一种降低海滩侵蚀的环境友好型防护结构及构建方法与流程

1.本发明涉及海滩防护技术领域，具体涉及一种降低海滩侵蚀的环境友好型防护结构及构建方法。


背景技术：

2.海滩是一种宝贵的天然资源，在沿海社会经济发展和生态文明建设中发挥着不可替代的作用。随着全球气候变暖，自然气候变化会导致海洋风向发生变化，影响了波浪波高和传播方向，进而影响了海岸泥沙的输运，同时海平面的上升导致异常气候现象发生频率增加，恶劣的波浪条件对海滩岸线不断地侵蚀，海滩景观被破坏，海滩宽度减小、坡度增大、泥沙粒径粗化，海滩的旅游功能下降，海岸空间逐渐减少或消失。
3.为了减小台风等恶劣天气下极端大浪对海滩的侵蚀，常见的防护手段为修建离岸式抛石堆填防波堤、潜坝和丁坝，但抛石堆填形成的灰色结构影响区域的水体交换和营养物质的输移，对海洋生态环境影响较大。而生态敏感区及弱动力水域，对水动力强度和水环境质量要求较高，传统的工程措施不能满足区域稳定发展需求，且可能由于阻挡了平常期小浪，波浪掀沙、分选、塑造海滩形态的基本功能丧失。此外，由于动力减弱，细颗粒泥沙易落淤，会加剧海滩泥化，严重影响自然景观，并可能导致沙滩退化。然而，抛石堆填形成的防波堤、潜坝、丁坝等传统工程措施在削弱台风期极端大浪的同时，会极大影响海滩水动力、水环境和水生态，且现有技术中也未提出消浪结构系数与设计综合参数关系，无法指导防护工程设计。
4.因此本发明结合海滩前沿水域水深和波浪特点，提出一种降低海滩侵蚀的环境友好型防护结构及构建方法，并对防护结构高程、厚度和宽度等基本设计参数进行量化，指导海滩防护工作设计。


