航道工程学 第3章 航道整治工程 1309-11.ppt

1、第四章第四章 航道整治工程航道整治工程航道整治工程 就1、 航道整治工程长江东流航道整治工程1、 航道整治工程“优良河段优良河段”4.“优良河段优良河段” 特征：特征：枯水期水流集中于一个河枯水期水流集中于一个河槽而不分流；槽而不分流； 河岸的曲度均匀而不过大，河岸的曲度均匀而不过大，两个相邻的弯曲河段之间两个相邻的弯曲河段之间的直线过渡段不太长，主的直线过渡段不太长，主流没有急弯；流没有急弯； 深槽与过渡段的高程相差深槽与过渡段的高程相差不大；不大； 水面的比降沿程均匀水面的比降沿程均匀枯水期过渡段的过水断面较为对称；枯水期过渡段的过水断面较为对称； 边滩发育完整，高程较高且相对稳定；边滩发

2、育完整，高程较高且相对稳定； 枯水时期深槽的宽度稍大于过渡段的宽度。枯水时期深槽的宽度稍大于过渡段的宽度。第二节第二节 整治线设计与布置整治线设计与布置图图4-1 整治线与航道整治线与航道 图图4-2 整治线过渡位置整治线过渡位置 图图4-3 整治线与流向关系整治线与流向关系 nmJKQR/为整治流量；为整治流量；相应水面比降；相应水面比降；比例常数；比例常数；指数；指数；QJmn,K式中：式中：整治线断面设计：整治线断面设计：设计水位、整治水位和整治线宽度第三节第三节 整治断面设计整治断面设计一 设计水位 1. 设计水位：包括最低通航水位和最高通航水位， 是计算标准船队（舶）正常通航天数的依

3、据。 图图4-4 4-4 正常通航期示意图正常通航期示意图 1 保证率频率曲线 2 综合历时曲线 设计最高通航水位： 采用不同频率洪水重现期的水位。基本水文站基本水文站 基本水文站基本水文站 基本水文站基本水文站 图图3-5 3-5 水位相关图水位相关图 基本水文站基本水文站2 2 基本水文站基本水文站3 3 基本水文站基本水文站1 1 整治浅滩 图图3-5 3-5 比降均匀插入法示意图比降均匀插入法示意图 基本水文站基本水文站2 2 基本水文站基本水文站3 3 基本水文站基本水文站1 1 整治浅滩 图图3-5 3-5 比降均匀插入法示意图比降均匀插入法示意图 图图3-5 3-5 比降不均匀插

4、入法示意图比降不均匀插入法示意图 观测水位观测水位 设计水位设计水位 基本水文站基本水文站3 3 基本水文站基本水文站1 1 整治浅滩nniissZZnZZ1111)(1 sZsZiZ1iZnx测设ZZ 1. 1.根据各河流比较成功的经验数据确定，一般超高根据各河流比较成功的经验数据确定，一般超高设计水位约设计水位约1m1m。【直接量测直接量测】图3-9 整治线及其宽度示意图整治线宽度整治线宽度航道宽度航道宽度整治线宽度整治线宽度的确定的确定河道宽度河道宽度优良河段断面示意图优良河段断面示意图 优良河段上下游，根据调查和河道地形图，寻找与被整治浅滩具有相似的水文、泥沙及河床地质条件的优良河段。

5、选取若干个具有代表性的优良断面并绘制其断面图，在图上直接量取整治水位时的自然河宽，取多个断面的平均值为浅滩的整治线宽度。图图3-10 3-10 优良河段断面图优良河段断面图 图图3-123-12优良断面优良断面H-HH-H相关曲线相关曲线图图3-11 3-11 河相关系曲线河相关系曲线图图3-113-11优良断面优良断面H-HH-H相关曲线相关曲线图图3-13 3-13 整治线宽度与航深相关图整治线宽度与航深相关图图图3-14 (Bb)相关曲线相关曲线假定：假定：整治水位时整治前后的整治水位时整治前后的Q、n、J相同相同 水深改正系数，水深改正系数，H H1 1/H/H2 2352112)(H

