航道工程学设计计划书

1 航道工程学设计计划书 。 第一章 设计基本资料 1形资料 本船闸位于洪泽湖南面，其南面是苏北灌溉总渠，夹于两水系之间，同时两水系之间还隔有一道防洪大堤。 在大堤的北面与洪泽湖水边线之间有一片洼地，标高在 之间。另外，在大堤上有一条淮阴通往南京方向的公路。 1质资料 高良涧二线船闸位于洪泽湖大堤，土质较为复杂。上部为人工夯实的 湖堤，多为黄色粘土，持力层为粘土、亚粘土、粉砂夹层，但层次划分不明，软硬变化较大，下卧层基本上为承载力较高的砂性土。通过对有代表性的 02 号 钻孔（下闸首部位）土层分布及试验成果的分析，范围为 的地基土的平均允许承载力为 均变形模量为 5054松比为 回填土的力学性能指标 表 1容 重 KN/重 KN/摩擦角 )( 粘聚力 C 上 水下 4 22 24 02 号 钻孔土层分布及试验成果表 表 1层标高 土壤 含水量 (%) 湿容重 KN/重 然孔隙比 e 粘聚力 C (内摩擦角 贯入度 N 允许承载力 R 缩系数v 缩模量变形模量 E (渗透系数 K +土 4 24 17 189 3626 6106 +砂 4 35 18 800 4053 34106 106 2 粘土 7 19 12 538 3870 56106 106 粘土 2 11 16 500 3145 砂 2 27 29 800 3354 23106 106 砂 0 35 19 455 4511 土 2 32 35 1667 8153 6106 粘土 4 23 26 526 5259 砂 3 36 35 875 6202 34106 101 砂 8 36 35 412 5879 1文资料 1征水位 特征水位表 表 1征水位 上游 下游 最高 最低 最高 最低 校核水位 设计水位 通航水位 划蓄水位 1位组合 水位组合表 表 1合情况 上游 下游 水位差 设计 I 计 核 力、风向 最大风力 8 级 ， 偏西方向 ， 风速达 21m/s。 1济资料 1闸货流 3 可行性研究报告提供的淮河货运量规划（万吨） 表 1985 年 1987 年 1990 年 1995 年 750 950 1250 1750 1计船型 船型表 表 1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) 资料来源 一顶 +2 1000t 270 马力 2 60 行性报告推荐 一拖 +12 100t 250 马力 苏现状 一拖 +4 500t 270 马力 3 苏现状 设计过闸船队组合： 4000 吨 /闸次 1 航情况 通航期 N = 360 天 /年 ； 客轮及工作船过闸次数0n= 6； 船舶载重量不均匀系数 = 月不均匀系数 = 船 闸 昼夜工作时间 = 22 小时。 船闸作业时间： 开（关）门时间（分），取 2 闸室灌（泄）水时间（分），取 9震烈度 ： 8 度 。 1通、建筑材料供应情况 水运可直达工地，公路运输亦方便；除木材外，其他材料供应充足，钢材由南京发货，水泥、石料、砂由安徽提供，木材由江西福建运来。 1路及桥梁 本工程桥梁载重及尺寸按 路标准，公路接线按 标准。 公路桥载重标准：汽 20，挂 100； 公路桥桥面宽：净 ； 公路路面宽： ； 4 公路路基宽： 桥头接线最 小曲线半径： 125 米。 1计依据 本工程以国家计委关于开发淮河运输两淮煤矿水运建设任务书的批复（计交 1982979 文号）主要依据，并按照 1978 年 9 月交通部会同煤炭部和安徽省、江苏省共同编制上报的两淮煤炭淮申线水运建设计划任务书及 1981 年 9 月18 日交通部关于报送对两淮煤炭淮申线水运建设计划任务书的调整意见的报告以及安徽省交通厅、交通部水运规划设计院编制的两淮煤炭淮申线水运建设可行性研究报告等文件的有关规定进行设计。 1计标准、规范 高良涧二线船闸按 船闸、 建筑物（闸首、闸室）、 附属建筑物标准设计。 设计采用中华人民共和国行业标准船闸总体设计规范 第二章 船闸总体设计 2闸基本尺度的确定 2室有效长度 根据船闸总体设计规范（ 船闸闸室有效长度不应小于按式（ 算的长度，并取整数。 式中： 5 ;货船和其他船舶拖带船队），顶推船队富裕长度（长度；队、船舶间的停泊间隔船。