低成本的海堤迎潮面護(hù)面結(jié)構(gòu)生態(tài)化改造方法探討

陳振華，臧振濤，許 沿

（1.浙江省錢(qián)塘江管理局勘測(cè)設(shè)計(jì)院水院分院，浙江 杭州 310018；2.浙江水院勘測(cè)設(shè)計(jì)研究有限公司，浙江 杭州 310018；3.杭州河口水利科技有限公司，浙江 杭州 310012）

1 問(wèn)題的提出

河口、海岸地區(qū)的海堤，也稱(chēng)海塘或海擋，根據(jù)設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)下波浪動(dòng)力等工程條件的不同，迎潮面一般采用混凝土、混凝土灌砌塊石等剛性護(hù)面結(jié)構(gòu)，或部分采用四腳空心塊、柵欄板、扭王字塊、拋理大塊石、插砌條石等柔性護(hù)面結(jié)構(gòu)。傳統(tǒng)的海堤往往功能單一，一定程度上影響了海岸原有動(dòng)植物群落，中斷了陸海過(guò)渡帶的生物通道和生態(tài)緩沖帶，降低了生物多樣性[1-2]，隨著人們對(duì)于海岸生態(tài)環(huán)境保護(hù)意識(shí)的增強(qiáng)，海堤作為一種人工建筑物，生態(tài)化或近生態(tài)化必然成為未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)[3]。國(guó)家發(fā)展與改革委員會(huì)2017 年制定的《全國(guó)海堤建設(shè)方案》提出“注重沿海地區(qū)生態(tài)環(huán)境保護(hù)…使海堤工程與沿海生態(tài)保護(hù)相協(xié)調(diào)”，2018 年10 月習(xí)近平總書(shū)記在中央財(cái)經(jīng)委員會(huì)第三次會(huì)議上提出“實(shí)施海岸帶保護(hù)修復(fù)工程，建設(shè)生態(tài)海堤，提升抵御臺(tái)風(fēng)暴潮等海洋災(zāi)害能力”，為我國(guó)海堤工程建設(shè)指明了新的方向。

20 世紀(jì)70 — 80 年代，國(guó)外學(xué)者逐漸認(rèn)識(shí)到應(yīng)將生態(tài)要素納入海堤工程建設(shè)中，海岸應(yīng)構(gòu)建更寬的緩沖帶和新的生境[4-6]；歐盟1999 年發(fā)布了《歐洲海岸帶環(huán)境行為守則》，明確海堤工程建設(shè)應(yīng)使用天然環(huán)保材料，并為濱海濕地留出足夠空間；美國(guó)陸軍工程師團(tuán)于2002 年發(fā)布了《海岸工程手冊(cè)》，強(qiáng)調(diào)海堤建設(shè)應(yīng)保護(hù)并修復(fù)當(dāng)?shù)匚锓N的棲息地。在歐美、日本、港臺(tái)地區(qū)，海堤迎潮面護(hù)面結(jié)構(gòu)材料大比例地使用單邊尺寸接近或超過(guò)1 m 的立方體狀巨型塊石或混凝土預(yù)制異型塊體。

我國(guó)最早于20 世紀(jì)70 年代末開(kāi)始研究采用生物措施進(jìn)行堤前保灘的研究（張宏漠，1987 年）[5]，但對(duì)海堤堤身生態(tài)化建設(shè)的研究較少。季子修（1996 年）[6]提出綜合采取護(hù)坡與保灘相結(jié)合、工程措施與生物措施相結(jié)合等綜合防護(hù)對(duì)策是海堤建設(shè)的方向；嚴(yán)飛（2012 年）[7]總結(jié)建成于2007 年的上海長(zhǎng)江口炮臺(tái)灣濕地公園生態(tài)海堤的設(shè)計(jì)思路與建設(shè)成效，堤腳外采用大小生態(tài)島+人工水系營(yíng)造11 萬(wàn)m2濕地，生態(tài)島與海堤外坡采用1:5 緩坡的塊石護(hù)面，安全度過(guò)4 個(gè)年度的臺(tái)風(fēng)期；蔡奉祥（2017 年）[8]報(bào)道在廣東汕頭一海堤開(kāi)展的覆綠試驗(yàn)成果，四腳空心塊空隙適合采用植生袋輔助馬鞍藤插扦方式繁殖覆綠，但該方法致使四腳空心塊基本失去消浪功能；范航清（2017 年）[9]總結(jié)廣西防城港西灣紅沙環(huán)生態(tài)海堤的設(shè)計(jì)與建設(shè)經(jīng)驗(yàn)，海堤護(hù)坡全面綠植，部分岸段緩坡入海，坡腳外增建用于營(yíng)造紅樹(shù)林的潛壩，該海堤成功經(jīng)受正面登陸的2014 年強(qiáng)臺(tái)風(fēng)“威馬遜”的考驗(yàn)，并指出生態(tài)海堤雖然建造成本比傳統(tǒng)海堤高出50% ～ 100%，且涉及跨學(xué)科合作，適合于經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)對(duì)人文與生態(tài)景觀(guān)有需求的海岸。

