航道工程学 第3章 航道整治工程

1、第一节 概述 第二节 整治线设计与布置 第三节 整治断面设计 第四节 主要整治建筑物的特性与作用 第五节 主要整治建筑物的结构 第六节 平原河流航道的整治工程 第七节 山区河流的航道整治,第四章 航道整治工程,第四节 主要整治建筑物的特性与作用,航道整治建筑物：整治航道的起束水、导流、导沙、固滩和护岸等作用的建筑物。,第四节 主要整治建筑物的特性与作用,航道整治建筑物的分类：,（1）按整治建筑物的牢固程度：,重型、轻型,（2）按整治建筑物的型式和功能：,丁坝、顺坝、锁坝、护岸、鱼嘴、潜坝等,（3）按整治建筑物的材料与构件：,石料、木料、梢料、混凝土、土工织布等,4.6 丁坝,坝根,坝身,作用,

2、部位,2. 丁坝,连接堤岸与坝体,阻挡水流,延伸堤岸,挑流, 改变水流方向,坝头,直线型,拐头型,抛物线型,最为常用，施工简单,导流平顺,导流能力较弱，主要起局部保护功能,（矶头）,2. 丁坝,按坝身形状：,坝顶高程在枯水位以下,坝顶高程高于设计洪水位,2. 丁坝,淹没式丁坝,按坝顶高程和水位的关系：,非淹没式丁坝,水流方向,上挑丁坝,正挑丁坝,下挑丁坝,2. 丁坝,按丁坝延伸方向：,直线型和拐头型丁坝,2. 丁坝,2. 丁坝,矶头,黄河公路桥附近的矶头,2. 丁坝,2. 丁坝,引航道上的在建丁坝,2. 丁坝,近海岸的已建丁坝,一、丁坝,（一）丁坝对河道水流和泥沙的影响,图3-15-1 丁坝前

3、后水流现象,1 非淹没丁坝和水流现象,1 收缩断面,2 扩散断面,3 回流区,图3-15-2 丁坝前后水流现象,一、丁坝,2 淹没丁坝和水流泥沙现象,图1 淹没丁坝水流泥沙运动情况,上挑丁坝,下挑丁坝,正挑丁坝,图2 丁坝轴线与水流夹角,螺旋流运动,（二）丁坝群的布置,（二）丁坝群的布置 1.错（对）口丁坝,图1 两岸丁坝的位置对水流影响,分别适用的河流：,莱茵河对口丁坝,（二）丁坝群的布置 2.阶梯式丁坝,图1 等高丁坝与阶梯丁坝,图2 阶梯式丁坝附近的水流运动,（二）丁坝群的布置 3.其他形式的丁坝,短丁坝,勾头丁坝,（二）丁坝群的布置 3.其他形式的丁坝,勾头丁坝,图3-21 DL与ho

4、hL的变化关系,图3-22 冲刷范围与DL的变化关系,二. 丁坝设计和布置,丁坝设计的主要问题：,2、丁坝群的平面布置（整治线），坝间距；,1、单丁坝的坝长，挑角，基础深度等；,水流方向,U,半理论半经验公式：,二. 丁坝设计和布置,实际丁坝块石护根,单丁坝,丁坝群,丁坝之间的 相互关系,（丁坝间距问题）,二. 丁坝设计和布置,二. 丁坝设计和布置,丁坝之间缺乏相互协同和保护,工作量大，工程浪费,丁坝间距过大,丁坝间距过密,二. 丁坝设计和布置,丁坝间距的设计需要满足两个条件：,LP丁坝的有效长度 一般取 LP=(2/3)L,上一个丁坝的水流扩散边界大致达到下一个丁坝的有效长度末端,下一个丁坝

