海港航道設(shè)計(jì)

1、海港航道設(shè)計(jì)概述隨著國際貿(mào)易貨運(yùn)量增長，為降低貨物運(yùn)輸?shù)某杀?，各種船舶尺度迅速增加。因此，為船舶進(jìn)出港口提供有效而安全的航行通道，已成為海港建設(shè)和疏浚工程的關(guān)鍵問題。尤其是近40年來，疏浚技術(shù)的進(jìn)步，港口運(yùn)量急劇增加，世界范圍的原油、煤炭、礦石和集裝箱運(yùn)輸?shù)难杆侔l(fā)展，促使一些營運(yùn)了幾十年甚至上百年的老港，為接納大型或超大型船舶，加大港口的通過能力，不得不重新規(guī)劃和浚深拓寬航道。我國一些新建海港和河口港，由于地質(zhì)、潮汐、風(fēng)浪流和泥沙回淤的影響，其航道設(shè)計(jì)是港口建設(shè)中一項(xiàng)重要的研究課題。作為一個單獨(dú)航道項(xiàng)目研究通常有如下幾個方面：(1)使用該航道的港口泊位情況：泊位數(shù)、泊位噸級、最大泊位噸級、規(guī)劃

2、建設(shè)情況等；(2)調(diào)查港口腹地的經(jīng)濟(jì)資源及近期、中期、遠(yuǎn)期發(fā)展?fàn)顩r，調(diào)查港口貨源、貨種、流向和不同發(fā)展時期的貨運(yùn)量，以此論證船舶運(yùn)輸和合理性和航道建設(shè)規(guī)模；(3)調(diào)查通航船舶的有關(guān)資料，包括兩年來進(jìn)港船型統(tǒng)計(jì)及增長率；來港船舶不平衡系數(shù)；最大船型主尺度；不同專用船、特別是LPG,LNG及其它危險品船來港情況，經(jīng)濟(jì)船型論證及設(shè)計(jì)船型的發(fā)展趨勢；(4)分析計(jì)算建設(shè)該航道所產(chǎn)生的效益一、航道選線通常航道的一端是由港口的位置決定的，當(dāng)進(jìn)出港口的水域水深滿足船舶航行的水深要求時，航道選線將不受疏浚工程費(fèi)的限制，僅考慮風(fēng)、流、浪、導(dǎo)助航設(shè)施布設(shè)等因素，而當(dāng)進(jìn)出港水域水深不能滿足船舶航行時，還需考慮疏浚工程

3、量、施工、維護(hù)等因素。選擇進(jìn)港航道最佳方位是港口總體規(guī)劃、可行性研究和總平面布置中的一項(xiàng)重要工作。因此,航道選線要貫徹操船安全、挖方量少、施工期短、疏浚維護(hù)方便和投資省等技術(shù)經(jīng)濟(jì)合理原則。為了有助于航道設(shè)計(jì)者掌握選線方法，建議有關(guān)選線設(shè)計(jì)的布置原則和要求如下：一、充分了解及分析地質(zhì)地貌及泥沙條件二、論證航行安全三、分析研究水文氣象條件四、河口航道選線原則二、航道寬度1)、確定航道寬度的方法1、實(shí)船觀測方法2、船舶模擬試驗(yàn)3、操船模擬裝置試驗(yàn)4、數(shù)學(xué)模擬計(jì)算5、理論和統(tǒng)計(jì)計(jì)算法2)、單雙航道的確定由單航道拓寬為雙航道.建議按以下幾種情況確定：1、每天進(jìn)出港船流密度大于航道全天候通航時船舶艘次數(shù)的

4、90%;2、航道較長，船流密度較大，經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)論證拓寬航道較為經(jīng)濟(jì)；3、到港船舶噸位范圍較大時，可采用復(fù)式航道(即一側(cè)為大船，另一側(cè)為小船航行)或大船為單航道，小船為雙航道；4、當(dāng)河口港航道較長，中途有較長的淺灘或多處淺段時，船舶不能調(diào)度避讓，可建設(shè)雙向航道。3)、航道寬度計(jì)算航道有效寬度W由航跡帶寬度A、船舶間的富余寬度B、船舶與航道底邊的富裕寬度C組成(見圖1-6),根據(jù)港口工程技術(shù)規(guī)范規(guī)定，單雙航道寬度分別按下式計(jì)算：單航道：W=A+2C(2-1)雙航道：W=2A+b+2c圖2-1航道有效寬度航道寬度的計(jì)算主要依據(jù)以下幾方面：1、船舶偏航和漂移運(yùn)動力學(xué)分析2、航跡帶寬度的計(jì)算3、船舶之間

