注冊(cè)土木工程師(港口與航道)專業(yè)考試講義海港航道設(shè)計(jì)第一章海港航道設(shè)計(jì)基礎(chǔ)理論1.1海港航道設(shè)計(jì)概述海港航道設(shè)計(jì)是港口工程中的核心環(huán)節(jié)，直接影響港口的通航能力、運(yùn)營效率和安全性。作為港口與航道工程專業(yè)的重要組成部分，海港航道設(shè)計(jì)需要綜合考慮水文、氣象、地質(zhì)、船舶特性等多方面因素，確保航道滿足設(shè)計(jì)船型安全通航的要求。海港航道設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容包括航道選線、航道尺度確定、航道邊坡設(shè)計(jì)、航道疏浚工程以及航道維護(hù)管理等。設(shè)計(jì)過程中必須遵循國家現(xiàn)行規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，如《海港總體設(shè)計(jì)規(guī)范》(JTS1652013)、《航道工程設(shè)計(jì)規(guī)范》(JTS1812016)等，同時(shí)結(jié)合港口總體規(guī)劃、船舶發(fā)展趨勢(shì)和區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展需求進(jìn)行科學(xué)合理的規(guī)劃設(shè)計(jì)。1.2海港航道設(shè)計(jì)的基本原則1.安全性原則：確保設(shè)計(jì)船型在設(shè)計(jì)水位條件下能夠安全通航，充分考慮風(fēng)、浪、流等自然因素的影響，預(yù)留足夠的安全富裕度。2.經(jīng)濟(jì)性原則：在滿足安全通航要求的前提下，合理控制工程投資和運(yùn)營維護(hù)成本，追求最佳的經(jīng)濟(jì)效益。3.適應(yīng)性原則：航道設(shè)計(jì)應(yīng)適應(yīng)港口發(fā)展規(guī)劃和船舶大型化趨勢(shì)，為未來發(fā)展預(yù)留適當(dāng)空間。4.環(huán)保性原則：航道設(shè)計(jì)應(yīng)充分考慮生態(tài)環(huán)境保護(hù)，減少對(duì)海洋環(huán)境的負(fù)面影響，促進(jìn)港口可持續(xù)發(fā)展。5.協(xié)調(diào)性原則：航道設(shè)計(jì)應(yīng)與港口其他設(shè)施（如碼頭、錨地、防波堤等）協(xié)調(diào)配合，形成完整的港口系統(tǒng)。1.3海港航道設(shè)計(jì)的主要依據(jù)海港航道設(shè)計(jì)的主要依據(jù)包括：1.設(shè)計(jì)船型資料：包括船舶主尺度、載重噸位、吃水、操縱性能等參數(shù)，是確定航道尺度的基本依據(jù)。2.水文氣象資料：包括潮汐、潮流、波浪、風(fēng)況等自然條件數(shù)據(jù)，影響航道選線和水深設(shè)計(jì)。3.地質(zhì)地形資料：包括海底地形、底質(zhì)分布、地質(zhì)構(gòu)造等，關(guān)系到航道邊坡穩(wěn)定性和疏浚工程量。4.港口總體規(guī)劃：確定航道等級(jí)、通航標(biāo)準(zhǔn)和未來發(fā)展需求，指導(dǎo)航道設(shè)計(jì)的總體方向。5.相關(guān)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)：國家和行業(yè)頒布的技術(shù)規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)規(guī)程，為航道設(shè)計(jì)提供技術(shù)依據(jù)和質(zhì)量要求。1.4海港航道設(shè)計(jì)的技術(shù)流程1.基礎(chǔ)資料收集與分析：系統(tǒng)收集設(shè)計(jì)所需的基礎(chǔ)資料，進(jìn)行整理分析，為設(shè)計(jì)工作奠定基礎(chǔ)。2.航道選線方案比選：根據(jù)港口總體布局和自然條件，擬定多個(gè)航道選線方案，從技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、環(huán)境等方面進(jìn)行綜合比選。3.航道尺度計(jì)算：根據(jù)設(shè)計(jì)船型和通航要求，計(jì)算確定航道寬度、水深、彎曲半徑等關(guān)鍵參數(shù)。4.航道邊坡設(shè)計(jì)：根據(jù)地質(zhì)條件和穩(wěn)定要求，設(shè)計(jì)航道邊坡坡度和護(hù)面結(jié)構(gòu)。5.疏浚工程設(shè)計(jì)：計(jì)算疏浚工程量，確定疏浚施工方法和棄土處理方案。6.助航設(shè)施設(shè)計(jì)：根據(jù)航道條件和通航要求，設(shè)計(jì)航標(biāo)、導(dǎo)標(biāo)等助航設(shè)施。7.