船舶长度之和加上各，则为各设计最大船队队船舶纵向排列过闸时船当一闸次有两个或多个大船队、船舶的长度；单列过闸时，为设计最或一艘船舶当一闸次只有一个船队）度（设计船队、船舶计算长）；闸室的有效长度（2室有效宽度 根据船闸总体设计规范（ 船闸闸首口门和闸室有效宽度不应小于按下列两公式计算的宽度，并宜采用 现行国家标准内河通航标准 (39)中规定的 8m,12m,16m,23m,34m 宽度。 (0 2 式中： 的列数。过闸停泊在闸室的船舶；时，当时，），当富裕宽度附加值（）；富裕宽度（）；队或船舶的宽度（闸时，则为设计最大船船队或一艘船舶单列过当只有一个）度（停泊于闸室的最大总宽同一闸次过闸船舶并列）；效宽度（船闸闸首口门和闸室有7;f 2槛水深 根据船闸总体设计规范（ 船闸门槛最小水深应为设计最低通航水位至门槛顶部的最小水深，并应满足设汁船舶、船队满载时的最大吃水加富裕深度的要求，可按下式计算，闸室最小水深应为设计最低通航水位至闸室底板顶部的最小水深，其值应不小于门槛最小水深。设计采用的门槛最小水深和闸室最小水深，在满足计算的最小水深值基础上，应充分考虑船舶、船队采用变吃水多载时吃水增大以及相邻互通航道上较大吃水船舶、船队需通过船闸的因素，综合分析确定 。 H 6 其中： 根 据设计船型资料以及设计过闸船队进行过闸船型组合 列出船队组合的可能情况 (4000 吨 /闸次 )如下（单位： m）： 1. ( 一顶 +2 1000t)*2 两列并排组合， 合方式如图： 有效长： 60m + c+效宽： = m b b +n 为船队列数 b +-1)x=bc+槛水深： T= H=. （一拖 +12 100t） 2，每队拆成 2 列 6 排并排组合， 合方式如图： 3. （一拖 +4 500t） 2， 两列并排组合， 合方式如图： 4.（一顶 +2 1000t）与（一拖 +12 100t）， 合方式如图： 5.（一拖 +12 100t）与（一拖 +4 500t）， 合方式如图： 5.（一顶 +2 1000t）与（一拖 +4 500t）， 合方式按右图： 计算数据表： ）；的最大吃水（设计船舶、船队满载时）；门槛最小水深（m 组合类型 有效长度 (m) 有效宽度 (m) 门槛水深 (m) 载重(T) 备注 000 2400 载重太小，不予考虑 000 200 只， 4只驳船 000 200 只， 3只驳船 船队每列 8只， 4只驳船 说明：对于 合，当采用 B 船队最长九只驳船时，虽然实际上进行船队拆解时省时，但是综合比较其它组合都不大于 250m，此舍弃。闸室采用直立式，墙厚取 表四 闸室基本尺度 闸室有效长度（ m） 闸室有效宽度（ m） 船闸门槛水深（ m） 260 24 闸线数和级数的确 定 通过船闸通过能力的计算，可以确定：船闸线数取为 单线 即可满足通航要求 船闸级数根据船闸总体设计规范（ 定： 闸级数的选择，应优先采用单级船闸。 闸级数，可按下列情况确定： （ 1）水 头 40m，采用两级或多级船闸。 2闸各部分高程的确定 2闸闸门门顶高程 根据船闸总体设计规范（ 船闸挡水前缘闸首工作闸闸门顶部高程应为上游校核高水位加安全超高确定。对溢洪船闸的闸门顶部高程应为上游设计最高通航水位加安全超高。 船闸非挡水前缘闸首的闸门顶部高程应为上游设计最高通航水位加安全超高。 8 船闸闸门顶部最小的安全超高值， I 船闸不应小于 般取 V 船闸不应小于 于有波浪或 水面涌高情况的闸首门顶高程应另加波高或涌高影响值。 故，设计闸门门顶高程取为： 本船闸为级船闸，取安全超高值为 取波浪超高为 以溢洪船闸来设计。 上闸首闸门顶部高程 =上游最高通航水位 +安全超高值 +波浪超高 = 下闸首闸门顶部高程 =上游最高通航水位 +安全超高值 +波浪超高 = 2室墙顶高程 根据船闸总体设计规范（ 船闸闸室墙顶部高程应为上游设计最高通航水位加超高值，超高值不应小于设计过闸船舶、船队空载时 的最大干舷高度。 长江分节驳船空载干舷高度 驳船吨级（ t） 100 300 500 1000 2000 3000 空载干舷高度（ m） ，设计闸室墙顶高程取为： 按驳船最大吨级 1000t，取最大空载干舷高度 闸室墙顶高程 =上游设计最高通航水位 +超高值 =16+首墙顶高程 根据船闸总体设计规范（ 船闸闸 首墙顶部高程应根据闸门顶部高程和结构布置等要求确定，并不得低于闸门和闸室墙顶部高程。