9-12007年专业考试辅导课讲义(通航建筑物1)ppt课件.ppt

通航建筑物 注册土木工程师 港航专业 执业资格考试考前专业课培训 主讲人 陈作强四川交通设计院二OO七年八月 1 1 综述2 船闸组成 主要类型和规模3 船闸总体布置4 船闸水工建筑物5 船闸输水系统设计6 船闸闸阀门设计7 例题 通航建筑物主要内容 1 综述 1 1通航建筑物型式1 2考试大纲要求 1 1通航建筑物型式 通航建筑物是指为船舶通过航道上集中水位落差而修建的建筑物 常见的通航建筑物有船闸 升船机 船闸是利用水力学原理直接提升船舶过坝的一种通航建筑物 升船机是利用机械的方法升降装载船舶的承船厢使船舶过坝的通航建筑物 6 1掌握船闸常见型式的特点及适用条件 6 2了解船闸平面布置的原则和过闸船舶 队 主尺度的选用 6 3掌握船闸基本尺度的确定原则和方法 6 4掌握船闸渗流计算方法及保证渗流稳定应采取的措施 6 5掌握坞式闸室计算主要内容和方法 6 6掌握船闸输水系统的主要形式 特点 布置要求 应满足的基本要求 水力计算及消能措施 6 7掌握闸门的主要结构型式和适用条件 6 8掌握人字闸门和横拉门的适用条件及其主要构件受力特点与计算方法 1 2通航建筑物型式 2船闸的组成 主要类型和规模 2 1船闸的组成及类型2 2船闸的规模 2 1船闸的组成及类型 一 船闸的组成船闸主要由闸室 闸首 输水系统 引航道 口门区 连接段 锚泊地 导航建筑物 靠船建筑物 闸阀门 启闭机械 电气控制设备和通讯 助导航 运行管理等附属设施及生产 生活辅助建筑物等组成 有的船闸还包括外停泊区和前港 船闸平面布置图 二 船闸的主要类型按船闸所处的地理位置分 内河船闸和海船闸 按船闸平面布置分 单线 多线船闸和单级 多级船闸 按船闸的使用特点分 广室船闸 井式船闸和省水船闸等 1 按船闸所处的地理位置分 1 内河船闸在内陆河流或人工运河上 供内河船舶航行通过的船闸 2 海船闸建于封闭式海港港池口门 海运河及入海河口 供海船航行通过 2 按船闸平面布置分 1 按并列排列的船闸数分单线和多线船闸船闸的线数应全面研究单线船闸对设计水平年内运输要求的适应性 凡属下列情况之一者 应设置双线或多线船闸 a 采用单线船闸不能满足设计水平年内过闸船舶数量 总吨位数 客货运输量过闸的通过能力要求的 b 客货运量大 船舶过闸繁忙的连续多级船闸 由于单线船闸迎向运转要等待和延长过闸时间 降低通过能力和船舶运输效率而不经济的 c 运输繁忙和重要航道在年通航期内 不允许由于船闸检修 疏浚 冲沙和事故等原因造成断航的 d 客运 旅游等船舶多 过闸频繁 需解决快速过闸的 e 区间小船 渔船和农副业船舶数量多 过闸频繁影响通过能力的 2 按纵向排列的闸室数分单级和多级船闸 多级船闸又分为连续多级船闸和设中间渠道船闸 船闸级数的选择 应优先采用单级船闸 当受自然和技术条件限制 属下列情况之一者 应采用两级或多级船闸 a 船闸水头较大 采用单级船闸水力学条件不能满足要求的 规范规定 水头40m 可采用两级或多级船闸 b 受闸址地形 地质条件的限制 经不同级数方案比选 技术经济合理的 c 水源困难 受供水限制 必须节省船闸耗水量的 3 按船闸的使用特点分 1 广室船闸 闸室宽度大于闸首进口宽度的船闸 2 井式船闸 在下闸门上部建有胸墙与闸门共同挡水的船闸 3 省水船闸 闸外侧建有蓄水池 可储存船闸泄放的部分水体作补充下一闸次灌水之用的船闸 2 