航道工程学—第四章航道疏浚分解.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,航道整治,WATERWAY REGULATION,航道疏浚工程,利,用挖泥船或其他机具以及人工进行,航道浚深或拓宽，是维护和提高航道尺度的一种工程措施,。,第一节概述,1,疏浚工程,（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。,（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。,长江最大清淤船“海翔号”挖泥船(8m,3,),抓斗挖泥船疏浚作业,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m,3,，形成陆域400万m,2,。),（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。,3,疏浚的特点,4,疏浚工程的主要问题,挖槽内的泥沙淤积,(？),为了减少回淤，必须正确,设计挖槽的走向,线型，断,面形状和尺度，处理好抛,泥，以建成既稳定又便于,通航的挖槽。,5航道疏浚工程分类,基建性疏浚,较长期内根本改善航行条件。,1,）改变河道的平面轮廓和航道尺度以建立新航槽；,2,）裁掉河岸的凸出部分的硬土角，消除或缩小河槽的沱口,及其他有害的深水部分；,3,）堵塞分流和各种支汊以及与整治相结合的挖泥工作；,4,）为消除新航道上的障碍物和预先疏松航道上河床土壤，,炸除石滩及硬土角而进行的爆破工程。,维修性疏浚,:,是为了保持航道内的规定尺度，以保证船舶,和木筏的安全运行。,临时性疏浚,:,是为了解决工程量小的疏浚任务，一般是在,没有经常性挖泥船的、疏浚力量不足的河段上，临时利用,其他地区的疏浚力量来进行工作的。,1、挖槽的方向与主流方向一致，与主流向交角不应超过15。,第二节挖槽定线及抛泥区选择,一、挖槽定线的基本原则,2、挖槽应通过浅滩鞍,凹，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。,1、,疏浚泥土抛置后，应不致再回淤至挖槽或附近的航道。,二、抛泥区选择,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、,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,综上所述，抛泥区一般选择在：凸岸边滩下部，下游不妨碍航行的深水区，下深槽沱口（以消弱横流影响），不通航汊道等。,二、抛泥区选择,图,6-6,抓斗挖泥船,1水下抛泥,法,将挖出的泥土用泥驳或自航船送至抛泥点，开仓卸与水中。,在河口区域，抛泥区的选择应注意潮汐的影响。,在落潮流占优势的地区，抛泥区应选择在挖槽的下游；,当直接抛泥与挖槽两侧的浅滩时，涨潮时不宜抛在挖槽下游侧，落潮时不宜抛在挖槽上游，以免泥沙回淤。,三、河口开敞水域疏浚抛泥方法,河口开敞水域疏浚工程量大，运距远，抛泥船的非生产时间比重大，要设法提高挖泥船的挖泥效率。常用的抛泥方法：,三、河口开敞水域疏浚抛泥方法,2边抛法,边抛是采用随挖随抛的方法，有条件时可采用此方法，以利提高挖泥效率。,条件：,当地水流有足够的流速，可将抛下的泥沙携带至挖槽外。,施工区水深较浅，不能满足挖泥船装载时吃水要求时，可先用边 抛施工，待挖到挖泥船满足装载吃水要求是再改用装载施工。,在紧急情况下，需要突击疏浚航道浅段，迅速增加航道水深时。,环保部门许可，对附近水域没有明显影响时。,常见的有：旁通，溢流，长悬臂架等。,三、河口开敞水域疏浚抛泥方法,3.向岸边吹填,筑围堰，用排泥管将疏浚泥土输送至围堰内淤积，这不仅增加了港口陆域面积，而且避免了疏浚泥土回淤航道的可能性，是一种较优的方案。,3.向岸边吹填,3.