资源描述
目 录
一、滩险概况………………………………………………………… 1
二、险滩成因及整治方案…………………………………………… 2
三、设计标准的确定和推算………………………………………… 2
附图1：床沙粒径级配曲线图……………………………………… 8
四、整治建筑物的布置……………………………………………… 9
附图2：整治线宽度和整治水位计算图…………………………… 10
五、水力计算及结论…………………………………………………11
附图3:3#丁坝断面冲於条件计算图…………………………………13
附图4：5#丁坝断面图………………………………………………14
附图5:2#丁坝断面图…………………………………………………15
附图6:4#丁坝断面图…………………………………………………16
六、施工建议和要求…………………………………………………18
七、工程量计算………………………………………………………19
附图7：3#丁坝断面设计及工程量计算图…………………………20
参考文献资料…………………………………………………………21
一、滩险概况
该浅滩位于湘江湘钢附近，河床属于沙质，河宽为600～700m，一般枯水期水深较浅，妨碍航行。
该浅滩属正常浅滩，上边滩较高，下边滩较低，边滩与深槽相互对应分布，上、下深槽相互对峙而不交错，它的两侧具有较高的边滩。上、下深槽在平面上相互交错，下深槽的上端（倒套）窄而深，边滩较低，横向漫滩水流强烈，浅滩脊宽浅，鞍凹斜窄，浅滩冲淤变化较大。
该浅滩右岸有一钢铁厂，需要取水，故要求整治时不封死右边滩，预留水道，设计水位时分流量不小于15m³/s。中枯水期，水流向上深槽漫越上沙咀流向下深槽，形成扇形水流，水流分散，水深不足，严重影响航行，需要整治。
二、险滩成因及整治方案
该浅滩形成的原因是多方面的，但主要是水流分散，边滩较低，导致水流归槽时间迟，由于上边滩较高，水流到达过渡段后，下边滩较低，河面比上面宽，使水流流速减小，挟沙能力减弱，形成淤积。横向漫滩水流比较强烈，浅滩脊宽浅，鞍凹不明显，浅滩冲於变化较大。
根据浅滩成因可知，滩险形成的主要原因是河面过宽，边滩低，故应针对这些因素采取相应的措施，制定整治方案如下：束窄河面，加高下边滩，使流速增大，形成对浅滩的冲刷。采取这些措施后，可使中枯水位时，水流归槽早，冲刷时间增加。
具体实施方案如下：左边沿整治线布置一顺坝，起到引导水流、束狭河床的作用。考虑到右岸有钢铁厂取水需要，故整治河段应设计成人工分汊河段，而且在设计水位时右汊分流量应不小于15m³/s，因此须在右岸岸边预留水道河面宽度；再在河中修筑丁坝，使水流集中，流速增大，达到冲刷目的，同时也满足了钢铁厂的取水要求。主航道整治线宽度可按总的整治线宽度减去预留水道河面宽度确定。
三、 设计标准的确定和推算
（一）航道基本尺度确定：
I航道水深：
航道标准水深包括船舶的标准吃水和富余水深，即H=T+ΔH
式中：H——航道水深（m） T——船舶吃水（m） ΔH——富余水深（m）
取T=1.62m ，H=T+ΔH1+Δd按沙质河床浅滩考虑，触底安全富余量Δd=0.4m
船舶航行下沉量ΔH1=mTH v² 船长船宽=709.8=7.1428m/s
查表采用内插法求得m=0.00158 v取20km/h ，即取5.56m/s
TH取0.877 ΔH1=0.00158×0.877×5.56²=0.0457m
H=T+ΔH1+Δd=1.62+0.046+0.4=2.07m
则航道水深H=2.07m
II直线航道宽度：
采用双向航道，B=2bcosα+2Lsinα+C1+2C2 ①
式中：B——航道宽度；
b—— 船队宽度；
L——船队长度；
α——漂角；
C1——船队间的富余宽度；
C2——船队与航道边缘间的富余宽度。
取b=9.8m L=70m 由于湘江主要为Ⅲ级与Ⅳ级航道，按Ⅰ级至Ⅳ级航道的漂角选用3°
按平原、丘陵地区航道估算式得：C1=0.7b′+4 C2=0.2b+1.2
式中：b′——会船的两船队宽度的平均值，取9.8m
则：C1=0.7×9.8+4=10.86m ②