2船闸的规模 一 船闸的等级船闸等级的划分是按通过船闸的设计最大船舶吨位划分的 与现行国家标准 内河通航标准 GB50139 规定的航道等级的划分是一致的 分级指标见下表 表中设计最大船舶吨级是指通过船闸的最大船舶载重吨 DWT 当为船队通过时 指组成船队的最大驳船载重吨 DWT 二 设计水平年 设计船型船队和船闸通过能力的计算1 设计水平年船闸设计水平年是指船闸自建成营运起 到船闸通过能力达到饱和时的年限 船闸的设计水平年应根据船闸的不同条件采用船闸建成后的20 30年 对增建复线 多线和扩建 改建困难的船闸 应根据远期运输要求 采用更长的船闸设计水平年 2 设计船型 船队船闸采用的设计船型 船队 应根据水系 江河规划的或拟定的船型 船队 并兼顾现有的运输船舶和其它船舶 综合论证确定 当缺乏设计船型 船队资料时 可根据现行国家标准 内河通航标准 GB50139 的有关规定 并经过调查研究和方案比选确定 3 船闸通过能力的计算 1 通过能力计算的指标船闸通过能力的计算用包括在设计水平年内各期的过闸船舶总载重吨位和过闸货运量两项指标 并应以年单向通过能力表示 2 单级船闸年通过能力计算公式a 单向年过闸船舶总载重吨位 P1 1 2nNG式中 P1 单向年过闸船舶总载重吨位 t n 日平均过闸次数 N 年通航天数 d G 一次过闸平均载重吨位 t b 单向年过闸客货运量 式中 P2 单向年过闸客 货运量 t n0 日非运客 货船过闸次数 船舶装载系数 运量不均衡系数 3 船闸通过能力计算应注意的几点 a 一次过闸平均吨位的计算 一次过闸平均吨位应以设计船型船队和其他各类船型船队 结合船闸有效尺度进行组合 计算各种不同组合的一次过闸载货吨位 再根据运量 货种 船队中船型组合的比重 计算一次过闸平均吨位 b 日平均过闸次数的计算 n 60 T式中 日工作小时 h T 一次过闸时间 min c 一次过闸时间的确定 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 当单向过闸和双向过闸次数相等时 T 1 2 T1 T2 2 式中 T1 单向一次过闸时间 min T2 双向一次过闸时间 min 三 船闸尺度船闸尺度即船闸有效尺度 包括有效长度 有效宽度和门槛最小水深 船闸有效尺度必须满足船舶安全进出闸和停泊的条件 并应满足下列要求 船闸设计水平年内各阶段的通过能力满足过闸船舶总吨位数量和客货运量的要求 满足设计船队 能一次过闸 满足现有运输船舶和其他船舶过闸的要求 1 船闸有效长度船闸有效长度 即船舶过闸时 闸室内可供船舶安全停泊的长度 1 闸室有效长度起止边界的确定 船闸有效长度示意图 2 船闸有效长度不应小于按下式计算的长度 并取整数 Lx lc lf式中 Lx 闸室有效长度 m lc 设计船队 船舶计算长度 m 当一闸次只有一个船队或一艘船舶单列过闸时 为设计最大船队 船舶的长度 当一闸次有二个或多个船队船舶纵向排列过闸时 为各设计最大船队 船舶长度之和加上各船队 船舶间的停泊间隔长度 lf 富裕长度 m 顶推船队lf 2 0 06lc 拖带船队lf 2 0 03lc 机动驳和其他船舶lf 4 0 05lc 2 船闸有效宽度船闸有效宽度为闸首两边墩内侧墙面和闸室两侧闸墙面间的最小净宽度 1 船闸闸首口门和闸室有效宽度不应小于按下式计算的宽度 Bx bc bfbf b 0 025 n 1 bc 式中 Bx 