航道整治课程设计报告--芜申线堑口村航道整治工程设计报告

'芜申线堑口村航道整治工程设计报告2012年9月一、设计目的1、巩固和提高航道工程学与航道整治学的相关知识，初步掌握航道整治设计的基本内容、步骤和方法。2、熟练掌握航道整治中的运用以及数据处理的步骤方法。二、设计任务研究内容：芜申线高溧段堑口段（70K——76K）航道整治工程。 具体的研究工作有：（1）航道等级及设计船型的确定；（2）航道尺度确定；（3）航道线位方案比选；（4）航道平面布置；（5）撰写课程设计报告。三、设计资料1、自然地质条件（1）河流概况芜申线高溧段由江苏与安徽交界的高淳县丹农砖瓦厂起，流经东芮线(高淳丹农砖瓦厂至东坝砖瓦厂)、溧坝线(东坝砖瓦厂至溧阳河口南段)一段,由溧梅线向东北至溧阳南渡镇，沿溧梅线至溧阳轮联船厂(丹金溧漕河口)，与芜申线溧宜段起点相接。芜申线高溧段高淳下坝上游属安徽水阳江、青弋江水网平原圩区，地面高程在(吴淞基面，以下同)以上；下坝以下段为丘陵地区(茅山、天目山余脉)，南侧为皖南、宜溧山区。芜申线以高淳县下坝船闸及茅东节制闸为界，上游为长江支水系青弋江、水阳江水系，下游为太湖水系。芜申线高溧段流经东芮线的官溪河、胥河，历史上胥河又名胥溪河，是我国历史上最早开凿的的人工运河,它西接固城湖、水阳江、直通长江，下连溧阳、宜兴、抵太湖。相传该河是公元前506年春秋战国时期吴国大将伍子胥为运送军粮开凿而得名。它沟通了长江、水阳江、青弋江与太湖流域的水上航运，大大缩短了绕道长江的航程，灌溉了苏南农田。明太祖朱元璋为使苏、浙粮运避开长江风险，于洪武二十五年(公元1392年)重开胥河，并在东坝建石闸封闭，节制水流，解除了苏、浙一带水患。自此，“三湖”(南漪湖、石臼湖、固城湖)之水不复东流，胥河至太湖的航运从此中断。苏州民谣说：“东坝倒，北寺塔上飘稻草。”意即东坝一倒，上游洪水倾泻而下，会淹没苏州城的北寺塔。汛期高淳固城湖水位要比下游太湖水位高出七、八米，为安全计，明嘉靖三十五年(公元1556年)，又在东坝下游约五公里处构筑了下坝。 由于下坝船闸以西芜申线属青弋江、水阳江水系，茅东节制闸和下坝船闸共同组成该级枢纽节制该水系的水向太湖宣泄，迫使汛期来自皖南山区经水阳江、青弋江进入芜申线的洪水经石臼湖重新汇入长江。安徽水阳江、青弋江水网平原圩区，地面高程在▽5.5(吴凇基面，以下同)左右，每至汛期，芜申线高溧段下坝船闸上游河水水位达▽8.0以上，1999年超过▽13.07，河道两侧防洪大堤高程在▽14.5左右，该段航道为地上河，汛期防洪压力极大。下坝以下至溧阳河口镇南为溧坝线，芜申线在溧阳河口镇南由溧坝线拐入溧梅线，经南渡、蒋店、五潭渡后横穿丹金溧漕河与溧阳改线段起点相连。该段航道位于溧宜山区北麓，由西部茅山山区、南部溧宜山区洪水冲蚀而成，来自上述山区的洪水和洮湖部分调蓄水流汇入芜申线高溧段经宜兴段流入太湖。该段水系属太湖水系。下坝以下航道狭窄且多弯曲，通航条件较差，地形复杂，地势西北高、东南低，周边高、腹部低，逐渐向太湖倾斜。芜申线高溧段下坝以上有水阳江支流狮树河、永胜河由南向北汇入固城湖，秦淮河通过石臼湖与高溧段相通，石固河将芜申线高溧段上的固城湖与石臼湖沟通，沿线还与漆桥河、漕塘河、沛桥河相连；下坝以下河湖港汊密布，河网纵横，沿线主要有五级以上航道中河、丹金溧漕河和常溧线等，高溧段尾端通过溧阳改线段与芜申线宜兴段连接。除以上主要河道外，下坝以下沿线尚有桠溪河、社渚新河、大溪城河、周城河、上沛河、南渡北河、草溪圩河、泓口河汇入。芜申线下坝以上航道流经水阳江、青弋江水系的圩区平原，水位变幅较大，每到汛期水位平均在s8.0以上，枯水期芜申线上游段只有地下水和地区迳流补给，水位多在s6.0以下，该段为长江及石臼湖、固城湖的重点防汛区。