航道工程學(xué) 第3章 航道整治工程 (2)

1、“優(yōu)良河段”“優(yōu)良河段”航道整治航道整治工程就圖圖3-1 整治線與航道整治線與航道 圖圖3-2 整治線過渡位置整治線過渡位置 圖圖3-3 整治線與流向關(guān)系整治線與流向關(guān)系 mnJKQR/QJmn,K 圖圖3-4 3-4 正常通航期示意圖正常通航期示意圖 1 保證率頻率曲線 2 綜合歷時曲線 設(shè)計最高通航水位： 采用不同頻率洪水重現(xiàn)期的水位?；舅恼净舅恼?基本水文站基本水文站 基本水文站基本水文站 圖圖3-5 3-5 水位相關(guān)圖水位相關(guān)圖 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 整治淺灘 圖圖3-5 3-5 比降均勻插入法示意圖比降均勻插入法示

2、意圖 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 整治淺灘 圖圖3-5 3-5 比降均勻插入法示意圖比降均勻插入法示意圖 圖圖3-5 3-5 比降不均勻插入法示意圖比降不均勻插入法示意圖 觀測水位觀測水位 設(shè)計水位設(shè)計水位 基本水文站基本水文站3 3 基本水文站基本水文站1 1 整治淺灘nniissZZnZZ1111)(1 sZsZiZ1iZnx測設(shè)ZZ 1. 1.根據(jù)各河流比較成功的經(jīng)驗數(shù)據(jù)確定，一般超高根據(jù)各河流比較成功的經(jīng)驗數(shù)據(jù)確定，一般超高設(shè)計水位約設(shè)計水位約1m1m?！局苯恿繙y直接量測】圖3-9 整治線及其寬度示意圖整治線寬度整治線寬度航道寬度

3、航道寬度整治線寬度整治線寬度的確定的確定河道寬度河道寬度優(yōu)良河段斷面示意圖優(yōu)良河段斷面示意圖 優(yōu)良河段上下游，根據(jù)調(diào)查和河道地形圖，尋找與被整治淺灘具有相似的水文、泥沙及河床地質(zhì)條件的優(yōu)良河段。選取若干個具有代表性的優(yōu)良斷面并繪制其斷面圖，在圖上直接量取整治水位時的自然河寬，取多個斷面的平均值為淺灘的整治線寬度。圖圖3-10 3-10 優(yōu)良河段斷面圖優(yōu)良河段斷面圖 圖圖3-123-12優(yōu)良斷面優(yōu)良斷面H-HH-H相關(guān)曲線相關(guān)曲線圖圖3-11 3-11 河相關(guān)系曲線河相關(guān)系曲線圖圖3-113-11優(yōu)良斷面優(yōu)良斷面H-HH-H相關(guān)曲線相關(guān)曲線圖圖3-13 3-13 整治線寬度與航深相關(guān)圖整治線寬度

4、與航深相關(guān)圖圖圖3-14 (Bb)相關(guān)曲線相關(guān)曲線假定：假定：整治水位時整治前后的整治水位時整治前后的Q、n、J相同相同 水深改正系數(shù)，水深改正系數(shù)，H H1 1/H/H2 2352112)(HHBB 2/13/522/ )(JHQnB 式中：式中： -整治寬度；整治寬度； -整治流量；整治流量； -整治后斷面平均水深；整治后斷面平均水深； -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、輸沙平衡方法為方便計算由為方便計算由21)()(11212YYHHQQBB查表得查表得21ssGGBHdvv

5、vvvKdGHHH4/132/11)(1()(沙莫夫公式沙莫夫公式QgHvKSQPcps)(21ssPP 3/411213/4211212)()(HQHQBHQHQBB將式中v以Q/BH代入，并認(rèn)為整治前后K1=K2,則得： 在非通航汊道內(nèi)建壩或分流段建壩作為分流工程后，兩汊的分流比會發(fā)生在非通航汊道內(nèi)建壩或分流段建壩作為分流工程后，兩汊的分流比會發(fā)生變化；在通航汊道內(nèi)建整治建筑物，改變了汊道的阻力，也會使兩汊分流比發(fā)生變化；在通航汊道內(nèi)建整治建筑物，改變了汊道的阻力，也會使兩汊分流比發(fā)生變化；在山區(qū)少沙河流上，壩體參流；較大，一部分流量從壩田流出，使整治線變化；在山區(qū)少沙河流上，壩體參流；較

