船闸课程设计

（一）设计资料1、航运资料（1）航道等级：Ⅱ级。（2）建筑物等级：闸室，闸首，闸门按Ⅱ级建筑物设计；导航建筑物，靠船建筑物按Ⅲ－Ⅳ级建筑物设计；临时建筑物Ⅳ级。（3）设计船型：根据调查，该河段近、远期船型资料见表1-1。表1-1船型资料船型顶（拖）轮马力—长×宽×吃水（m）驳船长×宽×吃水（m）船队长×宽×吃水（m）备注一顶＋2×1000270-27.5×6.1×2.4662×10.6×（2.0~2.2）151.5×10.6×（2.0~2.2）远期船型一拖＋12×100250－23×4.9×1.8524.85×5.2×1.85321.2×5.2×1.85近期船型一拖＋4×500270－27.5×6.1×2.4653×8.8×1.9239.5×8.8×2.46近期船型（4）货运量近期：1200万吨/年；远期：2200万吨/年。（5）通航情况通航期N＝352天/年，客轮及工作船每天过闸次数0n＝6，船只装载量利用系数＝0.84，货运量不均匀系数＝1.30，船闸昼夜工作时间t＝21小时，一般船速V=9.5km/小时，空载干弦高度（最大）取1.5m。2、地质资料根据地质钻探资料得知，地基无不良地质构造情况，地层分布近似水平，地基土表层至▽7.0m以上为重壤土，厚约1.5～3m，其下▽7.0～6.0m为轻砂壤土，厚约1.0m，▽6.0m以下为亚粘土，土壤物理性质见表1-2。表1-2各种土壤的主要物理力学性质土壤名称容重（T/m3）比重G（T/m3）内摩擦角（°）含水量W（％）粘结力Ckg/cm2渗透系数K，cm/s承载力［σ］kg/cm2天然土干土重壤土1.931.502.672328.40.554.8×10-62.3轻砂壤土1.951.522.6727.528.30.231.03×10-53.2亚粘土1.941.562.742624.40.581.0×10-73.03、水文气象资料特征水位：上游校核洪水位：▽14.0m上游设计洪水位：▽13.2m上游最高通航水位：▽13.2m上游最低通航水位：▽10.5m下游最高通航水位：▽8.0m下游最低通航水位：▽5.2m下游校核低水位：▽4.8m检修水位：上游▽12m；下游▽6.5m气象资料：降雨量及气温资料从略。风力：冬天盛行东北风，夏天盛行东南风，最大风力设计8级，校核12级。（二）计算内容第一章船闸总体规划及平面布置1.1船闸型式选择根据已有设计资料，对船闸的各种型式进行综合比较，依据《船闸设计总体规范》3.2.1和3.3.3，水头小于30米，确定船闸形式为单级船闸、单线船闸。1.2船闸的平面尺寸及各部高程1.2.1船闸的有效尺度设计船闸的基本尺度包括闸室的有效长度、有效宽度及门槛水深。根据《船闸设计总体规范》3.1.5～3.1.9的规定进行计算。根据设计船型资料，考虑1顶+2×1000船队两排并列一次过闸、1顶+2×1000与1拖+12×100船队并列过闸、1拖+4×500并列过闸三种组合。计算结果如下：船闸基本尺度计算表（单位：m）组合情况船队长度富裕长度有效长度船队宽度富裕宽度有效宽度1顶+2×1000并列151.511.116321.21.35231顶+2×1000与1拖+12×100并列172.17.1618021.01.34231拖+4×500133.56.014017.61.219根据以上三种组合，综合考虑本航线上已建船闸的尺度、内河航运暂定标准、货运密度的变化等方面的情况，取闸室的有效长度为210m，考虑镇静段长度20m，则闸室长度230m，闸室的有效宽度取23m。由船舶吃水得槛上水深Hc≥1.6×2.46=3.94m，考虑留有一定的富裕取4.5m，闸室的有效尺度230×23×4.5m。1.2.2船闸的最小断面系数最小断面系数n应满足大于1.5～2.0。1.2.3引航道的平面形状与尺寸一、引航道平面布置引航道应由导航段、调顺段、停泊段和制动段等组成，其平面布置应保证通航期内过闸船舶、船队畅通无阻，安全行驶。