据调查，上世纪八十年代以来每当洪水水位超过s8.5水位时,高淳下坝船闸以上航道就实行封航(因杨家湾船闸对高水位不作控制)，汛期时间平均一个月左右，汛期航运基本中断；下坝以下航道流经地区系属长江三角洲冲积平原，水流平缓，水位变幅小，该段航道水位受太湖流域湖西引排的控制，因此水位变化对航运的影响不大。芜申线高溧段绝大多数河段年久失修，处于自然状态。航道穿越高淳县丹湖、淳溪镇、固城镇、东坝镇、江苏和安徽交界的定埠镇、溧阳市河口、南渡镇、蒋店等集镇。跨河建筑物、管线较多，且标准低，净空小。除个别地段外，一般河段仅能通航60～100吨级船队，到枯水季节，通航条件更差，远不能满足水运发展的需求。 芜申线高溧段水源主要来自降水后的地面径流和长江、区域内河流及太湖的水量调节。（1）湖泊芜申线高溧段流经区域湖泊有石臼湖、固城湖和洮湖，其中东芮线北侧与石臼湖相通(湖面面积201平方公里，容积3.4亿立方米)，中部穿越固城湖(湖面面积为30.97平方公里，汇流面积454平方公里)；芜申线高溧段溧梅线以北通过丹金溧漕河与洮湖相通，洮湖将苏南运河和芜申线航道分隔开来，汛期洮湖的部分调蓄水流汇入芜申线。（2）气象根据江苏省气象台及南京市、常州市气象台多年的气象资料，芜申线高溧段气象简述如下：芜申线高溧段所流经的区域属湿润的亚热带季风气候，春夏秋冬四季分明，冬季干冷、夏季湿热。气候温和湿润，日照充足，雨量充沛，土地肥沃，水域资源丰富，地理条件较为优越，宜于农作物生长。一般从六月中旬进入梅雨季节，历时20～30天，属副亚热带与温带的季风过渡区，下霜期130天左右，下雾日25天左右，冬季河流水面基本不结冰。（3）气温区域内年平均气温15.2℃～15.9℃，最低气温－12.5℃(在1月)，最高气温达38℃以上，每年一月份平均气温2.5℃，七月平均气温28.1℃。（4）湿度区域内年平均相对湿度为76％～80％，其最高和最低相对湿度分别为90％、12％。（5）降水芜申线高溧段航道分属水阳江、青弋江水系和太湖水系，雨量充沛，降雨在年内呈规律性变化， 区域年均降雨量为780～1160毫米，主要集中在夏秋两季。最大月降雨量为345.2毫米，最大日降雨量为280.9毫米(1960年6月19日，高淳)，降水量年内分布很不均匀，5～9月份降水量占全年的60％～80％，年降雨日为110～145天。（1）风况区域内常年盛行风向为东南风，风向最大频率为15％，盛吹期为3～8月；冬季主导风向为西北风，其风向最大频率为14％；7～9月受台风影响，最大风力9级以上，但每次持续时间为1～2天。（2）雾、霜、雪芜申线高溧段航道沿线地区每年均有雾、霜、雪天气，但基本不影响航行。年平均下雾日为25天，历年最多雾日为67天，最少为7天。年平均下霜日为132天左右，其中高淳125天，溧阳139天。年平均降雪日约7天。（3）地形、地貌芜申线高溧段下坝以上航道经过区域为岗地间河谷平原及河湖平原，地势稍有起伏，地面标高5～15米，向东微倾。成因主要为冲积、冲洪积、冲湖积。航道两侧为北北东走向之茅山山脉南端末端，有花山、青山等岗地，标高在▽40.0～▽120.0，属丘陵岗地地貌。芜申线高溧段下坝以下航道经过区域为湖沼平原，地面高程▽4.3～▽8.3，地势平坦稍有起伏，成因主要为湖沼积、冲洪积、冲湖积。航道南侧溧宜丘陵山地溧阳境内高程为▽300.0～▽400.0，最高峰石门尖高程为▽505.0，属剥蚀低山丘陵地貌。（4）地质构造、工程地质、地震情况据江苏地质志及《溧阳地震与茅东断裂带》等区域资料，航道在高淳境内固城湖以东有北东向航道中段固城湖以东有北东向茅西断裂，茅西断裂为逆掩压扭性断裂，构成航道区附近构造格局，属新华夏断裂构造。