6、大，一部分流量從壩田流出，使整治線范圍內(nèi)的流量有所減少。范圍內(nèi)的流量有所減少。 QgHvKSQPcps)(21ssPP 3/411213/4211212)()(HQHQBHQHQBB將式中將式中v以以Q/BH代入，并認(rèn)為整治前后代入，并認(rèn)為整治前后K1=K2,則得：則得：YHHKBB)(112多年實踐經(jīng)驗的調(diào)整、按計算公式求得的整治水位和整治線寬度，它們之間的最優(yōu)組合不清楚。、沒有正確反映水位的降落過程中水流對淺灘的作用。 、推導(dǎo)公式過程中的某些假定和簡化與實際情況不符。 航道整治建筑物：整治航道的起束水、導(dǎo)流、導(dǎo)沙、固灘和護(hù)岸等作用的建筑物。航道整治建筑物的分類：（1）按整治建筑物的牢固程度

7、：重型、輕型（2）按整治建筑物的型式和功能：丁壩、順壩、鎖壩、護(hù)岸、魚嘴、潛壩等（3）按整治建筑物的材料與構(gòu)件：石料、木料、梢料、混凝土、土工織布等4.6 丁壩作用連接堤岸與壩體阻擋水流,延伸堤岸 挑流, 改變水流方向直線型拐頭型拋物線型最為常用，施工簡單導(dǎo)流平順導(dǎo)流能力較弱，主要起局部保護(hù)功能（磯頭）淹沒式丁壩按壩頂高程和水位的關(guān)系：非淹沒式丁壩直線型和拐頭型丁壩磯頭 黃河公路橋附近的磯頭引航道上的在建丁壩近海岸的已建丁壩圖3-15-1丁壩前后水流現(xiàn)象 圖圖3-15-2 3-15-2 丁壩前后水流現(xiàn)象丁壩前后水流現(xiàn)象 圖1淹沒丁壩水流泥沙運動情況上挑丁壩下挑丁壩正挑丁壩圖2丁壩軸線與水流夾角

8、螺旋流運動（二）丁壩群的布置圖1 兩岸丁壩的位置對水流影響分別適用的河流：萊茵河對口丁壩圖圖1 1 等高丁壩與階梯丁壩等高丁壩與階梯丁壩圖圖2 2 階梯式丁壩附近的水流運動階梯式丁壩附近的水流運動 圖圖3-21 DL與與hohL的變化關(guān)系的變化關(guān)系 圖圖3-22 3-22 沖刷范圍與沖刷范圍與D DL L的變化關(guān)系的變化關(guān)系二. 丁壩設(shè)計和布置丁壩設(shè)計的主要問題：2、丁壩群的平面布置（整治線），壩間距；1、單丁壩的壩長，挑角，基礎(chǔ)深度等；安德列也夫公式（俄）其中U為壩頭行進(jìn)流速；m為壩頭邊坡系數(shù)；為來流方向與壩軸線的交角水流方向水流方向U丁壩工程的基礎(chǔ)深度（1）半理論半經(jīng)驗公式：二. 丁壩設(shè)計

9、和布置實際丁壩塊石護(hù)根單丁壩丁壩群丁壩之間的相互關(guān)系（丁壩間距問題） 丁壩群間距的控制（2）二. 丁壩設(shè)計和布置 丁壩群間距的控制（2）二. 丁壩設(shè)計和布置丁壩之間缺乏相互協(xié)同和保護(hù)工作量大，工程浪費 丁壩群間距的控制（2）丁壩間距過大丁壩間距過密二. 丁壩設(shè)計和布置丁壩間距的設(shè)計需要滿足兩個條件：LP丁壩的有效長度一般取 LP=(2/3)L 上一個丁壩的水流擴散邊界大致達(dá)到下一個丁壩的有效長度末端 下一個丁壩的壅水正好達(dá)到上一個丁壩，保證兩壩之沒有嚴(yán)重沖刷 丁壩群間距的控制（2）設(shè)計原則：共同分擔(dān)，相互掩護(hù)LPL2水流方向水流方向U1LB 丁壩群間距的控制（2）LP丁壩的有效長度一般取 LP