C2=0.2×9.8+1.2=3.16m ③
将②③式代入①式得：B=2×9.8×cos3°+2×70×sin3°+10.86+2×3.16=44（m）
（二） 浅滩设计水位确定及浅滩床沙分析：
I浅滩设计水位确定
浅滩上游设有基本水文站，并收集到有浅滩基本水尺与基本水文站的同步水位观测资料，根据这些资料，采用水位相关法确定浅滩设计水位，过程如下：
表1 某年枯水期浅滩基本水位与基本水文站水位相关计算表
项次
浅滩（xi）
基站（yi）
（xi- x-)
（yi- y-)
(xi- x-)²
（yi- y-)²
(xi- x-)（y- y-)
1
31.35
32.28
0.55
0.36
0.30
0.13
0.20
2
31.61
32.67
0.81
0.75
0.66
0.56
0.61
3
32.28
33.12
1.88
1.2
3.53
1.44
2.26
4
32.61
33.22
1.81
1.3
3.28
1.69
2.35
5
32.27
33.05
1.47
1.13
2.16
1.28
1.66
6
31.84
32.81
1.04
0.89
1.08
0.79
0.93
7
31.75
32.58
0.95
0.66
0.90
0.44
0.63
8
31.29
32.38
0.49
0.46
0.24
0.21
0.23
9
31.15
32.21
0.35
0.29
0.12
0.08
0.10
10
30.92
32.11
0.12
0.19
0.01
0.04
0.02
11
30.85
32.00
0.05
0.08
0.00
0.01
0.00
12
30.82
31.95
0.02
0.03
0.00
0.00
0.00
13
30.78
31.88
-0.02
-0.04
0.00
0.00
0.00
14
30.70
31.84
-0.1
-0.08
0.01
0.01
0.01
15
30.64
31.81
-0.16
-0.11
0.03
0.01
0.02
16
30.55
31.80
-0.25
-0.12
0.06
0.01
0.03
17
30.53
31.76
-0.27
-0.16
0.07
0.03
0.04
18
30.44
31.70
-0.36
-0.22
0.13
0.05
0.08
19
30.37
31.58
-0.43
-0.34
0.18
0.12
0.15
20
30.32
31.56
-0.48
-0.36
0.23
0.13
0.17
21
30.30
31.54
-0.5
-0.38
0.25
0.14
0.19
22
30.27
31.50
-0.53
-0.42
0.28
0.18
0.22
23
30.20
31.44
-0.6
-0.48
0.36
0.23
0.29
24
30.18
31.40
-0.62
-0.52
0.38
0.27
0.32
25
30.10
31.34
-0.7
-0.58
0.49
0.34
0.41
26
29.42
30.82
-1.38
-1.1
1.90
1.21
1.52
27
29.39
30.80
-1.41
-1.12
1.99
1.25
1.58
28
29.35
30.76
-1.45
-1.16
2.10
1.35
1.68
29
30.42
31.63
-0.38
-0.29
0.14
0.08
0.11
总计
893.10
925.54
-0.1
-0.14
20.92
12.07
15.80
平均
30.80
31.92
相关
系数
0.99
根据上表计算相关系数并检验，首先计算均方差：
δx =（xi- x-)²n-1=20.9229-1=0.86 δy =（yi- y-)²n-1=12.0729-1=0.66
然后计算相关系数：
γ=（xi- x-)（yi- y-)（xi- x-)²（yi- y-)²=15.8020.92×12.07=0.99
显著水平检验：n=29，n-2=27；显著水平α取0.01，查《工程水文学》教材表4-8得γ0.01=0.4687.
