海港航道設(shè)計(jì)

1、海港航道設(shè)計(jì)注冊(cè)土木工程師（港口與航道專業(yè)）執(zhí)業(yè)資格考試輔導(dǎo)注冊(cè)土木工程師（港口與航道專業(yè)）執(zhí)業(yè)資格考試輔導(dǎo)海港航道設(shè)計(jì)1.掌握航道選線的原則及要求，提出并綜合分析、比掌握航道選線的原則及要求，提出并綜合分析、比選各選線方案，找出推薦方案；選各選線方案，找出推薦方案；2.掌握航道設(shè)計(jì)中各項(xiàng)尺度的計(jì)算和影響因素；掌握航道設(shè)計(jì)中各項(xiàng)尺度的計(jì)算和影響因素；3.掌握海港航道乘潮水位確定的方法；掌握海港航道乘潮水位確定的方法；4.熟悉航道泥沙淤積和沖刷的計(jì)算方法；熟悉航道泥沙淤積和沖刷的計(jì)算方法；5.掌握疏浚土分類、開挖尺度、拋泥區(qū)的選擇和挖方掌握疏浚土分類、開挖尺度、拋泥區(qū)的選擇和挖方量計(jì)算原則。量計(jì)

2、算原則。海港航道設(shè)計(jì)概述概述第一章第一章 航道選線航道選線第二章第二章 航道寬度航道寬度第三章第三章 航道水深航道水深第四章第四章 轉(zhuǎn)彎航道設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)彎航道設(shè)計(jì)第五章第五章 航道邊坡設(shè)計(jì)航道邊坡設(shè)計(jì)第六章第六章 超寬和超深計(jì)算超寬和超深計(jì)算第七章第七章 疏浚土的處理疏浚土的處理海港航道設(shè)計(jì)隨著國際貿(mào)易貨運(yùn)量增長，為降低貨物運(yùn)輸?shù)某杀荆鞣N船舶尺度迅速增加。因此，為船舶進(jìn)出港口提供有效而安全的航行通道，已成為海港建設(shè)和疏浚工程的關(guān)鍵問題。尤其是近40年來，疏浚技術(shù)的進(jìn)步，港口運(yùn)量急劇增加，世界范圍的原油、煤炭、礦石和集裝箱運(yùn)輸?shù)难杆侔l(fā)展，促使一些營運(yùn)了幾十年甚至上百年的老港，為接納大型或超大型船舶，

3、加大港口的通過能力，不得不重新規(guī)劃和浚深拓寬航道。我國一些新建海港和河口港，由于地質(zhì)、潮汐、風(fēng)浪流和泥沙回淤的影響，其航道設(shè)計(jì)是港口建設(shè)中一項(xiàng)重要的研究課題。作為一個(gè)單獨(dú)航道項(xiàng)目研究通常有如下幾個(gè)方面：海港航道設(shè)計(jì)（1）使用該航道的港口泊位情況：泊位數(shù)、泊位噸級(jí)、最大泊位噸級(jí)、規(guī)劃建設(shè)情況等；（2）調(diào)查港口腹地的經(jīng)濟(jì)資源及近期、中期、遠(yuǎn)期發(fā)展?fàn)顩r，調(diào)查港口貨源、貨種、流向和不同發(fā)展時(shí)期的貨運(yùn)量，以此論證船舶運(yùn)輸和合理性和航道建設(shè)規(guī)模；（3）調(diào)查通航船舶的有關(guān)資料，包括兩年來進(jìn)港船型統(tǒng)計(jì)及增長率；來港船舶不平衡系數(shù)；最大船型主尺度；不同專用船、特別是LPG，LNG及其它危險(xiǎn)品船來港情況，經(jīng)濟(jì)船型