据《溧阳地震与茅东断裂带》分析，发生5.5级、6.0级地震的茅东断陷盆中浅部是茅东断裂带控制含幔源包体喷发及后期变形形成的垂直脆— 韧性剪切带，属于活动断裂带。茅东断裂南段与本航道相交。在溧阳境内航道以南社渚附近有一条推测东西向断裂，属东西向构造高淳—宜兴—嘉定构造带西段，受新华夏构造干扰，构造形迹减弱;还有经溧城附近至天目湖水库一条北北东向压性、压扭性断裂，以及三条北西向次级断裂，属中生代以来新华夏系构造，这些断裂构成溧阳地区菱形网状构造格局，航道以北溧阳市上沛镇曾在1974年、1979年两次发生5.5级、6.0级地震，震源深度12公里。航道所在地区属扬子地层区，高淳境内航道两侧丘陵岗地出露的前第四纪地层有志留系泥质页岩、粉砂岩(泥岩)，茅山群厚层细粒砂岩、岩屑石英砂岩、五通组砂岩、石英砂岩、石炭系灰岩、二叠系砂岩、三叠系灰岩及砂岩，侏罗系火山岩及火山碎屑岩。航道北侧的禅岭山尚有燕山期闪长玢岩侵入体出露。航道经过谷地平原为第四系所覆盖，沉积厚度10～30米。溧阳境内航道以南丘陵山地出露的前第四纪地层有茅山群灰白、紫红色厚层细粒砂岩、岩屑石英砂岩;五通组灰白色砂岩及石英砂岩;二叠系栖霞组灰岩;侏罗系龙王山组火山角砾岩、晶屑凝灰岩，大王山组角砾安山岩、细粒凝灰岩、安山岩;白垩系浦口组紫红色粉砂岩。还有燕山期火山岩、次火山岩、花岗闪长斑岩、花岗斑岩、次安山岩、流纹岩等。航道两侧及其以北为第四系所覆盖，沉积厚度18～40米。根据《中国地震动峰值加速度区划图》GB18306-2001(江苏部分)，航道经过区域设计地震动峰值加速度：高淳为0.05g，溧阳为0.10g。2、航道情况芜申线位于长江三角洲河网地区，横跨安徽、江苏、上海两省一市，是规划的长三角地区高等级航道网“二纵六横”和江苏省干线航道网“二纵四横”的第四横，水运地位十分突出，规划航道等级为三级。3、水位资料芜申线高溧段堑口村段设计特征水位详见下表。表1芜申线高溧段设计通航水位表芜申线高溧段某航段设计最高通航水(m)(10％频率)设计最低通航水(m)(95％保证率)河口至南渡6.002.704、河势图及水深地形图 详见芜申线堑口村航道整治工程布置方案图。四、设计依据1、《内河通航标准》；2、《航道整治工程技术规范》；3、《港口及航道护岸工程设计与施工规范》；4、《河港工程总体设计规范》；5、《内河航运建设工程概算预算编制规定》(交基发[1998]112号)及其配套定额。五、设计内容1、航道等级及设计船型航道等级：限制性航道Ⅲ级双线航道1顶+2×1000t设计船型：顶推船队，1顶+2×1000t设计船队顶轮：270马力设计船队驳船（长×宽×吃水）：67.5m×10.8m×2.0m，设计船队（长×宽×吃水）：160.0m×10.8m×2.0m。2、航道尺度及高程（1）航道标准水深H=t+▽H式中：——航道标准水深；t——设计船型标准吃水；▽H——富裕水深。根据上式可得，H=2.0+0.4=2.4m，由H=2.4m<3.2m（《航道整治工程技术规范》）。故，取航道标准水深H=3.2m。 （1）航道宽度B=(bd+Ldsinα)+(bu+Lusinα)+D1+D2+C直线段航道底宽：45m（《内河通航标准》）。直线段航道标宽：式中：bd、bu——下行、上行设计船队宽度，bd=bu=10.8m；Ld、Lu——下行、上行设计船队长度，Ld=Lu=160.0m；α——航行漂角，Ⅲ级航道取3o；D1+D2+C——各项安全宽度之和；船队可取0.50~0.60倍下行和上行航迹带宽度，取D1+D2+C=0.60×(bd+Ldsinα)。计算得，B=（10.8+160.0×sin3o）+（10.8+160.0×sin3o）+0.60×（10.8+160.0×sin3o）=49.9m，取B=60m。