位于枢纽工程中的船闸，其挡水前缘的闸首顶部高程应不低于与相互连接的枢纽工程建筑物挡水前缘的顶部高程。 故，设计闸首墙顶高程为： 结构安装高度 = 上闸首墙顶高程上闸首闸门顶部高程结构安装高度 9 下闸首墙顶高程下闸首闸门顶部高程结构安装高度 2首槛顶高程 根据船闸总体设计规范（ 船闸上、下闸首门槛的高度应有利于船闸运用和检修， 顶部高程应为上、下游设计最低通航水位值减去门槛最小水深值。 故，设计闸首槛顶高程为： 上下游最低通航水位分别为 门槛最小水深值为 上闸首门槛的顶部高程上游设计最低通航水位门槛水深 下闸首门槛的顶部高程下游设计最低通航水位门槛水深 2航道底高程 根据船闸总体设计规范（ 船闸上、下游引航道和口门区及连接段的底部高程应为上、下游设计最低通航水位减去引航道设计最小水深值。 引航道最小水 深应符合下列规定 : I 船闸应按下式计算 : 中： 在设计最低通航水位时，引航道底宽内最小水深 (m); T 设计最大船舶、船队满载吃水 (m) 故，设计引航道底高程为： 设计最大船队满载吃水 T= 上游设计最低通航水位 =下游设计最低通航水位 = 引航道设计最小水深值 上游引航道底高程上游设计最低通航水位引航道设计最小水深值 下游引航道底高程下游设计最低通航水位引航道设计最 小水深值10 2闸闸室底板顶部高程 根据船闸总体设计规范（ 闸闸室底板顶部高程不应高于上、下闸首门槛顶部高程。 故，设计船闸闸室底板顶部高程为： 船闸闸室底板顶部高程下闸首门槛高程 2航建筑物和靠船建筑物顶高程与引航道堤顶高程 根据船闸总体设计规范（ 闸上、下游导航和靠船建筑物的顶部高程应为上、下游设计最高通航水位加超高值，超高值不宜小于设计 过闸船舶、船队空载时的最大干舷高度。 岸顶部高程应根据船闸工程的安全需要和防洪要求研究分析确定。 故，此些设计高程分别为： 上游设计最高通航水位 16m、下游设计最高通航水位 设计过闸船舶空载时的最大干舷高度为 上游导航建筑物顶高程 =上游设计最高通航水位 +超高值 = 下游导航建筑物顶高程 =下游设计最高通航水位 +超高值 = 上游引航道堤顶高程 =上闸首墙顶高程 = 下游引航道堤顶高程 =上，结果汇总于下表 ： 单 位： m 上游 下游 闸门顶高程 室墙顶高程 首墙顶高程 首门槛高程 航道底高程 室底板顶高程 航和靠船建筑物的顶高程 航道堤顶高程 11 2航道平面布置及尺度确定 2航道平面布置 根 据 船 闸总体 设 计规 范 （ 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。 航道的平面布置可采用下列型式 : (1)反对称型，见图 (a); (2)对称型，见图 (b); (3)不对称型，见图 (c), 根据设计要求， 单线船闸设计通过能力能满足设计水平年内的货运量要求，因此选用单线船闸。 选用 对称型 对单向过闸较为有利，可使船舶（队）停靠在距闸首的最近处。 2航道尺度 2航道宽度 根据船闸总体设计规范（ 线船闸引航道的宽度，应根据下列型式确定： 反对称型和不对称型引航道宽度： bc+ b1+ 式中 设计最低通航水位时，设计最大船舶、船队满载吃水船底处的引航道宽度 ; 设计最大船舶、船队的宽度 (m); 一侧等候过闸船舶、船队的总宽度 (m); 船舶、船队之间的富裕宽度，取 一侧等 候过闸船舶、船队的总宽度（ m） ; +3m 12 2航道长度 根据船闸总体设计规范（ 航道直线段的轴线应平行于船闸轴线，直线段应由导航段、调顺段和停泊段组成，见图。引航道的长度应满足下列要求。 采用直线进闸、曲线出闸布置时，引航道的各段长度，应符合下列规定 : (1)导航段长度 式中： 导航段长度 (m)； 顶推船队为设计最大船队长，拖带船队或单船为其中的最大船长 (m)。 则 : 60m (2)调顺段长度 (c 则： 320m (3)停泊段长度 则： 60m (4)引航道直线段的总长度 L=2+40m (5)当各种设计船队的推轮均具有良好的操纵性能时，调顺段通过论证可适当缩短 ; (6)通航多种船队的船闸，引航道直线段的总长度 L 应分别计算，并取其大值 ; (7)对山区 和平原 的船闸，当受地形等条件限制，不能满足直线段长度要求时，可在满足安全进、出闸和通过能力要求的条件下，通过技术经济论证进行布置。 （ 8）过渡段长度：道宽度之差。