10、=(2/3)LLPL2水流方向水流方向U1LB)(sincos1211ctgLLLPPB丁壩群壩間距LB的確定：由圖上幾何關(guān)系可得:圖4-1 拋石丁壩作用連接堤岸與壩體阻擋水流,延伸堤岸 挑流, 改變水流方向防止淘刷拋石丁壩結(jié)構(gòu)示意圖1拋石丁壩結(jié)構(gòu)示意圖2拋石丁壩結(jié)構(gòu)示意圖拋石丁壩結(jié)構(gòu)示意圖3 3 圖圖1 1 護(hù)底排沉放護(hù)底排沉放 拋石丁壩結(jié)構(gòu)示意圖拋石丁壩結(jié)構(gòu)示意圖4 4拋石順壩拋石順壩 三、順壩布置的一般原則1.壩身一般靠近整治線，布置在凹岸或主導(dǎo)河岸一側(cè)。2. 壩軸線與水流交角不宜過大。3.淺灘兩岸不宜同時布置。4.平面形態(tài)應(yīng)由平緩的曲線構(gòu)成，壩根應(yīng)與河岸平緩連接。5.壩頭要求伸入下深槽

11、，避免壩頭附近出淺。6.為加速順壩壩田淤積，可在順壩與原河岸之間建格壩。 順格壩組合運用順格壩組合運用 鎖壩是從一岸到另一岸橫跨河槽及串溝的建筑物，又名“堵壩”。目的：塞支強干圖圖3-31 3-31 順壩順壩1 1、順壩橫斷面、順壩橫斷面: :梯形梯形2 2、順壩的縱坡：、順壩的縱坡：坡降的選擇坡降的選擇3 3、順壩壩根處理：、順壩壩根處理：不需局部加寬不需局部加寬1 1、鎖壩橫斷面、鎖壩橫斷面: :抗滑抗滑2 2、鎖壩護(hù)底：、鎖壩護(hù)底：長度長度3 3、鎖壩壩根處理、鎖壩壩根處理圖圖3-34 3-34 鎖壩鎖壩phmL0L L 護(hù)底伸出長度；護(hù)底伸出長度；護(hù)坡穩(wěn)定邊坡系數(shù)；護(hù)坡穩(wěn)定邊坡系數(shù)；下

12、游河床最大沖刷深度；下游河床最大沖刷深度；0mph圖圖3-34 3-34 壩根處理壩根處理 3 3、鎖壩壩根處理、鎖壩壩根處理(1)(1)鎖壩壩根上下游河岸應(yīng)護(hù)鎖壩壩根上下游河岸應(yīng)護(hù)坡，上游護(hù)坡長度可取坡，上游護(hù)坡長度可取101015m15m，下游坡長度通過水力計，下游坡長度通過水力計算確定，但不少于算確定，但不少于15m15m；護(hù)坡；護(hù)坡高出壩根頂部不小于高出壩根頂部不小于1.0m;1.0m;航道整治工程技術(shù)規(guī)范航道整治工程技術(shù)規(guī)范規(guī)定：規(guī)定：(2)(2)壩根若與沙卵石江心灘相連接，則應(yīng)在江心灘開壩根若與沙卵石江心灘相連接，則應(yīng)在江心灘開槽，將壩根嵌入槽，將壩根嵌入5 510 m10 m，并