（2）航道最小转弯半径Rmin=3.0×L=3.0×160.0=480.0m（3）航道各部分高程航道底高程=设计最低通航水位−航道标准水深=2.7−3.2=-0.5m防洪大堤顶高程=设计洪水位+安全超高=6.0+0.5=6.5m3、航道断面设计及航道断面系数根据上述计算以及芜申线堑口村段河势图及水深地形图，航道断面底宽45m，表宽70m，边坡坡度1:3.9，航道底高程-0.5m。详见图1： 图1航道断面图计算航道断面系数：式中：A——最低通航水位时航道过水断面面积，A=0.5×（45+60）×3.2=168m2；——标准船舶标准吃水时船的浸水横断面面积，=2.0×10.8=21.6m2。有上面计算可得，航道断面系数。故，航道断面设计在经济上是合理的。4、航道驳岸及防洪大坝设计航道驳岸设置1.5m的石灰石垫层，底板，灌砌块石主体，钢筋混凝土护面，坡度为6:1，并设置浆砌块石压顶。设置排水管与反滤层，排水管直径取60mm，出口在设计最低通航水位以上0.5m，坡度取1:10。防洪大堤堤顶高6.50m，宽5.50m，30cm石灰石垫层，20cm泥结碎石路面，大堤背水面坡度1:2.0。详见图2。 图25、堑口村处(70K——71K)航道线位方案比选由于在溧阳堑口村航道从上游穿过堑口桥150米后，向右100°转弯，过200米后又向左45°急转，河道在该此处严重扭曲（详见地形图），因此必须对航道的走向进行比选。由上面计算可知，航道最小弯曲半径为480m，堑口村段的弯曲段弯曲半径明显不满足要求，需要对老航道进行整治，由于此段弯曲半径过小，宜抛弃老航道曲段另辟新的航道，现提出两种新航道的选择方案，如下：方案一：在该处老航道上开辟一条新的直线航道，衔接上下游河段；方案二：在老航道上选定进、出口位置，按480m弯曲半径的要求在该段老航道上开辟一条新的弯曲航道。方案一方案二见下图：图3新航道方案方案一方案二均是在已有老航道的基础之上选择的，它们都满足弯曲半径的要求，下面对二者进行经济总量与工程量进行比较。 查看分析地形图发现，方案一与方案二两者的拆迁房屋面积大致相同，故比较中拆迁房屋面积这一项不予考虑。表2两种航道选择方案的经济比较项目单价数量价格（万元）方案一方案二方案一方案二土方工程16.0元/方466604290680746.6465.1疏浚工程22.0元/方243592380432535.9837驳岸工程0.55万元/延米4260436023432398工程用地3.5万元/亩11333.4395.5116.9总计40213813通过上表可知，方案二可比方案一节省资金208万元。但是方案一水下施工量小很多，从图3中也容易看出方案一的航道较方案二的航道顺畅很多，视野开阔，水流流态好，横向流速小，便于船舶快速平稳地行驶，综合比较而言，方案一是经济合理、工程可行的方案，故选择方案一。6、分汊河段（75K——76K）治理在75K——76K之间有一个分汊，主汊为南河，支汊为中河。查看、分析地形图得出，如果通过塞支强干的方式来治理，则将影响中河的下游区域的灌溉、防洪等，故不能采取塞支强干的措施。进一步分析，该分汊处河势良好，一方面应采取相应的工程措施稳定汊道，具体措施为在节点处布置平顺护岸；另一方面为进一步改善主汊（通航汊道）的通航条件，在左汊进口上游附近筑挑流坝（见图），同时在右汊布置护岸保护河岸。该汊道为弯曲汊道，且弯道凹岸一侧为大片冲击平原，为防止在水流冲击下凹岸后退、凸岸向外延伸，导致该处愈来愈弯，需要对易于崩塌的凹岸加以保护，具体措施为在凹岸平顺护岸。7、航道平面布置堑口村段航道平面布置见图。 六、设计成果1、航道断面设计航道断面采用梯形复式结构型式，具体尺寸详见5.3节以及图1航道断面图。2、航道整治工程布置方案芜申线堑口村处航道整治工程布置采用方案一，详见芜申线堑口村航道整治工程布置图。'