5、富余寬度b的確定4、船舶與航道底邊間的富余寬度C的確定1、船舶偏航和漂移運(yùn)動力學(xué)分析船舶在具有風(fēng)浪流的海域中航行時，將受下列因素的影響：(1)由于船舶加速運(yùn)動產(chǎn)生的慣性力和慣性矩；(2)船殼外側(cè)水動力壓力；(3)舵力；(4)風(fēng)壓力；(5)流壓力；(6)波浪壓力；(7)航道兩側(cè)的岸吸力；(8)錯船時的船吸力；(9)航速影響的下座力；(10)螺旋槳產(chǎn)生的縱向水平推進(jìn)力和橫向推進(jìn)力。2、航跡帶寬度的計(jì)算經(jīng)論證，在不同風(fēng)流條件下，航跡帶寬度A與船舶偏航投影寬度LsinB有一定的相關(guān)倍數(shù)，稱為船舶漂移倍數(shù)n(見圖2-2),根據(jù)實(shí)測資料進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，建立計(jì)算公式如下：式中：A航跡帶寬度（m）;n船舶漂移倍數(shù)，

6、見表2-1;-風(fēng)流壓偏角（°），見表2-1;B設(shè)計(jì)船寬（m）。圖2-2船舶漂移示意圖風(fēng)力鎮(zhèn)級SiSF(tn/s)0.25$M50.75cRI.Wn1制1,船1.®1.«314滿載船舶漂移倍數(shù)n和和流壓偏角g值3、船舶之間富余寬度b的確定船舶之間的富余寬度b是指分道通航的雙向航道中，船舶相向航行相會錯船時，為防止發(fā)生船吸現(xiàn)象而保持兩航跡帶間的內(nèi)側(cè)橫向凈距。兩船間的相互作用，主要受船型尺度、兩船間距、航速和操船性能等因素的影響。許多國家諸如美國、前蘇聯(lián)、日本、荷蘭及英國等一些港口和科研機(jī)構(gòu)，做了大量的理論研究和船型試驗(yàn)，取得了許多很有參考價值的科研成果。總結(jié)國外有關(guān)文

7、獻(xiàn)資料和我國的一些港口實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，建議兩航跡帶間的內(nèi)側(cè)距離不得小于最大設(shè)計(jì)船寬。4、船舶與航道底邊間的富余寬度C的確定船舶與航道底邊線間的富余寬度C是指船舶在航道中以蛇形航跡前進(jìn)時，航跡帶外側(cè)與邊坡底邊線的最小安全距離。C與航道水深、寬度、斷面形狀；船舶性能、航速；水文氣象條件和地質(zhì)條件等因素都有密切的關(guān)系。通常一般規(guī)律是，航道越寬或水深越淺C值越大；航道兩側(cè)岸灘水深越淺C值越大；航道底質(zhì)越硬或回淤嚴(yán)重時C越大。不同專業(yè)船舶通航的航道C不同，一般LPG、LNG和油輪等危險品船C散貨船C雜貨船或集裝箱船C,其范圍為0.5BWCW1.5B。規(guī)范要求C值按表2-2選取。船舶與航道底邊間的富余寬度C表2

8、-2項(xiàng)良雜貨船或集裝箱船散貨船1K和W；等.持M檢品船外>6感>6<6I>611>6C(m)0制80.755(H5B|H81h舶H1.58二、航道水深是在港口當(dāng)?shù)匾欢ǖ淖匀粭l件下，滿足設(shè)計(jì)船型滿載吃水航行所要求的最小安全深度。通常，確定進(jìn)港航道水深的影響因素有：（1）船舶裝載條件；（2）水位條件；（3）船舶航行條件；（4）波浪影響條件；（5）航道底質(zhì)條件等。詳見圖3-1所示。水四條禰調(diào)栽吃木和蒼星城用航打卜.沉和首慎T船舶裝和親用丁帥伊蜘健.橫攢、升沉T.圖3-1航道水深影響因素（1）、航道設(shè)計(jì)水位的確定1、航行密度2、通航持續(xù)時間3、設(shè)計(jì)乘潮水位（2）、航道水深

9、設(shè)計(jì)航道水深通常有兩種尺度，一是通航水深D。（又稱通告水深），二是設(shè)計(jì)水深D（又稱航道疏浚水深），分別按圖3-3及式（3-4）和（3-5）確定。航道設(shè)計(jì)通航構(gòu)式中：T設(shè)計(jì)船型滿載吃水（m）;圖3-3航道水深設(shè)計(jì)示意圖通航水深：D0=T+ZO+Z1+Z2+Z3設(shè)計(jì)水深：(3-4)ZO船舶航行時船體下沉值（m）;Z1航行時龍骨下最小富余深度（m）;Z2波浪富余深度（m）;Z3船舶裝載縱傾富余深度（m）;Z4備淤富余深度（m）。式中各參數(shù)的確定：1、船舶航行下沉值ZO2、龍骨下最小富余深度Z1(E)Naliu箕起龍骨下最小富裕深度z1（m）?D?2?£t?a?血？DWT<50500?