技术实现要素：

5.本发明主要目的是提供一种降低海滩侵蚀的环境友好型防护结构及构建方法，以解决现有技术存在的问题。
6.一种降低海滩侵蚀的环境友好型防护结构，包括消浪栈桥，所述消浪栈桥包括桥桩和桥板，所述桥桩底部固定设置于海床岩层内，所述桥板固定设置于所述桥桩顶部。
7.进一步的，所述桥板上设有护栏。
8.进一步的，所述护栏包括消浪方柱和消浪横栏，所述消浪方柱和消浪横栏交叉设置，所述消浪方柱纵向间隔设置于所述桥板顶部，所述消浪横栏横向安装于所述消浪方柱上。
9.一种降低海滩侵蚀的环境友好型防护结构的构建方法，包括以下步骤：
10.(1)预制足够数量的海上栈桥需要的桥桩和桥板；
11.(2)将桥桩沉入海床岩层内，采用打桩船进行沉桩，桥桩及打桩船到位后，移船取桩，定位进行沉桩，桥桩竖向设置或斜向设置；
12.(3)进行桥板吊装，随后采用浇灌的方式将桥桩和桥板稳固为一个整体。
13.进一步的，防护结构的构建方法如下：
14.(1)提出了防护结构综合设计参数计算方法，对防护结构桥板底高程、桥板厚度、桥板宽度多参数进行归一化定量分析，式一为提出的综合设计参数f一般计算形式，
15.式一：
16.其中，f为防护结构设计综合参数，h为入射波波高，m为桥板宽度，n为桥板厚度，o为桥板底高程，s为水位，l为波长，a、b、c、d、e、f、g均为常数；桥板底高程为桥板底部到0基面的距离；
17.式二为通过系列工程数据率定的设计公式，
18.式二：
19.即式一中，a＝0.077，b＝0.085，c＝0.0511，d＝0.001，e＝0.013，f＝0.065，g＝0.47，
20.式三为提出的防护结构综合设计参数f与消浪系数dt的关系式：
[0021][0022]
同时，提出了综合设计参数f与消浪系数dt的关系图谱，方便设计人员快速查找、使用；
[0023]
(2)防护结构建设前在工程海域安放浪高仪和潮位计，捕捉入射波高h、波长l、水位s的情况，设定其为已知参数，随后假设桥板底高程、桥板厚度、桥板宽度三个参数为具体的某个数值，将其代入式二和式三中，得出桥板设计综合参数f和消浪系数dt的具体数值；
[0024]
(3)持续对防护结构桥板底高程、桥板厚度、桥板宽度三个参数进行调整优化，得出多个桥板设计综合参数f和消浪系数dt候选值；
[0025]
(4)对比消浪系数dt候选值，得出消浪系数的优选值，最终确定的防护结构设计参数由防护结构桥板底高程、桥板厚度、桥板宽度的优选值共同构成。
[0026]
进一步的，得出防护工程建设后维持海滩稳定的基本动力：
[0027]
式四：ht＝1-dt*h，
[0028]
其中，ht为透射波波高。
[0029]
进一步的，步骤(2)中所述桥桩斜向设置。
[0030]
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：根据计算得出的桥板设计综合参数f与消浪系数dt关系方程和关系图谱，可根据工程水域海况特征，快速对防护结构的桥板底高程、桥板厚度、桥板宽度参数进行量化，指导海滩防护工作设计，其能够有效的阻挡外海入射极端波浪，对台风期大浪进行有效削减，且不影响日常小浪；适用于敏感及弱潮强浪水域消浪结构，消浪率达60％；改善传统修复措施对水动力、水环境、水生态影响大的问题；
[0031]
当台风天气时，海上栈桥的上部桥板结构依靠波浪的反射和破碎消耗能量，能够较好的抵挡水面附近的台风大浪，起到削弱台风浪效果；此外，海上栈桥的下部透空桥桩基础结构的主要优点是防泥化兼具旅游功能，并对周围的水交换、水生态环境干扰较少，不影响海水交换和海洋营养物质的输移，对海洋环境影响甚微。
附图说明
[0032]
图1为本发明的横向断面图。
[0033]
图2为本发明的平面图。
[0034]
图3为本发明的结构简图。
[0035]
图4为本发明的另一形式的结构简图。
[0036]
图5为本发明防护结构构建方法的流程图。
[0037]
图6为本发明防护结构设计综合参数f与消浪系数dt的关系图。
[0038]
其中，1、海浪；2、海平面；3、海床；4、海上栈桥桥板；5、海上栈桥桥桩；6、海岸，7、护栏。
具体实施方式
[0039]
以下通过附图和实施例对本发明的技术方案作进一步说明。
[0040]
结合图1至图6，本发明提供一种降低海滩侵蚀的环境友好型防护结构及构建方法。
[0041]
一种降低海滩侵蚀的环境友好型防护结构，包括消浪栈桥，所述消浪栈桥包括桥桩5和桥板4，所述桥桩5底部固定设置于海床3岩层内，所述桥板4固定设置于所述桥桩5顶部。
[0042]
