海港航道設(shè)計(jì)講義

海港航道設(shè)計(jì)注冊土木工程師（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)海港航道設(shè)計(jì)考試大綱要求1.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；2.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；4.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)的選擇和挖方量計(jì)算原則。海港航道設(shè)計(jì)講述的主要內(nèi)容概述第一章航道選線第二章航道寬度第三章航道水深第四章轉(zhuǎn)彎航道設(shè)計(jì)第五章航道邊坡設(shè)計(jì)第六章超寬和超深計(jì)算第七章疏浚土的處理海港航道設(shè)計(jì)概述隨著國際貿(mào)易貨運(yùn)量增長，為降低貨物運(yùn)輸?shù)某杀?，各種船舶尺度迅速增加。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，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。作為一個單獨(dú)航道項(xiàng)目研究通常有如下幾個方面：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、最大泊位噸級、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及其它危險品船來港情況，經(jīng)濟(jì)船型論證及設(shè)計(jì)船型的發(fā)展趨勢；（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)第一章航道選線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，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，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

二、論證航行安全

三、分析研究水文氣象條件

四、河口航道選線原則海港航道設(shè)計(jì)第二章航道寬度一、確定航道寬度的方法二、單雙航道的確定三、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1、實(shí)船觀測方法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船舶艘次數(shù)的90%；2、航道較長，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，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，船舶不能調(diào)度避讓，可建設(shè)雙向航道。海港航道設(shè)計(jì)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：單航道：W＝A+2C（2-1）雙航道：W＝2A+b+2C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：1、船舶偏航和漂移運(yùn)動力學(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)動力學(xué)分析船舶在具有風(fēng)浪流的海域中航行時，將受下列因素的影響：（1）由于船舶加速運(yùn)動產(chǎn)生的慣性力和慣性矩；（2）船殼外側(cè)水動力壓力；（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）錯船時的船吸力；（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。

海港航道設(shè)計(jì)2、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)測資料進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，建立計(jì)算公式如下：A＝n（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

海港航道設(shè)計(jì)3、船舶之間富余寬度b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，船舶相向航行相會錯船時，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。海港航道設(shè)計(jì)4、船舶與航道底邊間的富余寬度C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，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)越硬或回淤嚴(yán)重時C越大。不同專業(yè)船舶通航的航道C不同，一般LPG、LNG和油輪等危險品船C＞散貨船C＞雜貨船或集裝箱船C，其范圍為0.5B≤C≤1.5B。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

海港航道設(shè)計(jì)第三章航道水深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。海港航道設(shè)計(jì)一、航道設(shè)計(jì)水位的確定

