15 航道疏浚工程

第三节 挖槽设计及水力计算
一、维护性挖槽设计
应保证枯水期通航和挖槽具有良好的水力条件。
二、基建性挖槽
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。
五、挖槽土石方量估算
1、超深、超宽 2、工程量计算
第四节 潮汐河口挖槽设计
一、河口挖槽定线原则
1．从航行条件出发 ①与上层水流方向一致
②乘潮进出的船舶，以涨落潮方向
③开敞水域与风、浪、水流的合力方向平行 ④掩护水域与常风向一致 2．从航槽的稳定性： ①与涨落潮底流方向一致 ②与深涨水位（水流动力轴线）一致 ③河床发生粗化部位
3．疏浚的特点 （1）通过疏浚，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。
4．疏浚工程的主要问题 挖槽内的泥沙淤积 (？) 5．航道疏浚工程分类
• 基建性疏浚 • 维修性疏浚 • 临时性疏浚
Baidu Nhomakorabea
相应可得 k m 的最大值为
0.51 km (1 b) 0.6 b 0.4
四、挖槽后水位降落计算
按均匀流公式计算
1 2 3 12 v＝ H J n
B H Bo H o v 0 o 0 挖前总流量： Q n
挖后总流量：
Q Bo ( H o H o Z 2 )v n
2．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。
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。)
二、口外浅滩航道回淤的计算
1．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。 2．风吹流和潮流的合成概化处理
3．ω和K值的确定
ω: 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）浑水跨越航槽时引起的泥沙淤积
q q1 q2 s1v1 H1 s1v1 H 2 (s1 s1 )v1 H1
v 水流连续条件： 1 H 1
v1与航道轴线夹角θ
vH 2
q (s1 s1 )v1 H1 sin
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
第二节
一、挖槽定线的基本原则
挖槽定线及抛泥区选择
1、挖槽的方向与主流方向一致，与主流向交角不应超过15°。 2、挖槽应通过浅滩凹鞍。 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。
图 4-18 航道转弯段加宽示意图 a) 切角法；b) 折线切割法
第五节 口外航道回淤估算及减淤
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：γ=1.40t/m3
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：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。
1 2 / 3 1/ 2 h0 J 0 n 1 2 1 挖槽后：挖槽内平均流速 U n hn / 3 J n / 2 n
挖槽前：浅滩上平均流速： U 0
假定挖槽内外比降相同，挖槽外平均流速 U 0/
U 0 B0 h0 U n Bn hn U 0 ( B0 Bn )h0
1 2 / 3 1/ 2 h0 J n n
q0 Kq
B v1
H2
K ( s1 s1 ) B sin

采用单位面积的有效泥沙回淤率表示：
q 0 p K ( s1 s1 ) sin （kg/m2.s） B
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：
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。因此，选择合理航道轴线方 向。对减少航道回淤强度至关重要。
2. 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。
2．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3～4倍；双线航道取设计船宽的6～7倍。
3．挖槽的弯曲半径 挖槽一般应设计成直线，当挖槽过长时，也可设计成折线，方便船舶运行， 在挖槽转折处需加大航道弯曲半径和适当加宽航道。 · 当转向角 满足10 30 时， 宜取 R= 3～5） 并采用切角法加宽； 30 （ L， 当 时，宜取 R=（5～10）L，可采用折线切割法加宽，L 为设计船长。
三、挖槽断面设计 1.挖槽断面设计的内容： 挖槽宽度和深度
图6-18 挖槽断面示意图
2.
挖槽稳定性要求
•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。
3．挖槽断面尺度计算
假定挖槽前后糙率 n 不变：
二、疏浚污染的控制 1.施工过程中的控制 （1）在挖泥时采取措施，不使泥浆及有害气体扩散。 （2）采用沙帘的方法。 （3）建立不渗漏的抛泥区，以容纳废物。 （4）研究采用旁通、边抛等施工方法的地点和时间，尽量减少污染物对人类的危害。 2.减少弃泥二次污染的措施 （1）采用化学或生物方法，将疏浚泥土变成不污染的陆域土地填充料。 （2）将河底泥烧制陶瓷和粘土砖。 （3）利用疏浚淤泥作为城市绿化材料。 例如：根据中国-挪威两国全用开展的《苏州河水环境综合整治规划研究》成果表明，苏 州河市区段河底泥沙中铬、铜、汞、锌、铁、砷等均高于正常的环境背景值，苏南大运河二 期工程即采用疏浚弃土作为绿化用土壤。
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。
船吸扬14号
三、河口开敞水域疏浚抛泥方法
1．水下抛泥
2．边抛法
3.向岸边吹填
航道整治
WATERWAY REGULATION
航道疏浚工程
第一节
1．疏浚工程
概述
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。 （1）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。
抓斗挖泥船疏浚作业
长江最大清淤船“海翔号”挖泥船(8m3)
（2）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。
由挖槽前后流量相等，推出挖槽计算断面的基本公式：
a2/3 km 1 b ba5 / 3
（4-1）
式中： k m
Un ， U0
a
hn ，相对挖槽深度， h0
b
Bn ，相对挖槽宽度， B0
dkm 0 da
1 b 0.6 a 0.786 ( ) b
k m ～b 曲线
求 k m 的极值，得挖槽内获得最大流速的条件为： （4-2） （4-3）
4．航道年回淤率计算
(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：
（2）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)一 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 程处的航道年回淤率。
第六节 航道疏浚工程与环境
一、疏浚工程对环境的影响 1．对自然环境的影响 包括：对施工区域水力条件改变的影响，对水域底部形态变化的影响，对水质带来的变 化，施工区域空气质量的变化（即气味等的变化） 。 2．对社会环境的影响 包括：施工期机具噪声水平提高的干扰，弃土与抛泥沿程带来的泄漏影响，在挖泥和排 泥操作扰动水底沉积物并使之重新悬浮时，造成二次污染对船体磨蚀和人群健康的影响，水 体污染异色，使人产生反感失去旅游观光的价值等。 3.疏浚施工过程对水体中的污染物迁移影响主要表现 （1）水中污染物在水体中变化 机械迁移。 物理-化学转化 生物性转化 （2）抛泥和弃土过程中污染物的变化 水体中吸附的污染物由水相转化为固相形成新的污染形态 在抛泥区的氧化环境发生变化，形成污染物新的扩散条件和范围，可造成二次污染
二、抛泥区选择
1、疏浚泥土抛置后，应不致再回淤至挖槽或附近的航道。
2、应避免在养殖场、取水口等地区选择抛泥区，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、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
3
Zo 12 ( ) L
Z 5 3 ) Z o Z 12 2 ( ) L
Bo ( H o H o nn
Q Q
(1
假设：nn no
H o Z 10 / 3 Z ) (1 ) 1 Ho 2H o Z o
（4-4）
2、 上游河段的水位降落值
Z1 Z 2 10 / 3 Z1 Z 2 (1 ) (1 ) 1 2H o Z o
④避开下移沙体
⑤与推移质运动方向一致
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
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。
v1、v1
v2、v2
为风吹流、潮流的合成流速 为波动流速
( v1 v2 ) 2 H1 3 p K (s1 s1 ) sin 0.0273 s K 1 ( H 2 ) sin gH1
（2）浑水跨顺沿航槽时引 起的泥沙淤积
（3）航道总的体积回淤率