第四章航道整治工程

第四章航道整治工程主要讲解内容第一节概述第二节整治断面设计第三节整治线平面布置第四节整治工程第五节整治工程水力计算第一节概述航道整治：在水流条件复杂或航行困难的河段，为使船舶能安全航行所采取的改善航道工程措施。一中、洪水综合整治整治工程措施：稳定河势、固定岸线、束水工程等。二枯水航道整治（我国许多河流基本采用这种整治方法）整治主要对象：最低通航水位时，出浅碍航的河段。整治工程措施：采用丁、顺坝束水整治。第二节整治断面设计整治断面设计，包括设计水位、整治水位、整治线宽度。一设计水位1.最高、最低通航水位最低通航水位是航道标准水深的起算水位，是航道整治的依据。最高通航水位是设计代表船型正常航行的最高水位，也是确定跨河建筑物净高的起算水位。2.基本水文站二.天然河流最低通航水位的推求1.保证率频率法常用于一至四级航道2.综合历时曲线法常用于五至七级航道三浅滩设计水位的确定方法1.水位相关法2.比降插入法3.瞬时水位法四天然河流最高通航水位的确定方法1.流量频率法2.历时频率法五特殊河道设计水位六关于设计水位的调整1.工程影响问题2.上下游协调问题七整治水位整治水位是指整治工程对滩险的航行条件有显著改善的水位。平原、山区河流浅滩整治水位的确定常采用以下两类：1.经验方法在浅滩资料不足时采用2.造床流量法a按流量比降频率乘积方法推求b按输沙能力公式推求3.整治水位的调整八整治线宽度整治线宽度是指整治水位时设计新河槽的河面宽度。整治线宽度宜适宜，过宽，则束水效果差，冲刷能力弱；过窄，则产生局部冲刷，引起下游河段的淤积，或流速过大使航行条件恶化。整治线及其宽度示意图整治线宽度确定的方法1.经验方法2.理论计算方法a水力学计算方法b输沙平衡方法3.流速控制方法67.1112tHBB第三节整治线平面布置某浅滩整治线平面布置一整治线布置原则1.整治线必须依托主导河岸整治线的起点和终点应以稳定深槽的主导河岸为依托。稳定深槽：符合航行要求和历年来变化不大的深槽，一般靠近凹岸。2.整治线与水流方向夹角要小3.整治线宜通过浅滩上最大流速区4.全面考虑两岸工农业需要和防洪要求示意图示意图示意图1)、在两岸有取排水口、港口等建筑物时，整治线布置是应防止淤塞。2)、考虑对防护大堤的影响，弯顶不宜太靠近提防。长江口深水航道治理示意图1．整治线平面尺寸的确定二、整治线的平面形态弯曲半径R：一般取R=(4~6)B2切除凸角时取R=(2~3)B2直线段长度L：一般取L=(1~3)B2冲积性河道总是弯曲，常由两反向河弯组成，规划布置时参照优良河段选择R和L。2．整治线平面设计步骤在上、下深槽确定主导河岸，绘枯水水流动力轴线，越过转向的起讫点，沿主导河岸做圆弧线，根据B2平行绘出对岸的圆弧线，在过渡段以直线联接上、下圆弧线，检验直线段长度Ｌ，否则调整R使其满足要求。三、整治线的控制工程澜沧江曼厅大沙坝航道整治工程平面布置图常采用平面控制整治线的整治建筑物：丁坝、顺坝、锁坝、洲头分流坝、洲尾导流坝及护岸等。三整治线的控制工程1.丁坝丁坝是坝根与河岸相连，坝头伸至整治线，在平面上与岸线构成丁字形的横向整治建筑物。作用：束窄河床、导水归槽、调整流向、改变流速、冲刷浅滩、导引泥沙等。2.顺坝顺坝是一种坝轴线与水流方向平行或成一锐角、顺向布置的整治建筑物。作用：导流（主要），具有束水归槽、改变水沙流向、增大航道流速等。丁坝示意图顺坝布置示意图3.锁坝锁坝是一种拦断河流汊道的水工建筑物，又称堵坝。作用：塞支强干，增加主汊的流量或抬高河段水位，以增强主汊的输沙能力。4.洲头分流坝是一种建筑在汊道洲头的分流建筑物。作用：保护江心洲，维护河势的稳定，调节通航汊道的流量，改善船舶通航条件。5.护岸护岸是保护岸坡，防止波浪、水流侵蚀的工程。锁坝布置示意图洲头分流坝示意图丁坝的作用（1）未淹没时束窄河槽，提高流速冲刷浅滩；（2）淹没后造成环流，横向导沙，调整分汊河道的分流比，淤高河滩，保护河岸或海塘；（3）控制分流挑出主流以防顶冲河岸和堤防等。