2022年长沙理工大学年港航专业航道整治课程设计.dox.docx

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1、精选学习资料 - - - - - - - - - 目 录一、滩险概况 1 名师归纳总结 二、险滩成因及整治方案 2 第 1 页,共 13 页三、设计标精的确定和推算 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运算图 10 五、水力运算及结论 11 附图 3: .#丁坝断面冲於条件运算图 13 附图 4：.#丁坝断面图 14 附图 5: .#丁坝断面图 15 附图 6: .#丁坝断面图 16 六、施工建议和要求 18 七、工程量运算 19 附图 7：.#丁坝断面设计及工程量运算图 20 参考文献资料 21 - - - - - - -精选学习资料

2、 - - - - - - - - - 一、滩险概况该浅滩位于湘江湘钢邻近,河床属于沙质,河宽为600700m,一般枯水期水深较浅,阻碍航行；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、下深槽相互相持而不交叉,它的两侧具有较高的边滩；上、下深槽在平面上相互交叉,下深槽的上端倒套窄而深,边滩较低,横 向漫滩水流剧烈,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,严峻影响 航行,需要整治；二

3、、险滩成因及整治方案该浅滩形成的缘由是多方面的,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,挟沙才能减弱,形成淤积；横向 漫滩水流比较剧烈,浅滩脊宽浅,鞍凹不明显,浅滩冲於变化较大；依据浅滩成因可知,滩险形成的主要缘由是河面过宽,边滩低,故应针对这些因素实行相应的措施,制定整治方案如下：束窄河面,加高低边滩,使流速增大,形成对浅滩的冲刷；实行这些措施后,可使中 枯水位时,水流归槽早,冲刷时间增加；详细实施方案如下：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

4、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,到达冲刷目的,同时也满意 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、 设计标精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充裕水深,即H=T+ H m式中： H航道水深m T船舶吃水m H充裕水深取 m ,H=T+ H1+ d 按沙质河床浅滩考虑,触底安全充裕量d 船舶航行下沉量T H1=mH v 2船长 70船宽= 9.8=T H取 0.877 H1 0.877 5.562H =

5、 T + H1 + d = 1.62 + 0.046 + 0.4 = 2.07m名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页,共 13 页精选学习资料 - - - - - - - - - 就航道水深 H=II直线航道宽度：B=2b cos .+ 2Lsin .+ C1+2 C2采纳双向航道,式中： B航道宽度； b 船队宽度； L船队长度； 漂角；C1船队间的充裕宽度；C2船队与航道边缘间的充裕宽度；取 b=9.8m L=70m 由于湘江主要为级与级航道,按级至级航道的漂角选用 3按平原、丘陵地区航道估算式得：C1=0.7b +4 C2式中： b就： C1=0.7 9.8+4=10.86

6、m C2=0.2 9.8+1.2=3.16m 将式代入式得：B=2 9.8 cos 3+2 70 sin 3+10.86+2 3.16=44m（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,依据这些资料,采纳水位相关法确定浅滩设计水位,过程如下：项次浅滩 . .表 1 某年枯水期浅滩基本水位与基本水文站水位相关运算表.- - （ .- .-. 基站 . .（ . .- -. （ .- -. .- - 2 .（ . .- - 2 .1 31.35 32.28 0.30 0.13 0.20 第 3 页,共 13

7、 页2 31.61 32.67 0.66 0.56 0.61 3 8 33.12 3.53 1.44 2.26 4 32.61 33.22 3.28 1.69 2.35 5 32.27 33.05 2.16 1.28 1.66 6 31.84 32.81 1.08 0.79 0.93 7 31.75 32.58 0.90 0.44 0.63 8 31.29 32.38 0.24 0.21 0.23 名师归纳总结 - - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 9 31.15 32.21 0.12 0.08 0.10 10 30.92 32.11 0.01 0.04