13、進(jìn)行防滲處理，壩根護(hù)，并進(jìn)行防滲處理，壩根護(hù)坡范圍宜參照上一項適當(dāng)延長。坡范圍宜參照上一項適當(dāng)延長。鎖壩是從一岸到另一岸橫跨河槽及串溝的建筑物，又名“堵壩”。目的：塞支強干 潛壩是指在最枯水位時均潛沒在水下而不礙航的建筑物，有潛丁壩、潛鎖壩等。作用：壅高上游水位，調(diào)整比降，增加水深;可以促淤趕沙;減小過水?dāng)嗝婧拖涣剂鲬B(tài).萊茵河下游潛壩的應(yīng)用萊茵河下游潛壩的應(yīng)用 圖圖3-25-1 3-25-1 拋石丁壩拋石丁壩圖圖3-25-2 3-25-2 拋石丁壩結(jié)構(gòu)示意圖拋石丁壩結(jié)構(gòu)示意圖圖圖3-25-3 3-25-3 拋石丁壩結(jié)構(gòu)示意圖拋石丁壩結(jié)構(gòu)示意圖圖圖3-25-4 3-25-4 拋石丁壩結(jié)構(gòu)示意

14、圖拋石丁壩結(jié)構(gòu)示意圖圖圖3-25-5 3-25-5 拋石丁壩結(jié)構(gòu)示意圖拋石丁壩結(jié)構(gòu)示意圖 圖圖3-33 3-33 護(hù)底排沉放護(hù)底排沉放 圖圖3-31 3-31 順壩順壩1 1、順壩橫斷面、順壩橫斷面: :梯形梯形2 2、順壩的縱坡：、順壩的縱坡：坡降的選擇坡降的選擇3 3、順壩壩根處理：、順壩壩根處理：不需局部加寬不需局部加寬1 1、鎖壩橫斷面、鎖壩橫斷面: :抗滑抗滑2 2、鎖壩護(hù)底：、鎖壩護(hù)底：長度長度3 3、鎖壩壩根處理、鎖壩壩根處理圖圖3-34 3-34 鎖壩鎖壩phmL0L L 護(hù)底伸出長度；護(hù)底伸出長度；護(hù)坡穩(wěn)定邊坡系數(shù)；護(hù)坡穩(wěn)定邊坡系數(shù)；下游河床最大沖刷深度；下游河床最大沖刷深度

15、；0mph圖圖3-34 3-34 壩根處理壩根處理 3 3、鎖壩壩根處理、鎖壩壩根處理(1)(1)鎖壩壩根上下游河岸應(yīng)護(hù)鎖壩壩根上下游河岸應(yīng)護(hù)坡，上游護(hù)坡長度可取坡，上游護(hù)坡長度可取101015m15m，下游坡長度通過水力計，下游坡長度通過水力計算確定，但不少于算確定，但不少于15m15m；護(hù)坡；護(hù)坡高出壩根頂部不小于高出壩根頂部不小于1.0m;1.0m;航道整治工程技術(shù)規(guī)范航道整治工程技術(shù)規(guī)范規(guī)定：規(guī)定：(2)(2)壩根若與沙卵石江心灘相連接，則應(yīng)在江心灘開壩根若與沙卵石江心灘相連接，則應(yīng)在江心灘開槽，將壩根嵌入槽，將壩根嵌入5 510 m10 m，并進(jìn)行防滲處理，壩根護(hù)，并進(jìn)行防滲處理，壩

16、根護(hù)坡范圍宜參照上一項適當(dāng)延長。坡范圍宜參照上一項適當(dāng)延長。圖圖3-34 3-34 單排編籬單排編籬圖圖3-35 3-35 聚烯烴織物護(hù)底聚烯烴織物護(hù)底 圖圖3-36 3-36 深水航道整治建筑物深水航道整治建筑物( (半圓形沉箱半圓形沉箱) ) 圓柱樁壩圓柱樁壩 長江護(hù)岸工程迎流面長江荊江河段護(hù)岸工程干砌石葛洲壩黃柏河錨地護(hù)岸工程葛洲壩黃柏河錨地護(hù)岸工程漿砌石長江護(hù)岸工程迎流面AeRY 長江護(hù)岸工程迎流面人工護(hù)坡分段示意圖護(hù)坡上段護(hù)坡下段坡腳護(hù)腳護(hù)腳護(hù)面護(hù)面封頂封頂反濾層反濾層 長江護(hù)岸工程護(hù)面封頂封頂護(hù)腳護(hù)腳優(yōu)缺點：優(yōu)缺點：交錯淺灘的水流交錯淺灘的水流交錯淺灘交錯淺灘壞灘壞灘圖圖3-29

