CN114382048A - 一种贝藻礁型生态海堤结构 - Google Patents

Abstract

本发明属海堤防护工程技术领域，公开一种贝藻礁型生态海堤结构，靠海侧至少设有一个盆式平台贝藻礁，盆式平台贝藻礁包括立墙、前墙、侧墙、平台板、底板，立墙两端靠海侧垂直设有侧墙，侧墙的另一端设有前墙，平台板与立墙、侧墙、前墙的内侧连接，侧墙、前墙的上部与立墙及平台板形成上方开口的盆式平台，立墙上部向盆式平台上方延伸形成挡浪墙，立墙、侧墙、前墙底端与底板连接，底板向前墙外侧延伸形成底板前趾，底板向陆侧延伸形成底板后趾，前墙和侧墙上设有过流孔。本发明提供的海堤结构，节约砂石料资源、结构安全稳定可靠，可削弱海浪冲击，为海洋生物的繁衍生息提供生存环境，生态环保效果显著，应用前景广阔。

Description

一种贝藻礁型生态海堤结构

技术领域

本发明涉及海堤防护工程技术领域，具体涉及一种贝藻礁型生态海堤结构。

背景技术

海堤是一种为防御风暴潮水和波浪对防护区的危害而修筑的堤防工程，生态海堤是一种将防潮御灾能力和自然海洋生态功能相统一的沿海防护建筑物。随着国家经济的不断发展，人们的生活水平不断的提高，人们对自身所居住的环境提出了更高的要求，希望沿海城市的海堤更加生态、环保，使海堤处的海岸线具有自然生态属性。目前，大部分海堤建设重点强调的是结构稳定安全，堤身常采用斜坡式结构，堤顶设防浪墙，堤前护面常采用硬质的四角块、栅栏板、浆砌块石等。这种结构常需要消耗大量砂石料等资源，在如今砂石料资源紧张、价格高涨的条件下，工程投资较大；同时这种结构也缺乏海洋生物栖息的良好环境，不能为鱼、虾、贝、藻等海洋生物提供繁殖、生长、索饵和庇敌的场所，生态效果差。

综上所述，现有技术存在的技术问题如下：

1)大量消耗砂石资源，成本造价高；

2)缺乏海洋生物栖息的良好环境，不能为鱼、虾、贝、藻等海洋生物提供繁殖、生长、索饵和庇敌的场所，生态效果差。

发明内容

本发明的目的在于解决上述技术问题，提供一种贝藻礁型生态海堤结构，节约砂石料资源、结构安全稳定可靠，可削弱海浪冲击，为海洋生物的繁衍生息提供生存环境，生态环保效果显著。

本发明所解决的技术问题可以采用以下技术方案来实现：

一方面，本发明提供一种贝藻礁型生态海堤结构，靠海侧至少设有一个盆式平台贝藻礁，所述盆式平台贝藻礁包括立墙、前墙、侧墙、平台板、底板，所述立墙两端靠海侧垂直设有侧墙，所述侧墙的另一端设有前墙，所述平台板与所述立墙、侧墙、前墙的内侧连接，所述侧墙、前墙的上部与所述立墙及所述平台板形成上方开口的盆式平台，所述立墙上部向盆式平台上方延伸形成挡浪墙，所述立墙、侧墙、前墙底端与所述底板连接，所述底板向前墙外侧延伸形成底板前趾，所述底板向陆侧延伸形成底板后趾，所述前墙和所述侧墙上设有过流孔。

作为一种优选方案，所述盆式平台顶高程设置在高、低水位之间的潮间带。

作为一种优选方案，所述盆式平台贝藻礁底部铺设有堤身基础，所述堤身基础上方靠海侧铺设有堤脚护底结构，所述堤脚护底结构一端压实在所述底板前趾上方和所述前墙的外侧面，所述底板后趾靠陆侧一端铺设有陆侧堤身棱体，所述陆侧堤身棱体与所述盆式平台贝藻礁之间铺设有堤心回填料，所述堤心回填料上方铺设有堤身面层结构，所述堤心回填料与所述堤身面层结构靠陆侧设有堤后护面，所述陆侧堤身棱体与所述堤后护面靠陆侧形成斜坡堤，所述斜坡堤外侧铺设有堤后回填料。