闸首口门和闸室有效宽度 m bc 同一闸次过闸船舶并列停泊于闸室的最大总宽度 m 当只有一个船队或一艘船舶单列过闸时 为设计最大船队或船舶的宽度bc bf 富裕宽度 m b 富裕宽度附加值 m 当bc 7m时 b 1m 当bc 7m时 b 1 2m n 过闸停泊在闸室的船舶的列数 2 船闸闸首口门和闸室有效宽度应按现行国家标准 内河通航标准 GB50139 规定的宽度系列8m 12m 16m或18m 23m 34m执行 3 船闸门槛最小水深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 并应满足设计船舶 船队满载时的最大吃水加富裕深度的要求 门槛最小水深可按下式计算 H 1 6T式中 H 门槛最小水深 m T 设计船舶 船队满载时的最大吃水 m 船闸门槛最小水深不得低于 内河通航标准 表4 1 4中所列的相应等级船闸的门槛水深 四 船闸设计水位船闸设计水位包括上下游设计最高通航水位 设计最低通航水位 校核高水位 校核低水位 检修水位和施工水位 1 船闸上游设计通航水位 1 确定上游设计通航水位 应考虑的因素 a 满足航运的需要和船舶安全畅通的要求 b 改善上游航道滩险的需要 c 综合利用水资源对上游水位的要求 d 回水淹没的损失 以及对重要城镇 铁路 公路 厂矿 农业基地 文物古迹 环境保护等的影响 e 工农业生产和城镇生活用水对上游来水的影响 f 水电站运行 船闸灌水和风浪等引起的水位变化 g 船闸或船闸所在枢纽的特殊运行的水位情况 h 由于河床淤高引起的水位变化 2 船闸上游设计最高通航水位的确定船闸上游设计最高通航水位是按下表规定的设计洪水频率分析计算确定 对水利水电枢纽不得低于正常蓄水位 对航运枢纽不得低于正常挡水位和设计挡水位 注 对出现高于设计最高通航水位历时很短的山区性河流 级船闸的洪水重现期可采用10年 级船闸可采用5 3年 级船闸可采用3 2年 在平原地区运输繁忙的 级船闸设计最高通航水位 通过论证洪水重现期可采用20 10年 山区中小型船闸经论证允许溢洪的 其上游设计最高通航水位 可根据具体情况通过论证后确定 但不应低于船闸建设前航道的通航标准 3 船闸上游设计最低通航水位船闸上游设计最低通航水位按下表规定的保证率分析计算确定 并应与枢纽的死水位和最低运行水位相比较取低值 2 船闸下游设计通航水位 1 确定下游设计通航水位 应考虑的因素 a 满足航运的需要和船舶安全畅通的要求 b 枢纽建成后对下游河床下切或下游河床冲淤变化引起的同级流量相应的水位下降或升高 c 引排水引起的水位变化和有关方面对水位的特殊要求 d 下游航道整治 疏浚引起的水位变化 e 重要建筑物或河道条件对水位的限制和影响 f 枢纽运行调节 船闸泄水及风浪波动引起的水位变化 g 位于潮汐河段的船闸 建闸后引起的潮位变化 h 交汇河口高水位或洪水顶托的影响 2 船闸下游设计最高通航水位船闸上游设计最高通航水位采用规定的设计洪水频率相应的最大下泄流量对应的下游最高水位 当下游有梯级衔接时 应考虑受下一梯级回水的影响 3 船闸下游设计最低通航水位船闸下游设计最低通航水位 当下游为天然河道时 应采用规定的保证率分析确定 当下游有梯级衔接时 应采用下一梯级上游设计最低通航水位回水到船闸的相应水位 工程实例 某内河航运枢纽的 级船闸 其下游为天然航道 已知枢纽正常挡水位224 0m 水库死水位223 5m 最低运行水位223 