17、3-29 交錯淺灘整治交錯淺灘整治 固定和提高邊灘高程固定和提高邊灘高程 切割中間邊灘切割中間邊灘圖圖3-39 3-39 固定和提高邊灘高程固定和提高邊灘高程 圖圖3-40 3-40 切割中間邊灘切割中間邊灘圖圖3-41 3-41 散亂淺灘的整治散亂淺灘的整治 圖圖3-42 3-42 彎道河段分區(qū)示意彎道河段分區(qū)示意 3-43 3-43 長江中游陸溪口水道園港凹岸崩塌長江中游陸溪口水道園港凹岸崩塌 、保護(hù)凹岸，防止彎道惡化、保護(hù)凹岸，防止彎道惡化（）平順護(hù)岸（）平順護(hù)岸 護(hù)岸的部位及范圍：護(hù)岸的部位及范圍： 從河岸不崩塌處開始，經(jīng)過坍塌區(qū)到下一個不坍從河岸不崩塌處開始，經(jīng)過坍塌區(qū)到下一個不坍塌

18、處為止；塌處為止； 頂沖彎異區(qū)和常年貼流區(qū)崩塌最多。頂沖彎異區(qū)和常年貼流區(qū)崩塌最多。 圖圖3-44 3-44 長江江津河段加筋擋土墻護(hù)岸長江江津河段加筋擋土墻護(hù)岸 （）短丁壩護(hù)岸（）短丁壩護(hù)岸圖圖3-45 3-45 黃河河道護(hù)岸黃河河道護(hù)岸 當(dāng)彎道凹岸線不平順，水流比較紊亂，局部地方當(dāng)彎道凹岸線不平順，水流比較紊亂，局部地方河岸坍塌嚴(yán)重時，可采用短丁壩護(hù)岸。河岸坍塌嚴(yán)重時，可采用短丁壩護(hù)岸。、筑壩導(dǎo)流，調(diào)整岸線、筑壩導(dǎo)流，調(diào)整岸線a) a) 整治前地形整治前地形 b) b) 整治后河道整治后河道圖圖3-46 3-46 廣西某彎道整治前后變化圖廣西某彎道整治前后變化圖 當(dāng)彎道過分寬闊，水流分散，

19、枯水期航深不足，當(dāng)彎道過分寬闊，水流分散，枯水期航深不足，水流挾沙力降低，大量泥沙淤積時，可考慮在彎道一水流挾沙力降低，大量泥沙淤積時，可考慮在彎道一側(cè)或兩側(cè)筑丁壩，束窄河床使水流歸槽，增加航深，側(cè)或兩側(cè)筑丁壩，束窄河床使水流歸槽，增加航深，穩(wěn)定航槽。穩(wěn)定航槽。、裁彎取直，新開航槽、裁彎取直，新開航槽圖圖3-47 3-47 長江下荊江裁彎工程位置圖長江下荊江裁彎工程位置圖 當(dāng)彎道演變成很長的河環(huán)，不僅航道彎曲，半徑太當(dāng)彎道演變成很長的河環(huán)，不僅航道彎曲，半徑太小，出現(xiàn)淺灘，同時延長了航道里程，排洪不暢，加大小，出現(xiàn)淺灘，同時延長了航道里程，排洪不暢，加大洪水威脅。在此情況下，可考慮開挖新河，裁

20、彎取直。洪水威脅。在此情況下，可考慮開挖新河，裁彎取直。裁彎后，可以縮減航道里程，裁除位于河環(huán)裁彎后，可以縮減航道里程，裁除位于河環(huán)上的淺灘；上的淺灘； 增加排洪能力，減小洪水威脅；增加排洪能力，減小洪水威脅； 裁彎工程耗資較大；裁彎工程耗資較大； 裁彎后上、下游河段會產(chǎn)生產(chǎn)的演變，對沿裁彎后上、下游河段會產(chǎn)生產(chǎn)的演變，對沿岸影響較大；岸影響較大； 整治設(shè)計內(nèi)容：整治設(shè)計內(nèi)容：方案比較，引河定線，相河斷面設(shè)計，引河方案比較，引河定線，相河斷面設(shè)計，引河整治設(shè)計，河道演變及其估算等。整治設(shè)計，河道演變及其估算等。 裁彎工程：裁彎工程：圖圖3-35 3-35 穩(wěn)定汊道示意圖穩(wěn)定汊道示意圖圖圖3-3