8、0.02 11 30.85 32.00 0.00 0.01 0.00 12 30.82 31.95 0.00 0.00 0.00 13 30.78 31.88 0.00 0.00 0.00 14 30.70 31.84 0.01 0.01 0.01 15 30.64 31.81 0.03 0.01 0.02 16 30.55 31.80 0.06 0.01 0.03 17 30.53 31.76 0.07 0.03 0.04 18 30.44 31.70 0.13 0.05 0.08 19 30.37 31.58 0.18 0.12 0.15 20 30.32 31.56 0.23 0.13

9、0.17 21 30.30 31.54 0.25 0.14 0.19 22 30.27 31.50 0.28 0.18 0.22 23 30.20 31.44 0.36 0.23 0.29 24 30.18 31.40 0.38 0.27 0.32 25 30.10 31.34 0.49 0.34 0.41 26 29.42 30.82 1.90 1.21 1.52 27 29.39 30.80 1.99 1.25 1.58 28 29.35 30.76 2.10 1.35 1.68 29 30.42 31.63 0.14 0.08 0.11 总计893.10 925.54 20.92 12.

10、07 15.80 平均30.80 31.92 相关系数0.99 依据上表运算相关系数并检验,第一运算均方差：名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页,共 13 页精选学习资料 - - - - - - - - - x =（x i - n-1- 2 x = 20.92 29-1= 0.86 y =（yi - n-1- 2 y = 12.07 29-1= 0.66 然后运算相关系数：（x i - - （ yi - -y =（x i - - 2（yi - =- 2 y15.8020.92 12.07= 4-8 得0.01=0.4687. 显著水平检验：n=29,n-2=27 ；显著水平 取0

11、.01 ,查工程水文学教材表 0.01=0.4687 ,故 是显著的,可以进行相关分析运算,关系是亲密的；建立回来方程,第一运算回来系数：y 0.66 y/x= x 0.86= 0.76x/y= y x 0.86 0.66= 1.29建立 y 倚 x 的回来方程：y-. = Ry/x x-x）即得到水位相关方程为：y=0.76x+8.51 依据回来方程插补延长 y 系列得到水位相关图如以下图 1：图 1 基本站与浅滩水位相关图33.5033.0032.50位 水 站 本 基32.00系列 131.50线性 系列 131.0030.5029.0029.5030.0030.5031.0031.50

12、32.0032.5033.00浅滩水位名师归纳总结 由于上游基本水文站设计水位为30.40m,以 y=30.40 代入式得：第 5 页,共 13 页- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 30.40=0.76x+8.51 解得即得到浅滩 Z设再由浅滩设计水位推求整治水位；依据体会数值法,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依据该河段整治航道体会有a：0.8m1.5m 可取 a=1.0 ,就有： 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

13、：筛孔直径 mm表 2 泥沙筛分资料统计表%筛内泥沙重量g通过累积百分率7 0 0.00% 5 8.00% 3 12.00% 2 14.00% 1 21.00% 27.00% 45.00% 80.00% 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 d 65（三）浅滩成因分析：I 分析浅滩的组成、特性、成因在地势图上找出水深小于通航水深的区域,并圈之；从地势图所圈区域看出,该浅滩为正常浅滩；名师归纳总结 组成情形： 边滩与深槽相互对应分布,上、下深槽相互相持而不交叉,它的两侧具有较高的边滩；第 6 页,共 13 页-

14、 - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 鞍凹明显,且宽度较小,顺直,鞍凹水深较大,航槽位置稳固,浅滩的冲淤变化不大； 形状特点： 上、下深槽在平面上相互交叉,下深槽的上端倒套窄而深,边滩较低,横向漫滩水流剧烈,浅滩脊宽浅,鞍凹斜窄或无明显鞍凹,浅滩冲淤变化较大； 水流特点： 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； 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,挟沙才能减弱,形成淤积；横向漫滩水流比较剧烈,浅滩脊宽浅,鞍凹不明显,浅

