航道设计船闸

1、航道工程课程设计 题目：学院：专业： 学号：姓名：日期：目 录第一部分：设计基本资料 1.1设计目的1.2设计任务 1.3设计标准、规范 1.4地质资料 1.5水文气象资料 1.6航运资料 1.7公路及桥梁 第二部分：船闸总体设计 2.1船闸基本尺度的确定 2.2 船闸闸首尺寸的确定2.3船闸各部分高程的确定 2.4引航道平面布置及尺度确定 2.5船闸通过能力计算 2.6 船闸耗水量及经济损失计算2.7船闸总体布置原则 2.8 船闸设计论证第三部分：船闸布置图 3.1船闸总平面布置图（附一） 3.2船闸纵断面布置图（附二） 第一部分：设计基本资料 1.1设计目的设计的目的在于巩固和加深课堂中所

2、学的基本概念和基本理论，了解渠化、整治工程设计的一般原则、步骤和方法，树立正确的设计思想，培养和提高计算、绘图的基本能力。1.2 设计任务 通过航道工程课程设计，可以将所学的基础课和专业基础课同专业知识有机的结合起来，使学生更好地明确学习目的，加深专业印象，为今后从事航道及通航建筑物的勘测、规划、可行性研究、设计、施工和科学研究工作打下坚实的基础，以达到本专业培养目标的要求。 1.3设计标准、规范 船闸总体设计规范，JTJ305-2001，人民交通出版社内河通航标准，GB50139-2004，中华人民共和国建设部船闸闸阀门设计规范，JTJ308-2003，人民交通出版社船闸水工建筑物设计规范，

3、JTJ307-2001，人民交通出版社船闸输水系统设计规范，JTJ306-2001，人民交通出版社渠化工程，刘晓平、陶桂兰主编，人民交通出版社。航道工程学，程昌华主编，人民交通出版社航道工程学（），詹世富主编，人民交通出版社港口工程制图标准，JTJ206-96，人民交通出版社1.4地质资料 坝址区地层岩性较为简单，主要为第四系冲积层(Qal)、燕山四期(53)花岗岩及燕山二期(52)二长花岗岩。第四系冲积层(Qal)：广泛分布于两岸一级阶地及河床。层底高程为5.66-28.43m，厚度一般1025m。岩性为冲积粘土、粉质粘土，细中粗砂、含砾中粗砂和砂卵砾石层。坝址河床第四系冲积砂、砂砾卵石层厚

4、度1518m，自上到下分为2-22-4层，2-2层为粉细砂，松散状；2-3层为含砾中粗砂，松散稍密状；2-4层为砂砾卵石层，中密密实状。根据坝址区工程地质条件，河床表面(2-2)粉细砂层呈松散状态，稳定性差，不宜采用作为天然地基；河床(2-3)层及以下地基根据实际情况可进行密实处理，满足承载力要求后可作为建筑物的天然地基。1.5水文气象资料 1.5.1特征水位：上游设计洪水位：16.0m下游设计洪水位：10.8m上游设计最高通航水位：16.0m上游设计最低通航水位：10.8m下游设计最高通航水位：10.8m下游设计最低通航水位：8.5m库区规划蓄水位：13.5m上游最高校核水位：17.0m下游

5、最高校核水位：11.2m1.5.2风速、风向最大风力8级，偏西方向，风速达21m/s。1.6航运资料1.6.1航道为级航道，最大通航船舶为1000t。1.6.2船闸按级船闸、级建筑物（闸首、闸室）、级附属建筑物标准设计。1.6.3设计船型船 型顶（拖）轮长×宽×吃水（m）驳 船长×宽×吃水（m）船 队长×宽×吃水（m）备注一顶2×1000t27.5×6.1×2.0062.0×10.6×1.8151.5×10.6×2.00可研报告推荐一拖12×100t23.

6、0×4.9×1.8524.85×5.24×1.3341.2×5.24×1.85现状一拖4×500t27.5×6.1×2.0053.0×8.8×1.6239.5×8.8×2.00现状设计过闸船队组合：3000t / 闸次1.6.4货运量设计水平年为2020年。规划预测年货运量为：近期950万吨/年，远期1500万吨/年。 1.6.5通航情况通航期N355天/年；客轮及工作船每天过闸次数5；船舶装载系数0.82；货运量不均匀系数1.1； 船闸昼夜工作时间22小时；1.7

7、公路及桥梁 船闸上有公路桥，桥梁载重及尺寸按级路标准，公路接线按级标准。公路桥载重标准：汽-20，挂-100；公路桥桥面宽：（净9.0+2×1.5）m。第二部分：船闸总体设计 2.1船闸基本尺度的确定 2.1.1船闸型式选择根据设计资料可知，上、下游设计最高通航水位差：16.0-10.8=5.2m；上、下游设计最低通航水位差：10.8-8.5=2.3m。依据船闸设计总体规范3.2.1和3.3.3，水头差小于30米，确定船闸型式为单级、单线船闸。 2.1.2船闸基本尺度的确定1）船闸的基本尺度包括闸室有效长度、闸室有效宽度及门槛水深。根据船闸设计总体规范3.1.5，3.1.8的规定，有