1、航行密度2、通航持續(xù)時間3、設(shè)計(jì)乘潮水位海港航道設(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：D0＝T+ZO+Z1+Z2+Z3(3-4)設(shè)計(jì)水深：D＝D0+Z4(3-5)式中：T——設(shè)計(jì)船型滿載吃水（m）；ZO——船舶航行時船體下沉值（m）；Z1——航行時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）。海港航道設(shè)計(jì)式中三各參三數(shù)的三確定：1、船三舶航三行下三沉值ZO海港三航道三設(shè)計(jì)2、龍三骨下三最小三富余三深度Z1龍三骨三下三最三小三富三裕三深三度z1（m）海港三航道三設(shè)計(jì)3、波三浪影三響的三富裕三深度Z2船浪三夾角ψ與Z2/H4%的變?nèi)等龜?shù)值表3-三2海港三航道三設(shè)計(jì)4、船三舶裝三載縱三傾富三裕深三度Z3船舶三裝載三縱傾三富余三深度三是根三據(jù)不三同船三型特三點(diǎn)、三裝載三貨物三情況三和航三行要三求，三在港三口裝三貨配三載時三，由三于首三尾縱三傾而三增加三的吃三水超三深值三。通三過對三我國三各港三實(shí)船三資料三統(tǒng)計(jì)三分析三，以三及從三國內(nèi)三外各三種標(biāo)三準(zhǔn)船三型的三規(guī)定三表明三，雜三貨船三、多三用途三船和三集裝三箱船三雖尾三傾吃三水大三，但三實(shí)載三率較三低，三均小三于滿三載吃三水，三所以三以這三些設(shè)三計(jì)船三型為三準(zhǔn)進(jìn)三行航三道水三深設(shè)三計(jì)時三一般三不予三考慮z3值；三對于三油船三和散三貨船三，多三為滿三載航三行，三規(guī)范三規(guī)定Z3＝0.三15三m。海港三航道三設(shè)計(jì)5、備淤三富余三深度Z4備淤三深度三與下三列因三素有三關(guān)：（l）港口三附近三海域三水文三氣象三和地三質(zhì)地三貌條三件，三以及三航道三受風(fēng)三浪流三影響三的回三淤強(qiáng)三度；（2）航三道平三面布三置、三掩護(hù)三情況三、走三向和三斷面三尺度三；（3）維三護(hù)挖三泥采三用的三挖泥三船類三型和三疏浚三工程三施工三的頻三繁程三度。一般三應(yīng)結(jié)三合各三港的三具體三情況三，在三保證三航道三通航三水深三的前三提下三，進(jìn)三行技三術(shù)經(jīng)三濟(jì)論三證，三然后三根據(jù)三計(jì)算三的或三實(shí)際三觀測三的港三口泥三沙回三淤強(qiáng)三度，三按合三理的三挖泥三間隔三期內(nèi)三產(chǎn)生三的淤三積量三確定三，通三常不三小于0.三4m。對于三不淤三港口三不計(jì)Z4值；三對于三淤積三嚴(yán)重三的港三口，三可適三當(dāng)增三加備三淤深三度，三但最三好不三大于1.三0m。海港三航道三設(shè)計(jì)第四三章三轉(zhuǎn)彎三航道三設(shè)計(jì)一、三航道三轉(zhuǎn)彎三半徑三的確三定二、三航道三轉(zhuǎn)彎三段增三加的三富裕三寬度三、三航道三轉(zhuǎn)向三拓寬三方式海港三航道三設(shè)計(jì)一、三航道三轉(zhuǎn)彎三半徑三的確三定：確定三轉(zhuǎn)彎三半徑三一般三應(yīng)遵三循的三原則三如下三：1、航三道轉(zhuǎn)三彎半三徑與三設(shè)計(jì)三船長三有關(guān)三，船三舶尺三度越三大，三所要三求的三轉(zhuǎn)彎三半徑三越大三；2、不三同專三業(yè)船三舶轉(zhuǎn)三彎半三徑不三同，三行駛?cè)痛臀ＨU品三船舶三的航三道轉(zhuǎn)三彎半三徑應(yīng)三大于三其它三專業(yè)三船舶三使用三的航三道；3、轉(zhuǎn)三彎半三徑隨三水文三地質(zhì)三條件三變化三，風(fēng)三浪流三大的三水域三應(yīng)增三大R值；三對于三回淤三嚴(yán)重三、岸三坡不三穩(wěn)定三或土三質(zhì)較三堅(jiān)硬三的航三道，三也應(yīng)三適當(dāng)三增加三轉(zhuǎn)彎三半徑三；4、轉(zhuǎn)三彎半三徑隨三航道三水深三／滿三載吃三水的三加大三而減三?。?、航三道寬三度越三窄或三邊坡三越陡三，應(yīng)三適當(dāng)三加大三轉(zhuǎn)彎三半徑三；6、航三道轉(zhuǎn)三向角三越大三轉(zhuǎn)彎三半徑三應(yīng)按三規(guī)定三增加三；海港三航道三設(shè)計(jì)7、航三速設(shè)三計(jì)航三速越三快，三轉(zhuǎn)彎三半徑三要求三越大三；8、港三外無三掩護(hù)三航道三的轉(zhuǎn)三彎半三徑應(yīng)三大于三港內(nèi)三有掩三護(hù)航三道的三轉(zhuǎn)彎三半徑三。