0m 洪水频率20 的上游水位为228 06m 对应的下游水位为226 59m 天然河道95 保证率对应的水位为209 95m 如何确定船闸上下游设计通航水位 上游设计最高通航水位 采用枢纽正常挡水位和洪水频率20 的上游水位两者中的大值 为228 06m 上游设计最低通航水位 采用水库死水位和最低运行水位中的小值 为223 0m 下游设计最高通航水位 采用洪水频率20 对应的下游水位226 59m 下游设计最低通航水位 采用天然河道95 保证率对应的水位并考虑河床下切0 5m 选用209 45m 五 船闸各部高程1 闸门门顶高程船闸挡水前缘闸首的闸门门顶高程为上游校核洪水位加安全超高 非挡水前缘闸首的闸门门顶高程为上游设计最高通航水位加安全超高 闸门门顶的最小安全超高值 级船闸不应小于0 3m 级船闸不应小于0 3m 对有波浪或水面涌高情况的闸首门顶应另加波高或涌高影响值 2 闸首墙顶高程闸首墙顶高程应根据闸门顶部高程和结构布置要求确定 不得低于闸门和闸室墙顶部高程 位于枢纽挡水前缘的闸首墙顶高程应与枢纽其他挡水建筑物的挡水要求一致 3 闸室墙顶高程闸室墙顶高程为上游设计最高通航水位加超高值 超高值不应小于设计船舶空载时的最大干舷高度 4 导航建筑物顶部高程上 下游导航建筑物顶部高程为上 下游设计最高通航水位加超高值 超高值不应小于设计船舶空载时的最大干舷高度 5 闸首门槛高程上 下闸首门槛顶高程应为上 下游设计最低通航水位减去门槛最小水深值 6 闸室底板顶面高程闸室底板顶面高程不应高于上 下闸首门槛顶高程 7 引航道 口门区及连接段的底面高程引航道 口门区及连接段的底面高程应为上 下游设计最底通航水位减去引航道设计最小水深 引航道是限制性航道 其设计最小水深应大于天然航道最小水深 对 级船闸 引航道设计最小水深H0 1 5T T为设计最大船舶满载吃水 m 级船闸 H0 1 4T 工程实例 级船闸的设计通航水位 上游校核洪水位 371 0设计船舶满载吃水 1 6m设计船舶空载时的最大干舷高度 1 6m 级船闸各部高程 本章主要掌握的内容归纳以下4个方面 1 船闸的作用是什么 船闸工程主要由哪几部分组成 单级和多级船闸如何确定 2 船闸有效长度 有效宽度和门槛最小水深如何确定 3 船闸水工建筑物各部位高程确定的原则是什么 4 船闸一次过闸时间需考虑哪些因素 船闸通过能力如何计算 例题 1 选择多级船闸 主要考虑的因素是什么 2 在运输繁忙的航道上兴建航运枢纽 该枢纽水头48m 问 宜采用哪一类型的船闸 3 船闸通过能力的计算包括设计水平年内各时期的那些指标 4 船闸通过能力计算中 一次过闸平均吨位是如何计算的 5 某单级船闸 过闸船舶均为货船 经计算一次过闸平均吨位为2000t 单向过闸时间为30min 双向过闸时间为50min 单向过闸与双向过闸的次数比率为0 5 年通航天数330d 日工作时间22h 运量不平衡系数1 3 货物装载系数0 6 问船闸单向年过闸货运量是多少 6 某山区河流的航运枢纽工程 航道等级为 级 枢纽工程的正常挡水位为324 00m 坝区各频率设计洪水成果如下表所列 问 船闸的上游设计最高通航水位应取何值 7 某单级船闸 其上游设计最高通航水位40 0m 上游设计最低通航水位38 0m 下游设计最高通航水位36 0m 下游设计最低通航水位33 0m 设计船舶最大吃水2m 问上 下闸首门槛以及闸室底板顶部高程是多少 8 单向水头的船闸 