西江某航电枢纽总体布置及船闸设计(左岸船闸方案闸室结构设计)

目

录目..................................................................................................................................................摘............................................................................................................................................III.........................................................................................................................................III第1设计资1.1工程概.1.2水文气.1.3工程地.1.4天然建筑材.1.5对外交通条.第2船闸的总体设2.1船闸的组成和类.船闸的级...........................................................................................................11船闸线...............................................................................................................11

船闸类2.2船闸的基本尺.

设计船闸室基本尺2.3引航道布.引航道的平面布.引航道基本尺.引航道上的建筑.2.4船闸设计水位和各部分高.船闸设计水位的确.船闸各部分高.2.5闸首尺.闸门门扇基本尺度的确.闸首长.闸首宽.闸首底板厚.

华水水学毕设门龛深.2.6通过能力和耗水量计.通过能力计.耗水量计.第三章枢纽总体布3.1枢纽的组成和布置要.3.2坝址的比较与选.3.2

闸址的比较和选择第四章船闸输水系统设4.1输水系统的选.集中输水系统的特.分散输水系统的特.输水系统的类型及选.分散输水系统的分.4.2输水系统的布.4.3输水系统的水力计.计算的主要内.输水阀门处的廊道断面面积确.水力计.4.4输水系统的水力校.船舶停泊条件校.输水阀门的工作条件校.4.5输水系统的评.第五章船闸结构设计与结构计5.1结构类型的选.5.2闸室结构荷载计算及相关校.计算情.相关数值的确.荷载计算及相关校.5.3闸室结构配筋计.I

华水水学毕设相关系.闸室墙配筋计.闸室底板配筋计.第六章附属设施设6.1闸门防撞设.6.2系船设.6.3检修设.6.4照明、通路等设.参考文致

附录附录附录........................................................................................................................................附

......................................................................................................................................西江某航电枢纽总体布置及船闸设计II

华水水学毕设——岸闸室结构设摘要船闸设计首先要考察本工程的概况，以及水文气象、工程地质、建筑材料源和对外交通条件后有条不紊的布置各个方面行船闸总体设计中包括船闸的组成和类型，船闸基本尺度的确定，引航道的布置原则及尺度，船闸设计水位和各部分高程的确定，闸首各个部位尺度的确定；通过船闸的通过能力和耗水量计算，并验证是否满足要求；再进行枢纽总体规划与布置，经过多方案比较，选择更好的闸址和坝址；再进行船闸的输水系统设计，包括各个部位的布置，水力计算以及校核整个过程，再做一下简单的系统评价；船闸结构设计和结构计算是一个重要的环节，闸室、闸首的布置、计算和校核，以及对重要的截面再进行配筋计算和设计，也是比较艰难的一个步骤；最后进行的是一些附属设施的设计，比如闸门防撞设施，系船设施，照明、通路和电气设施等等。关键词闸；设计；计算；校核；配筋。III

华水水学毕设Lockdesignfirsttheprofileofthisproject,asasandengineeringconstructionmaterialsandsourcesofconditions.arrangementvarioustheoveralldesignoflock,includingcompositionandtypelocks,theofthetheprinciplesofthechannellayoutLockdesignlevelofvariouspartsoftheofparts,throughthethecalculateandthathubandlayout,throughlockanddamfurtherlockthedesign,variouspartsofcalculations,andcheckingthewholeasystemdesignandstructureofcomputingisimportantthechamber,thefirstgateandasimportantreinforcementcross-sectionandisarelativelydifficultFinally,thedesignofsomeancillaryfacilities,suchasfacilities,mooringlighting,roadsandelectricalKeywords：lock;design;calculation;reinforcementIV

332223332223第1章设计资料1.1工程概况NJ航运枢纽是国务院批准的《珠江流域西江水系郁江综合利用规划报告》10个梯级中的第4，是一个以航运为主，兼有发电、灌溉和其它效益的水资源综合利用工程工程建成后，将对上游的百色水利枢纽起到反调节作用，为百色市提供一个新能源，改善当地生产、生活条件；同时将目前航道提高到可通航吨级船舶的Ⅲ级航道。对加快水资源综合开发利用、提高西江水系上游右江航运能力、加强流域腹地综合运输网络的衔接和合理布局、增加新电源、提高该地区交通发展水平有着重要作用。NJ航运枢纽工程是一个以航运为主，兼有发电、电灌、养殖、旅游等综合效益的项目，坝址以上集雨面积为

