航道工程學(xué) 第3章 航道整治工程

1、 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：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(yú)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(jiǎn)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(méi)式丁壩按壩頂高程和水位的關(guān)系：非淹沒(méi)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

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(méi)丁壩水流泥沙運(yùn)動(dòng)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螺旋流運(yùn)動(dòng)（二）丁壩群的布置圖1 兩岸丁壩的位置對(duì)水流影響分別適用的河流：萊茵河對(duì)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(yùn)動(dòng)階梯式丁壩附近的水流運(yùn)動(dòng) 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(jì)和布置丁壩設(shè)計(jì)的主要問(wèn)題：2、丁壩群的平面布置（整治線），壩間距；1、單丁壩的壩長(zhǎng)，挑角，基礎(chǔ)深度等；安德列也夫公式（俄）其中U為壩頭行

3、進(jìn)流速；m為壩頭邊坡系數(shù)；為來(lái)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(yàn)公式：二. 丁壩設(shè)計(jì)和布置實(shí)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(wèn)題） 丁壩群間距的控制（2）二. 丁壩設(shè)計(jì)和布置 丁壩群間距的控制（2）二. 丁壩設(shè)計(jì)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(fèi) 丁壩群間距的控制（2）丁壩間距過(guò)大丁壩間距過(guò)密二. 丁壩設(shè)計(jì)和布置丁壩間距的設(shè)計(jì)需要滿足兩個(gè)條件：LP丁壩的有效長(zhǎng)度一般取 LP=(2/3)L 上一個(gè)丁壩的水流擴(kuò)散邊界大致達(dá)到下一個(gè)丁壩的有效長(zhǎng)度末端 下一個(gè)丁壩的壅水正好達(dá)到上一個(gè)丁壩，保證兩壩之沒(méi)有嚴(yán)重沖刷 丁壩群間距的

4、控制（2）設(shè)計(jì)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(zhǎng)度一般取 LP=(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

5、線與水流交角不宜過(guò)大。3.淺灘兩岸不宜同時(shí)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，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(yùn)用順格壩組合運(yùn)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(qiáng)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(zhǎng)度長(zhǎng)度3 3、鎖壩壩根處理、鎖壩

6、壩根處理圖圖3-34 3-34 鎖壩鎖壩phmL0L L 護(hù)底伸出長(zhǎng)度；護(hù)底伸出長(zhǎng)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；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(zhǎng)度可取坡，上游護(hù)坡長(zhǎng)度可取101015m15m，下游坡長(zhǎng)度通過(guò)水力計(jì)，下游坡長(zhǎng)度通過(guò)水力計(jì)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

7、江心灘相連接，則應(yīng)在江心灘開(kāi)壩根若與沙卵石江心灘相連接，則應(yīng)在江心灘開(kāi)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，壩根護(hù)坡范圍宜參照上一項(xiàng)適當(dāng)延長(zhǎng)。坡范圍宜參照上一項(xiàng)適當(dāng)延長(zhǎng)。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(qiáng)干 潛壩是指在最枯水位時(shí)均潛沒(méi)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(guò)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 長(zhǎng)江護(hù)岸工程迎流面長(zhǎng)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(zhǎng)江護(hù)岸工

8、程迎流面AeRY 長(zhǎng)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(zhǎng)江護(hù)岸工程護(hù)面封頂封頂護(hù)腳護(hù)腳優(yōu)缺點(diǎn)：優(yōu)缺點(diǎn)：斜坡式護(hù)岸的設(shè)計(jì)-結(jié)構(gòu)類型和特征1、護(hù)面層的抗滑穩(wěn)定計(jì)算2、坡面塊石的穩(wěn)定粒徑和重量、厚度（1）水流作用下護(hù)面塊石的粒徑（2）水流作用下拋石護(hù)面塊石抗沖穩(wěn)定粒徑（3）波浪作用下護(hù)面塊石穩(wěn)定粒徑（4）波浪作用下干砌石護(hù)面厚度3、護(hù)底塊石的穩(wěn)定重量 最大波浪底流速作用下的護(hù)底塊石的穩(wěn)定重量：LdshgLHV4max 由流速反求出重量。4、坡面混凝土預(yù)制塊穩(wěn)定厚度)(22bbgKVh二 直立式護(hù)岸1、一般重力式直立護(hù)岸2、衡重式直立護(hù)岸3、懸