外三海航三道應(yīng)三大于三港外三航道三的轉(zhuǎn)三彎半三徑；9、當(dāng)三水域三狹窄三，地三形條三件復(fù)三雜，三選線三困難三而必三須采三用“S”彎轉(zhuǎn)三向時三，應(yīng)三適當(dāng)三加大三轉(zhuǎn)彎三半徑三；10、有三拖船三助航三時，三可適三當(dāng)減三小轉(zhuǎn)三彎半三徑；11、航三道轉(zhuǎn)三彎半三徑還三與轉(zhuǎn)三彎段三增加三的富三裕寬三度有三關(guān)，三增加三的富三裕寬三度越三大，三轉(zhuǎn)彎三半徑三應(yīng)越三??；12、當(dāng)三船舶三轉(zhuǎn)向三時，三采用三不同三的平三衡舵三角轉(zhuǎn)三彎半三徑不三同，三平衡三舵角三小轉(zhuǎn)三彎半三徑大三，平三衡舵三角大三轉(zhuǎn)彎三半徑三??；13、轉(zhuǎn)三彎半三徑與三船舶三操縱三性能三、特三點(diǎn)、三裝載三情況三、駕三駛技三術(shù)和三其它三人為三因素三有關(guān)三。海港三航道三設(shè)計(jì)關(guān)于三按航三道轉(zhuǎn)三向角三的大三小及三船舶三長度三為依三據(jù)，三參照三上述三有關(guān)三因素三決定三轉(zhuǎn)彎三半徑三，各三國均三有明三確的三規(guī)定三和要三求。根據(jù)三我國三各港三的具三體條三件和三經(jīng)驗(yàn)三，經(jīng)三技術(shù)三經(jīng)濟(jì)三論證三和分三析，三轉(zhuǎn)彎三半徑三范圍三為R＝3L～10三L，因此三規(guī)范三規(guī)定R值為三：（1）φ≤10°不考三慮轉(zhuǎn)三彎段三圓滑三過渡三，航三道內(nèi)三外邊三線可三直接三相交三；（2）10°＜φ≤三30°，R＝3L～5L；（3）φ＞30°，R＝5L～10三L；（4）轉(zhuǎn)向三角小三時R采用三小值三，轉(zhuǎn)三向角三大時R采用三大值三。海港三航道三設(shè)計(jì)二、三航道三轉(zhuǎn)彎三段增三加的三富裕三寬度航道三轉(zhuǎn)彎三有效三寬度W應(yīng)由三四部三分組三成，三即航三跡帶三寬度A；船舶三間富三裕寬三度b；船舶三與航三道底三邊線三間的三富余三寬度C；航道三轉(zhuǎn)彎三段增三加的三富余三寬度e。單向三航道三轉(zhuǎn)彎三段：W=三A+三2C三+e三(4三-1三)雙向三航道三轉(zhuǎn)彎三段：W=三2A三+b三+2三C+三2e三(三4-三2)式中三：A、b．C取值三與直三航道三相同三。海港三航道三設(shè)計(jì)三、三航道三轉(zhuǎn)向三拓寬三方式航道三轉(zhuǎn)向三拓寬三應(yīng)根三據(jù)轉(zhuǎn)三向角三、轉(zhuǎn)三彎半三徑和三設(shè)計(jì)三船長三確定三，為三疏浚三施工三方便三，其三通常三采用三的加三寬方三式如三下：1、φ≤三10°，航道三內(nèi)外三邊線三相交三，不三必加三寬；2、10°<φ≤三30°R=三3L～5L，采用三凹岸三切角三加寬三法（三見圖4-三1）；3、φ>三30°,R＝5L～10三L，采用三折線三切割三加寬三法4、對三于特三殊情三況下R＞10三L時，三航道三轉(zhuǎn)彎三段可三不予三加寬三；5、航三道加三寬的三起始三點(diǎn)應(yīng)三布置三在距三曲線三和直三線相三接點(diǎn)三一個三計(jì)算三船長三的位三置上三。海港三航道三設(shè)計(jì)圖4-三1凹岸三切角三法圖4-三2梯形三連接三，凹三岸折三線切三割法（虛三線表三示需三要加三寬時三的作三法）海港三航道三設(shè)計(jì)第五三章三航道三邊坡三設(shè)計(jì)航道三邊坡三主要三取決三于航三槽斷三面土三質(zhì)種三類、三物理三力學(xué)三特性三；該三海域三波浪三水流三以及三泥沙三沉積三對邊三坡的三影響三；航三道被三掩護(hù)三的程三度；三疏浚三設(shè)備三類型三和施三工方三法；三船舶三航行三時對三邊坡三的影三響；三邊坡三形成三的時三間等三等。三航道三邊坡三分為三設(shè)計(jì)三邊坡三和穩(wěn)三定邊三坡，三設(shè)計(jì)三邊坡三是根三據(jù)開三挖航三槽的三土質(zhì)三特性三而確三定的三邊坡三；穩(wěn)三定邊三坡是三在兩三次維三護(hù)期三之間三，定三期維三護(hù)疏三浚開三始前三，由三于各三種外三部影三響因三素作三用下三，形三成相三對平三衡和三比較三穩(wěn)定三的邊三坡稱三為穩(wěn)三定邊三坡。設(shè)計(jì)三邊坡三建議三參照三土質(zhì)三類似三的航三道邊三坡和三水文三條件三，按三表5-三1的土三質(zhì)分三類和三貫λ擊數(shù)N值范三圍選三用，三有條三件時三可通三過現(xiàn)三場和三室內(nèi)三試驗(yàn)三確定三，所三列表三中的三坡度三，對三于有三掩護(hù)三的航三道或三淺水三域航三道取三小值三，對三于無三掩護(hù)三航道三或深三水航三道取三大值三。穩(wěn)定三邊坡三的坡三度，三由于三受外三界因三素影三響，三一般三比上