引航道直线段宽度与航04 则： 5m 13 （ 9）制动段长度： L,4=(取 L,4=4 160=560m 计算结果汇总与下表 单位 (m) 1 3 4 160 160 320 160 180 560 直线段总长 =2+640m 引航道总长度 L L=2+4+L4=1460m 备注 顶推船队长。 计算过渡段时航道宽度取 75m。 2航道水深 根据船闸总体设计规范（ 级船闸引航道最小水深应按下式计算 : 式中 在设计最低通航水位时，引航道底宽内最小水深 (m); T 设计最大船舶、船队满载吃水 (m). 由设计资料， T=小水深 2构选型 2首的平面布置及尺度确定 根据 船闸水工建筑物设计规范 （ 在土基上为避免由于边墩不均匀沉降而影响闸门正常工作，采用 整体式人字形 闸首结构。 2置与构造 根据教材航道工程学： 闸首总长度为： 30m 闸首边墩厚度一般取 10 米，闸首总宽度 =24+2*10=44 米 闸首有效宽度与闸室有效宽度相等 ,取 24m; 2室结构形式及尺度确定 由于该地基的承载力较好，水级也较小，持力层为粘土，地基对渗透变形不敏感，因此采用分离式闸室结构； 14 闸门宽度取 度根据闸墙顶高程及闸室底板高程可确定为 2门结构形式的确定 阀门采用平板提升门； 2水系统选择，布置 根据船闸输水系统设计规范：可以根据下式初步判断采用何种输水系统形式： ：设计水头 (m) ：闸室灌水时间 (m 中输水系统 m 散输水系统 结合水头、闸首帷墙、门型、施工、维修等因素，包括消能工选择 由此可判断该船闸应采用集中输水系统； 根 据 船 闸 输水 系统 设 计 规 范 ：集中输水系统上，下闸首断面最大平均流速分别按下列近似公式计算： 上闸首：(12m a x 下闸首： a x 对上闸 首为灌水时闸室最大的断面平均流速 ; 对下闸首为泄水时下闸首门后段最大的断面平均流速 ( m / s ) ;闸室水域长度 ( m ) ; H 设计水头 ( m) ; T 一 闸室灌泄水时间 ( s ) ; 槛上最小水深 ( m) 15 则：采用复杂消能室的短廊道输水系统设消力槛； 对于短廊道输水，为了保证廊道进口顶部不产生负压、避免吸入空气和其它漂浮物体、增大输水效率，要满足 廊道进口布置在水面下一定深度，即满足最小淹没水深的要求。 对应上下闸首淹没深度分别是 上闸首取 闸首取 输水阀门处廊道断面面积的计算： 1(122 m 经过上式计算出的输水阀门处廊道断面面积为整个输水系统的计算面积，则每侧阀门的断面面 16 阀门断面尺寸 B/H=右，本设计取 而进口断面尺寸 :则B= H=口断面面积为 进口面积， A=出口断面尺寸 H=B=室边墩用重力分离式，选择梯形截面，底部取 7 米，上部取 闸室总宽度 =24+7*2=38 米 2水时间的计算（ 输水时间校核： 输水阀门开启时间计算： sP 2 2 输水时间校核： (22 所以输水时间符合要求 2板厚度的确定 底板厚（ 1/）边墩自由高度； 不小于净跨的（ 1/61/7）； 有闸首墙顶高程及闸首门槛高程可确定上下游边墩自由高度分别为 则取底板厚度为 4m. 2闸通过能力计算 2闸时间计算 对单级船闸，一次过闸时间应符合下列规定： （ 1）单向过闸： 543211 224 。 （ 2）双向过闸： 543211 42224 。 17 （ 3）一次过闸时间应根据单向过闸和双向过闸的闸次比率确定。当单向过闸与双向过闸次数相等时，可按下式确定： T=(2/2)/2。 式中： : 64)60)1( 11 出闸： 8 6) 6 0)1( 11 双向过闸： 8 62 4 01 6 0) 6 0)1( 2122 别为单向进闸和出闸的距离 向进闸和出闸的距离 室有效长度 系数 : l1,引航道第一段、二段长度 进出闸速度 单向进闸速度 单向出闸速度 船队 m/s 0.7 m/s 机动船 m/s 1.0 m/s 双向进闸速度 双向出闸速度 船队 m/s 1.0 m/s 机动船 m/s 1.4 m/s 对于单向过闸： m i 6 42 tm i 864 m i 8 62 tm i 864 次过闸时间。出闸时间；单（双）向第一个船队）（闸室灌水或泄水时间；向第一个船队进闸时间双单）（开门或关门时间；闸时间；上下行各一次的双向过；单向一次过闸时间4322121)( m i n )1 =