应根据下列何种水位来确定下闸首墙顶高程 上游设计洪水位 上游设计最高通航水位 下游设计最高通航水位 枢纽正常挡水位 参考答案 1 选择多级船闸 主要考虑的因素是什么 主要考虑的因素根据 船闸总体设计规范 第3 3 2条应是 水源紧缺 减少船闸耗水量 水头较大 船闸水力学问题难以满足要求 闸位受地形或地质条件限制 经济问题等不是主要考虑的因素 2 在运输繁忙的航道上兴建航运枢纽 该枢纽水头48m 问 宜采用哪一类型的船闸 此题中应注意枢纽的特点是 运输繁忙的航道 水头48m 根据 船闸总体设计规范 第3 2 1条 3 第3 3 3条 3 应是多线多级船闸 3 船闸通过能力的计算包括设计水平年内各时期的那些指标 船闸通过能力的计算包括设计水平年内各时期的单向年过闸货运量和单向年过闸船舶总载重吨位两项指标 一次过闸平均吨位 日过闸次数 年通航天数 运量不平衡系数都是计算参数 非计算指标 4 船闸通过能力计算中 一次过闸平均吨位是如何计算的 根据 船闸总体设计规范 第6 1 3条 一次过闸平均吨位应以设计船型船队和其他各类船型船队 根据运量 货种 船队中船型组合的比重 并结合船闸有效尺度进行组合确定 也就是按船型船队和运量规划资料分析计算确定 按船闸设计船队的吨位计算 按船闸过闸船队中 船舶的最大吨位计算 或是按船闸过闸船队中 最大尺度的船舶的吨位计算都是不正确的 5 某单级船闸 过闸船舶均为货船 经计算一次过闸平均吨位为2000t 单向过闸时间为30min 双向过闸时间为50min 单向过闸与双向过闸的次数比率为0 5 年通航天数330d 日工作时间22h 运量不平衡系数1 3 货物装载系数0 6 问船闸单向年过闸货运量是多少 此题注意 单级船闸 单向与双向过闸的次数比率为0 5 根据船闸总体设计规范 6 1 9条 3 一次过闸时间T 0 5 30 50 2 1 5 26 67minT 30 50 2 2 27 5min是错误的过闸船舶均为货船 日非运客 货船过闸次数n0 0由 船闸总体设计规范 第6 1 14条 日平均过闸次数n 60 T 22 60 26 67 49 5由 船闸总体设计规范 第6 1 18条 P2 1 2 n n0 NG 1 2 49 5 330 2000 0 6 1 3 754万t 6 某山区河流的航运枢纽工程 航道等级为 级 枢纽工程的正常挡水位为324 00m 坝区各频率设计洪水成果如下表所列 问 船闸的上游设计最高通航水位应取何值 根据 船闸总体设计规范 第4 1 2条 船闸上游设计最高通航水位应选用规定的洪水频率对应的水位 按题意 山区河流 级船闸应选用33 3 对应的水位 321 85m 又根据规范航运枢纽不得低于正常挡水位 因此 正确答案是324 0m 7 某 级船闸 其上游设计最高通航水位40 0m 上游设计最低通航水位38 0m 下游设计最高通航水位36 0m 下游设计最低通航水位33 0m 设计船舶最大吃水2m 问上 下闸首门槛以及闸室底板顶部高程是多少 根据 船闸总体设计规范 第3 1 9条 船闸门槛最小水深不应小于设计船舶最大吃水的1 6倍 闸室最小水深应不小于门槛水深 2 0 1 6 3 2m 根据 内河通航标准 4 1 4条 有效尺度不得小于表列数值 级船闸门槛水深为3 5米 上闸首门槛顶部高程 38 0 3 5 34 5m 下闸首门槛顶部高程 闸室底板顶部高程 33 0 3 5 29 5m 8 单向水头的船闸