5、的壅水正好达到上一个丁坝，保证两坝之没有严重冲刷,设计原则：共同分担，相互掩护,丁坝群坝间距LB的确定：,由图上几何关系可得:,4.5.4 丁坝的结构,图4-1 抛石丁坝,坝根,坝身,作用,部位,连接堤岸与坝体,阻挡水流,延伸堤岸,挑流, 改变水流方向,坝头,一 、丁坝组成部分,护底,防止淘刷,（一）坝体的结构形式,二 、丁坝的结构设计,（1）常规丁坝,（2）新型丁坝,抛石、砌石结构,石笼、填充袋填心混合结构,桩式结构,沉箱式结构,人工块体混合结构,半圆形混合结构,填充袋填心混合结构,（2）新型丁坝,桩式结构,（2）新型丁坝,桩式结构,（2）新型丁坝,沉箱式结构,（2）新型丁坝,人工块体混合结

6、构,（2）新型丁坝,半圆形混合结构,（1）抛石丁坝（横断面）,抛石丁坝结构示意图1,（二）丁坝坝体的构造,（2）抛石丁坝（坝顶纵坡）,抛石丁坝结构示意图2,（三）丁坝坝面的防护措施,（三）丁坝坝面的防护措施,（三）丁坝坝面的防护措施,抛石丁坝结构示意图3,（四）丁坝坝头处理,图1 护底排沉放,抛石丁坝（坝根）,抛石丁坝结构示意图4,（五）丁坝坝根的处理,4.6 顺坝,一、 顺坝的分类:,1、导流顺坝,2、洲头顺坝,3、洲尾顺坝,4、固滩顺坝,5、封弯顺坝,抛石顺坝,作用：1.调整急弯，规顺岸线，促使航槽稳定; 2.堵塞支汊和倒套、尖潭，调整分流分沙比; 3.拦截洲头横流，改善汊道进口流态； 4

7、.调整汇流处交汇角，改善汇流条件； 5 在丁坝上游改善丁坝坝头水流条件。,二、 顺坝的作用:,三、顺坝布置的一般原则 1.坝身一般靠近整治线，布置在凹岸或主导河岸一侧。2. 坝轴线与水流交角不宜过大。3.浅滩两岸不宜同时布置。4.平面形态应由平缓的曲线构成，坝根应与河岸平缓连接。5.坝头要求伸入下深槽，避免坝头附近出浅。6.为加速顺坝坝田淤积，可在顺坝与原河岸之间建格坝。,顺格坝组合运用,一、 锁坝的分类:,1、堵汊锁坝,2、导流锁坝,3、壅水锁坝,4.7 锁坝,锁坝是从一岸到另一岸横跨河槽及串沟的建筑物，又名“堵坝”。,目的：塞支强干,二、 锁坝的平面布置原则,1、锁坝的坝位,2、锁坝的方向

8、,3、锁坝数量的确定,锁坝的结构参考丁坝结构,第四节 主要整治建筑物的结构,（二）抛石顺坝,图3-31 顺坝,1、顺坝横断面:梯形 2、顺坝的纵坡：坡降的选择 3、顺坝坝根处理：不需局部加宽,第四节 主要整治建筑物的结构,（二）抛石锁坝,1、锁坝横断面:抗滑 2、锁坝护底：长度 3、锁坝坝根处理,图3-34 锁坝,第四节 主要整治建筑物的结构,（二）抛石锁坝,图3-34 坝根处理,3、锁坝坝根处理,(1)锁坝坝根上下游河岸应护坡，上游护坡长度可取1015m，下游坡长度通过水力计算确定，但不少于15m；护坡高出坝根顶部不小于1.0m;,航道整治工程技术规范规定：,(2)坝根若与沙卵石江心滩相连接

9、，则应在江心滩开槽，将坝根嵌入510 m，并进行防渗处理，坝根护坡范围宜参照上一项适当延长。,三 、锁坝稳定计算,上节回顾:,4.6 丁坝,（1）常规丁坝,（2）新型丁坝,抛石、砌石结构,石笼、填充袋填心混合结构,桩式结构,沉箱式结构,人工块体混合结构,半圆形混合结构,4.6 顺坝,一、 顺坝的分类:,1、导流顺坝,2、洲头顺坝,3、洲尾顺坝,4、固滩顺坝,5、封弯顺坝,锁坝的分类:,1、堵汊锁坝,2、导流锁坝,3、壅水锁坝,4.7 锁坝,锁坝是从一岸到另一岸横跨河槽及串沟的建筑物，又名“堵坝”。,目的：塞支强干,4、潜坝,潜坝是指在最枯水位时均潜没在水下而不碍航的建筑物，有潜丁坝、潜锁坝等。