21、6 3-36 汊道進(jìn)口和中部出淺汊道進(jìn)口和中部出淺鎖壩堵塞支汊鎖壩堵塞支汊 （二） 灘險的分類 1 1 急流灘：急流灘：2 2 險灘：險灘：3 3 淺灘：淺灘： （二）特征水位 1.成灘水位圖圖3-37 3-37 石質(zhì)灘險的整治水位石質(zhì)灘險的整治水位 2.最兇水位 3.消灘水位開始形成灘勢時的臨界水位。開始形成灘勢時的臨界水位。灘勢形成后，水位繼續(xù)上漲或灘勢形成后，水位繼續(xù)上漲或繼續(xù)下降，灘情則由緩變兇，繼續(xù)下降，灘情則由緩變兇，即礙航最嚴(yán)重的臨界水位。即礙航最嚴(yán)重的臨界水位。最兇水位后，灘情則隨水位最兇水位后，灘情則隨水位的繼續(xù)升高或下降逐漸減弱，的繼續(xù)升高或下降逐漸減弱，至某一水位時灘情消

22、失的臨至某一水位時灘情消失的臨界水位。（界水位。（漂灘水位漂灘水位）二 山區(qū)河流石質(zhì)灘險的整治 第一種整治方法： 擴大泄水?dāng)嗝娣〝U大泄水?dāng)嗝娣ㄊ|(zhì)急流灘的整治產(chǎn)生原因：產(chǎn)生原因：在該灘的成灘水位開始，在該灘的成灘水位開始，泄泄水面積增加率水面積增加率不適應(yīng)不適應(yīng)流量增流量增加率加率，這種約束水流現(xiàn)象，這種約束水流現(xiàn)象，造成在灘口段產(chǎn)生陡比降和造成在灘口段產(chǎn)生陡比降和急流。急流。急流灘的礙航因素：急流灘的礙航因素： 急流、局部陡比降；急流、局部陡比降；圖圖3-38 3-38 赤水河葫市急流灘赤水河葫市急流灘圖圖3-38 3-38 石質(zhì)急流灘示意圖石質(zhì)急流灘示意圖 二 山區(qū)河流石質(zhì)灘險的整治石質(zhì)急

23、流灘的整治 擴大泄水?dāng)嗝娣ǎ簲U大泄水?dāng)嗝娣ǎ?采用擴大斷面和加大河采用擴大斷面和加大河寬，寬， 則可增加過水面積，則可增加過水面積，同時相應(yīng)減小側(cè)向收束影響，同時相應(yīng)減小側(cè)向收束影響，使灘口流速降低和局部陡比使灘口流速降低和局部陡比降變緩。降變緩。1 1開挖整治線的確定開挖整治線的確定切除岸邊凸嘴的開挖線，叫作切除岸邊凸嘴的開挖線，叫作開挖整治線。開挖整治線。 （原則：原則：因地制宜因地制宜和和順勢而為）順勢而為）圖圖3-37 3-37 石質(zhì)灘險的整治水位石質(zhì)灘險的整治水位 沒有消灘水位，沒有消灘水位， 水愈漲則灘愈兇。水愈漲則灘愈兇。“扎水扎水”現(xiàn)象?，F(xiàn)象。 將各個橫斷面的上口開挖點與下口開挖點投影到整治線的平面布置圖中，連接各上口開挖點為上口開挖線；連接各下口開挖點為下口開挖線。這兩條線表明各斷面上下開挖位置，以便施工放樣使用。二 山區(qū)河流石質(zhì)灘險的整治石質(zhì)急流灘的整治第二種整治方法：第二種整治方法：改對口灘為錯口灘改對口灘為錯口灘如圖所示，左凸嘴adc是與右凸嘴相對成對口灘，通過整治將左凸嘴消除adb部分成為bdc，改為錯口灘。 錯口長度計算，須收集通錯口長度計算，須收集通過航道的船型、隊型、船速、過航道的船型、隊