作为一种优选方案，所述陆侧堤身棱体横截面呈梯形。

本发明提供的一种贝藻礁型生态海堤结构的施工方法如下：

S1、按照最终确定的盆式平台贝藻礁的技术参数，采用钢筋混凝土预制盆式平台贝藻礁；

S2、根据确定的地基换填深度、宽度，挖除换填基础处的淤泥，根据核算数据分层充填厚砂被作为堤身基础，并对堤身基础进行地基处理；

S3、水上吊运安装盆式平台贝藻礁；

S4、施工陆侧堤身棱体；

S5、用堤心材料砂进行堤心回填料回填；

S6、施工堤身面层结构；

S7、施工堤后护面；

S8、回填堤后回填料。

作为一种优选方案，在预制盆式平台贝藻礁的同时，根据确定的地基换填深度、宽度，挖除换填基础处的淤泥，根据核算数据分层充填厚砂被作为堤身基础，并对堤身基础进行地基处理。

相较于现有技术，由于采用上述技术方案，本发明取得以下显著的有益技术效果：

1)所述盆式平台贝藻礁为采用钢筋混凝土预制的人工礁石，海堤结构仅有一侧为斜坡堤坡面结构，其堤身所需砂石料显著减少；

3)盆式平台贝藻礁顶部设置一定空间的盆式平台，增加空间表面积，以达到增加牡蛎等贝类和孔石莼、马尾藻等大型海藻附着、生长的三维空间；

2)盆式平台贝藻礁设置过流孔，一方面可以削弱海浪冲击，另一方面丰富了礁体内部流场流态，增大内部空间表面积，为鱼类等提供繁殖、生长、索饵和庇敌的场所，达到保护、增殖和提高渔获量的目的；

4)盆式平台顶高程布置在高、低水位之间，以营造潮间藻礁生境，利于牡蛎等贝类和孔石莼、马尾藻等大型海藻附着、生长，吸收大量的二氧化碳和营养盐类并释放出氧气，起到净化水质环境的作用，同时藻类又为许多草食性海洋生物提供饵料，形成一个完整、稳定的生态链。

5)结构安全稳定可靠，可有效防止砂石流失，应用前景广阔。

附图说明

图1为本发明提供的盆式平台贝藻礁A-A向横断面示意图；

图2为本发明提供的盆式平台贝藻礁俯视图；

图3为本发明提供的贝藻礁型生态海堤结构横断面示意图；

图4为本发明提供的贝藻礁型生态海堤结构的施工方法流程图；

图5为瑞典圆弧法计算整体稳定安全系数的图示。

附图标记包括：

1、盆式平台贝藻礁；2、堤身基础；3、堤脚护底结构；4、陆侧堤身棱体；5、堤心回填料；6、堤身面层结构；7、堤后护面；8、堤后回填料；

11、立墙；12、前墙；13、侧墙；14、平台板；15、底板；16、盆式平台；17、过流孔；

151、底板后趾；152、底板前趾；

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合附图和具体实施例进一步阐述本发明。

如图1、图2所示：一种贝藻礁型生态海堤结构，靠海侧至少设有一个盆式平台贝藻礁1，所述盆式平台贝藻礁1包括立墙11、前墙12、侧墙13、平台板14、底板15，所述立墙11两端靠海侧垂直设有侧墙13，所述侧墙13的另一端设有前墙12，所述平台板14与所述立墙11、侧墙13、前墙12的内侧连接，所述侧墙13、前墙12的上部与所述立墙11及所述平台板14形成上方开口的盆式平台16，所述立墙11上部向盆式平台16上方延伸形成挡浪墙，所述立墙11、侧墙13、前墙12底端与所述底板15连接，所述底板15向前墙12外侧延伸形成底板前趾152，所述底板15向陆侧延伸形成底板后趾151，所述前墙12和所述侧墙13上设有过流孔17。