10、,作用：壅高上游水位，调整比降，增加水深; 可以促淤赶沙;减小过水断面和消除不良流态.,莱茵河下游潜坝的应用,4.8 护岸结构(限制性航道),护岸工程作用,保护河岸；控制河势；稳定河槽,凹岸,长江荆江河段护岸工程,干砌石,葛洲坝黄柏河锚地护岸工程,浆砌石,一 斜坡式护岸分类,1 土质护坡和人工斜坡式护岸,2 连续护岸和间断护岸,土质护坡,二 设计标准,R- 设计风浪爬高 e -风壅增水 A -安全超高,三 土坡的设计,四 斜坡式人工护岸,人工护坡分段示意图,护坡上段,护坡下段,坡脚,斜坡式护岸的设计-护坡范围,一 斜坡式护岸的设计-结构组成,护脚,护面,封顶,反滤层,封顶,护脚,二 斜坡式护岸

11、的设计-结构类型和特征 1. 干砌块石斜坡式护岸,优缺点：,干砌块石斜坡式护岸,干砌块石斜坡式护岸,斜坡式护岸的设计-结构类型和特征 2. 浆砌块石斜坡式护岸,优缺点：,浆砌块石斜坡式护岸,斜坡式护岸的设计-结构类型和特征 3. 人工护面块体,斜坡式护岸的设计-结构类型和特征 4. 混凝土预制板块斜坡式护岸,斜坡式护岸的设计-结构类型和特征 5. 模袋混凝土斜坡式护岸,斜坡式护岸的设计-结构类型和特征 5. 模袋混凝土斜坡式护岸,斜坡式护岸的设计-结构类型和特征 6. 现浇混凝土大板斜坡式护岸,三、护面块体的稳定计算,1、护面层的抗滑稳定计算,2、坡面块石的稳定粒径和重量、厚度,（1）水流作用

12、下护面块石的粒径,（2）水流作用下抛石护面块石抗冲稳定粒径,（3）波浪作用下护面块石稳定粒径,（4）波浪作用下干砌石护面厚度,3、护底块石的稳定重量,最大波浪底流速作用下的护底块石的稳定重量：,由流速反求出重量。,4、坡面混凝土预制块稳定厚度,二 直立式护岸,1、一般重力式直立护岸,2、衡重式直立护岸,3、悬臂式直立护岸,4、后仰式直立护岸,1、一般重力式直立护岸,1、一般重力式直立护岸,2、衡重式直立护岸,3、悬臂式直立护岸,4、后仰式直立护岸,第五节 平原河流航道的整治工程,一 顺直河道的浅滩整治,按浅滩的外形和碍航情况，常将顺直段浅滩分为： （一）正常浅滩 （二）交错浅滩 （三）复式浅滩

13、 （四）散乱浅滩,一、顺直河道的浅滩整治,（一）正常浅滩,1多出现在曲率平缓的弯曲过渡段和河身较窄的顺直河段上。2.一般情况下，这类浅滩不碍航，可以算是好的浅滩。,图3-28-1 顺直河段上正常浅滩,（一）正常浅滩,3正常浅滩的整治 1）丁坝固定边滩，加高上下游边滩高程; 2）如果边滩已较高，可以采用护面固滩。,图3-28-2 顺直河段上正常浅滩,一、顺直河道的浅滩整治,（二）交错浅滩,常出现在河宽较大、边滩比较发育的顺直河段上或曲率大、过渡段很短的弯曲河段上。 特点： 1上下深槽相互交错，下深槽的上端常形成窄而深的倒套； 2横向漫滩水流比较强烈，浅滩脊宽浅，冲淤变化较大;,交错浅滩的水流,交

