本发明涉及海洋岩土工程，尤其是涉及一种土工合成材料加筋珊瑚砂反滤式海堤结构。
背景技术：
1、大量工程项目集中建设于海上丝绸之路区域，这些项目涵盖了多个领域，包括基础设施、能源、交通运输等。而珊瑚砂作为这些区域最为常见的工程材料，在护岸海堤、码头、防波堤等多个领域的基础设施建设中得到了广泛的应用。另外，为响应落实国家国土空间规划，我国在南海以吹填珊瑚砂的方式建造了大量岛礁，并在岛礁的外围常常修建护岸海堤以抵御海水对沿岸基础设施的侵蚀。在风浪和地震荷载下，若发生海堤破坏，必将使得大量海水侵袭沿海地区，造成巨大损失。在海堤中，传统的反滤技术主要是在护面结构后回填级配碎石反滤层，然而在复杂海洋动力(波浪荷载、风暴潮荷载和地震荷载)环境作用下该类反滤结构极易破坏，进而导致大量细颗粒流失，形成渗流通道从而致使海堤失稳。此外，传统海堤通常采用块石或大体积人工混凝土块作为护面结构材料。然而，这些传统的刚性海堤护面结构存在抗震性能差、造价高、生态性差、难以适应地基不均匀沉降等问题。
技术实现思路
1、本发明的目的是为了提供一种土工合成材料加筋珊瑚砂反滤式海堤结构。
2、本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：一种土工合成材料加筋珊瑚砂反滤式海堤结构，包括海堤地基系统、海堤护面系统和海堤堤心系统；
3、所述海堤地基系统包括珊瑚砂吹填地基、土工模袋加筋碎石桩和土工合成材料加筋级配碎石垫层，土工模袋加筋碎石桩布设在珊瑚砂吹填地基中，土工合成材料加筋级配碎石垫层设置在珊瑚砂吹填地基顶部；
4、所述海堤护面系统包括生态土工袋、混凝土块石路基面层和格宾笼，生态土工袋和格宾笼分别设置在海堤堤心系统两侧，混凝土块石路基面层设置在海堤堤心系统顶部；
5、所述海堤堤心系统包括回填珊瑚砂、绞合金属网和灌砂袋，绞合金属网设置在回填珊瑚砂内并与格宾笼连接，回填珊瑚砂临海的一侧设有灌砂袋。
6、优选地，所述回填珊瑚砂在靠近格宾笼侧设有灌砂袋。
7、优选地，所述土工模袋加筋碎石桩包括土工模袋和填充于土工模袋中的碎石。
8、进一步优选地，填充于土工模袋中的碎石粒径为1.5cm-5cm。
9、优选地，所述土工模袋加筋碎石桩竖直等间距设置于珊瑚砂吹填地基中。
10、优选地，所述土工合成材料加筋级配碎石垫层包括级配碎石、土工布和土工格栅，级配碎石顶面和底面均铺设有土工布，级配碎石中铺设有土工格栅。
11、进一步优选地，所述级配碎石粒径为0.25-20mm。
12、更进一步优选地，所述级配碎石分为三层，粒径优选0.25-1mm作为底层，1-5mm作为中间层，5-20mm作为顶层。
13、进一步优选地，所述土工格栅为高强度双向聚丙烯土工格栅。
14、优选地，所述生态土工袋包括生态编织袋、生态土工袋填充珊瑚砂、草籽和营养土，生态土工袋填充珊瑚砂、草籽和营养土均设置在生态编织袋内，草籽和营养土设置在生态编织袋远离海堤堤心系统的一侧，生态土工袋远离海堤堤心系统的一侧表面铺设有草皮。
15、进一步优选地，所述生态编织袋材料材质为聚酯纤维，横向尺寸为30～50cm*70～90cm。
16、优选地，所述格宾笼由重镀高尔凡覆塑的格宾钢丝制成，格宾笼内填充均一粒径碎石。
17、进一步优选地，所述格宾笼在靠近海堤堤心系统的一侧设有碎石反滤层。
18、更进一步优选地，靠近海堤地基系统的格宾笼在靠近海堤堤心系统的一侧设有碎石反滤层。
19、进一步优选地，所述均一粒径碎石粒径为10-20cm。
20、优选地，所述绞合金属网与格宾笼通过钢丝绑扎相连，绞合金属网水平且沿纵向等间距铺设于回填珊瑚砂中。
21、优选地，所述绞合金属网为覆塑绞合金属网，金属丝直径大于3mm。
22、进一步优选地，所述绞合金属网为钢丝网，覆塑材料为pvc。
23、优选地，所述灌砂袋包括灌砂袋体和设置在灌砂袋体内的灌砂袋体填充珊瑚砂。