向岸边吹填,四,、,疏浚工程机械的选择,挖泥船,机械式,水力式,直吸式挖泥船,绞吸式挖泥船,耙吸式挖泥船,铲斗式挖泥船,抓斗式挖泥船,链斗式挖泥船,利用泥泵进行,吸泥和排泥,依靠泥斗挖掘,水下土石方,耙吸式挖泥船,都是机动的大型挖泥船，施工时将吸泥管斜靠河底，吸泥管端部有耙头，利用机械力或水动力将泥耙松，然后由泥泵吸泥，通过泥管输入泥舱。当船徐徐向前航行时，其耙头沿着河底进行耙吸挖泥。,耙吸式挖泥船的特点及施工性能,1),航行性能良好，抗风浪能力强，能在恶劣的海况下工作；,2),有自航能力，调遣方便，能迅速转移工作场地；,3),挖泥时不用锚缆及辅助机具，占水域面积不大，适用于海港、河口航道及大河干流的中下游较宽的河段施工，不影响其他船舶航行；,4),自带泥舱，不需要拖船和泥驳等辅助船舶；,5),挖泥沿航槽进行，不像其他挖泥船需整个工程完工后航道才能开放使用。,自航耙吸式挖泥船示意图,绞吸式挖泥船,利用,吸水管前端装设,转动着的绞刀绞松河底土壤，与水混合成泥浆，通过泥泵作用，泥浆经吸泥管吸入泵体并经排泥管输送至排泥区。,它的挖泥、运泥、卸泥等工作过程，可以一次连续完成。,绞吸式挖泥船示意图,绞吸式挖泥船的特点及施工性能,1),能自挖、自吹，可以连续吸排作业；,2),效率高，成本低；,3),比其他挖泥船更能够广泛有效地挖掘各类沙、粘土和淤泥；,4),挖硬质土时，效率较低；,5),受自然条件影响较大。多用在港池、内河航道等较隐蔽水域（风浪较小）的疏浚工程。,绞吸式挖泥船输泥管布置,链斗式挖泥船,装有一套链斗挖掘机构，由斗链带动链斗连续运转进行作业。由链斗挖取的泥沙，直接依靠本船专用机械搅成泥浆，再由泥泵扬出的为,自扬链斗挖泥船,；通过溜泥槽装入本船泥舱，并自航至深水区自动卸泥的为,自航链斗挖泥船,。,链斗式挖泥船的特点及施工性能,1),疏浚挖槽平整，适合较大范围的疏浚工程；,2),施工不受排泥距离限制；,3),易挖淤泥、沙、粘土乃至碎石；,4),挖泥船施工时，锚缆碍航，且需配备辅助船舶，调遣工作较麻烦；,5),挖掘流态淤泥、极细的低粘土质时，挖效差，易流失；,6),挖掘坚硬粘土困难，挖掘大块石和密实碎石难度更大。,链斗式挖泥船示意图,链斗式挖泥船,抓斗式挖泥船,是利用抓斗抓取泥土。有,自航式与非自航式,，船体为箱形，在甲板上设置可旋转,360,的抓斗机。自航式抓斗挖泥船本身设有泥舱，非自航式的另配泥驳。,抓斗式挖泥船的特点及施工性能,1),浚挖水深大，最大挖深可达,30,50m,或更深；,2),可兼做起重船清除水下障碍物；,3),可浚挖各种土质（流态淤泥除外）；,4),用作码头捞边、港池转角或狭窄部位清淤加深均能发挥其独有的良好功能；,5),抓斗式挖泥船施工的挖槽平整度稍差，生产效率较前述挖泥船低。,抓扬式挖泥船示意图,抓斗结构图,抓取石块的抓斗,抓斗挖泥船施工,铲斗式挖泥船,是装有全旋转铲斗挖掘机，利用吊杆及斗柄将铲斗伸至水底挖掘硬土、碎石和卵石的挖泥船。挖泥时，利用吊臂上伸出的长柄铲斗铲入水底挖掘泥石，然后用绞机提升铲斗，将土石方卸于泥驳。,铲斗式挖泥船的特点及施工性能,它的优点是全部功率集中使用在一个铲斗上，可以进行特硬挖掘。,主要用于挖掘各种石块，重粘土和石质土壤，也适用于其他挖泥船不能承担的特殊挖掘任务，如清理围堰、拆毁旧堤、打捞沉物和清除水下障碍物等。,还可装置重锤进行碎石施工。,铲斗式挖泥船示意图,反铲挖泥船施工,反铲挖泥船施工,应保证枯水期通航和挖槽具有良好的水力条件。,一、维护性挖槽设计,第三节 挖槽设计及水力计算,图6-18 挖槽断面示意图,典型浅滩挖槽布置,第三节 挖槽设计及水力计算,二、基建性挖槽,基建性挖槽，在于建设便利航行和长期稳定的航道，以根本改善浅滩的航行条件，并减少每年的维护性疏浚工程量。要求基建性挖槽在洪枯水期都较稳定。,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。,三、挖槽断面设计,挖槽断面设计的内容：,挖槽宽度和深度,图,4,-8 挖槽,横,断面示意图,应使挖槽内的流速大于开挖前挖槽区的流速；,并大于挖槽上游河段的流速；,同时使挖槽内的流速沿程逐渐增大。