4、論證及設(shè)計(jì)船型的發(fā)展趨勢(shì)；（4）分析計(jì)算建設(shè)該航道所產(chǎn)生的效益。海港航道設(shè)計(jì)通常航道的一端是由港口的位置決定的，當(dāng)進(jìn)出港口的水域水深滿足船舶航行的水深要求時(shí)，航道選線將不受疏浚工程費(fèi)的限制，僅考慮風(fēng)、流、浪、導(dǎo)助航設(shè)施布設(shè)等因素，而當(dāng)進(jìn)出港水域水深不能滿足船舶航行時(shí)，還需考慮疏浚工程量、施工、維護(hù)等因素。選擇進(jìn)港航道最佳方位是港口總體規(guī)劃、可行性研究和總平面布置中的一項(xiàng)重要工作。因此，航道選線要貫徹操船安全、挖方量少、施工期短、疏浚維護(hù)方便和投資省等技術(shù)經(jīng)濟(jì)合理原則。海港航道設(shè)計(jì)為了有助于航道設(shè)計(jì)者掌握選線方法，建議有關(guān)選線設(shè)計(jì)的布置原則和要求如下：一、充分了解及分析地質(zhì)地貌及泥沙條件一、充分

5、了解及分析地質(zhì)地貌及泥沙條件 二、論證航行安全二、論證航行安全 三、分析研究水文氣象條件三、分析研究水文氣象條件 四、河口航道選線原則四、河口航道選線原則海港航道設(shè)計(jì)一、確定航道寬度的方法一、確定航道寬度的方法 二、單雙航道的確定二、單雙航道的確定 三、航道寬度計(jì)算三、航道寬度計(jì)算 海港航道設(shè)計(jì)一、確定航道寬度的方法一、確定航道寬度的方法1、實(shí)船觀測(cè)方法 2、船舶模擬試驗(yàn) 3、操船模擬裝置試驗(yàn)4、數(shù)學(xué)模擬計(jì)算 5、理論和統(tǒng)計(jì)計(jì)算法 海港航道設(shè)計(jì)二、單雙航道的確定二、單雙航道的確定由單航道拓寬為雙航道建議按以下幾種情況確定：1、每天進(jìn)出港船流密度大于航道全天候通航時(shí)船舶艘次數(shù)的90%；2、航道較

6、長，船流密度較大，經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)論證拓寬航道較為經(jīng)濟(jì)；3、到港船舶噸位范圍較大時(shí)，可采用復(fù)式航道（即一側(cè)為大船，另一側(cè)為小船航行）或大船為單航道，小船為雙航道；4、當(dāng)河口港航道較長，中途有較長的淺灘或多處淺段時(shí)，船舶不能調(diào)度避讓，可建設(shè)雙向航道。 三、航道寬度計(jì)算三、航道寬度計(jì)算 航道有效寬度W由航跡帶寬度A、船舶間的富余寬度B、船舶與航道底邊的富裕寬度C組成（見圖1-6），根據(jù)港口工程技術(shù)規(guī)范規(guī)定，單雙航道寬度分別按下式計(jì)算：?jiǎn)魏降溃篧A+2C （2-1） 雙航道：W2A+b+2C 圖圖 2 2- -1 1 航航 道道 有有 效效 寬寬 度度 海港航道設(shè)計(jì)航道寬度的計(jì)算主要依據(jù)以下幾方面：航道寬

7、度的計(jì)算主要依據(jù)以下幾方面：1、船舶偏航和漂移運(yùn)動(dòng)力學(xué)分析 2、航跡帶寬度的計(jì)算 3、船舶之間富余寬度b的確定 4、船舶與航道底邊間的富余寬度C的確定 海港航道設(shè)計(jì)1、船舶偏航和漂移運(yùn)動(dòng)力學(xué)分析、船舶偏航和漂移運(yùn)動(dòng)力學(xué)分析 船舶在具有風(fēng)浪流的海域中航行時(shí)，將受下列因素的影響： （1）由于船舶加速運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的慣性力和慣性矩；（2）船殼外側(cè)水動(dòng)力壓力；（3）舵力；（4）風(fēng)壓力；（5）流壓力；（6）波浪壓力；（7）航道兩側(cè)的岸吸力；（8）錯(cuò)船時(shí)的船吸力；（9）航速影響的下座力；（10）螺旋槳產(chǎn)生的縱向水平推進(jìn)力和橫向推進(jìn)力。 2、航跡帶寬度的計(jì)算、航跡帶寬度的計(jì)算經(jīng)論證，在不同風(fēng)流條件下，航跡帶寬度A

