吹填工程泄水口土颗粒流失控制相关性计算.pdf

年 月水运工程 第 期 总第 期 吹填工程泄水口土颗粒流失控制相关性计算罗华锐 张宏喆(中交天津航道局有限公司 天津)摘要:吹填造陆工程中存在混合土质 本文针对淤泥在地基处理时沉降大的问题 对吹填土临界粒径的土颗粒沉降速度、流径、泄水口之间的关系进行研究 采用斯托克斯定律得出临界颗粒值的理论沉降速度 将流径、泄水口流速与颗粒沉降速度相结合 设置排出临界粒径土颗粒的泄水口宽度 以薄壁堰为例 其他堰体可采用相应的流量公式进行计算 通过对临界条件的分析和计算 处理吹填施工和地基处理之间的矛盾 寻求流失量控制的合理薄壁堰参数 为实际工程应用提供参考关键词:薄壁堰 泄水流速 土颗粒沉速 吹填流失量 临界参数中图分类号:文献标志码:文章编号:().收稿日期:作者简介:罗华锐()男 硕士 高级工程师 从事港口航道与海岸工程工作 问题提出吹填流失量是吹填造陆工程中对成本、进度控制至关重要的因素 流失量过大会造成泥沙资源浪费、船舶成本增加、进度滞后等 但是对于有造陆高程要求的项目 单纯减少流失量无法解决问题 因为吹填区内淤积的大量淤泥在地基处理时施工困难、沉降过大 需要后期补填或补吹同样会造成成本和进度的失控 因此需要通过控制泄水口流速将淤泥排出 但是将黏土、粉土应留在吹填区 以达到效益的最大化 问题解决思路以天津南港工业区某吹填造陆项目为研究对象 其吹填土中存在一定量淤泥质土 其余为黏土、粉土和砂 项目吹填区较大 流径足够长所以在流场的筛分作用下 细颗粒的沉降距离最水 运 工 程 年远 利用土颗粒沉降公式中的粒径范围内土颗粒的沉降速度、流径长度和沉降高程等参数 可计算出临界流速 确定闸管式泄水口的流量、流速也可计算出泄水口的过水宽度和泄水高度等参数达到准确控制不同土质流失量的目的.吹填土沉淀速度计算天津南港工业区某吹填造陆工程中的取土区为港区航道 其钻孔资料显示 取砂区地层土质从上到下依次为淤泥、淤泥质黏土、黏土、粉质黏土 局部存在夹层 取土深度为 其中淤泥约占 位于取土区表层在吹填施工过程中 首先淤泥被输送至吹填区内 并在后期的真空预压式软基处理过程中被排出吹填区 否则将形成软弱层 增加后期换填处理成本 而其他类型的土质应留在吹填区内避免流失粉土颗粒粒径 理论沉降速率采用斯托克斯定律 (适用于粒径小于 的土颗粒)进行计算:()式中:为理论沉降速率 为土颗粒密度 为水密度 为土颗粒粒径 为液体的运动黏性系数 以细颗粒土为主 是较为均匀的吹填泥浆可视为牛顿体 采用钱宁及马惠民针对牛顿体的研究公式 进行计算:()式中:为吹填土含沙量是泥沙所占体积与浑水体积之比 为土颗粒密度在吹填含沙量较高的区域存在群体沉速影响 采用以下公式计算实际土颗粒沉速:()()式中:为实际土颗粒沉速 为理论沉降速率由式()求得 为待定参数 采用试验条件较为接近的菲尔及盖耶的研究成果 取 .计算土颗粒沉降时间所需的临界流速用吹填区壅水高度 与需留住的土颗粒的下沉速度之比计算出下沉时间:()式中:为实际土颗粒沉速 由式()计算得出与吹填区内流径 结合计算 得出留住该颗粒的泄水临界流速:().