國(guó)家海洋局于2017 年頒布《圍填海工程生態(tài)建設(shè)技術(shù)指南（試行）》[10]，規(guī)定“生態(tài)化海堤”堤型設(shè)計(jì)應(yīng)在保障防洪潮安全的前提下盡可能緩坡入海，迎海側(cè)應(yīng)采用生態(tài)混凝土和當(dāng)?shù)貕K石等建筑材料；中國(guó)海洋工程咨詢(xún)協(xié)會(huì)于2020 年1 月頒布《圍填海工程海堤生態(tài)化建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)》[11]，推薦堤身斷面優(yōu)選型式為斜坡式，護(hù)面材料的選取順序?yàn)樯镱?lèi)、天然石料類(lèi)、人工塊體類(lèi)，規(guī)定迎海側(cè)護(hù)坡空隙率不低于40%（天然塊石干砌或植被護(hù)面時(shí)不考慮此指標(biāo)），迎海側(cè)采用植物、天然塊石、多孔隙混凝土人工塊體（與“生態(tài)混凝土”不同）的生態(tài)材料護(hù)面表面積占比不低于30%。

從前人研究進(jìn)展與我國(guó)現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)來(lái)看，目前人們對(duì)既有海堤迎潮面護(hù)面結(jié)構(gòu)生態(tài)化標(biāo)準(zhǔn)的認(rèn)識(shí)不盡統(tǒng)一，生態(tài)化改造設(shè)計(jì)方法不夠明確，文獻(xiàn)11 對(duì)迎海側(cè)護(hù)坡“空隙率不低于40%”與“生態(tài)材料護(hù)面表面積占比不低于30%”的規(guī)定存在矛盾，且“生態(tài)材料護(hù)面表面積占比不低于30%”的標(biāo)準(zhǔn)偏低（按此標(biāo)準(zhǔn)，現(xiàn)有浙東一線(xiàn)海塘基本上已經(jīng)滿(mǎn)足，無(wú)需改造）。為此，自2016 年開(kāi)始從海堤迎潮側(cè)護(hù)面結(jié)構(gòu)的生態(tài)化改造角度開(kāi)展相應(yīng)研究，提出若干低成本的生態(tài)化改造方法和相關(guān)技術(shù)指標(biāo)，本文進(jìn)行回顧總結(jié)，以供類(lèi)似工程借鑒。

2 迎潮側(cè)護(hù)面結(jié)構(gòu)受力分析

2.1 力學(xué)模型

將伸縮縫為邊界的單幅剛性護(hù)面或塊狀的柔性護(hù)面塊體視為單塊塊體，考慮塊體之間的摩擦力和嵌卡力，并假定塊體為規(guī)則的長(zhǎng)方體、中間無(wú)孔，嵌卡力與塊體厚度成正比，則在波浪水流作用下的受力簡(jiǎn)圖（見(jiàn)圖1），塊體臨界穩(wěn)定平衡方程[12-13]如下：

圖1 塊體受力簡(jiǎn)圖

式中：W′為塊體浮重（kN）；Fμ為塊體間的摩擦力（kN）；Ft為塊體間的嵌卡力（kN）；Fn為法向的波浪產(chǎn)生的合力（kN）；γ′ 為塊體浮容重（kN/m3）；S為塊體上表面積（m2）；t為塊體厚度（m）；ft為單位塊體厚度上的嵌卡合力（kN/m）；fn為單位面積上的波浪力（kN/m2）；α為護(hù)面與水平面之間的夾角（°）；μ為塊體間的摩擦系數(shù)（無(wú)量綱）。

2.2 受力特點(diǎn)及破壞機(jī)理

由力學(xué)模型可知，波浪力是影響海堤迎潮面護(hù)面結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的最大的外力，以浙東沿海為例，臺(tái)汛大潮期間護(hù)面結(jié)構(gòu)受到的波浪力一般為30 ～ 80 kN/m2（即波壓30 ～ 80 kPa），強(qiáng)臺(tái)風(fēng)期間則會(huì)高達(dá)80 ～ 120 kN/m2，地處深水且無(wú)限風(fēng)區(qū)的海堤還會(huì)更大。