8、如下计算式： ，式中-闸室有效长度； -设计船队，船舶计算长度； -富裕长度，顶推船队；拖带船队。闸室有效宽度宜采用8、12、16、23、34，且应满足下式 ，式中 -船闸闸首口门和闸室有效宽度； -同一次过闸船舶并列停泊于闸室的最大总宽度； -设计最大船队或船舶的宽度； -富裕宽度附加值，当时，；当时，； -过闸停泊在闸室的船舶的列数。根据设计船型资料，考虑以下船舶过闸组合并将相应的船闸尺度列于下表中。船闸基本尺度计算表（单位：）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、一顶+2×1000t与一拖+2×500t并列151.511.1162.6取18019

9、.41.4720.87取232、一拖+4×500t与一拖+2500t186.57.6194.1取20017.61.4219.02取233、一拖+12×100t一顶+2×1000t并列172.17.16179.26取19021.081.4722.55取23组合形式如图2-1 图2-1 船队过闸组合形式 根据以上组合，综合考虑本航线上货运密度和工程量大小等方面的情况，取闸室的有效长度为200，闸室的有效宽度取23。由船闸设计总体规范3.1.9，船闸门槛水深（为设计船舶、船队满载时的最大吃水），考虑留有一定的富裕取3.5。由船闸输水系统设计规范2.1.4，船闸输水系统可

10、由以下公式确定： 式中-判别系数 -设计水头（m）,5.2m -闸室灌水时间 (min),7.0min 当为时，应进行经济论证，在本设计中由于水头较低，且考虑到输水的时效性，船舶过闸时间较短，可采用较贵的分散输水系统，以满足船闸的远期通过能力。闸室的有效尺度200×23×3.5。 2）船闸的最小断面系数由航道工程学公式（64），最小断面系数满足大于1.52.0的要求。 式中：-最低通航水位时，闸室过水断面面积； -最大设计过闸船队（舶）满载吃水时船中断面水下部分的断面面积， ；2.2船闸闸首尺寸的确定 闸首长度计算：船闸闸阀门设计规范7.1.5门龛长度由门扇长度和富余长度确

11、定，其富余长度应考虑对闸门启闭力的影响，不宜小于门扇长度。人字闸门轴线与船闸横轴线交角取，闸室有效宽度为，则门扇长度可估算为，取，富余长度不小于，取，故门龛长度为。船闸闸阀门设计规范7.2.2，人字闸门主梁高度可根据门扇高度、宽度和载荷等情 况，取门扇计算长度的，取门扇长度，为由航道工程学可知门前段长度一般在中小型船闸中可取门龛段长度取闸门支持段长度大致为设计水头，设计水头为5.2，取 ，取闸首宽度计算：由航道工程学可知闸首宽度由闸首口门宽度与边墩厚度确定，边墩厚度一般取为倍廊道宽度。根据已建船闸资料廊道宽度可取3.0m，边墩厚度取6.0m，闸首宽度可取35m。由船闸与升船机设计钮新强编门龛深

12、度初步设计可取倍的航槽宽度，航槽宽度为23m，取门龛深度为2.3m，门龛深度通常为闸门厚度的倍，可取闸门厚度为1.6m。2.3船闸各部分高程的确定 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。船闸各部分高程示意图如图2-21、挡水前缘闸首的闸门顶部高程=上游最高校核水位+安全超高=17.0+0.5=17.5m2、下闸首的闸门顶部高程=上游设计最高通航水位+安全超高=16.0+0.5=16.5m3、上闸首门槛的顶部高程=上游设计最低通航水位门槛最小水深=10.8-3.

13、5=7.3m4、下闸首门槛的顶部高程=下游设计最低通航水位门槛最小水深=8.5-3.5=5.0m5、闸室墙顶部高程=上游设计最高通航水位+超高（不小于设计过闸船舶、船队空载时的最大干舷高度）=16.0+1.7=17.7m6、闸室底板顶部高程上、下闸首门槛顶部高程，取5.0m7、上闸首墙顶部高程=上闸门顶高程+结构超高=17.5+1.3=18.8m8、下闸首墙顶部高程=下闸门顶高程+结构超高=16.5+1.3=17.8m9、上游引航道和靠船建筑物的顶部高程=上游设计最高通航水位+超高（不小于设计船舶、船队空载时的最大干舷高度）=16.0+1.7=17.7m10、下游引航道和靠船建筑物的顶部高程=

14、下游设计最高通航水位+超高（不小于设计船舶、船队空载时的最大干舷高度）=10.8+1.7=12.5m11、上游引航道和口门区及连接段的底部高程=上游设计最低通航水位-引航道设计最小水深值=10.8-3.5=7.3m12、下游引航道和口门区及连接段的底部高程=下游设计最低通航水位-引航道设计最小水深值=8.5-3.5=5.0m 图2-2 船闸各部分高程示意图 2.4引航道平面布置及尺度确定 2.4.1引航道平面布置由船闸总体设计规范5.4.1和4.4.2可知，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

