保護沿海城鎮、農田、鹽場和岸灘,防止風暴潮的氾濫淹沒,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。

  海堤 在河口、海岸地區,為瞭防止大潮、高潮和風暴潮的氾濫以及風浪的侵襲和造成土地淹沒,在沿岸地面上修築的一種專門用來擋水的建築物。在中國的江蘇、浙江一帶亦稱海塘。

  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。海堤的平面佈置應使堤線平順,盡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墻堤兩種主要型式,以及斜坡堤和陡墻堤相結合的混成堤。

  斜坡式海堤 最簡單的斜坡堤為梯形斷面,采用單一的斜坡。通常臨海一側的坡面,采用上下不同坡度或中部設置平臺(戧臺)的復式斷面。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,其結構穩定性關系到堤身的安全,常采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。背海一側的內坡常采用植物護面,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,護面下設置碎石濾層或墊層,防止堤身的沙土被吸出。護面范圍從坡腳至波浪上爬最高處。在水淺、浪小、灘地較高的地段,外坡也可以采用植物護坡。

  陡墻式海堤 一種傳統型式的海堤。要求墻體在波浪作用下保持穩定。外側采用塊石砌築成陡墻或直墻,墻後堆填砂或沙土,陡墻也可用混凝土方塊砌築,或用沉箱建造。陡墻後填土的內坡一般與斜坡堤的內坡相同。陡墻堤占地面積較小,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,陡墻堤受到的波壓力也較大。

  為防止水流、波浪淘刷斜坡堤和陡墻堤的坡腳,常采用加固措施,如在坡腳拋石、拋混凝土塊,或修築塊石棱體等。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,對原有岸坡采取砌築加固的措施,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墻式(包括直墻式)岸壁兩種型式。斜坡式護岸的護面結構、護面范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墻式岸壁,采用砌築石墻、混凝土重力墻、鋼筋混凝土扶壁式擋土墻或板樁墻等結構。護岸工程除承受波浪、水流作用,陡墻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。為瞭減小岸壁內側水壓力,可在內側采取排水措施,包括在護岸壁後填築排水濾層、護岸壁上開排水孔。內側回填土盡可能采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、標準和佈置,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。

  保灘工程 保護沿海灘塗,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塗外,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。可采用建築物(如丁壩、順壩、護坦、護坎等)、植物、人工沙灘等防護措施。

  丁壩 壩體與岸線成丁字形佈置,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,對上下遊、甚至對岸都會產生影響,設計時要慎重考慮其平面佈置與長度。為保灘護岸、防止主流逼岸,常采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,隻要間距適當,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。丁壩平面佈置有與水流正交、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,以采用正交佈置為宜。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,需采取防沖加固措施,如用柴排護底、拋石或拋人工塊體、使用沉箱或沉井結構等。

  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范圍而定,可佈置成連續的或間斷的兩種。為攔斷沿岸流,也可采取丁壩和順壩相結合的佈置方式。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。斜坡式用松散塊體堆築,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。

  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,采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采用,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、熱帶的沿海灘塗生長。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,為瞭保灘護岸,常在沿岸修築攔沙柵,促使沙丘的形成和發展。

  簡史 中國的海岸防護工程歷史悠久,規模宏大。其中抗禦臺風風浪和杭州灣湧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)。魚鱗塘全部采用條石建造,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,隻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,經歷瞭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、條塊石塘都是直墻岸壁式海塘,近40年來采用瞭帶平臺的斜坡式海塘,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,主丁壩頭部成功地采用直徑達20米的巨型沉井來抗禦湧潮。20世紀50年代以來,中國沿海多數土堤增加瞭塊石或草皮護坡,不少灘地采用工程或生物措施防浪促淤。

圖2 清代乾隆年間建築的魚鱗大石塘

  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餘公裡;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,提出瞭完整的海岸防護規劃、設計標準和方法,在世界上得到廣泛應用。日本近40年興建的海岸防護工程保護瞭15000公裡海岸線,約占其海岸線總長的一半。