2

，坝址多年平均流量330m

3

／s，多年平均径流量为189.3亿m，正常水位

115m，死位114.4m，水库总库容为

1.83亿，电站装机容量，利用小时数，多年平均发电量亿kW.h。船闸按Ⅲ级船闸建设，1顶推驳船队水库蓄水后可渠化河道56km。1.2水文气象右江流域位于云南东南部和广西西南部地区，东经106°34′～′，北纬22°48′～23°53′。右江的上游称驮娘江，发源于云南省广南县境内的杨梅山，自西北流向东南，经广西的西林、田林两县，在平合与西洋江汇合后称剥隘河，而后进入百色市与澄碧河汇合后称右江，再流经田阳、田东、平果、隆安等县，在邕宁县宋村三江口与左江汇合后称为郁江。郁江在桂平三江口与黔江汇合称浔江，流经梧州、肇庆、顺德、江门、澳门、广州等地出海。右江干流全长域面积41200km中岭至百色澄碧河口段长409km落差1565m，平均坡降‰；百色澄碧河口至宋村三江口段河长落差47m，平均坡降0.15‰。航运枢纽位于右江NJ村旁，坝址上距百色市41.4km，下距田阳县22.5km控制集雨面积，占右江流域面积的％。NJ库区主要支流有澄碧河、福禄河两条河汇入。在澄碧河上，距其与右江汇合口处，建有澄碧河水库一座，控制集雨面积，多年平均流量，总库

23322333华水水学毕设23322333容11.5亿m

3

，调节库容5.8亿m

3

，为多年调节水库，是一座以发电为主，结合防洪、供水的大型水库，对流域径流有一定的影响。在福禄河上，距其与右江汇合口6.3km处，建有福禄河五级水电站，控制集雨面积，总库容亿，坝址多年平均流量21.90m为河床径流式水电站。另外，支流上还建有小型水库26座，控制总集雨面积435.2km，控制集雨面积均较小，调节性能差，对流域的径流影响很小。此外，右江干流上，在坝址上游61.8km处，有在建的百色水利枢纽工程，其控制集雨面积为，总库容56亿m，具有不完全多年调节性能，是一个以防洪、航运、发电等综合利用为主的大型水利工程，对径流影响较大。右江流域地处亚热带地区，受季风控制，高温多雨，每年5～月份为洪水期，洪峰主要出现在69月份，尤以月份为最多。百色水文（三）站实测的年最大洪水中，8份出现的洪峰的机率占％航运枢纽坝址洪水特见表1.1～3坝下游水位～流量关系曲线见表l.4。频率（％）洪峰流量（）

表1.1坝全年洪水各频率流量表0.22501110095202670表NJ坝各时段洪峰流量时

段

频率（％）

流量（/s）

坝下处水位（m全年20次年月10月～次年月日

2

333华水水学毕设333月次年月日月次年3月31日

月次年4月日（上游电站满发及区间总流量）注：此表数据为上游百色水库建成后的数据。表NJ坝址施工截流各频流量表

单位：ms频

率

％

％

20

％Q均值）分期时段

流量月旬月旬月旬月旬月旬月旬月旬月旬月旬上旬中旬下旬

表NJ坝址下游水位～流关系曲线表水位（）

流量（／）

水位（）

流量（／）3

华水水学毕设

右江流域属亚热带季风气候，气候温和，夏季盛行偏南风，冬季盛行偏北风。降雨系统有副热带高压、热带低压、台风、东风波及西南低涡等，东西南暖气为降雨提供充足的水汽来源。据百色气象站资料统计，多年平均相对湿度80％，多年平均气温为22.1℃，1月份气温最低平均13.47份气温最高平均℃历年极端最高气温42.5（1958年23日历年极端最低气温2。多年平均降雨量为，季内分配不均，11～4为相对干旱季，总降雨量仅占全年降雨量的16.9％，5月～10多为雨季，其降雨量占全年的83.1％，尤其在～月，大雨以上降雨天气频繁出现。多年平均蒸发量在1619.8mm，变化与温度变化基本相应。百色气象站位于库区，料观测时间较长，代表性较好，故以百色气象站资料作为NJ库区气象特征的依据根据1953～2000资料统计百色气象站气象特征见表1.5～表1.10。表百色站历年气温特征值

