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申请/专利权人：宜宾学院

摘要：本发明公开了一种资源化利用型的人工沙质海岸防护设施及其施工方法，该设施包括至少一组破浪阻沙单元，每组破浪阻沙单元包括多个废旧轮胎和防护层，多个废旧轮胎均竖直设置，且依次连接形成一排与水边线平行，防护层由多个防护单元串联而成，防护单元包括废旧轮胎改制的结合件和废旧轮胎改制的防护面层，将防护面层的趾口部分与结合件的趾口部分连接；结合件设置于废旧轮胎上。本发明既进行了废旧轮胎的资源化再利用，又解决了人造沙滩因弱动力环境下携沙能力不足而造成的沙滩侵蚀问题，一方面对拟遭破坏的人工沙滩实现了分段保护，另一方面也为沙滩管护人员恢复沙滩自然形态提供了参考标杆，大大提高了人造沙滩的防护水平。

主权项：1.一种资源化利用型的人工沙质海岸防护设施，其特征在于：包括至少一组破浪阻沙单元（7），每组破浪阻沙单元（7）包括多个废旧轮胎（8）和防护层，其中，多个废旧轮胎（8）均竖直设置，且依次连接形成一排与水边线平行，所述防护层由多个防护单元串联而成，所述防护单元包括废旧轮胎改制的结合件（9）和废旧轮胎改制的防护面层（10），所述防护面层（10）由废旧轮胎沿横向裁开，铰断趾口部分内含的钢丝，然后通过硫化机或高温高压拉直而成；所述结合件（9）由废旧轮胎沿横向裁开，铰断趾口部分内含的钢丝，然后通过硫化机或高温高压拉直，再进行二次塑形加工使得两胎侧往外翻折而成；将防护面层（10）的趾口部分与结合件（9）的趾口部分连接，形成一个具有内腔的条形结构；所述结合件（9）设置于废旧轮胎上部且与废旧轮胎的胎冠固定连接。

全文数据：一种资源化利用型的人工沙质海岸防护设施及其施工方法技术领域本发明属于近海与海岸工程防护与修复领域，具体涉及一种资源化利用型的人工沙质海岸防护设施及其施工方法。背景技术近年来，随着生活水平的日益提高，人们对业余生活品质的要求亦较以往更高，其中海滨旅游休闲是重要的娱乐手段。沙滩作为公众实现亲海活动的载体，得到广大群众的青睐。我国虽具有长达1.8万公里的漫长海岸线，但滨海潮滩多数为淤泥质海岸，而优良的天然沙滩资源不多，考虑到经济增长带来的巨大需求，目前人工沙滩工程成为建设热点，特别是很多地区的人工沙滩不得不建设于淤泥质海岸。例如广西钦州茅尾海，茅尾海位于广西壮族自治区北部湾顶部，隶属于钦州湾内湾,其形态内宽口窄，似布袋状，是一个半封闭式的内湾，海岸线长约120公里，海域面积约134平方公里。在内湾顶部，有茅岭江和钦江等河流流入，这两条河流给茅尾海带来大量的泥沙，并促进茅尾海水体的交换。但近几十年来随着北部湾经经济区的剧烈开发，茅尾海的无序开发也在推进，如大量围垦养殖，打排吊养大蚝等，加上上游河流钦江和茅岭江带来的泥沙和污染物排入茅尾海，使茅尾海出现严重淤积、面积萎缩、水动力减弱、海水混浊、水质下降等问题。为保护茅尾海，2011年5月13日由国家海洋局批准建立“钦州茅尾海国家级海洋公园”，从海洋保护的角度划分为三个功能分区：重点保护区、生态与资源恢复区和适度利用区，并正式启动内海整治与修复工程。相继开展了沙井生态修复工程、沙井东岸岸线整治工程、沙井沙滩修复工程、龙门退堤还海区域工程、广西七十二泾海岛保护与开发利用示范项目等。