填砂的稳定性，越过堤顶一定的宽度后，巨大的海浪转化成了温和的水流沿着双排钢板桩斜坡堤背坡面顺溜而下。在海堤系统建成3～5年内，通过潜堤4的生物洄游通道，海陆物质和能量不断交换，红树林生境渐趋平衡；在海堤系统建成5年后，潜堤4的生物洄游通道壁面403开始自然降解，潜堤不断塌落，潜堤坡面栅栏板404自然塌落形成红树林带前的海洋生物栖息地。当遇到海浪时，红树林带通过发达的茎、叶达到消浪作用，同时，茎叶还能减缓海浪沿双排钢板桩斜坡堤的爬升速度，削减海浪能量。双排钢板桩斜坡堤迎水面栅栏板可进一步削弱海浪爬升。整个过程中，到达双排钢板桩斜坡堤1的海浪压力，是通过土颗粒挤压外侧钢板桩向内变形，通过回填砂和拉杆向内排桩传递荷载，达到两排钢板桩和土共同作用的效果。当遭遇海啸时，除了上述波浪、水流荷载，还有更大的振动荷载，传统土石海堤在遇到振动荷载时颗粒被振松甚至液化，顶部挡浪墙在地基沉降和液化的作用下发生倾斜、开裂、倒塌。本发明生态海堤系统遭遇海啸时，除了通过红树林消浪，对于振动变形的控制极为有利。当振动波传递至地基砂土，引起砂土颗粒局部发生液化，随即，钢板桩发生变形，利用变形能消耗振动能量，变形后的钢板桩和砂土达到新的平衡状态，仍然能够起到防护作用；更大的振动波再次传来，地基土再次液化，钢板桩继续变形，变形后的双排钢板桩和砂土再次达到新的平衡态，堤顶高程在钢板桩发生变形后开始降低，越浪量增大。当越浪量超过允许值时，应触发预警，海堤防护区域内的人员财产有序撤离，在钢板桩持续变形下，海堤溃决不会瞬间发生，为城区人员财产的撤离赢得宝贵时间。
综上所述，本发明采用设有天然可降解生物洄游通道的临时潜堤培育红树林，利用天然红树林消波减浪，将柔性、绿色的双排钢板桩结构与砂土结合起来形成人工海堤用于抗浪、挡水、止水，有效提高海堤系统的延性，提升其抗变形、抗震性能。较好的解决了传统刚性海堤建设期对海洋环境污染大，阻断海陆物质能量交换，遇海洋灾害的抗变形、抗震性能差导致海洋灾害对城区生命财产安全的威害极大，突发性强等问题。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (6)
1.一种潜堤、红树林、双排钢板桩组合生态海堤系统，其特征在于，包括双排钢板桩斜坡堤(1)、堤前红树林带(2)与潜堤(4)，所述潜堤(4)为带有生物洄游通道的临时消浪结构，潜堤(4)的堤身的底部中央间隔设置“拱形”生物洄游通道，且生物洄游通道壁面采用可降解的生物材料制成；所述双排钢板桩斜坡堤(1)为双排钢板桩(102)、拉杆(103)、钢围檩(104)与防波堤(108)构成的海堤结构，双排钢板桩(102)嵌装入天然海砂基床(101)内，双排钢板桩(102)外侧设有钢围檩(104)，钢围檩(104)上固定有拉杆(103)；所述双排钢板桩斜坡堤(1)还具有第一抛砂区(105)、第二抛砂区(106)、中粗砂抛填区(107)，其中中粗砂抛填区(107)设于双排钢板桩(102)中间，第一抛砂区(105)、第二抛砂区(106)设于双排钢板桩(102)两侧。
2.根据权利要求1所述的一种潜堤、红树林、双排钢板桩组合生态海堤系统，其特征在于：所述生物洄游通道具有通道壁面(403)与通道(402)，其中通道(402)的底面采用碎石铺填成自海向陆向上不小于3％的斜坡，以防止通道口泥沙淤积阻塞。
3.根据权利要求2所述的一种潜堤、红树林、双排钢板桩组合生态海堤系统，其特征在于：所述通道壁面(403)上覆盖碎石(401)填筑为斜坡潜堤，并在潜堤(4)迎水的一面且避开洄游通道的位置设置由珊瑚砂、海水制成的珊瑚海水混凝土防波格栅(404)。
4.根据权利要求1所述的一种潜堤、红树林、双排钢板桩组合生态海堤系统，其特征在于：所述双排钢板桩斜坡堤(1)具有迎水面，迎水面的坡脚为抛石(109)，迎水面的坡面设置有防波堤(108)。
5.根据权利要求1所述的一种潜堤、红树林、双排钢板桩组合生态海堤系统，其特征在于：所述双排钢板桩(102)为带有止水锁扣的“Z”型、“U”型或组合型钢板桩。
6.根据权利要求1所述的一种潜堤、红树林、双排钢板桩组合生态海堤系统，其特征在于：所述堤前红树林带(2)位于潜堤(4)和双排钢板桩斜坡堤(1)之间，堤前红树林带(2)包括红树林地基(3)和红树林生境，红树林地基(3)根据地区适宜性进行土壤改良，红树林生境包括但不限于植物红海榄、秋茄树、拉关木、木榄、桐花树、盐角草、海马齿植物群落，弹涂鱼、藤壶、沙蟹动物群落。
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