单位：℃月份

35791012

年项目多年平均气温4

华水水学毕设最高月平均气温极端最高气温极端最低气温表百色站历年相对湿度特征值

单位：％月份

356791112

年项目多年平均

最

小

表1.7百色站蒸发量月份

3691011

年项目多年平均表

百色站历年降雨量特征值月份

567912

年项目多年平均各月占全年百分数月最大月最小表色水温特征值℃月份

356810

年项目平均水温

16.0

最高月水温22.7最低月水温10.5

表1.10百色站历年各向最大风速、平均风速及频率5

华水水学毕设注：C表静风，最大风速为观测分钟的最大平均风速，多年最大平均，极大风速＞（年月2，龙卷风1.3程地质NJ航运枢纽工程位于百色盆地田阳凹陷南缘，为盆地地形。坝址位于右江上游色市下游约处的村旁，距田阳（那坡镇5～6km。坝区河段地形宽阔，呈宽谷型地貌，河水由南向北呈近北向流动，河道顺直。河床宽约～，平（枯）水期河水水位约（2001年最高洪水位一心滩呱洲1000m，宽50～150m，枯水时高出河水面～。拉呱洲心滩将坝址河道一分为二，平（枯）水期右侧河水面宽50～60m，水深1左右，河床高程约99～100m，左侧河道水面宽约120～130m，水，河床高程98～100m，为目前主要航道。右侧河床及岸坡6

333华水水学毕设333局部有基岩裸露，江心洲覆盖层厚约5～。坝区左右岸地形大致对称。共发育有4级阶地以及河漫滩堆积地形，阶地形态均属基座式堆积阶地。部分位置较高的阶地由于受剥蚀作用形成了低矮山丘。坝址区范围内主要发育有5条冲沟，均发育在阶地堆积层内，其中左岸4条，无常年性水流，右岸1，有小流量常年性水流，两岸冲沟切割深度～宽约～1.4然建筑材料（1）天然砂砾料在坝址上、下游～15的范围内共勘探了水埠洲、拉呱洲、二塘及那坡等个砂砾料场，其中前个料场为砂洲料场，砂砾卵石层主要分布在洲前及洲两侧河床、河滩，枯水期有三分之一露出水面。水埠洲及拉呱洲两料场＜粒料含量分别为％和42.1％石料级配比较合理，其粒径分布较好，符合－2000规程规定指标要求。砾石料以石英岩、灰绿岩、硅质砂岩等为主，质地坚硬，磨圆度较好，是理想的天然建筑材料。砂料的平均粒径为～度模数2.40～2.46泥量偏高5.7％，主要为中砂上述两个料场适合开采砂砾料储量为～78.0万m经计算砂料量为22.9万m，不足部分砂料为万，采用人工砂。粗骨料完全满足本工程的需要量。砂石料含泥量及骨料级配等问题，可以通过冲洗及筛分加以解决。天然砂石料加工系统布置于左岸坝址上游约500m处。天然砂石料场贮量、运距见表1－。表然砂石料场贮量、运距表注：大体积混凝土采用天然砂，梁、板、柱等构件采用人工砂。（2）土料7

334342华水水学毕334342在坝址附近800m距离范围内调查了左、右两岸4个取土土料场，该土料场在征地范围内，它们分别分布在右江两岸的II、IIIIV级阶地上。左岸土料场在坝址左侧II、III阶地上，按所属的不同的山丘分为IIII号，土料2为河流冲沉积的粘土，粗粒含量占总重量的～46.8％，细粒含量为53.2～78％，料场分布高程为～140m，土层平均厚度1.995m总储量22.0913m。右岸土料场位于坝址右侧的IV阶地上，编号为II号，土料为河流冲沉积的粘土，1局部含有圆砾。粗粒含量占总重量的5.8～19.8％，细粒含量为80.2～94.2％，料场分布高程为146～157m，土层平均厚度1.966m，总储量万。具体储量计算见表1－。表天然土、石料储量表料