经过近几年的整治，茅尾海及其海岸环境得到了大力改善，在沙井形成了长约1200米，宽约300米的茅尾海黄金海岸人工沙滩海滨浴场，具体做法是：通过在东西两端建设两个具有独特形态的人工岬角结合依托的弧型护岸塑造一个稳定的岬湾海滩,形成稳定干滩，建设为沙滩广场，和潮间带之间用土工布填砂袋堆积成围堰，利于吹填沙施工，完工后将沙滩上部沙袋拆除，从景观上依然是天然的沙滩形态，同时确保后方的沙滩稳定，保证足够的活动空间，如图1所示。但广西钦州茅尾海属于内海，具体呈现弱动力环境下的波浪动力先天不足、水体携沙能力弱、海滩活动性差等特征，因为海滩是人工吹填而成，与自然沙滩相比较，存在着以下问题：一是人造沙滩底层沙子没有补给源，因为除人工填沙外，其余海底部分均属淤泥地，随波浪带起泥反而会使人造沙滩泥化。二是由于水动力较弱，加上海滩沙子粒径细小及重力等原因，波浪向上携带沙子前进的位移始终小于沙子随波浪回落向下后退的位移，导致人工沙滩出现崎岖不平的侵蚀现象，有的地方出现淤积形成沙坝，有的地方出现冲刷形成凹坑，严重影响了沙滩浴场的使用效果。目前，随着我国汽车工业的飞速发展，被替换或淘汰下来的废旧轮胎会越来越多，如何有效回收实现资源化再利用，防止对环境造成污染，这既是一个世界性难题，也是我国再生资源回收利用面临的一个新课题。所谓废旧轮胎，是指被替换或淘汰下来已失去作为轮胎使用价值的轮胎，以及工厂产生出的一些不合格报废轮胎。因其具有很强的抗热、热生物、抗机械性、耐久性等性能，很难被降解，几十年都不会自然消失掉。长期露天堆放，不仅占用大量土地，而且极易滋生蚊虫传播疾病，而且容易引发火灾，被称为“黑色污染”。为实现废旧轮胎资源化再利用，海洋工程中常常将其安装在港口、码头及船舷护舷，靠废旧轮胎的韧性来缓解相互撞击力；或利用废旧轮胎进行海洋生物养殖；或将其沉入海底充当人工鱼礁；或用作防波护堤坝及漂浮灯塔等等，实践证明废旧轮胎在海水中再利用是完全可行的，能够经得起海水的长期侵蚀。因此，如何将废旧轮胎应用到人造沙滩保护中是环境保护领域中的一大难点。发明内容本发明所要解决的技术问题是提供一种资源化利用型的人工沙质海岸防护设施及其施工方法，将加工后的废旧轮胎进行组合固定在沙滩中，保护弱动力条件下人工沙滩的自然形状，避免了海水对沙滩的侵蚀。本发明提供了一种资源化利用型的人工沙质海岸防护设施，包括至少一组破浪阻沙单元，每组破浪阻沙单元包括多个废旧轮胎和防护层，其中，多个废旧轮胎均竖直设置，且依次连接形成一排与水边线平行，所述防护层由多个防护单元串联而成，所述防护单元包括废旧轮胎改制的结合件和废旧轮胎改制的防护面层，所述防护面层由废旧轮胎沿横向裁开，铰断趾口部分内含的钢丝，然后通过硫化机或高温高压拉直而成；所述结合件由废旧轮胎沿横向裁开，铰断趾口部分内含的钢丝，然后通过硫化机或高温高压拉直，再进行二次塑形加工使得两胎侧往外翻折而成；将防护面层的趾口部分与结合件的趾口部分连接，形成一个具有内腔的条形结构；所述结合件设置于废旧轮胎上。所述防护面层的趾口部分与结合件的趾口部分相互嵌固咬合，形成一个具有内腔的条形结构，且咬合部位设有可拆卸的紧固件。所述防护层由多个防护单元通过环氧树脂胶粘接而成。所述防护面层的胎冠部分打磨光滑，并进行抛光。所述相邻的废旧轮胎之间通过环氧树脂胶粘贴固定连接。所述结合件与废旧轮胎之间通过环氧树脂胶粘贴固定连接。