8、與船舶偏航投影寬度Lsin+B有一定的相關(guān)倍數(shù)，稱為船舶漂移倍數(shù)n（見圖2-2），根據(jù)實(shí)測(cè)資料進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，建立計(jì)算公式如下： An（Lsin+B） （2-2） 式中：A航跡帶寬度（m）； n船舶漂移倍數(shù)，見表2-1； 風(fēng)流壓偏角（），見表2-1； B設(shè)計(jì)船寬（m）。滿載船舶漂移倍數(shù)n和和流壓偏角g值表2-1 圖圖2 2- -2 2 船船舶舶漂漂移移示示意意圖圖 海港航道設(shè)計(jì)3、船舶之間富余寬度、船舶之間富余寬度b的確定的確定 船舶之間的富余寬度b是指分道通航的雙向航道中，船舶相向航行相會(huì)錯(cuò)船時(shí)，為防止發(fā)生船吸現(xiàn)象而保持兩航跡帶間的內(nèi)側(cè)橫向凈距。兩船間的相互作用，主要受船型尺度、兩船間距、航速和操

9、船性能等因素的影響。 許多國家諸如美國、前蘇聯(lián)、日本、荷蘭及英國等一些港口和科研機(jī)構(gòu)，做了大量的理論研究和船型試驗(yàn)，取得了許多很有參考價(jià)值的科研成果?？偨Y(jié)國外有關(guān)文獻(xiàn)資料和我國的一些港口實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，建議兩航跡帶間的內(nèi)側(cè)距離不得小于最大設(shè)計(jì)船寬。 4、船舶與航道底邊間的富余寬度、船舶與航道底邊間的富余寬度C的確定的確定船舶與航道底邊線間的富余寬度C是指船舶在航道中以蛇形航跡前進(jìn)時(shí)，航跡帶外側(cè)與邊坡底邊線的最小安全距離。C與航道水深、寬度、斷面形狀；船舶性能、航速；水文氣象條件和地質(zhì)條件等因素都有密切的關(guān)系。通常一般規(guī)律是，航道越寬或水深越淺C值越大；航道兩側(cè)岸灘水深越淺C值越大；航道底質(zhì)越硬或回淤

10、嚴(yán)重時(shí)C越大。不同專業(yè)船舶通航的航道C不同，一般LPG、LNG和油輪等危險(xiǎn)品船C散貨船C雜貨船或集裝箱船C，其范圍為0.5BC1.5B。規(guī)范要求C值按表2-2選取。 船舶與航道底邊間的富余寬度C表2-2 航道水深是在港口當(dāng)?shù)匾欢ǖ淖匀粭l件下，滿足設(shè)計(jì)船型滿載吃水航行所要求的最小安全深度。通常，確定進(jìn)港航道水深的影響因素有：（1）船舶裝載條件；（2）水位條件；（3）船舶航行條件；（4）波浪影響條件；（5）航道底質(zhì)條件等。詳見圖3-1所示。圖圖 3 3- -1 1 航航道道水水深深影影響響因因素素 海港航道設(shè)計(jì)一、航道設(shè)計(jì)水位的確定一、航道設(shè)計(jì)水位的確定 1、航行密度 2、通航持續(xù)時(shí)間 3、設(shè)計(jì)乘

11、潮水位 二、航道水深設(shè)計(jì)二、航道水深設(shè)計(jì)航道水深通常有兩種尺度，一是通航水深D。（又稱通告水深），二是設(shè)計(jì)水深D（又稱航道疏浚水深），分別按圖3-3及式（3-4）和（3-5）確定。圖3-3 航道水深設(shè)計(jì)示意圖 海港航道設(shè)計(jì)通航水深：D0T+ZO+Z1+Z2+Z3 (3-4)設(shè)計(jì)水深：DD0+Z4 (3-5)式中：T設(shè)計(jì)船型滿載吃水（m）； ZO船舶航行時(shí)船體下沉值（m）； Z1航行時(shí)龍骨下最小富余深度（m）； Z2波浪富余深度（m）； Z3船舶裝載縱傾富余深度（m）； Z4備淤富余深度（m）。 式中各參數(shù)的確定式中各參數(shù)的確定： 1、船舶航行下沉值ZO 海港航道設(shè)計(jì)2、龍骨下最小富余深度Z1