一、丁坝1、按丁坝轴线与水流方向的交角分丁坝轴线与水流交角a)上挑丁坝b)正挑丁坝c)下挑丁坝（一）丁坝的分类按平面形状分普通丁坝：勾头丁坝：Ｄ0.4L丁顺坝：Ｄ0.4L勾头丁坝与普通丁坝相比：①坝头流速可减少20％左右②勾长比的增加减少了坝头最大的冲刷坑深度③勾长比增加坝后冲刷范围减少2、勾头丁坝3、按对水流的影响程度分：长丁坝(L＞B/3)、短丁坝三峡变动回水区上洛碛滩4、按透水性能分：透水丁坝、不透水丁坝丁坝前后水流现象丁坝1、非淹没丁坝和水流现象（二）丁坝对河道水流和泥沙的影响2、淹没丁坝的水流泥沙现象淹没丁坝水流泥沙运动情况1、丁坝的使用特点（三）丁坝的使用条件（1）挑流作用强，对航槽的冲刷有利；（2）丁坝长度便于调整；（3）坝址水深一般较浅、工程量较小（4）坝头附近水流紊乱（5）坝头附近，导致河床冲刷，坝头下游形成冲刷坑。（6）采用丁坝整治后，枯水新岸线发展较缓慢，要待坝田淤满后，才能最后形成。2、丁坝在平原河流整治中的使用（1）多用于加高或固定边滩，延长水流对浅滩的冲刷时间，或与疏浚相结合，减小挖槽回淤量，保持航道稳定性；（2）有时也可用短丁坝群护岸，防止岸坡崩塌。（四）丁坝群的布置（1）确定丁坝间距的原则使下一条丁坝壅水范围达到上一条丁坝的坝头避免坝头较大的水面跌落，同时使水流绕过坝头后形成的扩散水流流线能达到下一个丁坝的有效长度范围内。避免坝根冲刷，丁坝作用的连续性。有足以控制整治线的点，各坝后回水区边线的连线组成平顺的整治线。不致因间距过大，影响来水攻沙。防止坝田中产生较大的流速，影响坝田淤积。（2）由回流区确定丁坝间距1、丁坝群的间距（3）经验方法：我国常采用上一条丁坝在过水断面的有效投影长度L来确定。表2-1丁坝间距所处位置凸岸凹岸顺直段一般丁坝(1.5～3.0)L(1.0～2.0)L(1.2～2.5)L护岸丁坝(0.8～2.0)L整治线方向与洪水方向夹角较大时，间距可适当缩小顺坝内侧格坝间距可参照凸岸丁坝间距处理。1、丁坝群的间距（四）丁坝群的布置2．错（对）口丁坝布置（四）丁坝群的布置3．阶梯式丁坝布置图2-21等高丁坝与阶梯丁坝正面图图2-22阶梯式丁坝系统附近的水流运动3．阶梯式丁坝布置（四）丁坝群的布置坝田淤积效果较好（五）、丁坝（顺坝及锁坝）的组成丁坝、顺坝由护底、坝体、坝面、坝头、坝根组成。（五）、丁坝（顺坝及锁坝）的组成锁坝没有坝头、有两处坝根1、护底护底是坝的基础，一般采用柴排或土工织物软体排结构，要求能紧贴河床底部，防止基础冲刷。在不易冲刷的河床上筑丁坝或顺坝，也可以不护底。（五）、丁坝（顺坝及锁坝）的组成坝体是坝的主要结构，除了采用抛填块石外，近年来土工织物充填袋、模袋混凝土及混凝土构件也得到不同程度的推广应用。2、坝体3、坝面坝面在整治水位上、下最容易受流木、流冰及其他漂浮物的撞击而损坏。因此，在流速较大的河流及有流木、流冰的河流，坝面都应采取特别的防护措施。3、坝面在流速较大的河流及有流木、流冰的河流，坝面都应采取特别的防护措施。铜鼓滩丁顺坝及坝头安放的扭王字块4、坝头坝头是丁坝、顺坝伸入江中的最前沿，受水流冲击力最大的部位。特别是丁坝坝头，根据航道整治工程技术规范的规定，在坝头一定范围内，坝体应加宽，并且在坝头部位不宜采用沙袋填心坝。5、坝根坝根是指坝体与河岸或洲滩的连接部位，当水位淹过坝顶以后，在坝根的上、下游会形成回流及螺旋流。如果河岸或洲滩不具备很强的抗冲刷性，在连接处容易被水流淘刷，使得坝体与岸坡分离。因此，对坝根的处理要特别重视。（六）、丁坝（顺坝及锁坝）的结构设计结构设计:确定各部分尺寸、组成材料。1、抛石坝粒径尺寸2、断面尺寸2、断面尺寸坝头向河坡、坝身纵坡、坝根纵坡潜坝一般为平坡。3、坝基、坝头、坝根、坝面的处理二、顺坝1、定义坝轴线沿水流方向或与水流交角很小的建筑物。