6、HBB 2/13/522/ )(JHQnB 式中：式中： -整治宽度；整治宽度； -整治流量；整治流量； -整治后断面平均水深；整治后断面平均水深； -平均水面比降；平均水面比降； -河床糙率。河床糙率。2BQ2HJn)/()()/ 1 (2/ 13/52/ 13/2JHQnBJHnvBHvQ2、输沙平衡方法为方便计算由为方便计算由21)()(11212YYHHQQBB查表得查表得21ssGGBHdvvvvvKdGHHH4/132/11)(1()(沙莫夫公式沙莫夫公式QgHvKSQPcps)(21ssPP 3/411213/4211212)()(HQHQBHQHQBB将式中v以Q/BH代入，并

7、认为整治前后K1=K2,则得： 在非通航汊道内建坝或分流段建坝作为分流工程后，两汊的分流比会发生在非通航汊道内建坝或分流段建坝作为分流工程后，两汊的分流比会发生变化；在通航汊道内建整治建筑物，改变了汊道的阻力，也会使两汊分流比发生变化；在通航汊道内建整治建筑物，改变了汊道的阻力，也会使两汊分流比发生变化；在山区少沙河流上，坝体参流；较大，一部分流量从坝田流出，使整治线变化；在山区少沙河流上，坝体参流；较大，一部分流量从坝田流出，使整治线范围内的流量有所减少。范围内的流量有所减少。 QgHvKSQPcps)(21ssPP 3/411213/4211212)()(HQHQBHQHQBB将式中将式中

8、v以以Q/BH代入，并认为整治前后代入，并认为整治前后K1=K2,则得：则得：YHHKBB)(112多年实践经验的调整、按计算公式求得的整治水位和整治线宽度，它们之间的最优组合不清楚。、没有正确反映水位的降落过程中水流对浅滩的作用。 、推导公式过程中的某些假定和简化与实际情况不符。 航道整治建筑物：整治航道的起束水、导流、导沙、固滩和护岸等作用的建筑物。航道整治建筑物的分类：（1）按整治建筑物的牢固程度：重型、轻型（2）按整治建筑物的型式和功能：丁坝、顺坝、锁坝、护岸、鱼嘴、潜坝等（3）按整治建筑物的材料与构件：石料、木料、梢料、混凝土、土工织布等4.6 丁坝作用连接堤岸与坝体阻挡水流,延伸堤

9、岸 挑流, 改变水流方向直线型拐头型抛物线型最为常用，施工简单导流平顺导流能力较弱，主要起局部保护功能（矶头）淹没式丁坝按坝顶高程和水位的关系：非淹没式丁坝直线型和拐头型丁坝矶头 黄河公路桥附近的矶头引航道上的在建丁坝近海岸的已建丁坝图3-15-1丁坝前后水流现象 图图3-15-2 3-15-2 丁坝前后水流现象丁坝前后水流现象 图1淹没丁坝水流泥沙运动情况上挑丁坝下挑丁坝正挑丁坝图2丁坝轴线与水流夹角螺旋流运动（二）丁坝群的布置图1 两岸丁坝的位置对水流影响分别适用的河流：莱茵河对口丁坝图图1 1 等高丁坝与阶梯丁坝等高丁坝与阶梯丁坝图图2 2 阶梯式丁坝附近的水流运动阶梯式丁坝附近的水流运

10、动 图图3-21 DL与与hohL的变化关系的变化关系 图图3-22 3-22 冲刷范围与冲刷范围与D DL L的变化关系的变化关系二. 丁坝设计和布置丁坝设计的主要问题：2、丁坝群的平面布置（整治线），坝间距；1、单丁坝的坝长，挑角，基础深度等；安德列也夫公式（俄）其中U为坝头行进流速；m为坝头边坡系数；为来流方向与坝轴线的交角水流方向水流方向U丁坝工程的基础深度（1）半理论半经验公式：二. 丁坝设计和布置m根石实际丁坝块石护根单丁坝丁坝群丁坝之间的相互关系（丁坝间距问题） 丁坝群间距的控制（2）二. 丁坝设计和布置 丁坝群间距的控制（2）二. 丁坝设计和布置丁坝之间缺乏相互协同和保护工作量

11、大，工程浪费 丁坝群间距的控制（2）丁坝间距过大丁坝间距过密二. 丁坝设计和布置丁坝间距的设计需要满足两个条件：LP丁坝的有效长度一般取 LP=(2/3)L 上一个丁坝的水流扩散边界大致达到下一个丁坝的有效长度末端 下一个丁坝的壅水正好达到上一个丁坝，保证两坝之没有严重冲刷 丁坝群间距的控制（2）设计原则：共同分担，相互掩护LPL2水流方向水流方向U1LB 丁坝群间距的控制（2）LP丁坝的有效长度一般取 LP=(2/3)LLPL2水流方向水流方向U1LB)(sincos1211ctgLLLPPB丁坝群坝间距LB的确定：由图上几何关系可得:图4-1 抛石丁坝作用连接堤岸与坝体阻挡水流,延伸堤岸

