海港航道設(shè)計海港航道設(shè)計注冊土木工程師（港口與航道專業(yè)）執(zhí)業(yè)資格考試輔導(dǎo)第一頁，共37頁。海港航道設(shè)計海港航道設(shè)計考試大綱要求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)計中各項尺度的計算和影響因素；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)的選擇和挖方量計算原則。第二頁，共37頁。海港航道設(shè)計講述的主要內(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)計第五章航道邊坡設(shè)計第六章超寬和超深計算第七章疏浚土的處理第三頁，共37頁。海港航道設(shè)計概述隨著國際貿(mào)易貨運量增長，為降低貨物運輸?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，港口運量急劇增加，世界范圍的原油、煤炭、礦石和集裝箱運輸?shù)难杆侔l(fā)展，促使一些營運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)計是港口建設(shè)中一項重要的研究課題。作為一個單獨航道項目研究通常有如下幾個方面：第四頁，共37頁。海港航道設(shè)計（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)展時期的貨運量，以此論證船舶運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)計船型的發(fā)展趨勢；（4）分析計算建設(shè)該航道所產(chǎn)生的效益。第五頁，共37頁。海港航道設(shè)計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。第六頁，共37頁。海港航道設(shè)計為了有助于航道設(shè)計者掌握選線方法，建議有關(guān)選線設(shè)計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、河口航道選線原則第七頁，共37頁。海港航道設(shè)計第二章航道寬度一、確定航道寬度的方法二、單雙航道的確定三、航道寬度計算第八頁，共37頁。海港航道設(shè)計一、確定航道寬度的方法1、實船觀測方法2、船舶模擬試驗3、操船模擬裝置試驗4、數(shù)學(xué)模擬計算5、理論和統(tǒng)計計算法第九頁，共37頁。海港航道設(shè)計二、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。第十頁，共37頁。三、航道寬度計算

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算：單航道：W＝A+2C（2-1）雙航道：W＝2A+b+2C第十一頁，共37頁。海港航道設(shè)計航道寬度的計算主要依據(jù)以下幾方面：1、船舶偏航和漂移運動力學(xué)分析2、航跡帶寬度的計算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

第十二頁，共37頁。海港航道設(shè)計1、船舶偏航和漂移運動力學(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。

第十三頁，共37頁。2、航跡帶寬度的計算經(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)實測資料進(jìn)行統(tǒng)計，建立計算公式如下：

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)計船寬（m）。滿載船舶漂移倍數(shù)n和和流壓偏角g值表2-1

第十四頁，共37頁。海港航道設(shè)計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構(gòu)，做了大量的理論研究和船型試驗，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踐經(jīng)驗，建議兩航跡帶間的內(nèi)側(cè)距離不得小于最大設(shè)計船寬。第十五頁，共37頁。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

第十六頁，共37頁。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。第十七頁，共37頁。海港航道設(shè)計一、航道設(shè)計水位的確定

1、航行密度

2、通航持續(xù)時間

3、設(shè)計乘潮水位第十八頁，共37頁。二、航道水深設(shè)計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)計示意圖第十九頁，共37頁。海港航道設(shè)計通航水深：D0＝T+ZO+Z1+Z2+Z3(3-4)設(shè)計水深：D＝D0+Z4(3-5)式中：T——設(shè)計船型滿載吃水（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）。第二十頁，共37頁。

式中各參數(shù)的確定：

1、船舶航行下沉值ZO

第二十一頁，共37頁。海港航道設(shè)計2、龍骨下最小富余深度Z1

龍骨下最小富裕深度z1（m）

第二十二頁，共37頁。3、波浪影響的富裕深度Z2

船浪夾角ψ與Z2/H4%的變化系數(shù)值表3-2第二十三頁，共37頁。海港航道設(shè)計4、船舶裝載縱傾富裕深度Z3

船舶裝載縱傾富余深度是根據(jù)不同船型特點、裝載貨物情況和航行要求，在港口裝貨配載時，由于首尾縱傾而增加的吃水超深值。通過對我國各港實船資料統(tǒng)計分析，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，但實載率較低，均小于滿載吃水，所以以這些設(shè)計船型為準(zhǔn)進(jìn)行航道水深設(shè)計時一般不予考慮z3值；對于油船和散貨船，多為滿載航行，規(guī)范規(guī)定Z3＝0.15m。第二十四頁，共37頁。海港航道設(shè)計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)計算的或?qū)嶋H觀測的港口泥沙回淤強度，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。對于不淤港口不計Z4值；對于淤積嚴(yán)重的港口，可適當(dāng)增加備淤深度，但最好不大于1.0m。第二十五頁，共37頁。海港航道設(shè)計第四章轉(zhuǎn)彎航道設(shè)計一、航道轉(zhuǎn)彎半徑的確定

二、航道轉(zhuǎn)彎段增加的富裕寬度

三、航道轉(zhuǎn)向拓寬方式第二十六頁，共37頁。海港航道設(shè)計一、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，行駛油船和危險品船舶的航道轉(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；對于回淤嚴(yán)重、岸坡不穩(wěn)定或土質(zhì)較堅硬的航道，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小；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；第二十七頁，共37頁。海港航道設(shè)計7、航速設(shè)計航速越快，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，應(yīng)適當(dāng)加大轉(zhuǎn)彎半徑；10、有拖船助航時，可適當(dāng)減小轉(zhuǎn)彎半徑；11、航道轉(zhuǎn)彎半徑還與轉(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)越小；12、當(dāng)船舶轉(zhuǎn)向時，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、裝載情況、駕駛技術(shù)和其它人為因素有關(guān)。第二十八頁，共37頁。海港航道設(shè)計關(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，經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)論證和分析，轉(zhuǎn)彎半徑范圍為R＝3L～10L，因此規(guī)范規(guī)定R值為：（1）φ≤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）10°＜φ≤30°，R＝3L～5L；（3）φ＞30°，R＝5L～10L；（4）轉(zhuǎn)向角小時R采用小值，轉(zhuǎn)向角大時R采用大值。第二十九頁，共37頁。海港航道設(shè)計二、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、b．C取值與直航道相同。第三十頁，共37頁。海港航道設(shè)計三、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)計船長確定，為疏浚施工方便，其通常采用的加寬方式如下：1、φ≤10°，航道內(nèi)外邊線相交，不必加寬；2、10°<φ≤30°R=3L～5L，采用凹岸切角加寬法（見圖4-1）；3、φ>30°,R＝5L～10L，采用折線切割加寬法4、對于特殊情況下R＞10L時，航道轉(zhuǎn)彎段可不予加寬；5、航道加寬的起始點應(yīng)布置在距曲線和直線相接點一個計算船長的位置上。第三十一頁，共37頁。圖4-1凹岸切角法圖

4-2梯形連接，凹岸折線切割法（虛線表示需要加寬時的作法）第三十二頁，共37頁。海港航道設(shè)計第五章航道邊坡設(shè)計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；船舶航行時對邊坡的影響；邊坡形成的時間等等。航道邊坡分為設(shè)計邊坡和穩(wěn)定邊坡，設(shè)計邊坡是根據(jù)開挖航槽的土質(zhì)特性而確定的邊坡；