安装前，预制足够数量的海上栈桥需要的桥桩5和桥板4。本实施例中，桥桩5为钢管桩，钢管桩施工采用打桩船进行沉桩，钢管桩及打桩船到位后，利用沉桩定位系统精确定位打桩钢管桩的位置，移船取桩，定位进行沉桩，沉桩完成后，再进行桥板吊装。所述桥桩5和桥板4采用浇灌的方式形成一个整体，连接更加稳固。桥桩5深入岩层内部，可以保证稳定上部桥板4结构的稳定性，桥板4应按最小高于常年正常水位的最小浪高位置进行设置。本发明的防护结构具有高效的消浪作用，且施工简单，成本较低，对环境影响较小。
[0043]
优选的，所述桥板4上设有护栏7。所述护栏7包括消浪方柱和消浪横栏，所述消浪方柱和消浪横栏交叉设置，所述消浪方柱纵向间隔设置于所述桥板4顶部，所述消浪横栏横向安装于所述消浪方柱上。护栏7的设置可以进一步削弱大浪能量。
[0044]
一种降低海滩侵蚀的环境友好型防护结构的构建方法，包括以下步骤：
[0045]
(1)预制足够数量的海上栈桥需要的桥桩5和桥板4；
[0046]
(2)将桥桩5沉入海床3岩层内，采用打桩船进行沉桩，桥桩及打桩船到位后，移船取桩，定位进行沉桩，桥桩5竖向设置或斜向设置；
[0047]
(3)进行桥板4吊装，随后采用浇灌的方式将桥桩5和桥板4稳固为一个整体。
[0048]
优选的，防护结构的构建方法如下：
[0049]
(1)提出了防护结构综合设计参数计算方法，对防护结构桥板底高程、桥板厚度、桥板宽度多参数进行归一化定量分析，式一为提出的综合设计参数f一般计算形式，
[0050]
式一：
[0051]
其中，f为桥板设计综合参数，h为入射波波高，m为桥板宽度，n为桥板厚度，o为桥板底高程，s为水位，l为波长，a、b、c、d、e、f、g均为常数；桥板底高程为桥板底部到0基面的距离；
[0052]
式二为通过系列工程数据率定的设计公式，
[0053]
式二：
[0054]
即式一中，a＝0.077，b＝0.085，c＝0.0511，d＝0.001，e＝0.013，f＝0.065，g＝0.47。
[0055]
式三为提出的防护结构综合设计参数f与消浪系数dt的关系式：
[0056][0057]
同时，提出了综合设计参数f与消浪系数dt的关系图谱，方便设计人员快速查找、使用。
[0058]
(2)防护结构建设前在工程海域安放浪高仪和潮位计，捕捉入射波高h、波长l、水位s的情况，设定其为已知参数，随后假设桥板底高程、桥板厚度、桥板宽度三个参数为具体的某个数值，将其代入式二和式三中，得出桥板设计综合参数f和消浪系数dt的具体数值；
[0059]
(3)持续对防护结构桥板底高程、桥板厚度、桥板宽度三个参数进行调整优化，得出多个桥板设计综合参数f和消浪系数dt候选值；
[0060]
(4)对比消浪系数dt候选值，得出消浪系数的优选值，最终确定的防护结构设计参数由防护结构桥板底高程、桥板厚度、桥板宽度的优选值共同构成。
[0061]
优选的，得出防护工程建设后维持海滩稳定的基本动力：
[0062]
式四：ht＝1-dt*h，
[0063]
其中，ht为透射波波高。
[0064]
优选的，步骤(2)中所述桥桩斜向设置。斜桩形式对阻水影响相对较大，其结构受力稳定、安全性能高。在另一实施例中，桥桩5竖向设置，竖直桥桩形式对海洋动力的阻挡较小，对环境的影响小。
[0065]
本实施例中，所述桥板宽度大于10m，所述桥板厚度大于2m，所述桥板底高程在0.75m～1.0m之间。
[0066]
通过本发明桥板4的构建方法，可以实现对桥板高程、桥板厚度、桥板宽度，以及桩基础排列形式等的精确量化，可保证对2年一遇潮位下大浪的削减率接近60％，对50年一遇和100年一遇潮位下大浪的削减率达到40％左右。
[0067]
本实施例中，鉴于消浪栈桥需要抵抗波浪的水平力和上浮力，采用斜向桥桩的基础结构。波浪传播过程中，90％的能量都是聚集在水面附近，因此，在日常无台风天气时，波浪、水流能自由通过。相对于潜堤或丁坝这种传统式的防护措施，本发明日常时不防小浪，对水体交换影响极小，当台风天气时，其消浪栈桥的上部桥板结构依靠波浪的反射和破碎为主要消能机制，能够较好的抵挡水面附近的台风大浪，起到削弱台风浪效果，下部采用桥桩结构对周围的水交换、水生态环境干扰较少。
[0068]
以上所述，仅是本发明较佳实施例而已，并非对本发明的技术范围作任何限制，故凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何细微修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。