24、进一步优选地，所述灌砂袋体内部在靠近格宾笼的一侧设有微生物诱导碳酸钙沉淀技术加固珊瑚砂，灌砂袋体表面预留水力吹填口。
25、进一步优选地，所述灌砂袋体横向尺寸为15～25*25～35m。
26、优选地，所述格宾笼设置在海堤堤心系统临海一侧。
27、一种上述土工合成材料加筋珊瑚砂反滤式海堤结构的施工方法，先进行海堤地基系统施工，再进行海堤堤心系统施工，最后进行海堤护面系统施工。
28、优选地，所述土工合成材料加筋珊瑚砂反滤式海堤结构的施工方法，包括以下步骤：
29、(1)海堤地基系统施工：先在珊瑚砂吹填地基中插入刚性套筒，所述刚性套筒在瑚砂吹填地基中等间距布设，呈网格型分布，然后挖除所述刚性套筒中珊瑚砂，并在所述刚性套筒中布设土工模袋，再往所述土工模袋中填入碎石；待所述土工模袋加筋碎石桩施工完成后，先在所述珊瑚砂吹填地基上铺设土工布，所述土工布完全覆盖所述珊瑚砂吹填地基，再沿所述土工布表面回填预设高度的级配碎石，通过铺设土工布将所述珊瑚砂吹填地基中珊瑚砂与所述级配碎石分离，再往所述级配碎石表面布设土工格栅，然后在所述工格栅表面继续回填级配碎石，直至所述级配碎石达到预设高度，最后在所述级配碎石上铺设土工布，所述土工布完全覆盖所述级配碎石。
30、(2)海堤堤心系统施工：先在土工合成材料加筋级配碎石垫层上海堤施工区域放置第一层灌砂袋体，采用水力吹填的方式通过所述灌砂袋体表面预留的水力吹填口往所述灌砂袋体内吹填珊瑚砂，直至吹填珊瑚砂达到预设高度，随后在所述灌砂袋体临海一层均匀注入一定量巴氏芽孢杆菌液和反应液(尿素与氯化钙的混合溶液)的混合溶液，直至在所述灌砂袋体中形成均匀的微生物诱导碳酸钙沉淀技术加固珊瑚砂，再重复上述步骤，完成第二层灌砂袋体施工，然后在所述第二层灌砂袋体上铺设绞合金属网，所述绞合金属网一直延伸到海堤内部，以保证海堤内外部稳定性满足要求，随后重复上述所述灌砂袋体和绞合金属网施工步骤，直至海堤高度达到设计要求，然后沿所述灌砂袋体临海一侧表面铺设碎石反滤层，最后在所述灌砂袋体后方采用水力吹填的方式吹填回填珊瑚砂，直至所述回填珊瑚砂达到设计高度。
31、(3)海堤护面系统施工：先沿所述碎石反滤层或所述灌砂袋体表面水平放置格宾笼，通过钢丝绑扎的方式将所述格宾笼与所述绞合金属网相连，所述格宾笼由重镀高尔凡覆塑的格宾钢丝制成，然后往所述格宾笼内填充均一粒径碎石，随后在生态编织袋内人工填入珊瑚砂、草籽和营养土，所述草籽和营养土填充在生态编织袋远离海堤堤心系统的一侧，接着在回填珊瑚砂后方沿坡面方向逐层放置生态土工袋，直至高度与珊瑚砂一致，最后在所述生态土工袋、珊瑚砂、灌砂袋体和格宾笼顶面布置混凝土块石路基面层。
32、进一步优选地，步骤(2)所述反应液中，尿素与氯化钙的物质的量比为1：1。
33、进一步优选地，步骤(2)所述巴氏芽孢杆菌液和反应液的体积比为1：10。巴氏芽孢杆菌液和反应液的浓度需通过室内静三轴试验确定，需保证强度符合设计要求。
34、格宾护面结构作为一种柔性结构，极大改善了传统刚性护面结构的缺陷，提升了海堤的稳定性和抗冲刷能力，同时，土工合成材料加筋土结构具有卓越的抗震性能、施工便利以及绿色环保特性，本发明将二者结合应用在海堤建设领域，提出了一种土工合成材料加筋珊瑚砂反滤式海堤结构，能有效提高波浪荷载和地震荷载作用下海堤的稳定性，解决了长期波浪荷载作用下海堤内部细颗粒易流失的问题。
35、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
36、1.本发明珊瑚砂吹填地基中均匀布设的土工模袋加筋碎石桩，既提高了地基的承载力，也改善了动荷载下珊瑚砂地基的排水能力，提高了地基土体抗液化能力，很好地解决了地震荷载和波浪荷载下海堤地基土体易液化的问题。
37、2.本发明土工合成材料加筋级配碎石垫层顶面和底面均铺设有土工布，且在级配碎石垫层中等间距铺设高强度双向土工格栅，该种土工合成材料加筋碎石垫层分散了海堤上部传给地基土体的应力，提高了海堤结构的整体性，有效地解决了地基土易产生不均匀沉降的问题。