,2.挖槽稳定性要求,3挖槽断面尺度计算,四、挖槽后水位降落计算,2、上游河段的水位降落值,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,尽可能与常遇,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,泓部位（水流动力轴线）一致,河床发生,变,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,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。,设计水位确定后，根据船舶吃水和富裕水深得出挖槽底部高程。,D指设计水深，D,0,指通航水深,二、河口挖槽尺度的确定,D指设计水深，D,0,指通航水深,T设计,船舶,满载,吃水；,Z,0,船舶,航行时,船体,下沉,增加,的,富余水深；,Z,1,航行,时,龙骨,下,最小,富余,深度，见表4-1；,Z,2,波浪,富余,深度，,见表4-2,；,Z,3,船舶,装载,纵倾,富余,水深，,杂货,船,和,集装箱,可,不计，,油船,和,散货,船,取0.15m；,Z,4,备,淤,富余,深度，,应根据,两次,挖泥,间隔,的,淤积,量,确定，,一般,不小于0.4m；,二、河口挖槽尺度的确定,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。,按照港口工程技术规范，单，,单/双线航道宽度可由公式确定：,单线,航道,双线,航道,A,航迹带,宽度，,由,公式,求得,；,b,船舶,间,富余,宽度，,一般,取,设计,穿宽；,c,船舶,与,航道,底,边,间,的,富余,宽度，,见,表4-4,；,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：d,50,=0.005mm，容重：=1.40t/m,3,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。,浑水跨越航槽时引起的泥沙淤积,水流连续条件：,v1与航道轴线夹角,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,采用单位面积的有效泥沙回淤率表示：,（,kg/m,2,.s,）,为风吹流、潮流的合成流速为波动流速,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：,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。,二、口外浅滩航道回淤的计算,2风吹流和潮流的合成概化处理,风玫瑰图,3和K值的确定,4航道年回淤率计算,:,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,。,（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。,5,口外航道减淤的工程措施,由于口外航道受风，浪，流等动力因素的综合作用，所以航槽回淤是不可避免的,。为了减少航槽回淤，一般用的措施是在,挖槽两侧抛筑双导堤,，以束窄水流冲刷航槽。,其双导堤的堤距一般与河口平顺联接，过宽束水效果不好，过窄会在局部地区形成新的淤积。,堤顶高程一般取中潮位附近，过低束水效果不好，过高增加工程投资也影响排洪。,因此，导堤的走向，间距，高程，长度等都要通过模型试验研究和经济方案优化比较后才能决定。,第六节 疏浚,对,环境,影响与控制,作业,1，什么叫航道疏浚？疏浚工程中最主要的问题是什么？,2，航道疏浚按照疏浚工程的性质分为哪三类？分别叙述其含义。,3，河口开敞水域疏浚抛泥的方法？,4，口外航槽减淤的工程措施是什么？,5，简述疏浚对环境的影响？,6，控制疏浚污染的主要措施？,