14、错浅滩,坏滩,一、顺直河道的浅滩整治,（二）交错浅滩,图3-29 交错浅滩整治,3.常采用堵塞倒套的整治措施,1）丁坝堵塞倒套； 2）导流坝堵塞倒套； 3）固定、抬高下边滩。,整治措施：消除横向水流，固定、抬高下边滩；,一、顺直河道的浅滩整治,（三）复式浅滩,1.复式浅滩是由两个或两个以上的浅滩所组成。 2.复式浅滩整治： 1）固定和提高边滩高程 2）切割中间边滩,图3-39 固定和提高边滩高程,图3-40 切割中间边滩,一、顺直河道的浅滩整治,（四）散乱浅滩,1.主要特点 河床宽浅，沙体散乱；没有明显的边滩和深槽，沙体位置随水位变化而频繁变动，很不稳定，航道弯曲。 2. 散乱浅滩整治 通过丁

15、坝等整治建筑物，将散乱的沙体联结和促淤成边滩，以固定河势，引导水流集中冲刷航槽。,图3-41 散乱浅滩的整治,一、顺直河道的浅滩整治,第五节 平原河流航道的整治工程,二、弯曲航道整治,(一)弯道演变的规律 凹岸崩退，凸岸淤长，弯顶纵向蠕动，发生撇弯，切滩和裁弯取直。,第五节 平原河流航道的整治工程,二、弯曲航道整治,图3-42 弯道河段分区示意,对航运的影响 1.弯曲半径太小或航宽不足；2.在弯道上游枯水其可能出 浅碍航； 3.河弯的发展，使航程加长。,第五节 平原河流航道的整治工程,二、 弯曲航道整治,3-43 长江中游陆溪口水道园港凹岸崩塌,（二）碍航弯曲航道的整治措施 、保护凹岸，防止弯

16、道恶化,（）平顺护岸 护岸的部位及范围： 从河岸不崩塌处开始，经过坍塌区到下一个不坍塌处为止； 顶冲弯异区和常年贴流区崩塌最多。,图3-44 长江江津河段加筋挡土墙护岸,二、 弯曲航道整治,（）短丁坝护岸,图3-45 黄河河道护岸,当弯道凹岸线不平顺，水流比较紊乱，局部地方河岸坍塌严重时，可采用短丁坝护岸。,、筑坝导流，调整岸线,a) 整治前地形 b) 整治后河道图3-46 广西某弯道整治前后变化图,当弯道过分宽阔，水流分散，枯水期航深不足，水流挟沙力降低，大量泥沙淤积时，可考虑在弯道一侧或两侧筑丁坝，束窄河床使水流归槽，增加航深，稳定航槽。,、裁弯取直，新开航槽,图3-47 长江下荆江裁弯工

17、程位置图,当弯道演变成很长的河环，不仅航道弯曲，半径太小，出现浅滩，同时延长了航道里程，排洪不畅，加大洪水威胁。在此情况下，可考虑开挖新河，裁弯取直。,裁弯后，可以缩减航道里程，裁除位于河环上的浅滩； 增加排洪能力，减小洪水威胁； 裁弯工程耗资较大； 裁弯后上、下游河段会产生产的演变，对沿岸影响较大； 整治设计内容：方案比较，引河定线，相河断面设计，引河整治设计，河道演变及其估算等。,裁弯工程：,第五节 平原河流航道的整治工程,三、分汊航道的整治,1.汊道的特点：水流分股；泥沙淤积； 影响汊道演变的主要影响因素：分流比，分沙比 汊道的演变规律,近期发生冲刷或较稳定的汊道为发展的汊道； 汊道的来

18、沙量小于输沙能力的汊道为发展的汊道； 汉道口门处，底沙进入较少的汊道为发展的汊道； 汊道进口分流比大于分沙比的为发展的汊道； 新生的汊道往往为发展的汊道； 选择的通航汊道其水流应顺畅； 选择中、洪水主流通过的汊道；,（一）通航汊道的选择,（二）汊道的整治方法,1、稳定汊道 （1）保护节点附近河床 （2）稳定汊道进口段边界 （3）控制江心洲的洲头与洲尾 （4）保护河弯,图3-35 稳定汊道示意图,汊道的整治实例,2、改善汊道 （1）汊道进口处浅滩 （2）汊道中部浅滩 （3）汉道出口处浅滩,图3-36 汊道进口和中部出浅,、堵塞支汊 、弃劣图优，另辟新槽,锁坝堵塞支汊,是否修建锁坝的条件:,设总流