12、最 小 船舶噸級(jí)（t） 富余量 土質(zhì)特征 DWT5000 5000DWT 10000 10000DWT 50000 50000DWT 100000 100000DWT 300000 淤泥土 0.3 0.2 0.3 0.4 0.4 含淤泥的砂、 含粘土的砂和松砂 0.3 0.3 0.4 0.5 0.6 含砂或含粘土 的塊狀土 0.4 0.4 0.5 0.6 0.6 巖石土 0.5 0.6 0.6 0.8 0.8 龍 骨 下 最 小 富 裕 深 度z1（m） 3、波浪影響的富裕深度Z2 船浪夾角與Z2/H4%的變化系數(shù)值 表3-2 海港航道設(shè)計(jì)4、船舶裝載縱傾富裕深度Z3 船舶裝載縱傾富余深度是根

13、據(jù)不同船型特點(diǎn)、裝載貨物情況和航行要求，在港口裝貨配載時(shí)，由于首尾縱傾而增加的吃水超深值。通過對(duì)我國各港實(shí)船資料統(tǒng)計(jì)分析，以及從國內(nèi)外各種標(biāo)準(zhǔn)船型的規(guī)定表明，雜貨船、多用途船和集裝箱船雖尾傾吃水大，但實(shí)載率較低，均小于滿載吃水，所以以這些設(shè)計(jì)船型為準(zhǔn)進(jìn)行航道水深設(shè)計(jì)時(shí)一般不予考慮z3值；對(duì)于油船和散貨船，多為滿載航行，規(guī)范規(guī)定Z30.15m。 海港航道設(shè)計(jì)5、備淤富余深度Z4備淤深度與下列因素有關(guān)：（l）港口附近海域水文氣象和地質(zhì)地貌條件，以及航道受風(fēng)浪流影響的回淤強(qiáng)度；（2）航道平面布置、掩護(hù)情況、走向和斷面尺度；（3）維護(hù)挖泥采用的挖泥船類型和疏浚工程施工的頻繁程度。 一般應(yīng)結(jié)合各港的具體

14、情況，在保證航道通航水深的前提下，進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)論證，然后根據(jù)計(jì)算的或?qū)嶋H觀測(cè)的港口泥沙回淤強(qiáng)度，按合理的挖泥間隔期內(nèi)產(chǎn)生的淤積量確定，通常不小于0.4m。對(duì)于不淤港口不計(jì)Z4值；對(duì)于淤積嚴(yán)重的港口，可適當(dāng)增加備淤深度，但最好不大于1.0m。 海港航道設(shè)計(jì)一、航道轉(zhuǎn)彎半徑的確定一、航道轉(zhuǎn)彎半徑的確定 二、航道轉(zhuǎn)彎段增加的富裕寬度二、航道轉(zhuǎn)彎段增加的富裕寬度 三、航道轉(zhuǎn)向拓寬方式三、航道轉(zhuǎn)向拓寬方式 海港航道設(shè)計(jì)一、航道轉(zhuǎn)彎半徑的確定一、航道轉(zhuǎn)彎半徑的確定：確定轉(zhuǎn)彎半徑一般應(yīng)遵循的原則如下：1、航道轉(zhuǎn)彎半徑與設(shè)計(jì)船長有關(guān)，船舶尺度越大，所要求的轉(zhuǎn)彎半徑越大；2、不同專業(yè)船舶轉(zhuǎn)彎半徑不同，行駛油船和

15、危險(xiǎn)品船舶的航道轉(zhuǎn)彎半徑應(yīng)大于其它專業(yè)船舶使用的航道；3、轉(zhuǎn)彎半徑隨水文地質(zhì)條件變化，風(fēng)浪流大的水域應(yīng)增大R值；對(duì)于回淤嚴(yán)重、岸坡不穩(wěn)定或土質(zhì)較堅(jiān)硬的航道，也應(yīng)適當(dāng)增加轉(zhuǎn)彎半徑；4、轉(zhuǎn)彎半徑隨航道水深滿載吃水的加大而減??；5、航道寬度越窄或邊坡越陡，應(yīng)適當(dāng)加大轉(zhuǎn)彎半徑；6、航道轉(zhuǎn)向角越大轉(zhuǎn)彎半徑應(yīng)按規(guī)定增加；海港航道設(shè)計(jì)7、航速設(shè)計(jì)航速越快，轉(zhuǎn)彎半徑要求越大； 8、港外無掩護(hù)航道的轉(zhuǎn)彎半徑應(yīng)大于港內(nèi)有掩護(hù)航道的轉(zhuǎn)彎半徑。外海航道應(yīng)大于港外航道的轉(zhuǎn)彎半徑；9、當(dāng)水域狹窄，地形條件復(fù)雜，選線困難而必須采用“S”彎轉(zhuǎn)向時(shí)，應(yīng)適當(dāng)加大轉(zhuǎn)彎半徑；10、有拖船助航時(shí)，可適當(dāng)減小轉(zhuǎn)彎半徑；11、航道轉(zhuǎn)彎半徑