12、挑流, 改变水流方向防止淘刷抛石丁坝结构示意图1抛石丁坝结构示意图2抛石丁坝结构示意图抛石丁坝结构示意图3 3丁坝堤岸马蹄形冲刷坑丁坝模拟试验的冲刷坑丁坝 图图1 1 护底排沉放护底排沉放 抛石丁坝结构示意图抛石丁坝结构示意图4 4抛石顺坝抛石顺坝 三、顺坝布置的一般原则1.坝身一般靠近整治线，布置在凹岸或主导河岸一侧。2. 坝轴线与水流交角不宜过大。3.浅滩两岸不宜同时布置。4.平面形态应由平缓的曲线构成，坝根应与河岸平缓连接。5.坝头要求伸入下深槽，避免坝头附近出浅。6.为加速顺坝坝田淤积，可在顺坝与原河岸之间建格坝。 顺格坝组合运用顺格坝组合运用 锁坝是从一岸到另一岸横跨河槽及串沟的建筑

13、物，又名“堵坝”。目的：塞支强干1 1、顺坝横断面、顺坝横断面: :梯形梯形2 2、顺坝的纵坡：、顺坝的纵坡：坡降的选择坡降的选择3 3、顺坝坝根处理：、顺坝坝根处理：不需局部加宽不需局部加宽1 1、锁坝横断面、锁坝横断面: :抗滑抗滑2 2、锁坝护底：、锁坝护底：长度长度3 3、锁坝坝根处理、锁坝坝根处理图图3-34 3-34 锁坝锁坝phmL0L L 护底伸出长度；护底伸出长度；护坡稳定边坡系数；护坡稳定边坡系数；下游河床最大冲刷深度；下游河床最大冲刷深度；0mph图图3-34 3-34 坝根处理坝根处理 3 3、锁坝坝根处理、锁坝坝根处理(1)(1)锁坝坝根上下游河岸应护锁坝坝根上下游河

14、岸应护坡，上游护坡长度可取坡，上游护坡长度可取101015m15m，下游坡长度通过水力计，下游坡长度通过水力计算确定，但不少于算确定，但不少于15m15m；护坡；护坡高出坝根顶部不小于高出坝根顶部不小于1.0m;1.0m;航道整治工程技术规范航道整治工程技术规范规定：规定：(2)(2)坝根若与沙卵石江心滩相连接，则应在江心滩开坝根若与沙卵石江心滩相连接，则应在江心滩开槽，将坝根嵌入槽，将坝根嵌入5 510 m10 m，并进行防渗处理，坝根护，并进行防渗处理，坝根护坡范围宜参照上一项适当延长。坡范围宜参照上一项适当延长。锁坝是从一岸到另一岸横跨河槽及串沟的建筑物，又名“堵坝”。目的：塞支强干 潜

15、坝是指在最枯水位时均潜没在水下而不碍航的建筑物，有潜丁坝、潜锁坝等。作用：壅高上游水位，调整比降，增加水深;可以促淤赶沙;减小过水断面和消除不良流态.莱茵河下游潜坝的应用莱茵河下游潜坝的应用 长江护岸工程迎流面长江荆江河段护岸工程干砌石葛洲坝黄柏河锚地护岸工程葛洲坝黄柏河锚地护岸工程浆砌石长江护岸工程迎流面AeRY 长江护岸工程迎流面人工护坡分段示意图护坡上段护坡下段坡脚护脚护脚护面护面封顶封顶反滤层反滤层 长江护岸工程护面封顶封顶护脚护脚优缺点：优缺点：斜坡式护岸的设计-结构类型和特征-交错浅滩的水流交错浅滩的水流交错浅滩交错浅滩坏滩坏滩图图3-29 3-29 交错浅滩整治交错浅滩整治 3.