平均厚度（）

总储量×10）距坝

分布

产地面场

位

名

岩址平

高程

积类

置

称

性

有用层

无用层

有用层

无用层m（m

m型右岸

II1

156～16090.20417.69641.8328土

粘料

左岸

II2II3

土

～127～

8.4

14.1351

10.396627.8748石

灰那老

～2807.118.89134.138料

岩（3）石料坝址附近那老一带，二迭系灰岩大量出露，为正在开采的石场，材料主要用于建筑、道路，有公路从旁边通过直通坝区，交通便利，运距约5km。岩石满足规程SL251－的指标要求。可做为大坝建设所需的块石料及混凝土粗、细骨料使用，以弥补天然砂砾料级配的不足。1.5外交通条件（1）公路323（二级公路道在百色至田阳之间会合址左岸距离323（324道约；8

华水水学毕设从坝址左岸至百色29km，至田22km，至田52km，至宁250km20312道（二级公路）田阳至德保公路距坝址右岸约，经那坡至田阳、至南宁246km；另外，坝址右岸有那坡镇至百峰乡的县级公路经过，距坝址约；在建的百色至南宁高速公路从那坡附近通过。为方便本枢纽与外部交通，本工程已开工修建一条对外二级公路，总长，路基宽12m，路面宽，设计荷载为汽－超20，挂120左岸连接南宁至百色二级公路，长约，右岸连20312省道（三级公路）田阳至德保公路长。左右岸间建大桥连通，桥位位于坝下游桥长约409m，桥面宽（2）铁路南昆铁路沿右江河谷自西北走向东南。坝址左岸距百色火车站约，距田阳车站约24km。百色火车站有最大起吊能力为36的轨道式吊机；田阳火车站无起吊设备。（3）水路右江航道现为Ⅵ级航道，可常年通航120t级驳船。沿右江上溯41.1km直通百色市，沿右江下行，距田阳28km，距南宁316km。南宁至广州854kmⅢ级航道已建成，可通级船舶（队第2章船闸的总设计2.1船闸的组成和类型船闸是为船舶通过航道上集中水位落差而设置的一种通航建筑物。它主要由闸室、闸首和引航道等3个基本部分及相应的设备组成（图219

华水水学毕设图船闸的主要组成（）平面图）纵断面图上游引航道2下游引航道3上闸首—闸室5下闸首6上闸门7下闸门；8导航建筑物；9靠船建筑物；—辅导航建筑物闸室指船闸上、下闸首和两侧闸室墙环绕而形成的并提供过闸船舶停泊使用的空间。当船闸灌水或泄水时，闸室中的水面逐渐下游水位上升到与上游水位齐平，或逐渐由上游水位下降到与下游水位齐平，停泊于闸室内的过闸船舶随闸室的水位升降而升降。由于灌泄水时闸室中水面升降较快，为保证过闸船舶的平稳停泊与安全升降，闸室墙设有系船设备和其他辅助设备。闸首是将闸室与上、下游引航道隔开的挡水建筑物。位于上游端的称为上闸首；位于下游端的称为下闸首。在多级船闸中，将上、下相邻两个闸室隔开的闸首称为中闸首。在闸室内设有工作闸门、输水系统及闸、阀门的启闭机械等设备。工作闸门是用来封闸首口门，以保证闸首的挡水。输水系统包括输水廊道和输水阀门，是供闸室灌水和泄水用的。启闭机械用来启闭工作闸门和输水闸门。此外，在闸首范围内还设有检修闸门、交通桥、启闭机放以及其他辅助设备。引航道是接连船闸闸首与主航道的一段航道，其作用是引导船舶迅速安全地进出闸室。与上闸首相接的称为上游引航道；与下闸首相接的称为下游引航道。在引航道内设有导航建筑物和靠船建筑物。导航建筑物的作用是引导船舶顺利进出闸室，一般与闸首相接连。靠船建筑物是供等待过闸的船舶停靠用的，布置在引航道的停泊段内。在有些船闸中，船舶过闸时需要重新编、解船队和更换推轮、拖船，如上游引航道伸入大型水库时，则还在10