單塊護(hù)面結(jié)構(gòu)體受到的力存在下列特點(diǎn)：①波浪力的作用位置、作用方向不固定，這是因?yàn)椴ɡ肆υ诓ǚ鍟r(shí)為波壓力、在波谷時(shí)為波吸力，且因波浪到達(dá)坡面時(shí)基本已破碎，波浪水流有時(shí)會(huì)以各種可能方向的、能量集中的“射流”作用在護(hù)面結(jié)構(gòu)上；②塊體間摩擦力與嵌卡力的大小與方向也不固定，這與波浪力不固定相對(duì)應(yīng)。

分析力學(xué)平衡公式并結(jié)合工程實(shí)際，表面尺寸小于或略大于厚度的塊體護(hù)面結(jié)構(gòu)主要破壞形式可以分為“翻動(dòng)型”與“坍落型”[13]，相應(yīng)機(jī)理為：①“翻動(dòng)型”，個(gè)別薄弱部位的塊體在法向向上合力大于法向向下合力的情況下發(fā)生向坡外“跳脫”現(xiàn)象，繼而在相鄰塊體“跳脫”或塊體受力不均勻時(shí)發(fā)生“側(cè)翻”或“平移”或“滾動(dòng)”的現(xiàn)象，翻動(dòng)破壞時(shí)堤芯料暴露；②“坍落型”，當(dāng)?shù)躺聿痪鶆虺两党^(guò)護(hù)面自身變形能力、護(hù)面結(jié)構(gòu)下部土石料流失引起部分護(hù)面結(jié)構(gòu)脫空時(shí)，護(hù)面在自重作用下或在波壓力、波浪射流沖擊下下沉坍落。表面尺寸明顯大于厚度的護(hù)面結(jié)構(gòu)還有另一種破壞型式“擊碎型”，發(fā)生于護(hù)面結(jié)構(gòu)抗剪、抗折性能不足以抵抗波浪力特別是集中射流的偏心沖擊的情況下。

另外，單塊護(hù)面塊體間的縫隙，受波浪進(jìn)出滲流、射流的作用，水流集中、流速較大，直徑小于縫隙寬度的小顆粒料進(jìn)出較為頻繁。

綜上分析，海堤迎潮面護(hù)面結(jié)構(gòu)生態(tài)化改造時(shí)，應(yīng)充分考慮結(jié)構(gòu)的受力特點(diǎn)，避免一味追求生態(tài)化功能而削弱結(jié)構(gòu)的安全性。迎潮面護(hù)面結(jié)構(gòu)生態(tài)化改造除了盡量“就地取材”外必然要求結(jié)構(gòu)體“透”（透空），而透空性能高的材料難以成為一種防護(hù)面積較大的“剛性結(jié)構(gòu)”，必然要求具備一定的柔性（“柔”），然而既“透”又“柔”的材料最大的弱點(diǎn)就是難以單個(gè)個(gè)體抵抗作用力位置與方向都不定的臺(tái)風(fēng)暴浪，所以，采取措施盡量發(fā)揮塊體間的嵌卡力（Ft）是提高生態(tài)化護(hù)面結(jié)構(gòu)抗風(fēng)浪能力的關(guān)鍵途徑?？傊o(hù)面結(jié)構(gòu)生態(tài)化改造應(yīng)以“透空消能（透）、柔性吸能（柔）、嵌卡借能（卡）”及“就地取材”為設(shè)計(jì)理念。

3 既有海堤常見(jiàn)護(hù)面結(jié)構(gòu)型式及其生態(tài)性

3.1 剛性護(hù)面結(jié)構(gòu)

常見(jiàn)的剛性護(hù)面結(jié)構(gòu)包括：混凝土面板、鋼筋混凝土面板、混凝土灌砌塊石護(hù)面、埋石混凝土護(hù)面、砂漿砌塊（條）石護(hù)面等。該類(lèi)護(hù)面結(jié)構(gòu)除少量排水孔、板間伸縮縫外，基本不透水且表面光滑，護(hù)面結(jié)構(gòu)內(nèi)外的水、氣、土基本被隔絕，中斷陸海過(guò)渡帶的生物通道，附著型海洋生物、蟹或貝類(lèi)較為少見(jiàn)，對(duì)海岸生態(tài)環(huán)境的影響明顯。

