航道工程学课件：第7章 航道疏浚工程.ppt

1、航道整治WATERWAY REGULATION 第七章第七章 航道疏浚工程航道疏浚工程采用挖泥船或其他机具以及人工进行水下挖掘土石方的工程。 第一节概述第一节概述1疏浚工程疏浚工程 （1）对于沙质和沙卵石河床：）对于沙质和沙卵石河床：采用挖泥船挖除碍航的泥沙堆积物，增加航道水深。 （2）对于石质河床：）对于石质河床：采用爆破的方法（常称炸礁）炸除碍航的石嘴、石梁、孤石、岩盘等。 图6-2长江最大清淤船“海翔号”挖泥船(8m3) 图6-1 抓斗挖泥船疏浚作业 2在航道和港口工程中，疏浚工程的主要任务有：在航道和港口工程中，疏浚工程的主要任务有： 开挖新的航道、港池和运河； 改善航道的航行条件，维

2、护航道尺度，消除对船舶有影响的流态； 开挖码头、船坞、船闸及其他水土建筑物的基槽； 与开挖相结合的吹填及疏浚物综合利用工程。 图6-4 秦皇岛港吹填造地工程(完成疏浚及吹填工程量约3000万m3，形成陆域400万m2。) （1）通过疏浚，航道尺度即刻增加，通航条件即可改善，无需要大量的工程材料和人力；不会产生引起不良后果。（2）疏浚方法不但常常被单独使用，而且能与利用整治建筑物改善航道的方法结合。 3疏浚的特点疏浚的特点4疏浚工程的主要问题疏浚工程的主要问题5航道疏浚工程分类航道疏浚工程分类 挖槽内的泥沙淤积 ( (？) ) 基建性疏浚 维修性疏浚 临时性疏浚 1、挖槽的方向与主流方向一致，与

3、主流向交角不应超过15。 （？）第二节挖槽定线及抛泥区选择第二节挖槽定线及抛泥区选择 一、挖槽定线的基本原则一、挖槽定线的基本原则 2、挖槽应通过浅滩凹鞍，并位于主流线上。 （？）3、挖槽在平面上常设计成直线，挖槽不可避免出现折线时，其转弯半径应满足要求，并适当加宽。（？）4、在满足航道尺度的条件下，挖槽断面宜窄而深，不宜宽而浅。（？）5、挖槽应选择最短线路。 1、疏浚泥土抛置后，应不致再回淤至挖槽或附近的航道。二、抛泥区选择2、应避免在养殖场、取水口等工、农、渔生产地区选择泥区，防止对环境产生污染。 3、抛泥区应有足够水深，使抛泥船能打开泥门正常抛泥。 图6-6 抓斗挖泥船二、抛泥区选择 4

4、、挖槽至抛泥区应有安全航道可通。在条件许可下挖槽至抛泥区的距离尽可能缩短，以提高工效。 5、尽量使所抛泥沙有利于维护挖槽稳定，改善航道，可用疏浚土填塞支汊、 坝田及可能引起有害分流的尖潭等。 6、用边抛法抛泥，应慎重研究水流的流速、流向能否将边抛的泥土带出挖槽及航道之外，尽量减少对挖槽及附近航道产生淤积。 图6-7 船吸扬14号1水下抛泥三、河口开敞水域疏浚抛泥方法2边抛法 3.向岸边吹填 问题（1）抛泥方法如何选取？（2）那种方法效率最高？ 应保证枯水期通航和挖槽具有良好的水力条件。一、维护性挖槽设计一、维护性挖槽设计第三节第三节 挖槽设计及水力计算挖槽设计及水力计算 二、基建性挖槽二、基建

5、性挖槽挖槽应靠近主导河岸，挖槽方向于主导河岸一致，以便利用主导河岸在各级水位时的导流作用，维持挖槽稳定。当浅滩河段一岸为基岸，另一岸为宽阔边滩时挖槽应选择靠近基岸，以造成环流维持挖槽稳定。当浅滩河段两岸均为宽阔的边滩且变化较大时，单靠基建性疏浚很难根本改善浅滩航行条件，必须配合整治以稳定挖槽。三、挖槽断面设计三、挖槽断面设计1.挖槽断面设计的内容： 图6-18 挖槽断面示意图 挖槽宽度和深度挖槽宽度和深度应使挖槽内的流速大于开挖前挖槽区的流速；应使挖槽河段开挖后的断面平均流速不小于挖槽上游段的断面平均流速；应使挖槽内的流速沿程相等或有所增加。2.挖槽稳定性要求挖槽稳定性要求3挖槽断面尺度计算挖

6、槽断面尺度计算000000)(hBBUhBUhBUnnnn0dadkm四、挖槽后水位降落计算四、挖槽后水位降落计算1)1 ()21 (213/1021ooZZZHZZ2、 上游河段的水位降落值五、挖槽土石方量估算五、挖槽土石方量估算1、超深、超宽2、工程量计算第四节第四节 潮汐河口挖槽设计潮汐河口挖槽设计一、河口挖槽定线原则一、河口挖槽定线原则1从航行条件出发从航行条件出发与上层水流方向一致乘潮进出的船舶，以涨落潮方向开敞水域与风、浪、水流的合力方向平行掩护水域与常风向一致2从航槽的稳定性：从航槽的稳定性：与涨落潮底流方向一致与深涨水位（水流动力轴线）一致 河床发生粗化部位避开下移沙体与推移质