泄水口流速与流量本工程采用薄壁堰式泄水口进行泄水 土颗粒在堰前沉降过程及堰体相关参数见图 图 薄壁堰前土颗粒沉降过程流量计算采用以下公式 :()()()()式中:为堰顶过水净宽度 为淹没系数 当自由出流时 为侧收缩系数 无侧收缩影响时 为包括流速水头在内的堰上总水头 为断面动能修正系数 堰流可认为是层流 取 为堰上水头 为包括行近流速水头的流量系数 为上游堰高.计算堰顶过水净宽度根据式()()可得:()式中:为泄水流量 根据实际吹填流量取值 将临界流速 代入后可计算 其他量均为已知量按照实际条件取值 计算所得堰顶过水净宽度即为满足某粒径尺寸时的临界值(下转第 页)第 期朱志烨 等:潮位推算技术在盘锦长航道水深测量中的应用潮数据 验潮过程中要注意验潮仪易损坏、零点漂移、海水密度选择等问题)长航道水深测量过程中要做好数据比对防止较大误差数据的产生参考文献:方国洪 郑文振 陈宗镛 等.潮汐和潮流的分析和预报 .北京 海洋出版社.中交天津航道局有限公司.水运工程测量规范 .北京 人民交通出版社.王华原.疏浚工程中远距离水位控制关键技术 中国疏浚协会.中国第五届国际疏浚技术发展会议论文集.北京 出版者不详 .王丽华 万军.疏浚工程中基于余水位订正的沿海远距离潮位推算方法 .水运工程 .卓玉生 王岩.理论最低潮面确定方法探讨 .港工技术 .刘冠伟 武文博.压力式验潮仪在航道水深测量中的应用 .水运工程 .(本文编辑 王传瑜)(上接第 页)案例分析天津南港工业区某吹填造陆项目吹填泥浆浓度约为 经测量土颗粒密度为 水密度 为 吹填流量 为 万 取粒径 为 的颗粒 拟建薄壁堰上游堰高 为 为 水流自由流出且无收缩 土颗粒流径 为 根据式()()计算可得理论颗粒沉降速度:根据式()计算可得实际颗粒沉降速度:根据式()计算土颗粒下沉至溢流堰顶以下的时间:根据式()计 算 可 得 留 住 土 颗 粒 所 需 的 泄 水 流 速:根据式()计算可得堰上总水头:根据式()计算可得行近流速水头的流量系数:将以上数据代入式()计算可得薄壁堰过水宽度:分析显示:当薄壁堰泄水口的过水净宽度为 时 可以使粒径为 的土颗粒完成沉淀过程 并留在取砂区内 粒径更小的土颗粒会通过泄水口排出 在本工程实施过程中设置了可调节净宽()的薄壁堰 用于吹填强度和流径发生变化时动态调整吹填区内泥浆流速以达到准确控制细颗粒流失的目的 结论)对于具有特定粒径范围的土颗粒需求的吹填造陆项目 可通过公式计算得出薄壁堰式泄水口所需要的临界宽度 作为泄水口设置和施工的参考依据)吹填区堆积是动态的过程 计算过程中的流速、堰高等参数也可作为变量进行模拟计算便于工程实施过程中动态控制 泄水口设置应留有冗余 在吹填区堆积导致上游堰高减小或流径变短时对应调整泥浆流速)本计算方法针对不同类型的泄水口堰体结构 可通过替换不同类型堰体的流量公式来计算相关参数 具有较广的适用范围参考文献:李铭志 何炎平 诸葛玮 等.泥沙颗粒沉降速度计算方法比较分析 .水运工程 .曹志先 胡鹏 李薇 等.泥沙运动力学 .北京 中国水利水电出版社 .詹咏 王惠明 曾小为.泥沙沉降速度研究进展及其影响因素分析 .人民长江 .杨艳 陈一华 黄宏亮 等.水力分析与计算 .北京 中国水利水电出版社 .(本文编辑 赵娟)