本发明提供的贝藻礁型生态海堤结构，采用钢筋混凝土材料预制盆式平台贝藻礁1作为靠海侧的直立堤主体结构，既能保证强度要求，保证结构稳定安全，同时可大大减少了砂石料的用量；盆式平台贝藻礁1顶部设置一定空间的盆式平台16，增加空间表面积，以已达到增加牡蛎等贝类和孔石莼、马尾藻等大型海藻附着、生长的三维空间；在盆式平台贝藻礁1的前墙12、侧墙13上设置过流孔17，使盆式平台贝藻礁1的立墙11、前墙12、侧墙13、平台板14和底板15之间形成一个丰富的礁体内部流场流态，增大内部空间表面积，为鱼类等提供繁殖、生长、索饵和庇敌的场所，达到保护、增殖和提高渔获量的目的，同时还可以削弱海浪的冲击，仅在侧墙13和前墙12上设置过流孔17，还可以通过盆式平台贝藻礁1防止海砂及回填石料的流失。

如图1、图2、图3所示：作为一种优选方案，所述盆式平台16顶高程设置在高、低水位之间的潮间带，以营造潮间藻礁生境，利于牡蛎等贝类和孔石莼、马尾藻等大型海藻附着、生长，吸收大量的二氧化碳和营养盐类并释放出氧气，起到净化水质环境的作用，同时藻类又为许多草食性海洋生物提供饵料，形成一个完整、稳定的生态链。

如图3所示：作为一种优选方案，所述盆式平台贝藻礁1底部铺设有堤身基础2，所述堤身基础2上方靠海侧铺设有堤脚护底结构3，所述堤脚护底结构3一端压实在所述底板前趾152上方和所述前墙12的外侧面，所述底板后趾151靠陆侧一端铺设有陆侧堤身棱体4，所述陆侧堤身棱体4与所述盆式平台贝藻礁1之间铺设有堤心回填料5，所述堤心回填料5上方铺设有堤身面层结构6，所述堤心回填料5与所述堤身面层结构6靠陆侧设有堤后护面7，所述陆侧堤身棱体4与所述堤后护面7靠陆侧形成斜坡堤，所述斜坡堤外侧铺设有堤后回填料8。

本发明提供的贝藻礁型生态海堤结构是由靠陆侧的斜坡堤和靠海侧的盆式平台贝藻礁1直立堤两部分组成的复合式生态海堤，其结构的稳定性包括靠陆侧的斜坡堤自身重力提供的整体稳定性与靠海侧的盆式平台贝藻礁1自身结构的稳定性。斜坡堤的坡面为斜面，其坡度依据其填料抗剪力学性能确定；盆式平台贝藻礁1的稳定性同时可通过其底板后趾151上面的堤心回填料5的重力实现，底板后趾151长度越大，其上堤心回填料5的总重就越大，那么盆式平台贝藻礁1底板15与堤身基础2之间能够提供的抗滑摩擦力就越大，结构的稳定性也就越高。盆式平台贝藻礁1除了可以抵御波流，为海洋生物的繁衍生息提供生境，为维持和提高海洋生物多样性提供有利条件，在近陆侧的立墙11不布置过流孔17，还可以避免堤心回填料5流失。

如图3所示：作为一种优选方案，所述陆侧堤身棱体4横截面呈梯形，可以为堤心回填料5预留更大的充填空间，保证堤心回填料5的有效充填，提高堤心回填料5的自身重力，使各结构层之间的结合状态更加稳定，使整体结构更加的稳固。

本发明提供的贝藻礁型生态海堤结构的设计包括以下要点：根据海堤的现行规范对海堤顶高程、盆式平台贝藻礁1立墙11的顶高程进行计算，初步确定海堤、盆式平台贝藻礁1立墙11顶高程；根据水文资料，初步确定盆式平台贝藻礁1的盆式平台16顶高程、过流孔17的位置和大小；根据现行规范对海堤进行整体稳定验算，对盆式平台贝藻礁1结构进行抗滑、抗倾、地基承载力等技术参数进行计算，确定堤身断面及盆式平台贝藻礁1断面尺寸，确定地基换填深度、宽度；根据现行规范对海堤进行断面波浪模型试验，最终确定海堤、盆式平台贝藻礁1立墙11和盆式平台16顶高程及过流孔17的位置、大小，以及盆式平台贝藻礁1断面尺寸等技术参数。