3.2 柔性護(hù)面結(jié)構(gòu)

常見(jiàn)的柔性護(hù)面結(jié)構(gòu)包括2 類(lèi)：一類(lèi)由人工預(yù)制的混凝土材料修筑而成，如四腳空心塊、柵欄板、扭王字塊、扭工字塊、螺母塊、四腳錐體、混凝土方塊，其中以前3種最為常用，一般統(tǒng)稱(chēng)為異形消浪塊體或異型塊體；根據(jù)文獻(xiàn)11 的計(jì)算方法，最常見(jiàn)的異型消浪塊體的空隙率計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表1。根據(jù)文獻(xiàn)11 第6.2.1.4 的規(guī)定，異型消浪塊體空隙率較大，屬“多孔隙混凝土預(yù)制件”，可列為“生態(tài)材料”。另一類(lèi)由天然的或經(jīng)解小、切鑿等加工后的石料修筑而成，如散拋塊石、拋理大塊石、干砌塊石、插砌條石等。目前此類(lèi)結(jié)構(gòu)所用材料，均被視為“生態(tài)材料”。但此類(lèi)結(jié)構(gòu)抵抗風(fēng)浪能力與塊石材料的大小、形狀、平整度、砌筑方式有關(guān)，且由于個(gè)體差異明顯，易由個(gè)別薄弱塊體的失穩(wěn)而導(dǎo)致整個(gè)護(hù)面的失穩(wěn)，整體性不如剛性護(hù)面結(jié)構(gòu)和異型塊體護(hù)面結(jié)構(gòu)。

柔性護(hù)面空隙率大、表面粗糙，附著型海洋生物、蟹或貝類(lèi)較為多見(jiàn)，對(duì)生態(tài)環(huán)境影響小。

表1 常見(jiàn)護(hù)面塊體空隙率計(jì)算結(jié)果表

4 剛性護(hù)面結(jié)構(gòu)生態(tài)化改造

剛性護(hù)面結(jié)構(gòu)生態(tài)化改造的方法有：①拆除后換成滿(mǎn)足同等設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的柔性護(hù)面結(jié)構(gòu)；②拆除后換成具有一定空隙率的生態(tài)混凝土護(hù)面；③在利用原護(hù)面的基礎(chǔ)上增建柔性護(hù)面結(jié)構(gòu)，原護(hù)面通過(guò)鉆孔或切割、鑿裂等方式增加空隙率、放緩坡度后作為墊層。

生態(tài)混凝土，是指存在一定空隙率（10% ～ 20%）、無(wú)細(xì)骨料、具有一定抗壓抗折性能的混凝土，單方造價(jià)比普通混凝土高20% ～ 30%，目前在內(nèi)河堤防護(hù)坡中已有較多應(yīng)用，但罕見(jiàn)應(yīng)用于海堤工程的案例報(bào)道。一般情況下，由于大量空隙的存在可以起到減壓作用，相同抗壓抗折性能的護(hù)面板，生態(tài)混凝土抵抗風(fēng)浪能力比常規(guī)混凝土略強(qiáng)，但由于生態(tài)混凝土中孔隙直徑較小，經(jīng)多年運(yùn)行后，孔隙容易被淤泥、雜質(zhì)、海洋附著生物所填塞，因此，實(shí)際應(yīng)用時(shí)可參考常規(guī)混凝土面板設(shè)計(jì)方法進(jìn)行面板厚度的設(shè)計(jì)，或通過(guò)斷面波浪物理模型試驗(yàn)進(jìn)行厚度優(yōu)化。

上述3 種方法中，第3 種方法充分利用了原有護(hù)面材料、成本最低（約節(jié)省50 元/m2以上）、對(duì)環(huán)境負(fù)面影響最小。因此，低成本的剛性護(hù)面結(jié)構(gòu)生態(tài)化改造方法推薦采用“原護(hù)面增加空隙率+增建柔性護(hù)面結(jié)構(gòu)”。

5 柔性護(hù)面結(jié)構(gòu)提高設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)的生態(tài)化改造

柔性護(hù)面結(jié)構(gòu)本身基本滿(mǎn)足生態(tài)要求，本文僅討論海堤護(hù)面結(jié)構(gòu)提高設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)時(shí)的生態(tài)化改造方法。

5.1 針對(duì)砌石（塊石）類(lèi)護(hù)面結(jié)構(gòu)