38、3.本发明重镀高尔凡覆塑的格宾钢丝制成的内填充碎石的格宾笼柔性护面结构，不但增加了极端环境下海堤的稳定性，还有效地解决了传统大体积块石和人工混凝土块护面结构造价高、生态性差、难以适应地基的不均匀沉降的问题。
39、4.本发明采用内部填充原位珊瑚砂的大型灌砂袋为堤心填料和小型生态土工袋作为护面结构，不仅有助于维持堤身结构的稳定，还充当反滤体系，有效防止细颗粒的流失。这一创新解决了传统填料获取不便、工程造价高、运输成本高、施工周期长等问题，符合低碳、绿色环保的理念。
40、5.本发明采用的微生物诱导碳酸钙沉淀技术通过降低临海一侧的珊瑚砂渗透系数，与后部渗透系数较大的珊瑚砂形成递进式反滤系统，同时，还可通过点胶结的方式在海堤坡面形成一层水稳定性良好地硬壳层，提高了海堤地抗冲刷性能，避免了长期波浪海堤内部细颗粒易被掏蚀的问题。
41、6.本发明结构就地取材采用珊瑚砂作为海堤填料，可在显著改善珊瑚砂海堤在极端风浪荷载和地震荷载下的稳定性的同时，有效解决长期波浪荷载作用下海堤内部细颗粒易流失的难题。这一设计不仅有效提高了海堤的反滤性能，还增进了其生态友好性，与当前低碳、绿色环保的理念相契合。
42、7.本发明土工合成材料加筋珊瑚砂反滤式海堤结构具有很好的经济效应和广泛的应用价值。
1.一种土工合成材料加筋珊瑚砂反滤式海堤结构，其特征在于，包括海堤地基系统、海堤护面系统和海堤堤心系统；
2.根据权利要求1所述的土工合成材料加筋珊瑚砂反滤式海堤结构，其特征在于，所述土工模袋加筋碎石桩(12)包括土工模袋(121)和填充于土工模袋(121)中的碎石(122)。
3.根据权利要求1所述的土工合成材料加筋珊瑚砂反滤式海堤结构，其特征在于，所述土工合成材料加筋级配碎石垫层(13)包括级配碎石(131)、土工布(132)和土工格栅(133)，级配碎石(131)顶面和底面均铺设有土工布(132)，级配碎石(131)中铺设有土工格栅(133)。
4.根据权利要求1所述的土工合成材料加筋珊瑚砂反滤式海堤结构，其特征在于，所述生态土工袋(21)包括生态编织袋(211)、生态土工袋填充珊瑚砂(212)、草籽(213)和营养土(214)，生态土工袋填充珊瑚砂(212)、草籽(213)和营养土(214)均设置在生态编织袋(211)内，草籽(213)和营养土(214)设置在生态编织袋(211)远离海堤堤心系统的一侧，生态土工袋(21)远离海堤堤心系统的一侧表面铺设有草皮(24)。
5.根据权利要求1所述的土工合成材料加筋珊瑚砂反滤式海堤结构，其特征在于，所述格宾笼(23)由重镀高尔凡覆塑的格宾钢丝制成，格宾笼(23)内填充均一粒径碎石(231)。
6.根据权利要求5所述的土工合成材料加筋珊瑚砂反滤式海堤结构，其特征在于，所述格宾笼(23)在靠近海堤堤心系统的一侧设有碎石反滤层(25)；
7.根据权利要求1所述的土工合成材料加筋珊瑚砂反滤式海堤结构，其特征在于，所述绞合金属网(32)与格宾笼(23)通过钢丝绑扎相连，绞合金属网(32)水平且沿纵向等间距铺设于回填珊瑚砂(31)中。
8.根据权利要求1所述的土工合成材料加筋珊瑚砂反滤式海堤结构，其特征在于，所述灌砂袋(33)包括灌砂袋体(331)和设置在灌砂袋体(331)内的灌砂袋体填充珊瑚砂(332)。
9.根据权利要求8所述的土工合成材料加筋珊瑚砂反滤式海堤结构，其特征在于，所述灌砂袋体(331)内部在靠近格宾笼(23)的一侧设有微生物诱导碳酸钙沉淀技术加固珊瑚砂(333)，灌砂袋体(331)表面预留水力吹填口(334)。
10.一种权利要求1～9任一项所述的土工合成材料加筋珊瑚砂反滤式海堤结构的施工方法，其特征在于，先进行海堤地基系统施工，再进行海堤堤心系统施工，最后进行海堤护面系统施工。