16、3.常采用堵塞倒套的整治措施常采用堵塞倒套的整治措施固定和提高边滩高程固定和提高边滩高程 切割中间边滩切割中间边滩图图3-39 3-39 固定和提高边滩高程固定和提高边滩高程 图图3-40 3-40 切割中间边滩切割中间边滩图图3-41 3-41 散乱浅滩的整治散乱浅滩的整治 图图3-42 3-42 弯道河段分区示意弯道河段分区示意 3-43 3-43 长江中游陆溪口水道园港凹岸崩塌长江中游陆溪口水道园港凹岸崩塌 、保护凹岸，防止弯道恶化、保护凹岸，防止弯道恶化（）平顺护岸（）平顺护岸 护岸的部位及范围：护岸的部位及范围： 从河岸不崩塌处开始，经过坍塌区到下一个不坍从河岸不崩塌处开始，经过坍塌

17、区到下一个不坍塌处为止；塌处为止； 顶冲弯异区和常年贴流区崩塌最多。顶冲弯异区和常年贴流区崩塌最多。 图图3-44 3-44 长江江津河段加筋挡土墙护岸长江江津河段加筋挡土墙护岸 （）短丁坝护岸（）短丁坝护岸图图3-45 3-45 黄河河道护岸黄河河道护岸 当弯道凹岸线不平顺，水流比较紊乱，局部地方当弯道凹岸线不平顺，水流比较紊乱，局部地方河岸坍塌严重时，可采用短丁坝护岸。河岸坍塌严重时，可采用短丁坝护岸。、筑坝导流，调整岸线、筑坝导流，调整岸线a) a) 整治前地形整治前地形 b) b) 整治后河道整治后河道图图3-46 3-46 广西某弯道整治前后变化图广西某弯道整治前后变化图 当弯道过分

18、宽阔，水流分散，枯水期航深不足，当弯道过分宽阔，水流分散，枯水期航深不足，水流挟沙力降低，大量泥沙淤积时，可考虑在弯道一水流挟沙力降低，大量泥沙淤积时，可考虑在弯道一侧或两侧筑丁坝，束窄河床使水流归槽，增加航深，侧或两侧筑丁坝，束窄河床使水流归槽，增加航深，稳定航槽。稳定航槽。、裁弯取直，新开航槽、裁弯取直，新开航槽图图3-47 3-47 长江下荆江裁弯工程位置图长江下荆江裁弯工程位置图 当弯道演变成很长的河环，不仅航道弯曲，半径太当弯道演变成很长的河环，不仅航道弯曲，半径太小，出现浅滩，同时延长了航道里程，排洪不畅，加大小，出现浅滩，同时延长了航道里程，排洪不畅，加大洪水威胁。在此情况下，可

19、考虑开挖新河，裁弯取直。洪水威胁。在此情况下，可考虑开挖新河，裁弯取直。裁弯后，可以缩减航道里程，裁除位于河环裁弯后，可以缩减航道里程，裁除位于河环上的浅滩；上的浅滩； 增加排洪能力，减小洪水威胁；增加排洪能力，减小洪水威胁； 裁弯工程耗资较大；裁弯工程耗资较大； 裁弯后上、下游河段会产生产的演变，对沿裁弯后上、下游河段会产生产的演变，对沿岸影响较大；岸影响较大； 整治设计内容：整治设计内容：方案比较，引河定线，相河断面设计，引河方案比较，引河定线，相河断面设计，引河整治设计，河道演变及其估算等。整治设计，河道演变及其估算等。 裁弯工程：裁弯工程：图图3-35 3-35 稳定汊道示意图稳定汊道

20、示意图图图3-36 3-36 汊道进口和中部出浅汊道进口和中部出浅锁坝堵塞支汊锁坝堵塞支汊 （二） 滩险的分类 1 1 急流滩：急流滩：2 2 险滩：险滩：3 3 浅滩：浅滩： （二）特征水位 1.成滩水位图图3-37 3-37 石质滩险的整治水位石质滩险的整治水位 2.最凶水位 3.消滩水位开始形成滩势时的临界水位。开始形成滩势时的临界水位。滩势形成后，水位继续上涨或滩势形成后，水位继续上涨或继续下降，滩情则由缓变凶，继续下降，滩情则由缓变凶，即碍航最严重的临界水位。即碍航最严重的临界水位。最凶水位后，滩情则随水位最凶水位后，滩情则随水位的继续升高或下降逐渐减弱，的继续升高或下降逐渐减弱，至