19、量为Q0，通航汊道的流量QH，通航汊道设计流量Q1，存在以下三种情况：,Q1QHQ0 ：自然流量满足通航要求，航道出浅是上游高水位来沙淤积所致，此时只需要减少上游来沙，不建锁坝；,QHQ1Q0 ：需建锁坝，以增加主汊流量，此时仍有Q0-Q1流量从锁坝溢流，通过水力计算锁坝高程；,QHQ0Q1 ：需建锁坝，坝顶高出设计水位，同时在通航汊道需进行整治才能满足要求；,练 习 题,1说明上挑、下挑丁坝的水流现象？比较其冲淤特点。 2对口丁坝和错口丁坝布置的水流特点及适用条件。 3.交错浅滩的水流运动特点？ 4.碍航弯曲航道的整治措施？,思考题,5非淹没丁坝和淹没丁坝的水流各有何特点？ 6绘图说明上挑、

20、下挑丁坝的水流现象？比较其冲淤特点。 7对口丁坝和错口丁坝布置的水流特点及适用条件，确定丁坝间距原则有哪些，如何理解等高式丁坝系统的含义。 8顺坝的作用和布置原则是什么？,第七节 山区河流的航道整治,1.河床地质特征 （1）石质河床：河床变形主要是水流长期的下切或侵蚀；十分稳定，但受滑坡、山崩等外因素引起的局部河段变形频繁。 （2）卵石质河床：河床质由卵石和砂砾组成的较厚的覆盖层。 （3）沙质河床：常出现在支流河口段。,一、山区河流的主要特征,2.河谷地形特征 山区河流峡谷段和宽谷段相间出现，水深分布不均匀，沿程变化大。 岸线不规则，河面突宽突窄，常有石盘、石梁或群礁林立，形成卡口、窄槽；多急

21、弯河道。,一、山区河流的主要特征,3.水文特征 （1）水位、流量特征：水位暴涨暴落、流量变幅大。 （2）比降特征：纵坡比降陡，且沿程不均匀，平均比降0.3% 1.3%; （3）流速特征：滩上流速一般大于2m/s 3m/s； （4）泥沙特征：悬沙常不饱和，卵石推移质普遍存在；,一、山区河流的主要特征,4.碍航流态 （1）回流（又叫罗盘水，倒流水）回流与主流的交界带，流速很小，机动船可利用此缓流上行。 （2）漩水（漩涡，竖轴下漩水）：漏斗状竖轴环流中心有明显凹陷，每个漩水有加剧、消失的过程，平面位置产生移动; 危害：航船卷入漩水，偏离航行，失去控制；,一、山区河流的主要特征,漩水 示意图,第六节

22、山区河流的航道整治,4.碍航流态 （3）泡水（圆柱状上涌水流）： 危害：使航船偏离航向或倾覆；,一、山区河流的主要特征,（4）横流（斜流）：与航线夹角较大的水 流均可视为横流； 突嘴、交错浅滩倒套吸流常产生横流；,（5）滑梁水 航道附近水下纵向石梁上的横溢水流（属横流）。 危害：航船易被横向溢流水吸引侧移，滑出航道而出险。,（6）扫弯水 主流指向并紧贴凹岸而形成的流态，与航向始终保持很大交角属横流。,（7）剪刀水 被两岸相对突出物挑引得两股水流，逐渐向下游收缩成一束，似剪刀状。,（8）跌水 （9）激浪,（8）跌水 （9）激浪,（二） 滩险的分类,1 急流滩：,流急坡陡， 上行困难；,2 险滩：