2、作用（1）调整急弯、归顺岸线、平顺水流、改善流态（2）堵塞倒套、尖潭（3）堵塞支汊、上口调整分流角，下口调整交汇角（4）束窄河床。•普通顺坝•丁顺坝•洲尾顺坝示意图3．顺坝布置原则：（1）顺坝上身常靠近整治线，布置在凹岸或主导河岸一侧（2）顺坝走向与整治线大体一致，按需要做成直接或平缓曲线，坝头伸入或接近下深槽，并保持水流平顺。顺坝与水流交角不宜过大，洪、中、枯不一致，顺坝与中水方向一致，以免中水位漫顶产生“滑梁水”。3．顺坝布置原则：（3）以拦截横流为主的洲头、洲尾顺坝宜沿洲脊线布置，与江心州地形平顺衔接。（4）两岸不宜同时布置顺坝，否则，施工后整治线宽度不合适，无法改正。（5）坝头延伸至下深潭，避免水流突然扩散形成口门浅段；坝根布置在主流转向点上游。三、锁坝（堵坝）作用：塞支强干坝顶高程：取决于设计水位下通航汊道需要的流量。位置：进口、中部、出口长江中游界牌河段抛石坝体施工作用：①壅高上游水位、调整比降、增加航深②促淤赶沙，减小过水面积、消除不良流态。设计最低通航水位潜坝四、潜坝四、潜坝龙门镇甄炳碛鲤鱼碛长江213.3201.743185185553185185.5大竹林龙门石小滩子称杆碛丁家沱潜坝航道319035190岛尾坝17.710作用(1)控制河势：稳定水流动力轴线，不使河床边界任意变化。(2)抑制崩岸：防止水流淘刷和波浪冲蚀，防止泥沙坍落河中(3)防止主流顶冲：尤其洪水顶冲处，配合丁坝，矶头挑流保证堤防。五、护岸布置原则（1）根据水流动力轴线变化情况，预测崩岸的趋向，主动防护；（2）全线规划、重点保证、守点顾线、相互依托；（3）护脚为先，先水下后水上，先护脚后护坡，形成整体守护。影响护岸工程稳定的因素河势变迁、主流顶冲点的变化、边坡地下水、地表水、风浪及船行波。五、护岸护岸型式：黄河矶头护岸长江界牌水道沉排护底沙袋围堰护岸六、鱼嘴与洲头分流坝2.本图采用1956年黄海高程系；1.本图根据长江航道规划设计研究院勘测处2001年3月1:10000地形图绘制；3.本图平面比尺为1:25000。25.020.0W2W765W18.010.013.020.0蔡家墩25.9W4W5W6H306724.8红庙说明：7169y11G3y5G2G1S2S18.010.013.024.610.0牛头埠y6y7y8y9y10N吴王庙X3y21H44y15y14y13X1X2G6G5y20H43H42H41H40H39H38H37H36H35H34H33H31H32G426.616.016.020.013.010.03.08.010.0W3y2y1y4y12y3y25y24y23y22H45H4622.03.0陆溪口刘家墩直港新洲y1613.03.08.010.013.010.024.320.022.03.03.0中港26.60973113.0-5.00.013.010.08.028.51513宝塔洲-5.013.029.31保护江心洲头，维护河势的稳定；2调节汊道分流、分沙比。陆溪口水道洲头分流坝浅滩上的设计水位推求：先推求与该滩有直接关系的水文站的设计水位，再相关到浅滩上。浅滩上的设计水位推求方法１）浅滩临时水尺设计最低通航水位推求方法水位相关法水位相关图返回比降插入法比降均匀插入法比降均匀插入法示意图比降不均匀插入法示意图比降不均匀插入法返回瞬时水位法：观测一段时间的水位，算出浅滩与基本站同时的落差关系，即可求出浅滩设计水位。niilislsZZnZZ1)(1返回返回整治线必须依托主导河岸洪水流与枯水河槽大致吻合，整治线位置满足洪枯水流向相适应的要求。洪水流向与枯水河槽方向夹角较大时，整治线布置偏向凸岸，在凹岸处布置建筑物，以消除下游深槽沱口影响。洪枯水流向夹角相当大，整治线布置从上游凹岸深槽转向凸岸后再与下深槽凹岸联接，将整治线设计成反弯，增加环流。返回整治线应通过浅滩上最大流速区vB返回返回顺坝布置图返回洲头锁坝汊道中段锁坝洲尾锁坝返回洲头分流坝示意图返回