16、還與轉(zhuǎn)彎段增加的富裕寬度有關(guān)，增加的富裕寬度越大，轉(zhuǎn)彎半徑應(yīng)越??；12、當(dāng)船舶轉(zhuǎn)向時(shí)，采用不同的平衡舵角轉(zhuǎn)彎半徑不同，平衡舵角小轉(zhuǎn)彎半徑大，平衡舵角大轉(zhuǎn)彎半徑??；13、轉(zhuǎn)彎半徑與船舶操縱性能、特點(diǎn)、裝載情況、駕駛技術(shù)和其它人為因素有關(guān)。海港航道設(shè)計(jì)關(guān)于按航道轉(zhuǎn)向角的大小及船舶長度為依據(jù)，參照上述有關(guān)因素決定轉(zhuǎn)彎半徑，各國均有明確的規(guī)定和要求。根據(jù)我國各港的具體條件和經(jīng)驗(yàn)，經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)論證和分析，轉(zhuǎn)彎半徑范圍為R3L10L，因此規(guī)范規(guī)定R值為：（1）10不考慮轉(zhuǎn)彎段圓滑過渡，航道內(nèi)外邊線可直接相交；（2）1030，R3L5L；（3）30，R5L10L；（4）轉(zhuǎn)向角小時(shí)R采用小值，轉(zhuǎn)向角大時(shí)R采用大

17、值。海港航道設(shè)計(jì)二、航道轉(zhuǎn)彎段增加的富裕寬度二、航道轉(zhuǎn)彎段增加的富裕寬度航道轉(zhuǎn)彎有效寬度W應(yīng)由四部分組成，即航跡帶寬度A；船舶間富裕寬度b；船舶與航道底邊線間的富余寬度C；航道轉(zhuǎn)彎段增加的富余寬度e。單向航道轉(zhuǎn)彎段：W=A+2C+e (4-1)雙向航道轉(zhuǎn)彎段： W=2A+b+2C+2e (4-2)式中：A、bC取值與直航道相同。海港航道設(shè)計(jì)三、航道轉(zhuǎn)向拓寬方式三、航道轉(zhuǎn)向拓寬方式航道轉(zhuǎn)向拓寬應(yīng)根據(jù)轉(zhuǎn)向角、轉(zhuǎn)彎半徑和設(shè)計(jì)船長確定，為疏浚施工方便，其通常采用的加寬方式如下：1、10，航道內(nèi)外邊線相交，不必加寬；2、1030,R5L10L，采用折線切割加寬法4、對(duì)于特殊情況下R10L時(shí)，航道轉(zhuǎn)彎段可

18、不予加寬；5、航道加寬的起始點(diǎn)應(yīng)布置在距曲線和直線相接點(diǎn)一個(gè)計(jì)算船長的位置上。圖圖4-1 4-1 凹岸切角法圖凹岸切角法圖 4-2 4-2 梯形連接，凹岸折線切割法梯形連接，凹岸折線切割法 （虛線表示需要加寬時(shí)的作法）（虛線表示需要加寬時(shí)的作法）海港航道設(shè)計(jì)航道邊坡主要取決于航槽斷面土質(zhì)種類、物理力學(xué)特性；該海域波浪水流以及泥沙沉積對(duì)邊坡的影響；航道被掩護(hù)的程度；疏浚設(shè)備類型和施工方法；船舶航行時(shí)對(duì)邊坡的影響；邊坡形成的時(shí)間等等。航道邊坡分為設(shè)計(jì)邊坡和穩(wěn)定邊坡，設(shè)計(jì)邊坡是根據(jù)開挖航槽的土質(zhì)特性而確定的邊坡；穩(wěn)定邊坡是在兩次維護(hù)期之間，定期維護(hù)疏浚開始前，由于各種外部影響因素作用下，形成相對(duì)平衡和比較穩(wěn)定的邊坡稱為穩(wěn)定邊坡。設(shè)