15、滩冲於变化较大；II 确定整治措施依据浅滩成因,即是由于河面宽、边滩低而形成的,所以依据以上缘由确定整治方案：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；详细情形是：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,到达冲刷目的,同时也满意钢铁厂的取水要求；四、 整治建筑物的布置I 确定整治水位和整治线宽度在地势图上选用-断面,绘得该断面断面图如附图2；采纳“ 流速掌握法” 确定整治水位和整治线宽度：浅滩整治水位 Z2=29

16、.80m 浅滩设计水位 Z3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依据上游基本水文站低水位时水位流量相关方程：Q=504Z-15060m3/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,进行水流平面图的运算,并结合断面图可估算得：1 整治断面面积 A整= A i = 1391 名师归纳总结 整治水位时各流带垂线平均流速V2cp

17、 =Q2 A整=644.64=第 7 页,共 13 页831- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 整治断面平均水深 H整=A整 B=1391 680=1 整治断面起动流速 VC=6 d65 3 H1 6=6 （0.15 10-3）1 3 2.041 6= 就有：满意 V2cp VC2设计断面面积 A设= Ai = 730 设计水位时的垂线平均流速V3cp =Q3 A 设=261.60 730= m/s设计水位水面宽度B=372m 设计断面平均水深 H设 =A设 B=730 380=依据当地情形,可求得：1 起动流速 VC=6 d65 3 H1 6=6 （0

18、.15 10-3）1 3 1.921 6 =1 止动流速 VH d65 3 H1 6 （0.15 10-3）1 3 1.921 6 =就满意：设计水位下： VHV3cp VC即取整治线宽度 B2=380m 合理,依据运算值可取整数,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,如平面地势布置图所示；在上深槽, 整治线依靠主导河岸 右岸 ,在下深槽, 整治线依靠左岸主导河岸；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

19、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,为引导水流防止淤积,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 12 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；名师归纳总结 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,长为第 8 页,共 13 页50m

20、；在鱼嘴尾部处布置4#丁坝,坝长为90m；- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 五、 水力运算及结论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 15.3/.,点绘 3#、5#、2#、4#坝断面的图形,其中3#、5#坝断面为左汊掌握面, 2#、4#坝断面为右汊掌握断面；由于z 左z 右Q左K左.J左K左.z左e 左Q右K右.J右K右.z 右e 右各汊落差假设：各汊糙率n 左n 右各汊长度e 左e 右可推得：式中：K1Q 左KK左右.Q 总Q 右KK右右.Q 总左K左KK1K2Km；m5名师归纳总结 KiB iH3 i；第 9 页,共 13 页i

21、B 、H - 各掌握断面河面宽和平均水深； m-掌握断面个数,本设计取丁坝断面为掌握断面；Q 左,、Q 右,、Q 总,-各汊流量和总流量；1 左汊掌握断面：3#坝断面设计水位时： B3=380m H3=m 就K3 =B 3H5=380 1.0653 33同理 B5=380m H5=m 就K5 =B 5H5=380 1.455 3= 3 5- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 所以 K左=2K 3 + K5 = 418.76+705.88=2 右汊掌握断面：2#坝断面设计水位时： B2=54m H25 5就K 2= B 2H 2 3 =54 0.83 3同理

22、 B4=54m H4=m5 5就K 4= B 4H 4 3 =54 0.74 3= 所以 K右= 2K 2 + K4 = 39.58+32.69 = 就有 Q 左K 左 K 左K 右 . Q 总 = 562.32 261.6562.32+36.14= 245.8m 3/s K 右 36.14 261.6Q 右K 左 K 右 . Q 总 = 562.32+36.14= m 3/s 15m 3/s 因此依据设计要求,右汊分流量符合要求；名师归纳总结 II运算整治水位时丁坝断面流场第 10 页,共 13 页挑选 3#坝断面进行运算,假如ViVPi,就满意冲刷条件；其中：11VP6d3 65H6 CP