10、DW00<10000T10000DW<500005000?DW<100000100000?DWT<300000x/"Yvq?d0.30.20.30.40.40q?e?03di?e0?e0.30.30.40.50.6a°式cac乙?c?0?d?父血0.40.40.50.60.6?6血0.50.60.60.80.83、波浪影響的富裕深度Z2船浪夾角少與Z2/H4%的變化系數(shù)值表3-2護(hù))0畫)W(附20仙的)30口湖JQ50和70口90函)了門加矗/#*0.32(k鴻0.420.440.46。，鋁0.500.510.524、船舶裝載縱傾富裕深度Z3船舶裝

11、載縱傾富余深度是根據(jù)不同船型特點(diǎn)、裝載貨物情況和航行要求，在港口裝貨配載時，由于首尾縱傾而增加的吃水超深值。通過對我國各港實(shí)船資料統(tǒng)計(jì)分析，以及從國內(nèi)外各種標(biāo)準(zhǔn)船型的規(guī)定表明，雜貨船、多用途船和集裝箱船雖尾傾吃水大，但實(shí)載率較低，均小于滿載吃水，所以以這些設(shè)計(jì)船型為準(zhǔn)進(jìn)行航道水深設(shè)計(jì)時一般不予考慮z3值；對于油船和散貨船，多為滿載航行，規(guī)范規(guī)定Z3=0.15m。5、備淤富余深度Z4備淤深度與下列因素有關(guān)：(1)港口附近海域水文氣象和地質(zhì)地貌條件，以及航道受風(fēng)浪流影響的回淤強(qiáng)度；(2)航道平面布置、掩護(hù)情況、走向和斷面尺度；(3)維護(hù)挖泥采用的挖泥船類型和疏浚工程施工的頻繁程度。一般應(yīng)結(jié)合各港的

12、具體情況，在保證航道通航水深的前提下，進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)論證，然后根據(jù)計(jì)算的或?qū)嶋H觀測的港口泥沙回淤強(qiáng)度，按合理的挖泥間隔期內(nèi)產(chǎn)生的淤積量確定，通常不小于0.4m。對于不淤港口不計(jì)Z4值；對于淤積嚴(yán)重的港口，可適當(dāng)增加備淤深度，但最好不大于1.0m。四、航道邊坡設(shè)計(jì)航道邊坡主要取決于航槽斷面土質(zhì)種類、物理力學(xué)特性；該海域波浪水流以及泥沙沉積對邊坡的影響；航道被掩護(hù)的程度；疏浚設(shè)備類型和施工方法；船舶航行時對邊坡的影響；邊坡形成的時間等等。航道邊坡分為設(shè)計(jì)邊坡和穩(wěn)定邊坡，設(shè)計(jì)邊坡是根據(jù)開挖航槽的土質(zhì)特性而確定的邊坡；穩(wěn)定邊坡是在兩次維護(hù)期之間，定期維護(hù)疏浚開始前，由于各種外部影響因素作用下，形成相對平

13、衡和比較穩(wěn)定的邊坡稱為穩(wěn)定邊坡。設(shè)計(jì)邊坡建議參照土質(zhì)類似的航道邊坡和水文條件，按表5-1的土質(zhì)分類和貫入擊數(shù)N值范圍選用，有條件時可通過現(xiàn)場和室內(nèi)試驗(yàn)確定，所列表中的坡度，對于有掩護(hù)的航道或淺水域航道取小值，對于無掩護(hù)航道或深水航道取大值。穩(wěn)定邊坡的坡度，由于受外界因素影響，一般比上述設(shè)計(jì)邊坡緩一些，統(tǒng)計(jì)結(jié)果約大12左右，特殊情況可大幾倍。各類土質(zhì)航道邊坡坡度表5-1土質(zhì)牛性流塑淤茯軟塑淤用I松散砂二B可塑粘二上密實(shí)砂二上硬塑粘d上強(qiáng)同化走石右4邊坡力度£1:201:501:101:51:31:1五、超寬和超深計(jì)算按照疏浚工程技術(shù)規(guī)范(JTJ319-99)要求，為使航道施工滿足設(shè)計(jì)尺度，計(jì)算港航道工程量時應(yīng)考慮各類挖泥船疏浚作業(yè)時的計(jì)算超寬值和計(jì)算超深值，按下表選用。炎別河邊計(jì)貨箱窕H弊邠霰耙吸挖福船他容石士000卡7r00.6艙容>3000m?9.00.7緞門直徑1,3m2.00.3統(tǒng)吸挖泥麻級刀直付1.5-Z.5m5.004線H直臨2.5m4.00.5餓1幅泥船斗容VQ5小3.0。一3斗容尋05小4.004斗壽V?一小產(chǎn)2.00E抓斗捻遍恥/®2.U1F-軋On?3.00.4斗容4g,Q”4.00.6斗容4.00.8鏟去艷泥船外容<4.0m32.00.3邙容壬4