大型软基堵港工程的堵口及抗冲水力稳定设计((2)

3　水力扩展断面设计

　　水力扩展断面设计需要确定堵口过程的各种水力要素，包括口门内外水位差z、堰顶流速v_a、扩展断面均匀急流段流速v_b(即坡面块石稳定流速)、口门单宽流量q和均匀急流段长度l等(图1)。

图1　水力扩展断面示意图

　　根据口门尺寸，设计潮位过程线、内港库容曲线，泄水闸规模采用水量平衡公式进行水量调节计算，求出内港水位过程线与潮位过程线之差，即可求出各时段的内外水位差z，同时求出口门单宽流量q和堰顶流速v_a。
　　水量平衡公式：
　　根据堵口工程的实践，块石扩展发生在口门外海侧，包括口门加速段和均匀急流段(近似)。内港水流溢过口门顶的流速为v_a，以后加速到a点达到v_b(当坡面块石重量已达稳定时)，并以近似均匀水流流经均匀急流段，以面流形式与下游连接，在溢流面上加速段的落差为z_b，则均匀急流段分担的落差为z-z_b。设均匀急流段的边坡为i，则均匀急流段的长度l为：l=(z-z_b)/i。
式中： (φ-流速系数，取0.8～0.85)
　　　
　　　c-谢才系数　(n为坡面块石糙率，一般取0.04)
　　r-水力半径　
　　h-均匀急流段坡面水深　h=q/v_b
　　则
　　最后得：
　　扩展断面边坡均匀急流段的水流速v_b是确定块石坡面稳定的流速。为避免采用大量的重型抛投材料，根据地基抗滑稳定断面的尺寸和采石场可以开采到的块石重量，v_b一般控制在5m/s左右，相应的块石重量在230kg左右。实际上在开始平抛时的流速比较小，小尺寸的块石就可满足稳定要求。只是当口门底槛抬升到一定高程以上才需用较大的块石。块石的重量与流速v_b的关系按依兹巴士公式计算。 （转载自http://zw.ＮＳＥaＣ.com科教作文网）
　　
　　式中：r_石-块石容重，取2.5t/m³
　　　　　r_水-海水容重，取1.03t/m³
　　　　　d-块石当量直径，
块石重量

4　结语

综上所述，对于潮差和吞吐潮量较大的软基堵港工程，应采用“宽浅式”口门和水力扩展断面型式，才能有效解决堵口过程中的块石抗冲稳定问题，避免采用大量重型抛投材料。口门宽度、底槛高程和水力扩展断面长度是根据堵口水力计算成果、块石重量和基础抗滑稳定断面的尺寸来确定的。一般情况下，水力扩展断面不宜超过基础抗滑稳定断面，否则必须加大块石重量或口门宽度。

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