針對(duì)砌石（塊石）類(lèi)護(hù)面結(jié)構(gòu)的提高設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)改造，改造方案一般為：①拆除后換成剛性護(hù)面結(jié)構(gòu)；②不拆除，增建異型消浪塊體護(hù)面，原砌石類(lèi)結(jié)構(gòu)作為異型塊體的墊層。方案①不符合生態(tài)理念，方案②改造成本顯然很高。為此，提出低成本的其它非常規(guī)改造方法：

（1）方法1（規(guī)整巨石）：拆除后換成滿(mǎn)足更高設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的砌石類(lèi)柔性護(hù)面結(jié)構(gòu)，比如將原塊石更換為單邊尺寸特別是厚度更大（接近或大于1 m）、更規(guī)整、更接近立方體形狀的巨石料，原塊石作為巨石護(hù)面的墊層，稱(chēng)為“規(guī)整巨石護(hù)面”（見(jiàn)圖2）；一般來(lái)說(shuō)，爆破后能形成規(guī)整的、尺寸較大且接近立方體形狀巨石的常見(jiàn)巖體為花崗巖或節(jié)理間距大、軟化系數(shù)高且非爆破開(kāi)采的凝灰?guī)r、沉積巖，為獲得此類(lèi)石料，可結(jié)合地質(zhì)條件合適地區(qū)的“地下蓄水洞庫(kù)”“水庫(kù)擴(kuò)容”等工程建設(shè)，將開(kāi)采的巨石用于海堤護(hù)面；無(wú)規(guī)整巨石料源時(shí)，還可考慮采用高標(biāo)號(hào)混凝土將數(shù)塊原護(hù)面塊石膠結(jié)成類(lèi)似規(guī)整巨石的空隙率可達(dá)30% ～40%的“仿巨石”[14]。此類(lèi)護(hù)面結(jié)構(gòu)成本為異型塊體護(hù)面的 30% ～ 50%。

圖2 “規(guī)整巨石”護(hù)面結(jié)構(gòu)實(shí)例圖

（2）方法2（半灌混凝土塊石）：不拆除或坡度減緩（原護(hù)面材料不變），塊石緊靠砌筑，部分塊石厚度不滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求時(shí)可以側(cè)砌或豎砌，并在1/2 左右塊石縫隙之間灌注1/2 結(jié)構(gòu)厚度的高強(qiáng)度混凝土，形成一種“半灌混凝土塊石”護(hù)面結(jié)構(gòu)[15]，以“透空消能、柔度吸能、嵌卡借能”（簡(jiǎn)稱(chēng)“透、柔、卡”）的技術(shù)思想，通過(guò)利用10% ～ 20%的混凝土（混凝土占護(hù)面結(jié)構(gòu)體積的比例）作為塊體間的“嵌卡體”，保留約1/2 的縫隙作為透水孔，在保證塊體護(hù)面結(jié)構(gòu)具有較好的透水性、消浪性能的同時(shí)，增加塊體間的嵌卡力、提高塊體護(hù)面的單體穩(wěn)定性和整體穩(wěn)定性。該結(jié)構(gòu)是一種半剛性結(jié)構(gòu)，與常規(guī)混凝土灌砌塊石主要有4 大區(qū)別：①砌筑工藝不同（緊靠砌筑、不再人為留出灌混凝土的寬縫，且允許側(cè)砌與豎砌以增加砌筑厚度）；②混凝土灌注量很少（1/2 左右縫隙不灌，灌注厚度也只在塊石設(shè)計(jì)厚度的1/2 左右，比常規(guī)灌砌塊石節(jié)省混凝土用量60% ～80%）；③具有10% ～ 15%透空率（垂直于坡面的空隙而言）、30% ～ 40%的空隙率；④灌縫混凝土不僅將塊石膠接成一個(gè)整體，還起到嵌卡作用，混凝土采用高標(biāo)號(hào)。為減少混凝土流淌對(duì)空隙率的影響，還可采用可降解生態(tài)袋裝混凝土塞填縫隙，或灌注前先用小生態(tài)袋灌混凝土堵在灌注位置的兩側(cè)、確保擬保留的空隙不被流淌的混凝土覆蓋[16]。該方法在平陽(yáng)西灣圍墾一期工程中得到了成功應(yīng)用[17]，圖3 為半灌混凝土改造區(qū)與常規(guī)拋理塊石區(qū)在經(jīng)歷2017 年臺(tái)風(fēng)“泰利”時(shí)的對(duì)比（實(shí)測(cè)波高1.70 m），此后在多例圍墾工程中推廣應(yīng)用。上述改造方法單位面積成本約120 元/m2，約為異型塊體護(hù)面成本的20%。