本发明还提供了一种资源化利用型的人工沙质海岸防护设施的施工方法，包括以下步骤：（1）将废旧轮胎沿横向裁开，铰断趾口部分内含的钢丝，打磨光滑胎冠部分，然后通过热塑加工拉直而成得到防护面层；将废旧轮胎沿横向裁开，铰断趾口部分内含的钢丝，然后通过热塑加工拉直，再进行二次塑形加工使得两胎侧往外翻折而成得到结合件；然后将防护面层的趾口部分与结合件的趾口部分连接，形成一个具有内腔的条形结构的防护单元；根据预计的长度，将多个防护单元依次串联形成防护层；（2）从潮下带沙滩与淤泥的交界处开始设置废旧轮胎排，直到到潮间带与潮上带交界处为止，潮间带与潮下带内按照每间隔1-2个波长就布置一排废旧轮胎排，每排废旧轮胎排中由多个废旧轮胎竖直设置，并依次连接形成一排与水边线平行；（3）在每个废旧轮胎排上设置防护层，并通过固定件将结合件与废旧轮胎的胎冠固定连接，形成了所述的人工沙质海岸防护设施。所述废旧轮胎是埋于沙中，防护层表面与沙齐平。所述步骤（2）中，波长由公式计算而得，其中T为浅水区波浪周期，g为重力加速度，π为圆周率。有益效果：本发明既进行了废旧轮胎的资源化再利用，又解决了人造沙滩因弱动力环境下携沙能力不足而造成的沙滩侵蚀问题，一方面对拟遭破坏的人工沙滩实现了分段保护，另一方面也为沙滩管护人员恢复沙滩自然形态提供了参考标杆，大大提高了人造沙滩的防护水平。附图说明图1为本发明实施例2中茅尾海沙井岛沙滩的海滩背景示意图；图2为沙滩侵蚀原理图；图3为茅尾海沙井岛沙滩的结构平面图；图4为人工沙质海岸防护设施沿着沙滩剖面线方向的剖面示意图；图5为人工沙质海岸防护设施构件示意图；图6为人工沙质海岸防护设施沿着水边线方向的剖面示意图；图中标号为：1、西岬角；2、东岬角；3、沙滩广场；4、人工海滩；5、滩肩；6、水边线；7、破浪阻沙单元；8、废旧轮胎；9、结合件；10、防护面层；11、沙滩剖面线。具体实施方式下面结合实施例及其附图对本发明做详细说明，但并不以此作为对本申请权利要求保护范围的限定。实施例1一种资源化利用型的人工沙质海岸防护设施，至少一组破浪阻沙单元7，每组破浪阻沙单元7包括拟埋于沙滩中的废旧轮胎排及设置于废旧轮胎8上的防护层，所述埋于沙滩中的废旧轮胎排是将若干个废旧轮胎（直立埋于沙中当作基础）依次排出一排与水边线平行，相邻的废旧轮胎之间通过环氧树脂胶粘贴固定连接；所述防护层由多个防护单元串联而成（优选环氧树脂胶粘接），所述防护单元包括废旧轮胎改制的结合件9和废旧轮胎改制的防护面层10，防护面层10由废旧轮胎沿横向裁开，铰断趾口部分内含的钢丝，然后通过硫化机或高温高压拉直而成；所述结合件9由废旧轮胎沿横向裁开，铰断趾口部分内含的钢丝，然后通过硫化机或高温高压拉直，再进行二次塑形加工使得两胎侧往外翻折而成；将防护面层10的趾口部分与结合件9的趾口部分相互嵌固咬合，形成一个具有内腔的条形结构（水囊），咬合部位上每30cm就设有一个紧固件（如配套的螺栓和螺母）固定连接；所述结合件9通过环氧树脂胶粘贴固定于废旧轮胎上，防护层表面与沙齐平。当水涨潮后空囊里面会灌满海砂和海水，退潮后形成水囊，接触人体后会变得很柔软（对防护面层10的表面（胎冠部分）进行打磨处理，即将废旧轮胎表面的所有轮齿打磨光滑，并进行抛光，空囊壁厚度为1cm左右）。上述资源化利用型的人工沙质海岸防护设施的施工方法，包括以下步骤：（1）将废旧轮胎沿横向裁开，铰断趾口部分内含的钢丝，打磨光滑胎冠部分，然后通过热塑加工拉直而成得到防护面层10；将废旧轮胎沿横向裁开，铰断趾口部分内含的钢丝，然后通过热塑加工拉直，再进行二次塑形加工使得两胎侧往外翻折而成得到结合件9；然后将防护面层10的趾口部分与结合件9的趾口部分连接，形成一个具有内腔的条形结构的防护单元；根据预计的长度，将多个防护单元依次串联形成防护层；（2）从潮下带沙滩与淤泥的交界处开始设置废旧轮胎排，直到到潮间带与潮上带交界处为止，潮间带与潮下带内按照每间隔1-2个波长就布置一排废旧轮胎排，每排废旧轮胎排中由多个废旧轮胎竖直设置，并依次连接形成一排与水边线平行；（3）在每个废旧轮胎排上设置防护层，并通过固定件将结合件9与废旧轮胎的胎冠固定连接，形成了所述的人工沙质海岸防护设施。