15、、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。本设计采用不对称型引航道布置，船舶（队）可以沿直线进闸，曲线出闸。由于受到地形和水利枢纽的影响，引航道向一侧拓宽。航道平面图如图2-3 图2-3 引航道平面图 2.4.2航道尺寸 1、引航道直线段由导航段、调顺段、停泊段和过度段组成 由船闸总体设计规范5.5.1可知：当采用直线进闸，曲线出闸布置时，引航 道的各段长度如下： 1）导航段长度 ，-顶推船队为设计最大船队长，拖带船队为其中最大船长（m） 一顶+2×1000t船队长=151.5；拖带船队中的最大船长为53.0m， 取导航 段长度为160m

16、。 2）调顺段长度 ，取230 3）停泊段长度 主要考虑拖带船队长，一拖+12×100t解队后的长度为172.1m，取180 4）过渡段长度 ，-引航道直线段宽度与航道宽度之差三级航道宽为45，引航道宽度45,两者一样可不考虑过渡段。 5）制动段长度 由估算，-顶推船队制动距离系数，根据资料，一般可在2.54.5 之间取用，则2.5×151.5=378.75.取400m 为减少引航道的工程量，过渡段和制动段重合适用，采用400m，布置在引航道 直线段的延长线上。 6）引航道直线段的总长度 2.4.3引航道宽度 本船闸为单线船闸，不对称型引航道，由船闸总体设计规范5.5.2.

17、1可知宽度为： -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 （m）， -设计最大船舶、船队的宽度（m），最大船舶、船队的宽度为10.6m； -一侧等候过闸船舶、船队的总宽度（m），取最大船宽为10.6m； -船舶、船队之间的富裕宽度，取； -船舶、船队与岸之间的富裕宽度（m），。 故引航道宽度为， 取45m。 2.4.4引航道最小水深 本船闸为级船闸，由船闸总体设计规范5.5.3， 引航道最小水深 ，-设计最大船舶、船队满载吃水（m） 即，考虑留有一定的富裕，取3.52.5船闸通过能力计算 2.5.1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

18、度确定。对单向过闸和双向过闸方式应分别计算。 单向过闸，进闸为船舶（队）的船首自引航道停靠位置（距闸首80m）至闸室内停泊处之间的距离，出闸为船舶（队）的船尾自闸室内停泊处至闸门外侧边缘的距离。 双向过闸，进闸为船舶（队）自引航道停靠位置至闸室内停泊处之间的距离，出闸为船舶（队）自闸室内停泊处至靠船建筑物之间的距离。 单向进闸距离 单向出闸距离 双向进闸距离 双向出闸距离根据船闸总体设计规范查得单向进闸 单向出闸双向进闸 双向出闸则， 2.5.2闸门的启、闭时间 闸门的启、闭时间与闸门型式和闸首口门宽度有关，本设计采用人字闸门，闸首 口门宽度为23m， 船舶启闭机设计规范表3.1.1当闸首口门

19、宽度1623时，约为，取 2.5.3闸室灌、泻水时间 由航道工程学第111页，船闸的灌泻水时间应满足过闸客货运量的要求，船闸的灌泻水时间一般多定为，取 2.5.4船舶（队）进出闸门间隔时间 由船闸总体设计规范6.1.8船舶（队）进出闸门间隔时间可采用，取 则：单向过闸时间 （，） 双向过闸时间 （，） 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 船闸日平均过闸次数， 取24次 船闸年通过能力万吨 式中：-日非运客、货船过闸次数，取5 -日平均过闸次数， -日工作小时，取22 -年通航天数，取35

20、5天 -一次过闸平均载重吨位，取3000t -船舶装载系数，取0.82 -运量不均衡系数，取1.12.6船闸的耗水量及经济损失计算由船闸总体设计规范6.2.1船闸一天内平均耗水量可按下列计算： 式中：-一天内平均耗水量-一次过闸用水量，必要时应考虑上、下行船舶、船队排水量差额-闸门、阀门的漏水损失-止水线每米上的渗漏损失， 当水头小于时取 ，当水头大于时取， 水头为，取-闸门、阀门止水线总长度，上闸首闸门高，下闸首 闸门高，闸门底部的止水线长度为，闸门止水线总长度。2.7船闸总体布置原则 船闸在布置时应遵照综合利用、统筹兼顾的原则，正确处理船闸与溢流坝、泄水阀、电站等建筑物的关系与矛盾，优化布置，以发挥最大的综合效益；根据国民经济的发展规划，做到近远期结合，既要满足设计水平年的通航需求，又要考虑远景发展，留有余地；在满足航运的要求下，应尽量选择经济合理，工程投资少，能就地取材，施工方便的方