圖3 臺(tái)風(fēng)侵襲后“半灌混凝土改造區(qū)”與常規(guī)拋理塊石區(qū)比較圖

（3）方法3：不拆除，在堤腳外增建一道類(lèi)似于樁式防波堤的特殊構(gòu)造的消浪墻，消浪墻頂與老海堤堤頂增建較寬的框架式觀(guān)景平臺(tái)（一般可達(dá)20 ～ 60 m），以增加景觀(guān)性、親海性，該結(jié)構(gòu)與常見(jiàn)的框架式海塘的區(qū)別在于，最外一道由普通的“樁”改為具有消浪功能的“樁式消浪墻”；消浪墻消減波浪，可使原護(hù)面結(jié)構(gòu)仍能承受消減后的波浪動(dòng)力[18]，此時(shí)的老堤堤頂因波浪爬高的降低而基本不加高。

上述3 種非常規(guī)方法，均充分利用現(xiàn)有護(hù)面材料，符合生態(tài)理念。相對(duì)而言，方法3 改造成本相對(duì)較高、適合征地成本高的城區(qū)段海堤。因此，低成本的砌石類(lèi)柔性護(hù)面結(jié)構(gòu)生態(tài)化改造方法首推方法1 或方法2。

5.2 針對(duì)異型消浪塊體類(lèi)護(hù)面結(jié)構(gòu)

針對(duì)異型消浪塊體類(lèi)護(hù)面結(jié)構(gòu)的提高設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)改造，技術(shù)人員往往廢棄原異型塊體而拆建成抗風(fēng)浪能力更強(qiáng)的異型消浪塊體，這樣不僅大幅增加工程投資也造成不必要的資源浪費(fèi)，并且不符合生態(tài)理念。關(guān)于如何充分利用原有異型塊體、低成本地提高海堤迎潮面護(hù)面結(jié)構(gòu)的設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)，提出2 種非常規(guī)改造方法：

（1）方法1：不拆除，在相鄰的四腳空心塊、柵欄板之間，增建一道“高強(qiáng)彈性嵌卡塊”，以大幅提高塊體間在風(fēng)浪作用下的“嵌卡”能力，也即大幅提高塊體間相互協(xié)同抵抗風(fēng)浪的能力[19]，同樣體現(xiàn)了“柔、透、卡”的技術(shù)思想；四腳空心塊的凸腳采取“削角”處理，以避免因堤身不均勻沉降或風(fēng)浪作用下塊體間擠撞等原因引起的凸腳掉腳、塊體斷裂現(xiàn)象[20]，削角后塊體空隙率相應(yīng)提高約3%。該方案的造價(jià)不到更換新的異型塊體方案的20%；

（2）方法2：不拆除，在堤腳外增建一道類(lèi)似于樁式防波堤的特殊消浪墻，消浪墻頂與老海堤堤頂增建框架式觀(guān)景平臺(tái)（同5.1 節(jié)方法3）；消浪墻消減波浪，使得原護(hù)面結(jié)構(gòu)仍能承受消減后的波浪動(dòng)力，詳見(jiàn)文獻(xiàn)18，不考慮征地時(shí)，造價(jià)略超更換新的異型塊體的方案。

顯然，方法1 改造成本明顯低，因此，低成本的異型塊體類(lèi)柔性護(hù)面結(jié)構(gòu)生態(tài)化改造方法首先推薦采用“嵌卡四腳塊（柵欄板）”，方法2 適合征地成本高的城區(qū)段海堤。