9、臂式直立護(hù)岸4、后仰式直立護(hù)岸1、一般重力式直立護(hù)岸1、一般重力式直立護(hù)岸2、衡重式直立護(hù)岸3、懸臂式直立護(hù)岸4、后仰式直立護(hù)岸交錯(cuò)淺灘的水流交錯(cuò)淺灘的水流交錯(cuò)淺灘交錯(cuò)淺灘壞灘壞灘圖圖3-29 3-29 交錯(cuò)淺灘整治交錯(cuò)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(zhǎng)江中游陸溪口水道園港凹岸崩塌長(zhǎng)江中游陸溪口水道園港凹岸崩塌 、保

10、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(kāi)始，經(jīng)過(guò)坍塌區(qū)到下一個(gè)不坍從河岸不崩塌處開(kāi)始，經(jīng)過(guò)坍塌區(qū)到下一個(gè)不坍塌處為止；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(zhǎng)江江津河段加筋擋土墻護(hù)岸長(zhǎng)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(shí)，可采用短丁壩護(hù)岸。河岸坍塌嚴(yán)重時(shí)，可采用短丁壩護(hù)岸。、筑壩導(dǎo)流，

11、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(guò)分寬闊，水流分散，枯水期航深不足，當(dāng)彎道過(guò)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(shí)，可考慮在彎道一水流挾沙力降低，大量泥沙淤積時(shí)，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(kāi)航槽、裁彎取直，新開(kāi)航槽圖圖3-47 3-47 長(zhǎng)江下荊江裁彎工程位置圖長(zhǎng)江下荊江裁彎工程位置圖 當(dāng)彎道演變成很長(zhǎng)的河環(huán)，不僅航

12、道彎曲，半徑太當(dāng)彎道演變成很長(zhǎng)的河環(huán)，不僅航道彎曲，半徑太小，出現(xiàn)淺灘，同時(shí)延長(zhǎng)了航道里程，排洪不暢，加大小，出現(xiàn)淺灘，同時(shí)延長(zhǎng)了航道里程，排洪不暢，加大洪水威脅。在此情況下，可考慮開(kāi)挖新河，裁彎取直。洪水威脅。在此情況下，可考慮開(kāi)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(huì)產(chǎn)生產(chǎn)的演變，對(duì)沿裁彎后上、下游河段會(huì)產(chǎn)生產(chǎn)的演變，對(duì)沿岸影響較大；岸影響較大； 整治設(shè)計(jì)內(nèi)容：整治設(shè)計(jì)內(nèi)容：方案比較，引河定線，相河斷

13、面設(shè)計(jì)，引河方案比較，引河定線，相河斷面設(shè)計(jì)，引河整治設(shè)計(jì)，河道演變及其估算等。整治設(shè)計(jì)，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3-36 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(xiǎn)的分類 1 1 急流灘：急流灘：2 2 險(xiǎn)灘：險(xiǎn)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(xiǎn)的整治水位石質(zhì)灘險(xiǎn)的整治水位 2.最兇水位 3.消灘水位開(kāi)始形成灘勢(shì)時(shí)的臨界水位。開(kāi)始形成灘勢(shì)時(shí)的臨界水位。灘勢(shì)形成后，水位繼續(xù)上漲或?yàn)﹦?shì)形成后，水位繼續(xù)上漲或繼續(xù)下降，灘情則由緩變兇

14、，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(shí)灘情消失的臨至某一水位時(shí)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(xiǎn)的整治 第一種整治方法： 擴(kuò)大泄水?dāng)嗝娣〝U(kuò)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(kāi)始，在該灘的成灘水位開(kāi)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