引航道的平面布置应根据船闸的级别、线数、设计船型船队、通过能力等，结合地形、地质水流、泥沙及上、下游航道等条件研究确定。采用反对称型引航道布置，单向过闸速度较快。二、引航道尺寸（一）引航道长度1.导航段cll1，cl为顶推船队全长，1顶+2×1000级船队长cl=151.5m，取160m2.调顺段2l（1.5～2.0）cl=227.25～303m，取280m3.停泊段cll3（主要考虑拖带船队长），考虑到解队过，解队后船队长171.2m，取180m4.过渡段Bl104，B为引航道宽度与航道宽度之差，二级航道宽为70m，引航道宽度37.1m（取40m），则B=30m，4l=300m5.制动段5l用cll5估算，为船队进入口门航速，一般取2.5～4.5，则5l3×151.5=454.5m.取480m（二）引航道宽度考虑一侧靠船，设计最大船宽bc=10.6m，一侧等候过闸的船队总宽度1cb=10.6m，富裕宽度cbb5.12，则引航道宽度B0≥bc+bc1+2Δb=10.6+10.6+1.5×10.6=37.1m，取40m（三）引航道最小水深5.10TH，即TH5.10=1.5×2.46=3.69m，考虑留有一定的富裕，取4.5m1.2.4船闸的各部高程船闸的各部分高程不仅要保证船舶能安全、顺利的通过，而且要保证船闸运转操作的安全和方便。在这个前提下还要降低工程造价。船闸各部分高程可参考《船闸总体设计规范》中的有关内容计算确定。1.上游引航道底高程=上游最低通航水位－引航道的最小水深=10.5－4.5=6.0m2.上游导航建筑物顶高程=上游设计最高通航水位＋超高（空载干弦）=13.2+1.5=14.7m3.上闸首门顶高程=上游校核洪水位＋安全超高=14.0+0.5=14.5m4.上闸首墙顶高程=门顶高程＋结构安装高度=15.5+1=16.5m5.上闸首门槛高程=上游最低设计通航水位－门槛水深10.5－4.5=6.0m6.闸室墙顶高程=上游最高通航水位＋超高（空载干弦）=13.2+1.5=14.7m设置0.9m高的胸墙，则实体墙顶高程为13.8m7.闸室底高程=下游设计最低通航水位－闸室设计水深=5.2－4.5=0.7m8.下闸首门顶高程=上游最高通航水位＋超高=13.2＋0.5=13.7m9.下闸首墙顶高程=门顶高程＋结构安装高度=13.7＋1=14.7m10.下闸首门槛高程=下游设计最低通航水位－门槛水深=5.2－4.5=0.7m11.下游引航道底高程=下游最低通航水位－引航道最小水深=5.2－4.5=0.7m12.下游引航道顶高程=下游最高通航水位＋超高（空载干弦）=8.0＋1.5=9.5m船闸各部分高程如下图所示1.3船闸的通过能力1.船舶（队）进出闸时间船舶（队）进出闸时间，可根据其运行距离和进出闸速度确定。对单向过闸和双向过闸方式应分别计算。单向进闸距离是船舶（队）自引航道中停靠位置（距闸首70m）至闸室内停泊处之间的距离，单向出闸距离为船舶（队）自闸室内停泊处至船尾驶离闸首之间的距离；双向进闸距离是船舶（队）自引航道中停靠位置至闸室内停泊处之间的距离，双向出闸距离为船舶（队）自闸室内停泊处至双向过闸靠船码头的距离；单向进闸距离1L=70+25+210=305m单向出闸距离4L=20+25+210=255m双向进闸距离1L=280+160+25+210=675m双向出闸距离4L=210+20+25+160+280=695m根据《船闸总体设计规范》查得单向进闸smv/5.01单向出闸smv/7.01双向进闸smv/7.01双向出闸smv/0.11则min2.10605.03051t，min1.6607.02554tmin1.16607.06751t，min6.11600.16954t2.