23、,冲刷流速沙莫夫公式式中,iV - 为第 i 流带平均流速；V Pi- 为第 i 流带床沙冲刷流速或大量泥沙起动流速；d65- 用浅滩床沙之d65；HCP- 整治前流带平均水深；整治水位时左汊航道Q整左=583.17m3/s 由流场运算表见附图3可得：K=Q 整左 3=bi hi583.17 628.69= 在航道范畴 44m以内,包含于5 号流带；- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 1 1 Vp5 =6 d65 3 Hcp5=6 （0.15 10-3）1 3 1.931 6 = 0.36 m/s所以 V5=Vp5满意冲刷要求；III 运算整治水位时 3

24、#丁坝断面平均流速 Vp 整要求 V CP 整 / V P 整 1 1. .1 3整治水位时, B3=380m A3=778 A3 778所以 H3 = B3= 380= 而Q整左 =583.17m3/s Q整左 583.17所以 Vcp 整= A3= 778= 1 1 1 1又由于 Vp 整 = 6d65 3 H3 6=6 （0.15 10-3 ）3 2.05 6= Vcp 整 0.75所以Vp 整 = 0.36= 明显比值过大,冲刷比较剧烈,说明整治线较窄,满意冲刷要求；IV 冲刷厚度估算依据体会公式运算式中,hK100PPh - 冲刷厚度；p - 床沙中不行冲走泥沙的百分数；名师归纳总结

25、 K - 系数,冲刷初期用0.25 ,冲刷后期用0.40 ；第 11 页,共 13 页对于 3#丁坝断面： Vcp 整=0.75m/sHcp 整 = 2.05m所以 d= （0.75）3=1 6 2.05 6由 d 查床沙粒径级配曲线得：P=17.5% 所以 h100-17.5= 1.179m17.5在冲刷h后, A=A3+ h B3 = 778 + 1.179 380 = 1226.06 Vcp 整=Q整左 A=583.17 1226.06= 0.48m/sHcp =A B3=1226.06= 3.23m380所以 d= （0.48）3= 2.849mm1 6 3.23 6- - - - -

26、 - -精选学习资料 - - - - - - - - - 查床沙粒径级配曲线得：P=%所以 h = 100-12.2 12.2= 1.799 m 1 2 1.179 + 1.799 = 1.489m1 h= 2 h+ h 所以冲刷成效良好,满意航深的要求,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,爱护坝根；II 坝根处理由于该河段是沙质基床,颗粒松散简单冲刷, 为了爱护坝根, 应把坝体嵌入河束内,岸边加护岸工程；III 整治成效估量大部分上游来沙淤积于坝田内,下边滩会被冲深,初期冲刷剧烈,可以使浅滩水位加

27、深,到达设计要求,解决碍航问题；七、工程量运算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=1 2h（4 + 3.5h）式中： h坝高II丁坝坝身设计1:100的坡比,为了防止丁坝在高水位时全部埋没于水中,而引起河床变化,将坝面设计成斜面,取但在接近岸的一端采纳1:50 的坡比；1:50. III坝头设计由于坝头处水流作用剧烈,且有绕流作用,故坝头宜做成圆滑曲线,向河坡坡度取IV 运算 .#丁坝的工程量见附图7由运算图可得：总工程量 =m3名师归纳总结 - - - - - - -第 12 页,共 13 页精选学习资料 - - - - - - - - - 参考文献名师归纳总结 1.程昌华、刘晓平. 航道工程学. 北京交通人民出版社2007 年第 13 页,共 13 页2.胡旭跃 . 航道整治 . 人民交通出版社,2022 年3.高大钊、袁聚云. 土质学与土力学. 人民交通出版社,4.JTJ312-2003 航道整治工程技术标准. 北京交通部发布- - - - - - -