为防止因上述波浪动力原因而产生的人造沙滩侵蚀问题，所述设施沿水边线平行布置，之间的水平距离为1-2波长（如图3所示）。因为波浪输沙问题，是以波浪不发生破碎为条件的，波浪输沙规律是通过波浪破碎冲击海岸，卷起泥沙随波输送，到达波谷时遇到障碍物使波浪破碎沉降到水底，废旧轮胎离岸防护设施就是保证波浪在1到2个波长内至少破碎一次，避免波浪将沙子输远。波长由公式计算而得，其中T为浅水区波浪周期，g为重力加速度，π为圆周率。实施例2试验具体选址定在广西钦州的茅尾海，选取茅尾海沙井岛沙滩，长约1200米，宽约300米。该沙滩是人工沙滩，具体做法是：通过在东西两端建设两个具有独特形态的人工岬角结合依托的弧型护岸塑造一个稳定的岬湾海滩,形成稳定干滩，建设为沙滩广场，和潮间带之间用土工布填砂袋堆积成围堰，利于吹填沙施工，完工后将沙滩上部沙袋拆除，从景观上依然是天然的沙滩形态，同时确保后方的沙滩稳定，保证足够的活动空间，如图1所示。砂质海岸，平均坡度在（1:100-1:5）之间，波浪在向岸传播途中水深变化快，破波多属卷波型破碎。其特点是波陡大，整个波峰集中卷曲倾斜，像自由下落的水舌（如图2中a部分所示），冲击原来堆积海岸滩尖上的泥沙，使之大量掀起被返回水流带向海方，造成海岸侵蚀。而茅尾海人工沙滩坡度为1：20，正处于这种陡坡式砂质海岸，在暴风浪季节由于水动力较大，海滩上的沙子快速被波浪带向海方，在沿岸水下形成沙坝，在靠岸部分因为沙子被波浪带走而形成凹坑，这时水边线向岸侵入，形成侵蚀型剖面（如图2中b部分所示）。无暴风浪季节，海况多属涌浪性质，在这种小波陡波浪作用下，水下沙坝堆积的泥沙又会被逐渐推向岸边，又形成滩肩。茅尾海属于内海，具体呈现弱动力环境下的波浪动力先天不足、水体携沙能力弱、海滩活动性差等特征，在无暴风浪季节，产生的涌浪水动力不足，水下沙坝堆积的泥沙不会被推向岸边，而是在沙坝向岸方向左右摇摆，最终只有一小部分沙子被推向岸边，水下沙坝和凹坑会继续存在（如图2中c部分所示）。经过长期反复作用，整个沙滩会变得崎岖不平，只能靠人工进行恢复，恢复时由于没有原沙滩的坡度参照物，往往会改变原来的设计坡度而破坏人工沙滩。同时还因为海滩是人工吹填而成，与自然沙滩相比较，存在着以下问题：一是人造沙滩底层沙子没有补给源，除人工填沙外，其余海底部分均属淤泥地，随波浪带起泥反而会使人造沙滩泥化。二是由于水动力较弱，加上海滩沙子粒径细小及重力等原因，波浪向上携带沙子前进的位移始终小于沙子随波浪回落向下后退的位移，导致人工沙滩出现崎岖不平的侵蚀现象，有的地方出现淤积形成沙坝，有的地方出现冲刷形成凹坑，严重影响了沙滩浴场的使用效果。为解决上述问题，我们沿海岸线选取每排10个轮胎宽（8米）的沙滩，从潮下带淤泥与沙子分界处（-2.5M）设第一道破浪阻沙单元，以此为基准，对应涨潮期最高潮位3.95M至，平行设置破浪阻沙带，间隔距离为一个浅水波长12.32米，测得浅水区波浪周期T为2.81s，波长由公式计算而得：测得沙滩坡度为1：20，故设置破浪阻沙带的沙滩长度为（3.95+2.5）×20=129米，具体能够布置10排。通过上述设置的10排破浪阻沙单元有效的解决了当地（茅尾海沙井岛沙滩）波浪动力原因而产生的人造沙滩侵蚀问题，所述设施沿水边线平行布置，破浪阻沙单元保证波浪在1波长内破碎，避免波浪将沙子输远。本发明既进行了废旧轮胎的资源化再利用，又解决了人造沙滩因弱动力环境下携沙能力不足而造成的沙滩侵蚀问题，一方面对拟遭破坏的人工沙滩实现了分段保护，另一方面也为沙滩管护人员恢复沙滩自然形态提供了参考标杆，大大提高了人造沙滩的防护水平。