21、某一水位时滩情消失的临至某一水位时滩情消失的临界水位。（界水位。（漂滩水位漂滩水位）二 山区河流石质滩险的整治 第一种整治方法： 扩大泄水断面法扩大泄水断面法石质急流滩的整治产生原因：产生原因：在该滩的成滩水位开始，在该滩的成滩水位开始，泄泄水面积增加率水面积增加率不适应不适应流量增流量增加率加率，这种约束水流现象，这种约束水流现象，造成在滩口段产生陡比降和造成在滩口段产生陡比降和急流。急流。急流滩的碍航因素：急流滩的碍航因素： 急流、局部陡比降；急流、局部陡比降；图图3-38 3-38 赤水河葫市急流滩赤水河葫市急流滩图图3-38 3-38 石质急流滩示意图石质急流滩示意图 二 山区河流石质

22、滩险的整治石质急流滩的整治 扩大泄水断面法：扩大泄水断面法： 采用扩大断面和加大河采用扩大断面和加大河宽，宽， 则可增加过水面积，则可增加过水面积，同时相应减小侧向收束影响，同时相应减小侧向收束影响，使滩口流速降低和局部陡比使滩口流速降低和局部陡比降变缓。降变缓。1 1开挖整治线的确定开挖整治线的确定切除岸边凸嘴的开挖线，叫作切除岸边凸嘴的开挖线，叫作开挖整治线。开挖整治线。 （原则：原则：因地制宜因地制宜和和顺势而为）顺势而为）图图3-37 3-37 石质滩险的整治水位石质滩险的整治水位 没有消滩水位，没有消滩水位， 水愈涨则滩愈凶。水愈涨则滩愈凶。“扎水扎水”现象。现象。 将各个横断面的上

23、口开挖点与下口开挖点投影到整治线的平面布置图中，连接各上口开挖点为上口开挖线；连接各下口开挖点为下口开挖线。这两条线表明各断面上下开挖位置，以便施工放样使用。二 山区河流石质滩险的整治石质急流滩的整治第二种整治方法：第二种整治方法：改对口滩为错口滩改对口滩为错口滩如图所示，左凸嘴adc是与右凸嘴相对成对口滩，通过整治将左凸嘴消除adb部分成为bdc，改为错口滩。 错口长度计算，须收集通错口长度计算，须收集通过航道的船型、队型、船速、过航道的船型、队型、船速、航向和河面宽度等资料。要航向和河面宽度等资料。要求算出的数值是最小值，提求算出的数值是最小值，提供作为设计参考。供作为设计参考。V0水流流

24、速，水流流速，V静水静水航速，航速，上行静水航速与上行静水航速与水流流向夹角，水流流向夹角，Vx=Vsin，Vy=Vcos由于相对流速，用一横向由于相对流速，用一横向渡过河面宽度渡过河面宽度Bx的横向航的横向航速速Vx夹角为夹角为， LaBxtan错口滩最小错开长度：错口滩最小错开长度： LLaLbLc XYXYVVVVV0tan第三种整治方法：第三种整治方法：潜坝壅水减缓急流潜坝壅水减缓急流 修建横跨河床的浴坝修建横跨河床的浴坝( (在设计水位时，其顶上的水在设计水位时，其顶上的水深能满足航深要求，成为潜没状态深能满足航深要求，成为潜没状态) )，用以束狭河床泄，用以束狭河床泄水面积，塞高坝

25、上游水位，减缓坝上游比降，而达到水面积，塞高坝上游水位，减缓坝上游比降，而达到降低坝上游流速。降低坝上游流速。此种措施，此种措施，主要是减缓陡坡急流滩坝上游的急流，主要是减缓陡坡急流滩坝上游的急流，对增加坝上游水深是有一定限度的。对增加坝上游水深是有一定限度的。第三种整治方法：第三种整治方法：潜坝壅水减缓急流潜坝壅水减缓急流、石质险滩成因： (1)外来物侵入河床 (2)航槽形态不良 (3)河底有石梁（二）石质险滩的整治（二）石质险滩的整治、整治措施 (1)清除礁石扩宽航槽 (2)固定航槽位置改善流态 (3)扩大曲率半径，削弱“扫弯水” (4)开辟新槽，放弃老槽 (5)调整岸线,避开“滑梁水”图图3-46-5 龙宋滩竣工后全貌图龙宋滩竣工后全貌图 图图3-46-1 龙宋滩水下钻孔龙宋滩水下钻孔 图图3-46-2 龙宋滩爆破龙宋滩爆破 图图3-46-3 龙宋滩水下清渣龙宋滩水下清渣 图图3-46-4 龙宋滩新航槽龙宋滩新航槽