疏浚工程：是指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。.doc

航道整治教案 第五章 航道疏浚学生专业班级港海2006级1-4班学 时 数理论教学： 2学时， 教学目的了解疏浚工程的特点，掌握挖槽设计的一般内容和基本计算方法教学内容第五章 航道疏浚第一节疏浚工程的任务及特点第二节挖槽定线及抛泥区选择 第三节挖槽设计及水力计算 第四节疏浚对环境的影响教学重点1疏浚工程的特点2挖槽平面位置及抛泥区选择的原则3挖槽横断面设计及水力计算教学难点1 挖槽横断面设计2 挖槽的稳定性计算教学进程第一节疏浚工程的任务及特点第二节挖槽定线及抛泥区选择 （0.5学时）第三节挖槽设计及水力计算（1学时）第四节疏浚对环境的影响本章总结（0.5学时）教学方法理论课多媒体教学补充内容：疏浚的历史与大型疏浚工程教 具多媒体课后总结1疏浚是三大航道工程措施之一，在港航工程中经常采用；2从有利于船舶航行、经济合理、施工的可能性、水力最佳的角度确定挖槽位置；同时应注意合理选择抛泥区；3挖槽存在回淤问题，从水力最佳的角度确定横断面开挖宽度和深度，同时应校核挖槽的稳定性；4、挖槽后水位跌落，要注意对枯水航深的影响。作 业思考题第五章思考题1航道疏浚工程分类2疏浚工程的主要问题什么？疏浚土如何处理？3为什么疏浚方法不但常常被单独使用，且常采取整治与疏浚相结合的工程措施？4挖槽断面设计的内容？5挖槽稳定性有何要求？ 第五章 航道疏浚工程第一节 概述1疏浚工程：是指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。l 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。l 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。2在航道和港口工程中，疏浚工程的主要任务有：l 开挖新的航道、港池和运河；l 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；l 开挖码头、船坞、船闸及其他水土建筑物的基槽；l 与开挖相结合的吹填及疏浚物综合利用工程。3疏浚特点通过疏浚，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。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、临时性疏浚第二节 挖槽定线及抛泥区选择一、 挖槽定线的基本原则1 挖槽的方向与主流方向一致，与主流向交角不应超过15°。有人主张：挖槽与流向成一交角，沿挖槽上游槽边产生环流，与沿挖槽纵向水流合成形成螺旋流，利于输沙，减少回淤量。2 挖槽应通过浅滩凹岸，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。二、抛泥区选择抛泥区选择时应坚持以下原则：（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。（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。三、疏浚施工和河段水位变化规律四、河口开敞水域疏浚抛泥方法1水下抛泥2边抛法：旁通、溢流、长悬臂架3. 向岸边吹填第三节 挖槽设计及水力计算一、维护性挖槽设计1 正常浅滩：挖槽轴线选择在深泓线上。2 交错浅滩（1）宽沙埂浅型 (2）窄长沙埂浅型 图6-9 宽沙埂浅型交错浅滩的挖槽设计 a) b)图6-10 窄长沙埂浅型交错浅滩的挖槽设计3分汊型河段浅滩的挖槽首先选择通航汊道，再根据滩情进行挖槽设计。图6-11分汊型河段浅滩的挖槽设计 a)汊道进口段浅滩； b)汊道出口段浅滩二、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。几种典型的基建性挖槽设计方法：1 沿着浅滩现有鞍凹挖槽图6-12 沿着浅滩现有鞍凹挖槽2 切割下边滩挖槽图6-13 切割下边滩与封闭倒套 图6-14 切割上边滩的挖槽a)疏浚前； b)疏浚后； c)建坝后 a)疏浚前； b)疏浚后3 切割上边滩挖槽三、挖槽断面设计1 挖槽断面设计的内容：挖槽宽度和深度。2 挖槽稳定性要求l 应使挖槽内的流速大于开挖前挖槽区的流速；l 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；l 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 图6-18 挖槽断面示意图假定挖槽前后糙率n不变：挖槽前：浅滩上平均流速：挖槽后：挖槽内平均流速 假定挖槽内外比降相同，挖槽外平均流速 由挖槽前后流量相等，推出挖槽计算断面的基本公式： （4-1） 式中： ，相对挖槽深度， ，相对挖槽宽度，b曲线，求的极值，得挖槽内获得最大流速的条件为： （4-2）相应可得的最大值为 （4-3）四、挖槽后水位降落计算按均匀流公式计算 挖前总流量：挖后总流量： （4-4）原河段平均水深浅滩平均开挖深度原河段水位落差挖泥后水位降落值2、 上游河段的水位降落值 （4-5）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： 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挖槽深度的确定挖槽深度是在设计水位确定后，根据设计船舶吃水要求和富余水深，得出挖槽底部的高程。在河口地区进港海轮航道水深可分通航水深D0(m)和设计水深D(m)，如图4-15所示。图4-15 河口进港航道断面图 (4-5) (4-6)式中：T-设计船舶满载吃水，m；-船舶航行时船体下沉增加的富余水深，m，如图4-15所示；-航行时龙骨下最小富余深度，m，按表4-1确定；-波浪富余深度，m，按表4-2确定；-船舶装载纵倾富余水深，m，杂货船和集装箱可不计，油船和散货船取Z30.15m； -备淤富余深度，m，应根据两次挖泥间隔的淤积量确定，一般不小于0.4m。 图4-16 船舶航行时下沉值曲线l 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。 图4-17 航道有效宽度单线航道宽度： （4-7）双线航道宽度： （4-8）式中：A-航迹带宽度，m，如图4-17所示； -船舶漂移倍数，见表4-3； -风、流压偏角(°)； b-船舶间富余宽度，m，取设计船宽 C-船舶与航道底边间的富余宽度，m，见表4-4。 当航道较长、自然条件较差和船舶定位困难时，适当加宽。另外，考虑到在疏浚施工中有一定误差，应有一定超宽值，超宽值一般取310m，在设计航槽宽度两侧各加12超宽值。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。 · 当转向角满足时，宜取R=（35）L，并采用切角法加宽；当时，宜取R=（510）L，可采用折线切割法加宽，L为设计船长。 图4-18 航道转弯段加宽示意图a) 切角法；b) 折线切割法 第四节 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：=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。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。（1）浑水跨越航槽时引起的泥沙淤积 航道内淤积的泥沙流量： 水流连续条件： 若合成流速v1与航道轴线夹角， 航道内淤积的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，则有效泥沙流量为： K：淤积系数。 采用单位面积的有效泥沙回淤率表示： （kg/m2.s） 平均含沙量： 为合成流速，为波动流速。 （kg/m2.s）（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和K值的确定 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。4航道年回淤率计算某一浅滩地区航道的年回淤率，需先将一年内某一方向、某一级别的风和它的年出现次数代人式：计算出这一方向、这一级别的风浪(对旋转潮流有四个方向或八个方向的组合)在一年内造成的淤积厚度；然后，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。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。三、口外航道减淤的工程措施口外开挖航道改变了原来的冲淤平衡条件，同时也由于受风、浪、流等动力因素的综合作用，因而航槽回淤是不可避免的。为了减少航槽的回淤，一般在挖槽的两侧抛筑双导堤，以束窄水流，冲刷航槽。导堤的走向布置、堤顶高程、导堤长度和导堤的堤距等宜通过模型试验研究和工程方案经济优化比较后决定。 第五节 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l 机械迁移。l 物理-化学转化l 生物性转化（2）抛泥和弃土过程中污染物的变化l 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l 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、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。17