因为γ=0.99≥γ0.01=0.4687，故γ是显著的，可以进行相关分析计算，关系是密切的。
建立回归方程，首先计算回归系数：
Ry/x=γ× δy δx =0.99×0.660.86=0.76
Rx/y=γ× δx δy =0.99×0.860.66=1.29
建立y倚x的回归方程： y- y-= Ry/x（x-x-） 即y-31.92=0.76（x-30.80）
得到水位相关方程为： y=0.76x+8.51
根据回归方程插补延长y系列得到水位相关图如下图1：
图1 基本站与浅滩水位相关图
由于上游基本水文站设计水位为30.40m，以y=30.40代入④式得：
30.40=0.76x+8.51 解得 x=28.80m
即得到浅滩 Z设=28.80m
再由浅滩设计水位推求整治水位。
根据经验数值法，有整治水位超高值a= Z整- Z设
式中： Z整——整治水位（与整治建筑物头部齐平的水位）
根据该河段整治航道经验有a：0.8m～1.5m 可取a=1.0，则有：
Z整= Z设+a=28.80+1.0=29.80（m）
II浅滩床沙分析
以下表2为筛分资料统计表：
表2 泥沙筛分资料统计表
筛孔直径（mm）
筛内泥沙重量（g）
通过累积百分率（%）
7
0
0.00%
5
45.04
8.00%
3
22.52
12.00%
2
11.26
14.00%
1
39.41
21.00%
0.5
33.78
27.00%
0.25
101.34
45.00%
0.1
197.05
80.00%
0.05
112.6
100.00%
总重
563
由浅滩沙样筛分资料可绘得浅滩泥沙级配曲线如附图1。
由附图1知：d50=0.20mm d65=0.15mm
（三） 浅滩成因分析：
I分析浅滩的组成、特性、成因
在地形图上找出水深小于通航水深的区域，并圈之。从地形图所圈区域看出，该浅滩为正常浅滩。
① 组成情况：边滩与深槽相互对应分布，上、下深槽相互对峙而不交错，它的两侧具有较高的边滩。鞍凹明显，且宽度较小，顺直，鞍凹水深较大，航槽位置稳定，浅滩的冲淤变化不大。
② 形态特征：上、下深槽在平面上相互交错，下深槽的上端（倒套）窄而深，边滩较低，横向漫滩水流强烈，浅滩脊宽浅，鞍凹斜窄或无明显鞍凹，浅滩冲淤变化较大。
③ 水流特征：浅滩鞍凹轴线与各级水位下的水流方向夹角均较小，流路集中，过渡段长度适当，水流平顺。
④ 浅滩成因：主要是水流分散，边滩较低，导致水流归槽时间迟，由于上边滩较高，水流到达过 渡段后，下边滩较低，河面比上面宽，使水流流速减小，挟沙能力减弱，形成淤积。横向漫滩水流比较强烈，浅滩脊宽浅，鞍凹不明显，浅滩冲於变化较大。
II确定整治措施
根据浅滩成因，即是因为河面宽、边滩低而形成的，所以根据以上原因确定整治方案：束窄河面，加深下边滩，使水流流速增大，形成对浅滩的冲刷，这样整治可使中、枯水时水流归槽，冲刷时间增加。
具体情况是：考虑左边用顺坝引导水流，束窄河面。右边考虑到钢铁厂取水，而且在设计水位时河面宽不小于50m，水流量不小于15m³/s，所以在河中间修筑丁坝，使水流集中，流速增大，达到冲刷目的，同时也满足钢铁厂的取水要求。
四、 整治建筑物的布置
I确定整治水位和整治线宽度
在地形图上选用Ⅱ-Ⅱ断面，绘得该断面断面图如附图2。
采用“流速控制法”确定整治水位和整治线宽度：
浅滩整治水位 Z2=29.80m 浅滩设计水位 Z3=28.80m
由相关方程y=0.76x+8.51可推求得：
基本站整治水位 Z2′=31.16m 基本站设计水位 Z3′=30.40m
根据上游基本水文站低水位时水位流量相关方程：Q=504Z-15060（m³/s）可求得：
整治流量Q2=504×31.16-15060=644.64 m³/s