作为一种优选方案，根据《防波堤与护岸设计规范》(JTS154-2018)，贝藻礁型生态海堤的直立堤堤顶高程根据使用要求，结合总体布置综合考虑确定，计算方法如下：

(1)对允许越浪的直立堤

Z_c＝H_w+0.6H_F

式中：Z_c—岸顶或墙顶高程(m)；

H_w—设计高水位(m)；

H_F—累计频率为F的设计波高(m)。

特别的，若上部结构为削角型式的直立堤，堤顶高程按下式计算：

Z_c＝H_w+0.7H_F

(2)对基本不越浪的直立堤

Z_c＝H_w+H_F

特别的，若上部结构为削角型式的直立堤，堤顶高程按下式计算：

Z_c＝H_w+1.25H_F

作为一种优选方案，对防护要求较高的贝藻礁型生态海堤的直立堤的越浪量可以采用以下算法计算：

式中：q—平均越浪量(m3/s)；

g—重力加速度，取9.81m/s2；

H_s—有效波高(m)；

d—水深(m)；

R_c—堤顶相对于静水面高度(m)。

其中，R_c/H_s＝0.47～1.31，d/H_s＝3.7～5.1，β取值范围为0°～45°，考虑波浪方向的越浪量折减因子γ_β的取值见下表：

作为一种优选方案，贝藻礁型生态海堤靠陆侧斜坡堤的整体稳定计算按瑞典圆弧法进行计算，其中施工期、水位降落期采用总应力法，稳定渗流期采用有效应力法进行计算，计算方法图示见图5。

施工期整体稳定安全系数可按下式计算：

水位降落期整体稳定安全系数可按下式计算：

稳定渗流期整体稳定安全系数按下式计算：

式中：

b—条块宽度(m)；

W—条块重力(kN)，W＝W₁+W₂+γ_wZb；

W₁—在堤坡外水位以上的条块重力(kN)；

W₂—在堤坡外水位以下的条块重力(kN)；

Z—堤坡外水位高出条块底面中点的距离(m)；

U－稳定渗流期堤身或堤基中孔隙压力(kPa)；

u_i－水位降落期堤身的孔隙水压力(kPa)；

β－条块重力线与通过此条块底面中点的半径之间的夹角(°)；

γ_w－水的重度(kN/m³)；

C_u、

C_cu、

C’、

－土的抗剪强度指标(kN/m³，°)。

考虑有渗透水压力作用，采用简化的有效应力计算，计算滑动力时，浸润线以下、静水位以上的土体采用饱和容重；计算抗滑力时，浸润线以下、静水位以上的土体采用浮容重；浸润线以上的土体采用湿容重，静水位以下的土体采用浮容重。

作为一种优选方案，根据水工挡土墙设计规范(SL-379-2007)，盆式平台贝藻礁1结构的抗滑稳定安全系数可按照下式计算：

式中：K_c—结构沿基底面的抗滑稳定安全系数；

f—结构底面与地基之间的摩擦系数；

∑H—作用在结构上全部平行于基底面的荷载(kN)；

∑G—作用在结构上全部垂直于基底面的荷载(kN)。

盆式平台贝藻礁1结构的抗倾稳定安全系数可按照下式计算：

式中：K₀—结构抗倾覆稳定安全系数；

∑M_V—对结构基底前趾的抗倾覆力矩(kNm)；

∑M_H—对结构基底前趾的倾覆力矩(kNm)。

盆式平台贝藻礁1结构的地基承载力可按照下式计算：

式中：

—结构基底应力的最大值和最小值(kPa)；

∑G—作用在结构上全部垂直于基底面的荷载(kN)；

∑M—作用在结构上全部荷载对于水平面平行于前墙墙面方向形心轴的力矩之和(kNm)；

A—结构基底面的面积(m²)；

W—结构基底面对于基底面平行前墙墙面方向形心轴的截面矩(m³)。

如图4所示，本发明提供的贝藻礁型生态海堤结构的施工方法如下：

S1、按照最终确定的盆式平台贝藻礁1的技术参数，预制盆式平台贝藻礁1；

S2、根据确定的地基换填深度、宽度，挖除换填基础处的淤泥，根据核算数据分层充填厚砂被作为堤身基础2，并对堤身基础2进行地基处理；

S3、水上吊运安装盆式平台贝藻礁1；

S4、施工陆侧堤身棱体4；

S5、用堤心材料砂进行堤心回填料5回填；

S6、施工堤身面层结构6；

S7、施工堤后护面7；

S8、回填堤后回填料8。

作为一种优选方案，在盆式平台贝藻礁1预制的同时，可根据确定的地基换填深度、宽度，挖除换填基础处的淤泥，根据核算数据分层充填厚砂被作为堤身基础2，并对堤身基础2进行地基处理，缩短施工工期。