华水水学毕设引航道的出口设置外停泊区或前港，以供过闸船编解船队和安全避风使用。2.1.1船闸的级数船闸级数的多少直接影响船闸的通过能力。船闸级数的选择，应根据船闸的总水头、通过能力、航运效益、技术水平、地形、地质条件和管理运用等条件进行确定。船闸的级数可分为单级船闸和多级船闸两种。船闸级数的选择，应优先采用单级船闸。单级船闸较多级船闸具有过闸时间短、通过能力大、故障较少、检修停航时间较短、占线路较短、枢纽布置较易和管理方便等特点，因而是最广泛采用的形式。但当枢纽水位落差较大时，水头仍然是限制建造单级船闸的决定因素，特别是阀门水利条件，阀门受力状况和建筑技术，更是其中的关键。采用多级船闸则可降低每级船闸的水头，使复杂的技术问题简单化。在一定条件下，多级船闸对较高的台地地形条件能较好地适应，可减少开挖工程量。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：（1）船闸水头较大，采用单级船闸水力学等条件下不能满足要求；（2）受闸址地形、地质条件的限制，经不同级数方案比选，技术济合理的；（3）水源困难，受供水限制，必须节省船闸耗水量的。影响船闸级数的因素很多，也很复杂，单级船闸与多级船闸的水头也无明显界限，一般按下列情况确定：（1）≤30m（2）30mH≤40（3）≥40m

单级船闸（H为水头）单级或两级船闸两级或多级船闸本船闸设计最大水头H=14.7m（H枢纽正常蓄水位与下游设计最低通航水位的差）因此，本次设计采用单级船闸。2.1.2船闸线数船闸线数是船闸规模的重要部分，应根据船闸设计水平年内的客、货运量、过闸的船型、船队组成、地形地质条件、船闸所在河流的重要性等因素，结合船闸尺度及通过能力、船闸级数，综合论证选择。凡属下列情况之一者，应设置双线或多线船闸：11

华水水学毕设（1）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；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；（3）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；（4）客运、旅游等船舶多，过闸频繁，需解决快速过闸的；（5）区间小船、渔船和农副业船舶多，过闸频繁影响通过能力的。在本次设计中，采用单级船闸可以满足通过能力的要求；过闸船对可以不解对过闸；另外根据地形及河流条件，若采用双线船闸，河流将很难满足要求，需大量开挖岸线，工程量较大。因此，本船闸采用单线船闸。2.1.3船闸类型船闸的种类很多，根据不同的特征，如闸室数目、位置、功能、输水形式、结构形式及闸门形式等等，可以分为不同的类型：1.按照船闸所处地理位置和行船舶，可以分为内河船闸与海船闸；2.按照船闸级数的不同，可分为单级船闸与多级船闸；3.按照船闸线数的不同，可分为单线船闸与多线船闸；4.根据船闸使用的特点，还以分为广室船闸、省水船闸与井式船闸等。那吉航电建于西江右江段（内陆河流供内河船舶航行的船闸，因此，本船闸属于内河船闸。2.2船闸的基本尺度船闸的基本尺度是指闸室的有效长度、闸室的有效宽度及门槛水深。船闸基本尺度应根据船型、船队以及船闸在设计水平年期限内各期（近期、远期）过闸的客货运量及过闸船量（过闸船舶的总载重吨位）确定的，并尽量使设计船队能一次过闸。船闸尺度选择应符合国民经济发展和我国水运网发展对航道建设的要求，并遵循下列原则：12

华水水学毕设1）满足设计水平年内近、远期客运量通过的需要并留有发展余地2）满足设计水平年内近、远期设计船型船队不解对一次通过；3）船闸等级与所在河流或河段的航道等级相一致；4）船闸尺度标准化，利用各河流的干支相互沟通和水网化；5）船闸闸址的地质地形条件，将来扩建船闸的难易程度；6）工程投资和营运费用最少。设船闸采用的设计船型、船队，应根据规划的或拟定的船型、船队，并兼顾现有运输船舶和其他船舶，经论证确定。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）中的有关规定，并经过调查研究和方案比较选定。图2-2设图示船队

单位（）船舶类型2×1000t

表2.1设计船队尺度（）长宽吃深160×10.8×213

华水水学毕设

、闸室的有效长度是指船舶过闸时，闸室内可供船舶安全停靠的长度即：上闸首帏墙的下游边缘到下闸首帏墙的上有边缘。图2-3船有效长度示意图闸室的有效长度计算按规范3.1.5（）