设计流量Q3=504×30.40-15060=261.60 m³/s
综合考虑整治流量与设计流量，可假设一个整治线宽度B2=380m
通过划分流带，进行水流平面图的计算，并结合断面图可估算得：
(1)整治断面面积A整=Ai=1391㎡
整治水位时各流带垂线平均流速V2cp=Q2A整=644.64831=0.78m/s
整治断面平均水深H整=A整B=1391680=2.04m
整治断面起动流速VC=6d6513H16=6×（0.15×10-3）13×2.0416=0.36m/s
则有：
满足V2cp＞VC
（2）设计断面面积A设=Ai=730㎡
设计水位时的垂线平均流速V3cp=Q3A设=261.60730=0.35m/s
设计水位水面宽度B=372m
设计断面平均水深H设=A设B=730380=1.92m
根据当地情况，可求得：
起动流速VC=6d6513H16=6×（0.15×10-3）13×1.9216=0.36m/s
止动流速VH=3.83d6513H16=3.83×（0.15×10-3）13×1.9216=0.23m/s
则满足：
设计水位下：VH＜V3cp＜VC
即取整治线宽度B2=380m合理，根据计算值可取整数，最终取B2=380m.
II布置整治线
由于右岸有钢铁厂取水需要，预留大于50m的河宽，因此在布置整治线时要留取80m左右的河面宽度用于右岸取水，其余300m布置在左岸，如平面地形布置图所示。
在上深槽，整治线依托主导河岸（右岸），在下深槽，整治线依托左岸主导河岸。在上深槽段布置380m宽的整治线，在下深槽布置300m宽的整治线，中间以圆滑的整治线平滑连接。
III整治建筑物布置
在上深槽以上区域有一支汊，为引导水流避免淤积，可在浅滩头部布置1#顺坝，坝长220m，在该坝下游340m处布置3#丁坝，即在II-II断面布置3#丁坝，坝长为110m，布置时丁坝间距约为1～2倍坝长；在距离3#丁坝330m的III-III断面上布置5#丁坝，长为70m，此时已接近下深槽，由于丁坝的收缩断面恰好在深槽上一点，能将浅滩较好地冲刷，因此左岸不必再加丁坝，只布置1#、3#、5#丁坝。
在整治线的右侧与钢铁厂之间，布置2#、4#丁坝。其中2#坝布置在鱼嘴头部，垂直水流方向，长为50m。在鱼嘴尾部处布置4#丁坝，坝长为90m。
五、 水力计算及结论
I校核设计水位时右岸预留水道分流量
要求右汊分流量Q右设>15m³/s，点绘3#、5#、2#、4#坝断面的图形，其中3#、5#坝断面为左汊控制面，2#、4#坝断面为右汊控制断面。
由于 （各汊落差）
假设： （各汊糙率）
（各汊长度）
可推得：
式中：；
；
、---各控制断面河面宽和平均水深；
m----控制断面个数，本设计取丁坝断面为控制断面；
、、----各汊流量和总流量。
(1)左汊控制断面：3#坝断面
设计水位时：B3=380m H3=1.06m
则K3==380×1.0653=418.76
同理B5=380m H5=1.45m
则K5==380×1.4553=705.88
所以K左=12（K3+K5）= 418.76+705.882=562.32
(2)右汊控制断面：2#坝断面
设计水位时：B2=54m H2=0.83m
则K2==54×0.8353=39.58
同理B4=54m H4=0.74m
则K4==54×0.7453=32.69
所以K右=12（K2+K4）=39.58+32.692=36.14
则有=562.32×261.6562.32+36.14=245.8m³/s
=36.14×261.6562.32+36.14=15.8m³/s＞15m³/s
因此根据设计要求，右汊分流量符合要求。
II计算整治水位时丁坝断面流场
选择3#坝断面进行计算，如果，则满足冲刷条件。其中：
