天津东疆湾人工沙滩渗流成因分析及修复

杨佳男， 仉 沃（1.曹妃甸港集团股份有限公司，河北 唐山 06300； .中交第一航务工程勘察设计院有限公司，天津 300）



天津东疆湾人工沙滩渗流成因分析及修复

杨佳男1，2， 仉 沃2
（1.曹妃甸港集团股份有限公司，河北 唐山 063200； 2.中交第一航务工程勘察设计院有限公司，天津 300222）

摘要：天津港东疆港区人工沙滩是建造在淤泥质海岸上的离岸海滩，建设的难度和造价非常高。本文针对滩面出现的渗流问题成因，进行了全面分析，并提出了修复方案，为类似工程提供参考。

关键词：人工沙滩；渗流；成因分析：修复方案

引 言

人工海滩的类型从原海岸表层地质条件划分可分为礁石海岸、沙质海岸和淤泥质海岸。从海滩位置划分可分为挖入式海滩、自然岸边海滩和离岸海滩。从建设难度来说，沙质海岸一般只需填砂补砂，最简单；淤泥质海岸需考虑填沙粒径、与淤泥的隔离等因素，最复杂。自然岸边海滩建设在原海岸线上，最简单；离岸海滩改变了原始地貌，受波浪、潮流的冲蚀较大，最复杂［1］。天津港人工沙滩就是建造在淤泥质海岸上的离岸海滩，因此工程建设的难度和造价是非常高的。设计和施工过程中出现的问题，由于缺少工程先例，进行了专项研究，以保证工程达到预期效果。

1 工程概述

天津东疆湾人工沙滩位于天津港东疆港区的东南部旅游休闲度假区内，是我国北方最大的人工沙滩。从开始建设至今，经过试运营和改造，目前人工沙滩南北长约 2 km，宽 165 m，总面积2.46 km2。

东疆湾人工海滩位于环抱式防波堤内，是建造在淤泥质海岸上的离岸人工海滩，从北向南分为低密度住宅区沙滩、公共游乐区沙滩和宾馆区沙滩三大区域，沙滩均为亲水沙滩结构。

图1 人工沙滩平面布置

2 人工沙滩设计参数

人工沙滩采用斜坡结构。沙滩总宽为165 m，陆侧采用1：70的坡度，沙滩潮间带坡度为1：15，沙滩的顶高程为6.0 m，坡底高程为0.5 m，与设计低水位一致，保证开放期挡埝基本不露出水面。堤身采用吹填沙和海滩沙相结合的形式，海滩沙的厚度为1.0 m，其下为吹填沙。在原泥面与吹填砂以及吹填砂与海滩沙的结合面上铺设土工织物将二者隔离［2］。

改造前沙滩表层由上到下依次为800～400 mm厚海滩砂→400～600 mm厚卵石层→土工布→土工格栅→吹填沙或充填袋挡埝（坡脚）；改造后沙滩表层由上到下依次为1 000 mm厚海滩砂或袋装黄砂（坡脚）→土工布→土工格栅→吹填沙或充填袋挡埝（坡脚）。

图2 标准段沙滩断面

3 渗流冲刷情况

公共区沙滩在铺海滩砂过程中，现场施工人员发现在位于沙滩变坡（1：15）区域出现一处砂顶返水的渗流现象。发现后施工方对渗流区进行了处理：挖除海滩砂，铺设一层土工布，再进行填砂反压，但观察一段时间发现没有达到预想的效果，十多天后该位置又出现渗流现象， 1个月后观察已经出现渗流冲刷 10处，渗流位置距海侧挡埝20～30 m区域。现场查看结果发现，虽然该处土工布已经损坏，但渗出水流均为清水。

现场对其中一处没有发生渗流区域的沙滩结构进行开挖和探摸比较发现，在发生渗流处有石头存在，同时在挖至海滩砂底面时，发现该处存在较大渗流压力，渗流压力水头距沙滩顶面约40～50 cm。