5.3 增加迎海側(cè)綠植覆蓋率與改善岸線(xiàn)平面形狀的措施

增加綠植與改善岸線(xiàn)平面形狀是海堤生態(tài)化的需求之一。由于迎海側(cè)坡面特殊的波浪動(dòng)力條件，常規(guī)的綠植手段不可行，而文獻(xiàn)8 記述廣東汕頭在異型塊體空隙間填塞植生袋覆綠的試驗(yàn)將使異型塊體失去消浪功能，不宜推廣，因此，增加綠植需要采取特殊的措施。現(xiàn)狀海堤形成的岸線(xiàn)基本上都是直線(xiàn)，改變了原自然岸線(xiàn)的生境，需要采取一定的措施盡量進(jìn)行恢復(fù)?？尚械乃悸酚? 個(gè)：①結(jié)合堤頂寬度特別寬的“超級(jí)堤”設(shè)計(jì)，在設(shè)計(jì)潮位以上或大潮平均高潮位 ～ 1 a 一遇高潮位以上，設(shè)置超寬的帶弧狀平面設(shè)計(jì)的寬頂平臺(tái)，既作為消浪平臺(tái)、大幅降低堤頂高程（原海堤即使沉降明顯，也基本不用加高），又作為綠植覆蓋率高的觀(guān)景平臺(tái)，臺(tái)風(fēng)警報(bào)期再行封閉（禁止防汛無(wú)關(guān)的人和車(chē)輛的通行），平臺(tái)可種植一些根系深、耐咸水短時(shí)浸沒(méi)的綠色植物；②在堤腳鎮(zhèn)壓層外增建低矮丁順潛壩，通過(guò)潛壩促淤作用，改善中潮位以下岸線(xiàn)的平面形狀、改善鎮(zhèn)壓層一帶的生境，為種植紅樹(shù)林、蘆葦?shù)茸o(hù)灘植物提供條件，從而增加綠植覆蓋率。另外，通過(guò)潛壩與消浪植物的消浪作用，還可以有效降低堤身高度，從而減緩?fù)馄戮C合坡比、增加親海性。

考慮到“促淤潛壩”建成后需經(jīng)多年淤積方可開(kāi)展防浪植物種植和用海審批的時(shí)間，建議，防浪植物種植或潛壩、防浪植物種植作為二期工程實(shí)施。

6 關(guān)于相關(guān)技術(shù)指標(biāo)的討論

文獻(xiàn)11 規(guī)定了迎海側(cè)護(hù)坡“空隙率不低于40%”和“生態(tài)材料護(hù)面表面積占比不低于30%”2 項(xiàng)指標(biāo)。兩者存在矛盾且2 項(xiàng)指標(biāo)均不盡合理，因?yàn)?，既然?guī)定護(hù)坡空隙率不低于40%，那么護(hù)坡的材料必須都采用超多孔隙的“生態(tài)材料”，此時(shí)的護(hù)坡生態(tài)材料護(hù)面表面積占比已經(jīng)是100%，而不是30%，在實(shí)際工程中很難做到，且空隙率不低于40%的可用于海堤迎潮面護(hù)坡的生態(tài)材料基本只能采用異型塊體。建議護(hù)面結(jié)構(gòu)生態(tài)化指標(biāo)主要以“生態(tài)材料護(hù)面占比”“迎潮面綜合坡比”進(jìn)行控制，“生態(tài)材料空隙率”“綠植覆蓋率”“曲線(xiàn)岸段占比”可視各地實(shí)際情況進(jìn)行控制，具體如下。

6.1 生態(tài)材料空隙率

為抵御臺(tái)風(fēng)暴潮的侵襲，迎潮側(cè)護(hù)坡轉(zhuǎn)角等一些波能易集中的位置，不得不采用剛性材料。另外，條石類(lèi)護(hù)坡、生態(tài)混凝土護(hù)坡的空隙率一般在10% ～ 20%，非條石的塊石類(lèi)護(hù)坡、除四腳塊外異型塊體護(hù)坡的空隙率一般在30% ～ 40%。因此，要求所有迎海側(cè)護(hù)坡“空隙率不低于40%”顯然偏嚴(yán)。建議此項(xiàng)指標(biāo)只限于“部分護(hù)坡”，并與生態(tài)材料占比一起進(jìn)行規(guī)定。

6.2 生態(tài)材料占比

以浙東海塘（即“海堤”）現(xiàn)狀情況來(lái)看，迎潮面較多地采用多孔隙的四腳空心塊、扭王塊等異型塊體，寬度較大的鎮(zhèn)壓平臺(tái)大多采用拋理塊石，經(jīng)初步測(cè)算，迎潮面采用生態(tài)材料的護(hù)面表面積占比基本上都不低于30%，有的都已達(dá)到50%以上，但這些海堤采用硬質(zhì)的、白化的、無(wú)孔隙的混凝土材料占比過(guò)高、外觀(guān)看上去生硬，不太符合生態(tài)化海堤的理念。因此認(rèn)為“生態(tài)材料的護(hù)面表面積占比不低于30%”的指標(biāo)要求過(guò)低、規(guī)定過(guò)于簡(jiǎn)單。

建議此項(xiàng)指標(biāo)與生態(tài)材料的空隙率指標(biāo)結(jié)合，根據(jù)常見(jiàn)生態(tài)材料空隙率情況，建議規(guī)定：“空隙率大于20%”的生態(tài)材料護(hù)面表面積占比不低于80%，“空隙率大于40%”的生態(tài)材料護(hù)面表面積占比不低于30%”。