23、,流态险恶， 航行困难；,3 浅滩：,丘陵河段， 水深不足；,图3-36-1 急流滩,图3-36-2 急流险滩,图3-36-3 礁石险滩,（二）特征水位 1.成滩水位,图3-37 石质滩险的整治水位,2.最凶水位,3.消滩水位,开始形成滩势时的临界水位。,滩势形成后，水位继续上涨或继续下降，滩情则由缓变凶，即碍航最严重的临界水位。,最凶水位后，滩情则随水位的继续升高或下降逐渐减弱，至某一水位时滩情消失的临界水位。（漂滩水位）,二 山区河流石质滩险的整治,第一种整治方法： 扩大泄水断面法,石质急流滩的整治,产生原因： 在该滩的成滩水位开始，泄水面积增加率不适应流量增加率，这种约束水流现象，造成在

24、滩口段产生陡比降和急流。,急流滩的碍航因素： 急流、局部陡比降；,图3-38 赤水河葫市急流滩,图3-38 石质急流滩示意图,二 山区河流石质滩险的整治,石质急流滩的整治,扩大泄水断面法： 采用扩大断面和加大河宽， 则可增加过水面积，同时相应减小侧向收束影响，使滩口流速降低和局部陡比降变缓。,1开挖整治线的确定,结合上下游河势进行布置,并用较平顺的开挖曲线连接,使滩口最小泄水断面获得最大的有效宽度与泄水面积。 使开挖后的滩段水流能平顺通过，并有改善，达到便利航行。 以加大泄水为主时，开挖整治线应布置在主流所偏靠的岸边。 以开辟缓流航槽为主时，则开挖整治线应布置在缓流所偏靠的岸边。 在对口滩改为

25、错口滩时，则布置上口凸嘴的开挖线应多切其凸嘴的下游部分，而下口凸嘴开挖线应多切其凸嘴上游部分。 对于枯水急流滩，应按枯水位的河势和流向来布置开挖整治线。 对于中洪水急流滩，应按最凶水位的河势和流向来布置开挖整治线。,1.开挖整治线的确定,切除岸边凸嘴的开挖线，叫作开挖整治线。 （原则：因地制宜和顺势而为）,凸线型 凹线型 直线型,2.开挖整治线的线形：以适合整治岸的岸线为准,在中洪水急流滩，取滩的最凶水位为其整治线高程； 在枯水急流滩，取滩的设计水位为整治线高程。,3.开挖整治线高程,图3-37 石质滩险的整治水位,5.开挖横断面,4.开挖整治线的纵坡度,要求：必须使开挖后泄水面积能适应其通过

26、流量，以达到降低沉速，减缓陡比降，从而解决滩势，便利航行。,按该滩经过整治后，在整治线高程时的水面比降(预计的)而定。若开挖整治线较短。可考虑为水平线。,图3-41 中洪水急流滩开挖横断面示意图,5.开挖横断面,一般采用单式梯形断面，在复杂急流滩中，也可使用复式梯形断面。,（1）中洪水急流滩开挖横断面,图3-42 枯急流滩开挖横断面示意图,5.开挖横断面,（2）枯水急流滩开挖横断面,图3-43 “U”型河谷洪水急流滩开挖断面,5.开挖横断面,（3） “U”型河谷洪水急流滩开挖断面设计,没有消滩水位， 水愈涨则滩愈凶。“扎水”现象。,6.开挖整治线的上下口开挖线,将各个横断面的上口开挖点与下口开挖点投影到整治线的平面布置图中，连接各上口开挖点为上口开挖线；连接各下口开挖点为下口开挖线。这两条线表明各断面上下开挖位置，以便施工放样使用。,二 山区河流石质滩险的整治,石质急流滩的整治,第二种整治方法： 改对口滩为错口滩,如图所示，左凸嘴adc是与右凸嘴相对成对口滩，通过整治将左凸嘴消除adb部分成为bdc，改为错口滩。,图3-44 对口改错口示意图,错口长度计算，须收集通过航道的船型、队型、船速、航向和河面宽度等资料。要求算出的数值是最小值，提供作为设计参考。,错口长度