航道維護(hù)管理：制定航道維護(hù)方案和管理措施，確保航道長期安全通航。第二章航道選線設(shè)計(jì)2.1航道選線的基本要求1.通航安全要求：航道軸線應(yīng)盡量順直，避免急彎和連續(xù)轉(zhuǎn)彎，確保船舶航行安全。在不可避免設(shè)置彎道時(shí)，彎道半徑應(yīng)滿足設(shè)計(jì)船型的操縱要求，一般不小于35倍設(shè)計(jì)船長。2.水文條件要求：航道選線應(yīng)充分考慮潮流、波浪等水文因素，盡量選擇水流平順、波浪較小的區(qū)域。對(duì)于強(qiáng)潮流區(qū)域，航道軸線應(yīng)與主流方向一致，減少橫流對(duì)船舶航行的影響。3.地質(zhì)條件要求：航道應(yīng)盡量選擇底質(zhì)穩(wěn)定、易于疏浚的區(qū)域，避開礁石、沉船等障礙物和軟弱地基區(qū)域，減少工程難度和投資。4.水深條件要求：航道選線應(yīng)充分利用自然水深，減少疏浚工程量。在滿足通航水深要求的前提下，盡量選擇水深較大的區(qū)域。5.港口布局要求：航道選線應(yīng)與港口總體布局協(xié)調(diào)，便于船舶進(jìn)出港和靠離碼頭作業(yè)，同時(shí)避免與錨地、漁區(qū)等其他用海區(qū)域沖突。2.2航道選線的主要影響因素1.自然條件因素：地形地貌：海底地形起伏、岸線形態(tài)等直接影響航道走向和工程量。水文氣象：潮汐、潮流、波浪、風(fēng)況等自然條件影響船舶航行安全和航道維護(hù)。地質(zhì)條件：底質(zhì)分布、地質(zhì)構(gòu)造等關(guān)系到航道穩(wěn)定性和疏浚難度。泥沙運(yùn)動(dòng)：泥沙來源、運(yùn)移規(guī)律和淤積特性影響航道淤積和維護(hù)方案。2.船舶因素：船舶尺度：船長、船寬、吃水等參數(shù)決定航道尺度和選線要求。船舶性能：船舶操縱性、航速等影響航道彎曲半徑和通航條件。交通流量：船舶交通密度和流向影響航道布置和通航管理要求。3.港口因素：港口規(guī)模：港口等級(jí)和吞吐能力決定航道標(biāo)準(zhǔn)和重要性。碼頭布局：碼頭位置和走向影響航道進(jìn)口段和連接段設(shè)計(jì)。發(fā)展規(guī)劃：港口遠(yuǎn)期規(guī)劃影響航道預(yù)留和發(fā)展空間。4.環(huán)境因素：生態(tài)環(huán)境：海洋保護(hù)區(qū)、養(yǎng)殖區(qū)等限制航道選線范圍。周邊設(shè)施：跨海橋梁、海底管線、錨地等設(shè)施影響航道布置。軍事禁區(qū)：軍事管理區(qū)等特殊區(qū)域限制航道選線。2.3航道選線的方法與步驟航道選線是一個(gè)系統(tǒng)工程，需要采用科學(xué)的方法和步驟進(jìn)行：1.資料收集與分析：收集測(cè)圖資料、水文觀測(cè)資料、地質(zhì)勘察資料等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。分析自然條件特征，識(shí)別航道選線的約束條件和有利因素。調(diào)研港口規(guī)劃和船舶交通情況，明確航道設(shè)計(jì)要求。2.擬定備選方案：根據(jù)港口總體布局和自然條件，初步擬定23個(gè)航道選線方案。各方案應(yīng)體現(xiàn)不同的設(shè)計(jì)思路和技術(shù)特點(diǎn)，便于綜合比選。方案應(yīng)包括航道軸線布置、主要技術(shù)參數(shù)和工程措施等內(nèi)容。3.方案比選優(yōu)化：建立評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，包括技術(shù)可行性、經(jīng)濟(jì)合理性、環(huán)境影響等方面。采用定量與定性相結(jié)合的方法，對(duì)各方案進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。通過模型試驗(yàn)或數(shù)值模擬，驗(yàn)證方案的通航安全性和水動(dòng)力條件。4.確定推薦方案：對(duì)推薦方案進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，完善技術(shù)細(xì)節(jié)和工程措施。編制航道選線設(shè)計(jì)報(bào)告，為后續(xù)詳細(xì)設(shè)計(jì)提供依據(jù)。2.4航道選線的特殊考慮1.河口航道選線：河口區(qū)域受徑流和潮流雙重作用，水流條件復(fù)雜，需要重點(diǎn)分析。應(yīng)考慮鹽水入侵和泥沙淤積問題，選擇淤積較輕的航道軸線。需協(xié)調(diào)與河道整治、防洪排澇等工程的關(guān)系。2.受限水域航道選線：在狹窄水道或島嶼間水域，航道寬度受限，需要精確計(jì)算。應(yīng)考慮船舶間的相互影響，合理確定通航分隔帶。必要時(shí)采用雙向航道或分道通航等特殊布置方式。3.冰凍海域航道選線：在冰凍海域，需要考慮海冰對(duì)航道