6.3 迎潮面綜合坡比

放緩坡比能改善迎潮面護(hù)面結(jié)構(gòu)的生境，改善親海性，根據(jù)近年來(lái)浙東新建海塘綜合坡比接近甚至緩過(guò)1:5 的工程經(jīng)驗(yàn)，建議生態(tài)海堤的綜合坡比按“不宜陡于1:5”控制，對(duì)于原堤為直立式的位于城區(qū)等場(chǎng)地條件確實(shí)有限的堤段，經(jīng)過(guò)論證后則至少按不陡于1:3 控制。

6.4 迎潮面綠植覆蓋率

對(duì)于綠植覆蓋率，迎海側(cè)的坡面常年經(jīng)受波浪沖擊、原則上不作要求；高程接近堤頂?shù)南似脚_(tái)和促淤順壩以?xún)?nèi)至鎮(zhèn)壓層段，考慮到寬度較大（接近或超過(guò)20 m），建議按“不低于30%”控制，以便明顯改善生態(tài)環(huán)境。

6.5 曲線(xiàn)岸段占比

“直線(xiàn)”狀的岸線(xiàn)不利于岸灘多樣化的生境形成，為盡量多地改造成自然的曲線(xiàn)，建議以每1 km 為評(píng)價(jià)岸段，曲線(xiàn)岸段占比不低于30%（通過(guò)在迎海側(cè)增建景觀(guān)盤(pán)頭等措施，這一指標(biāo)容易達(dá)到）。

7 結(jié) 語(yǔ)

（1）既有海堤迎潮面常見(jiàn)護(hù)面結(jié)構(gòu)的生態(tài)化改造應(yīng)以“透、柔、卡”及“就地取材”為設(shè)計(jì)理念，重點(diǎn)從“放緩坡度”“增加護(hù)面空隙率”2 個(gè)方面改善生態(tài)環(huán)境，其次考慮“增加綠植覆蓋率”“增加曲線(xiàn)岸段占比”；

（2）低成本的剛性護(hù)面結(jié)構(gòu)生態(tài)化改造方法推薦采用“原護(hù)面增加空隙率+增建柔性護(hù)面結(jié)構(gòu)”；“增建柔性護(hù)面結(jié)構(gòu)”則首先推薦“規(guī)整巨石”（推薦花崗巖材質(zhì)或節(jié)理間距大、軟化系數(shù)高且非爆開(kāi)采的凝灰?guī)r、沉積巖，石材缺乏時(shí)可結(jié)合地下蓄水洞庫(kù)、水庫(kù)擴(kuò)容建設(shè)），其次推薦異型消浪塊體；

（3）低成本的柔性護(hù)面結(jié)構(gòu)生態(tài)化改造方法首先推薦采用基本不拆除原有護(hù)面結(jié)構(gòu)的“規(guī)整巨石”“半灌混凝土塊石”“嵌卡削角四腳空心塊（嵌卡柵欄板）”，在其它方案需要新征土地且征地成本高的城區(qū)則推薦“架空式消浪觀(guān)景平臺(tái)”（即常規(guī)框架式海堤的最外一排“樁”改為“樁式消浪墻”）；

（4）護(hù)面結(jié)構(gòu)生態(tài)化指標(biāo)主要以“綜合坡比不宜陡于1:5，場(chǎng)地條件受限時(shí)不陡于1:3”和“空隙率大于20%、40%的生態(tài)材料護(hù)面的表面積占比分別不低于80%、30%”進(jìn)行控制；

（5）為增加迎海側(cè)綠植覆蓋率和改善岸線(xiàn)平面形態(tài)，可采取在設(shè)計(jì)潮位附近設(shè)置超寬弧形消浪觀(guān)景平臺(tái)和在堤腳鎮(zhèn)壓層外增建丁順潛壩等措施，指標(biāo)則按“高程接近堤頂?shù)南似脚_(tái)和促淤順壩以?xún)?nèi)至鎮(zhèn)壓層段不低于30%”“曲線(xiàn)岸段占比不低于30%”控制；

（6）考慮到本文推薦的改造方法應(yīng)用案例不多，各地在“海塘安瀾”等實(shí)際工程應(yīng)用時(shí)宜先實(shí)施試驗(yàn)段，總結(jié)經(jīng)驗(yàn)后推廣應(yīng)用，考慮到“潛壩”建成后需經(jīng)多年淤積方可開(kāi)展防浪植物種植和用海審批的時(shí)間，建議“防浪植物種植”或“潛壩+防浪植物種植”作為二期工程實(shí)施。