闸门的启、闭时间2t闸门的启、闭时间与闸门型式和闸首口门宽度有关，当闸首口门宽度20～30m时，2t约为2～3min，取2min3.闸室灌、泻水时间3t船闸灌泻水时间与水头、输水系统型式、闸室尺度有关，取3t=9.0min4.船舶（队）进出闸门间隔时间5t船舶（队）进出闸门间隔时间取5.0min则：单向过闸时间543211224tttttT10.2+4×2+2×9+6.1+2×5=52.3min双向过闸时间54321242242tttttT2×16.1+4×2+2×9+2×11.6+4×5=101.4min实际上，由于上行与下行船舶（队）均难以保证到闸的均匀性在设计中一般采用船舶（队）单向过闸与双向过闸所需时间的平均值来计算昼夜过闸次数，过闸时间5.51)24.1013.52(2/1)2(2/121TTTmin船闸日平均过闸次数5.245.51602160Tn取25次船闸年通过能力GNnnPe)(式中：en—日非运客、货船过闸次数，取6N—年通航天数（352天）G—次过闸的平均载重吨位（近期4000吨，远期6000吨）—船舶装载系数（0.84）—运量不均匀系数（1.30）近期：吨44101200106.17283.184.04000352)625()(GNnnPe远期：吨44102200109.25923.184.06000352)625()(GNnnPe满足通过能力的要求1.4船闸的耗水量及经济损失计算船闸一天内平均耗水量可按下列计算：式中：错误!未找到引用源。—一天内平均耗水量(m3/s)V—一次过闸用水量(m3)，必要时应考虑上、下行船舶、船队排水量差额q—闸门、阀门的漏水损失(m3/s)e—止水线每米上的渗漏损失[m3/(s.m)]，当水头小于10m时取0.0015一0.0020[m3/(s.m)]，当水头大于10m时取0.002一0.003[m3/(s.m)]u—闸门、阀门止水线总长度(m)1.5船闸在枢纽中的布置为减小占地面积，减少工程量，采用闸坝并列式布置，且船闸伸向坝轴线下游。第二章船闸输水系统型式选择及水力计算2.1船闸输水系统型式选择2.1.1集中输水与分散式输水系统选择输水系统可分为集中输水系统和分散输水系统两大类。判别系数5.30.40.50.9HTm式中：m—判别系数H—设计水头(m),取5mT—闸室灌水时间(min)采用集中输水系统，结合已建船闸的输水型式采用环形短廊道输水。2.1.2消能工选择集中输水系统消能工的布置应使水流能够充分消能和均匀扩散，并不妨碍输水系统的泄流能力。根据后面水力计算中求出的流速和水头，查《船闸输水系统设计规范》表3.1.5，可采用简单消能工。选用消力槛消能。2.2船闸水力计算2.2.1计算输水廊道的断面面积水阀门处廊道断面面积])1(1[22VKgTHc式中：c—计算水域面积255×23=58652mH—设计水头取5.0m—阀门全开时输水系统的流量系数，可取0.6～0.8，取0.7—系数，锐缘平板阀门=0.7时，取0.56VK—可取0.6～0.8，取0.8T—闸室灌水时间，取9.0min则21]8.0)56.01(1[8.295407.00.5586522m2.2.2输水系统设计一、输水系统廊道的具体布置及细部尺寸采用集中输水系统，环形短廊道输水。根据《船闸输水系统设计规范》集中式输水系统的布置原则，可初步确定输水系统的尺寸。1.输水廊道的进口输水廊道的进口应布置在水下一定深度，一般低于设计最低通航水位以下0.5～1.0m以上，以保证廊道进口顶部不产生负压，避免输水时吸入空气使进入闸室的水流掺气而加剧水流的紊乱。为减少水流进口的损失，在廊道进口修圆，修圆半径为（0.1～0.15）b（b为输水廊道进口宽度，取4m），取0.5m。2.输水廊道的弯曲段廊道弯曲段的主要设计任务是选择合适的曲率半径，特别是内侧曲面的曲率半径。根据规范，取进口转弯段内侧曲率半径0.75m（0.15H，设计水