渗流现象随着时间推移，范围和强度不断变大，反复冲刷沙滩，部分严重渗流处已成沟渠状，并且导致部分土工布破损，如不及时处理，将危及人工沙滩的整体稳定。

4 渗流成因分析

1）渗流水来源于每次涨潮水源的补充，落潮时沙滩中海水的降水速度慢于落潮速度，造成沙滩中出现剩余水压力，产生渗流。

2）根据沙滩出现渗流冲刷现状、位置、现场开挖情况分析，最先出现渗流的区域位于卵石或抛石向海侧延伸较多，相应石面埋藏较浅处。

3）根据出现渗流冲刷区域在整个沙滩中的位置和该处沙滩结构层与其他处的差别分析，该处沙滩存在卵石或抛石结构层。因此出现渗流的位置应该确定为卵石或抛石结构层。

根据以上分析，造成本次渗流的主要原因应为卵石层，虽然原设计卵石层与海滩砂之间未设置任何倒滤设施，且已使用一年以上，但结合渗出水的清晰程度和现场施工反映，卵石层下部空隙并未全部被海滩砂填充满，造成原海滩砂中的卵石层下部形成集水层，并在石头向海侧延伸最多出，相对沙层最薄处首先发生渗流冲刷现象。

因此，得出如下结论：

1）本次渗流产生的主要原因是原设计沙滩中卵石层的下部形成了集水层效应，并在上覆海滩沙相对较薄处先行渗流冲刷。

2）本次渗流冲刷近期内不会影响沙滩的稳定性，但可能会造成海滩砂加快流失，影响美观。

3）本次渗流冲刷现象应只会出现在潮间带很有卵石层的区域，其他区域应不会出现。

5 修复方案

根据以上原因分析，并结合现场采用的处理措施，本次修复方案采用疏通的方式治理渗流冲刷问题。提出了以下3个方案：

1）方案一

保持现有沙滩外轮廓形状不变，再出现渗流的区域设置地下结构层引导现渗出水流直接排至海侧围埝外侧。地下结构层采用碎石倒滤层上设卵石过渡到表层海滩砂的结构形式。该方法施工区域位于潮间带，施工有一定难度。

2）方案二

保持现有沙滩外轮廓形状不变，再出现渗流的区域设置地下管涵或排水管道引导渗出水流直接排至海侧挡埝外侧。地下管涵或排水管道需要设置柔性接口，以适应地基的不均匀沉降上，在管道的上端需要设置适当的结构保证渗出水流通过管道排出，在管道的末端需要采取措施防止淤积堵塞。同样排水管道等设施位于潮间带，施工有一定难度。

3）方案三

在沙滩出现渗流的区域至海侧挡埝之间结合景观设计，设置地表结构层引导渗出水流直接排至海侧挡埝外侧。地表结构层采用碎石倒滤层上设卵石的结构形式。该方法需要专门的景观设计配合，但施工难度相对较小。

6 结 语

经过综合比选，沙滩修复选取了方案一，实施后经过1个月的观察原渗流点消失，滩面未出现因渗流引起的冲刷，有效的解决了渗流问题。本项目对发生渗流和没有发生渗流的断面进行比较，进行渗流冲刷原因分析，然后提出治理渗流冲刷问题的思路，最后形成具体方案，

通过对该项目的研究，可有效地指导项目具体建设，并对今后类似工程起到借鉴作用。

参考文献：

［1］ 李松，刘征.敞海水域大型人工沙滩海滨浴场主尺度的设计、模型验证及优化［J］.中国勘察设计，2009，9：57-63.

［2］ 杨佳男，陈萍，孙晓君.天津港东疆港区人工沙滩主要设计参数的确定与探讨［J］.中国港湾建设，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

中图分类号：TU441+.33

文献标识码：A

文章编号：1004-9592（2016）02-0081-03

DOI：10.16403/j.cnki.ggjs20160221

收稿日期：2015-10-19

作者简介：杨佳男（1984-），男，工程师，主要从事港口建设管理工作。