，冲刷流速（沙莫夫公式）
式中，---为第流带平均流速。
---为第流带床沙冲刷流速（或大量泥沙起动流速）。
---用浅滩床沙之。
---整治前流带平均水深。
整治水位时左汊航道Q整左=583.17m³/s
由流场计算表（见附图3）可得：
K=Q整左bihi53=583.17628.69=0.93
在航道范围（44m）以内，包含于5号流带。
Vp5=6d6513Hcp516=6×（0.15×10-3）13×1.9316=0.36 m/s
所以V5=1.44m/s＞Vp5
满足冲刷要求。
III计算整治水位时3#丁坝断面平均流速Vp整
要求
整治水位时，B3=380m A3=778㎡
所以H3=A3B3=778380=2.05m 而Q整左=583.17m³/s
所以Vcp整=Q整左A3=583.17778=0.75m/s
又因为Vp整=6d6513H316=6×（0.15×10-3）13×2.0516=0.36m/s
所以Vcp整Vp整=0.750.36=2.08>1.3
显然比值过大，冲刷比较强烈，说明整治线较窄，满足冲刷要求。
IV冲刷厚度估算（根据经验公式计算）
式中，---冲刷厚度。
---床沙中不可冲走泥沙的百分数。
---系数，冲刷初期用0.25，冲刷后期用0.40。
对于3#丁坝断面：Vcp整=0.75m/s Hcp整=2.05m
所以d=（0.756×2.0516）3=1.364mm
由d查床沙粒径级配曲线得：P=17.5%
所以Δh’=0.25×100-17.517.5=1.179m
在冲刷Δh’后，A=A3+Δh’ B3=778+1.179×380=1226.06㎡
Vcp整'= Q整左A=583.171226.06=0.48m/s
Hcp′=AB3=1226.06380=3.23m
所以d=（0.486×3.2316）3=2.849mm
查床沙粒径级配曲线得：P′=12.2%
所以Δh′′=0.25×100-12.212.2=1.799m
Δh=12Δh'+Δh''=121.179+1.799=1.489m
所以冲刷效果良好，满足航深的要求，说明整治线的布置很合理。
六、施工建议和要求
I坝体与河岸的连接
坝体紧接河岸的一段丁坝结构应尽量设计成斜坡面连接，以引导水流流向河心，保护坝根。
II坝根处理
由于该河段是沙质基床，颗粒松散容易冲刷，为了保护坝根，应把坝体嵌入河束内，岸边加护岸工程。
III整治效果估计
大部分上游来沙淤积于坝田内，下边滩会被冲深，初期冲刷强烈，可以使浅滩水位加深，达到设计要求，解决碍航问题。
七、工程量计算
I丁坝断面设计
丁坝断面设计成梯形，顶宽2m，上游边坡比取1:1.5，下游边坡取1:2。
丁坝断面面积为A=12h（4+3.5h）
式中：h——坝高
II丁坝坝身设计
为了防止丁坝在高水位时全部淹没于水中，而引起河床变化，将坝面设计成斜面，取1:100的坡比，但在接近岸的一端采用1:50的坡比。
III坝头设计
由于坝头处水流作用强烈，且有绕流作用，故坝头宜做成圆滑曲线，向河坡坡度取1:50.
IV计算3#丁坝的工程量（见附图7）
由计算图可得：
总工程量=55.298+130.52+113.34+356.1+347.83+280.56+284.66+244.58=1812.90（m³）
参考文献
1. 程昌华、刘晓平.《航道工程学》.北京交通人民出版社
2. 胡旭跃.《航道整治》.人民交通出版社，2008年
3. 高大钊、袁聚云.《土质学与土力学》.人民交通出版社，2007年
4. 《JTJ312-2003航道整治工程技术规范》.北京交通部发布
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