7、运动方向一致二、河口挖槽尺度的确定二、河口挖槽尺度的确定受潮汐影响的河口航道，应尽量利用天然深槽。当穿越浅滩时，应着重分析河流、海洋动力及泥沙对开挖航槽的影响，必要时应通过模型试验论证挖槽尺度。1挖槽深度的确定挖槽深度的确定乘潮水位乘潮水位：确定河口航道深度时，除运输特别繁忙的河口航道按设计水位确定外，通常可选择较高潮位作为大轮进出航道的设计水位，这一设计水位称为乘潮水位。乘潮水位一般取乘潮累积频率90-95，这样，可减少河口疏浚的工程量。2挖槽的宽度挖槽的宽度河口水流较内河复杂得多，所以河口单线航道按经验取挖槽宽度为设计船宽的34倍；双线航道取设计船宽的67倍。 第五节第五节 口外航道回淤估

8、算及减淤口外航道回淤估算及减淤 一、淤泥质口外航道回淤估算一、淤泥质口外航道回淤估算1、泥沙运动特性 粒径：d50=0.005mm， 容重：=1.40t/m3掀沙作用掀沙作用：风浪、潮流、风吹流，使滩面细上的细颗粒泥沙被掀起悬浮于水中，并伴有水平方向的搬运。重力作用重力作用：悬浮于海水中的泥沙颗粒，呈絮凝体下沉，其下沉速度远远超过分散状态下的单颗粒泥沙沉速，这是导致口外开挖航道回淤的主要因素。 由于近海滩面潮流、风浪方向的复杂多变性，口外航道走由于近海滩面潮流、风浪方向的复杂多变性，口外航道走向不同时所造成的回淤强度有差异向不同时所造成的回淤强度有差异。因此，选择合理航道轴线方向。对减少航道回

9、淤强度至关重要。2. 口外航道回淤机理口外航道回淤机理 淤泥质海岸浅滩受风浪、潮流的紊动剪切作用后，其泥沙呈缕丝烟雾状悬扬于水中，随综合动力作用的加强，水体含沙量沿垂线分布趋向均匀。 当基本处于冲淤平衡状态下的淤泥质浅滩水域开挖航道后，由于航道中水深增大，水流挟沙能力降低。 （1）浑水跨越航槽时引起的泥沙淤积）浑水跨越航槽时引起的泥沙淤积111121111121)(HvssHvsHvsqqq211HvHv水流连续条件： v1与航道轴线夹角 sin)(1111Hvssqsin)(11210BssKHvBqKq泥沙流量与浑水跨越航道历时泥沙沉降至底部的时间的比例有关 采用单位面积的有效泥沙回淤率表

10、示： sin)(110ssKBqp（kg/m2.s） 11vv、22vv、 为风吹流、潮流的合成流速为波动流速 根据天津塘沽新港和连云港地区现场观测的水文、泥沙资料，得到淤泥质浅滩水体垂线平均含沙量与动力因素之间的关系如下：sin)21(1)(0273. 0sin)(3122111HHgHvvKssKps（2）浑水跨顺沿航槽时引）浑水跨顺沿航槽时引起的泥沙淤积起的泥沙淤积 （3）航道总的体积回淤率）航道总的体积回淤率1风浪要素的统计分析风浪要素的统计分析 收集整理浅滩海域多年的风及波浪资料，并进行统计分析。通常按四个方向或八个方向，以风和波浪的大小等级，统计它们平均在一年内出现的次数或频率。

11、二、口外浅滩航道回淤的计算二、口外浅滩航道回淤的计算2风吹流和潮流的合成概化处理风吹流和潮流的合成概化处理3和和K值的确定值的确定4航道年回淤率计算航道年回淤率计算 : 淤泥颗粒在海水中呈絮凝状下沉，一般可由静水沉降试验给以确定。根据连云港地区的淤泥资料，其静水絮凝沉速一般最大可达0.06cm/s。淤积系数淤积系数K：连云港地区实测回淤资料，般采用K=0.4,K1=0.35,k2=0.13。 (1)先将一年内某一方向、某一级别的风和它的年出现次数，计算其淤积量：先将一年内某一方向、某一级别的风和它的年出现次数，计算其淤积量：（2）再算出这一方向其他级别的风浪）再算出这一方向其他级别的风浪(同样与潮流有四种或八种组合同样与潮流有四种或八种组合)一一年内造成的淤积厚度。年内造成的淤积厚度。（3）最后，将各个方向的上述计算值累加起来，即得到这一段滩面高）最后，将各个方向的上述计算值累加起来，即得到这一段滩面高程处的航道年回淤率。程处的航道年回淤率。 第六节第六节 航道疏浚工程与环境航道疏浚工程与环境