权利要求：1.一种资源化利用型的人工沙质海岸防护设施，其特征在于：包括至少一组破浪阻沙单元（7），每组破浪阻沙单元（7）包括多个废旧轮胎（8）和防护层，其中，多个废旧轮胎（8）均竖直设置，且依次连接形成一排与水边线平行，所述防护层由多个防护单元串联而成，所述防护单元包括废旧轮胎改制的结合件（9）和废旧轮胎改制的防护面层（10），所述防护面层（10）由废旧轮胎沿横向裁开，铰断趾口部分内含的钢丝，然后通过硫化机或高温高压拉直而成；所述结合件（9）由废旧轮胎沿横向裁开，铰断趾口部分内含的钢丝，然后通过硫化机或高温高压拉直，再进行二次塑形加工使得两胎侧往外翻折而成；将防护面层（10）的趾口部分与结合件（9）的趾口部分连接，形成一个具有内腔的条形结构；所述结合件（9）设置于废旧轮胎上。2.根据权利要求1所述的一种资源化利用型的人工沙质海岸防护设施，其特征在于：所述防护面层（10）的趾口部分与结合件（9）的趾口部分相互嵌固咬合，形成一个具有内腔的条形结构，且咬合部位设有可拆卸的紧固件。3.根据权利要求1所述的一种资源化利用型的人工沙质海岸防护设施，其特征在于：所述防护层由多个防护单元通过环氧树脂胶粘接而成。4.根据权利要求1所述的一种资源化利用型的人工沙质海岸防护设施，其特征在于：所述防护面层的胎冠部分打磨光滑，并进行抛光。5.根据权利要求1所述的一种资源化利用型的人工沙质海岸防护设施，其特征在于：所述相邻的废旧轮胎（8）之间通过环氧树脂胶粘贴固定连接。6.根据权利要求1所述的一种资源化利用型的人工沙质海岸防护设施，其特征在于：所述结合件（9）与废旧轮胎之间通过环氧树脂胶粘贴固定连接。7.一种资源化利用型的人工沙质海岸防护设施的施工方法，其特征在于：包括以下步骤：（1）将废旧轮胎沿横向裁开，铰断趾口部分内含的钢丝，打磨光滑胎冠部分，然后通过热塑加工拉直而成得到防护面层（10）；将废旧轮胎沿横向裁开，铰断趾口部分内含的钢丝，然后通过热塑加工拉直，再进行二次塑形加工使得两胎侧往外翻折而成得到结合件（9）；然后将防护面层（10）的趾口部分与结合件（9）的趾口部分连接，形成一个具有内腔的条形结构的防护单元；根据预计的长度，将多个防护单元依次串联形成防护层；（2）从潮下带沙滩与淤泥的交界处开始设置废旧轮胎排，直到到潮间带与潮上带交界处为止，潮间带与潮下带内按照每间隔1-2个波长就布置一排废旧轮胎排，每排废旧轮胎排中由多个废旧轮胎竖直设置，并依次连接形成一排与水边线平行；（3）在每个废旧轮胎排上设置防护层，并通过固定件将结合件（9）与废旧轮胎的胎冠固定连接，形成了所述的人工沙质海岸防护设施。8.根据权利要求6所述的一种资源化利用型的人工沙质海岸防护设施的施工方法，其特征在于：所述废旧轮胎是埋于沙中，防护层表面与沙齐平。9.根据权利要求6所述的一种资源化利用型的人工沙质海岸防护设施的施工方法，其特征在于：所述步骤（2）中，波长由公式计算而得，其中T为浅水区波浪周期，g为重力加速度，π为圆周率。

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