综上所述可见：使用本发明提供的贝藻礁型生态海堤结构，所述盆式平台贝藻礁1采用钢筋混凝土预制，海堤结构仅有一侧为斜坡堤坡面结构，其堤身修筑所需砂石料显著减少；盆式平台贝藻礁1顶部设置一定空间的盆式平台16，增加空间表面积，以已达到增加牡蛎等贝类和孔石莼、马尾藻等大型海藻附着、生长的三维空间；盆式平台贝藻礁1设置过流孔17，一方面可以削弱海浪冲击，另一方面丰富了礁体内部流场流态，增大内部空间表面积，为鱼类等提供繁殖、生长、索饵和庇敌的场所，达到保护、增殖和提高渔获量的目的；盆式平台16顶高程布置在高、低水位之间的潮间带，以营造潮间藻礁生境，利于牡蛎等贝类和孔石莼、马尾藻等大型海藻附着、生长，吸收大量的二氧化碳和营养盐类并释放出氧气，起到净化水质环境的作用，同时藻类又为许多草食性海洋生物提供饵料，形成一个完整、稳定的生态链；结构安全稳定可靠，可有效防止砂石料的流失；适用于海洋生态环境保护要求高、砂石资源匮乏的海堤修筑，应用前景广阔。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (6)

1.一种贝藻礁型生态海堤结构，其特征在于：靠海侧至少设有一个盆式平台贝藻礁，所述盆式平台贝藻礁包括立墙、前墙、侧墙、平台板、底板，所述立墙两端靠海侧垂直设有侧墙，所述侧墙的另一端设有前墙，所述平台板与所述立墙、侧墙、前墙的内侧连接，所述侧墙、前墙的上部与所述立墙及所述平台板形成上方开口的盆式平台，所述立墙上部向盆式平台上方延伸形成挡浪墙，所述立墙、侧墙、前墙底端与所述底板连接，所述底板向前墙外侧延伸形成底板前趾，所述底板向陆侧延伸形成底板后趾，所述前墙和所述侧墙上设有过流孔。

2.如权利要求1所述的贝藻礁型生态海堤结构，其特征在于：所述盆式平台顶高程设置在高、低水位之间的潮间带。

3.如权利要求1所述的贝藻礁型生态海堤结构，其特征在于：所述盆式平台贝藻礁底部铺设有堤身基础，所述堤身基础上方靠海侧铺设有堤脚护底结构，所述堤脚护底结构一端压实在所述底板前趾上方和所述前墙的外侧面，所述底板后趾靠陆侧一端铺设有陆侧堤身棱体，所述陆侧堤身棱体与所述盆式平台贝藻礁之间铺设有堤心回填料，所述堤心回填料上方铺设有堤身面层结构，所述堤心回填料与所述堤身面层结构靠陆侧设有堤后护面，所述陆侧堤身棱体与所述堤后护面靠陆侧形成斜坡堤，所述斜坡堤外侧铺设有堤后回填料。

4.如权利要求3所述的贝藻礁型生态海堤结构，其特征在于：所述陆侧堤身棱体横截面呈梯形。

5.一种如权利要求3-4任一所述的贝藻礁型生态海堤结构的实施方法，其特征在于：

S1、按照最终确定的盆式平台贝藻礁的技术参数，采用钢筋混凝土预制盆式平台贝藻礁；

S2、根据确定的地基换填深度、宽度，挖除换填基础处的淤泥，根据核算数据分层充填厚砂被作为堤身基础，并对堤身基础进行地基处理；

S3、水上吊运安装盆式平台贝藻礁；

S4、施工陆侧堤身棱体；

S5、用堤心材料砂进行堤心回填料回填；

S6、施工堤身面层结构；

S7、施工堤后护面；

S8、回填堤后回填料。

6.如权利要求5所述的贝藻礁型生态海堤结构的施工方法，其特征在于：在盆式平台贝藻礁预制的同时，根据确定的地基换填深度、宽度，挖除换填基础处的淤泥，根据核算数据分层充填厚砂被作为堤身基础，并对堤身基础进行地基处理。

Images