15、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(xiǎn)的整治石質(zhì)急流灘的整治 擴(kuò)大泄水?dāng)嗝娣ǎ簲U(kuò)大泄水?dāng)嗝娣ǎ?采用擴(kuò)大斷面和加大河采用擴(kuò)大斷面和加大河寬，寬， 則可增加過(guò)水面積，則可增加過(guò)水面積，同時(shí)相應(yīng)減小側(cè)向收束影響，同時(shí)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(kāi)挖整治線的確定開(kāi)挖整治線的確定切除岸邊凸嘴的開(kāi)挖線，叫作切除岸邊凸嘴的開(kāi)挖線，叫作開(kāi)挖整治線。開(kāi)挖整治線。 （原則：原則：因地制宜因地制宜和和順勢(shì)而為

16、）順勢(shì)而為）圖圖3-37 3-37 石質(zhì)灘險(xiǎn)的整治水位石質(zhì)灘險(xiǎn)的整治水位 沒(méi)有消灘水位，沒(méi)有消灘水位， 水愈漲則灘愈兇。水愈漲則灘愈兇?！霸爆F(xiàn)象?，F(xiàn)象。 將各個(gè)橫斷面的上口開(kāi)挖點(diǎn)與下口開(kāi)挖點(diǎn)投影到整治線的平面布置圖中，連接各上口開(kāi)挖點(diǎn)為上口開(kāi)挖線；連接各下口開(kāi)挖點(diǎn)為下口開(kāi)挖線。這兩條線表明各斷面上下開(kāi)挖位置，以便施工放樣使用。二 山區(qū)河流石質(zhì)灘險(xiǎn)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(duì)口灘為錯(cuò)口灘改對(duì)口灘為錯(cuò)口灘如圖所示，左凸嘴adc是與右凸嘴相對(duì)成對(duì)口灘，通過(guò)整治將左凸嘴消除adb部分成為bdc，改為錯(cuò)口灘。 錯(cuò)口長(zhǎng)度計(jì)算，須收集通錯(cuò)口長(zhǎng)度計(jì)算，須收集通過(guò)航道的船型

17、、隊(duì)型、船速、過(guò)航道的船型、隊(duì)型、船速、航向和河面寬度等資料。要航向和河面寬度等資料。要求算出的數(shù)值是最小值，提求算出的數(shù)值是最小值，提供作為設(shè)計(jì)參考。供作為設(shè)計(jì)參考。V0水流流速，水流流速，V靜水靜水航速，航速，上行靜水航速與上行靜水航速與水流流向夾角，水流流向夾角，Vx=Vsin，Vy=Vcos由于相對(duì)流速，用一橫向由于相對(duì)流速，用一橫向渡過(guò)河面寬度渡過(guò)河面寬度Bx的橫向航的橫向航速速Vx夾角為夾角為， LaBxtan錯(cuò)口灘最小錯(cuò)開(kāi)長(zhǎng)度：錯(cuò)口灘最小錯(cuò)開(kāi)長(zhǎng)度： LLaLbLc XYXYVVVVV0tan第三種整治方法：第三種整治方法：潛壩壅水減緩急流潛壩壅水減緩急流 修建橫跨河床的浴壩修建橫跨河床的浴壩( (在設(shè)計(jì)水位時(shí)，其頂上的水在設(shè)計(jì)水位時(shí)，其頂上的水深能滿足航深要求，成為潛沒(méi)狀態(tài)深能滿足航深要求，成為潛沒(méi)狀態(tài)) )，用以束狹河床泄，用以束狹河床泄水面積，塞高壩上游水位，減緩壩上游比降，而達(dá)到水面積，塞高壩上游水位，減緩壩上游比降，而達(dá)到降低壩上游流速。降低壩上游流速。此種措施，此種措施，主要是減緩陡坡急流灘壩上游的急流，主要是減緩陡坡急流灘壩上游的急流，對(duì)增加壩上游水深是有一定限度的。對(duì)增加壩上游水深是有一定限度的。第三種整治