闸室的有效长度=设计船队长+富裕长度

即：LLx

f

–设计代表船的长度（）本设计取=160mcL–富裕长度（m,视过闸船对类型不同，按下列数据采用：f顶推船队拖带船队

L≥2+0.06L(m)fL≥2+0.03L(m)f非机动船队L≥2(m)f本设计采用顶推船队，L取12m；f–闸室有效长度(m)x由于L

f

，为与国内内河通航标准相衔接，故本闸室长度取为180m。14

华水水学毕设、闸室的有效宽度闸室的有效宽度是指闸室两侧墙面的最小净宽度（闸室内两侧墙面最突出部分之间的最小距离对斜坡式闸室，其有效宽度为两侧垂直靠船设施之间的最小距离。当闸室墙底设置护角在闸室有效宽度内的高度，不得影响船舶、船队的安全，在设计最低通航水位时，必须满足船舶、船队过闸与停泊对水深的要求。闸室的有效宽度计算按规范3.1.8-1与（JTJ305-2001）B；xf0.025(n；f

-闸室的有效宽度（x

B-闸次过闸船队并列停泊的最大总宽度m只有一个船队过闸时，则为设计最大船队的宽度bb–富裕宽度（fb

f

过闸停泊在闸室的船舶列数；富裕宽度的附加值，≤7m时≥1mb>7m时≥1.2mc在本船闸中采用单线船闸有一个船队过闸B为设计船队的宽度n=1,因此，船闸的有效宽度、门槛水深

B=10.8+1.2=12。xf门槛最小水深是指设计最低通航水位至门槛顶部的最先水深，并满足设计船舶、船队满载时的最大吃水加富裕深度的要求，计算按规范3.1.9（）H≥1.6T设计船舶、船队满载时的最大吃水（；H-门槛最小水深（mT=3.2；因此，取门槛最小水深为m。15

（2-4）

华水水学毕设、闸室最小过水断面系数η在确定船闸基本尺度时应考虑船闸最小过水断面系数η的要求实验和观察，若n过小，则船队过闸时，可能产生碰底的现象。为保证船队安全顺利地进闸，一般要求：

式中：Ω-最低通航水位时，闸室过水断面面积（B；Ψ-最大设计过闸船对满载吃水时船舯断面水下部分的断面面积。

1.941.5,表闸的基本尺度2.3引航道布置引航道是船闸的重要组成部分，它联接船闸与河流、水库、湖泊中的原航道，涉及到船闸的正常运行，是船闸关键部分之一。其尺度和布置应满足通航期内各类船队（型）过闸的各种要求。其尺度不够或布置不当，不但影响船队过闸同畅和安全，且大大限制船闸的通过能力。引航道的作用在于保证船舶安全，顺利进出船闸，供等待过闸的船舶安全停泊，并使进出船舶的船舶能交错避让。引航道应具有足够的水深和适合的平面布置以及保证通航期内过闸船舶畅通无阻、安全行驶。船舶在引航道内航速较小，对水流和侧向风的影响比较敏感，故引航道应具有较好的掩护，以满足过闸船舶在引航道内安全停泊和航行条件。引航道的平面布置，直接影响船舶的过闸时间，从而影响船闸的通过能力，在引航道的布置要根据船闸的规模、尺度、客货运量、过闸船队的类型、尺度和过闸方式，并根据当地的自然条件等因素确定。主要布置型式（图2-416

华水水学毕设1）反对称型（引航道轴线与船闸轴线重合，等待过闸船队停靠在航道一侧的靠船建筑物旁，船舶沿曲线行驶，出闸可沿直线。船舶进闸行程短，出闸速度快，船闸的通过能力大。2）对称型（下游引航道向不同的岸侧拓宽。在这类引航道中，船舶可以沿直线进闸，曲线出闸。进闸速度可以较快。3）不对称型（2-4c下游引航道向同一侧拓宽。一个方向的船舶进出闸沿直线行驶，另一个方向的船舶进出闸沿曲线行驶。这类引航道一般适用于岸上牵引过闸，或有明显的单向货流，或有大量木排过闸情况。受地形或枢纽的布置限制。图引航道平面布置形式图a对称型；b反对称型；c）不对称型本船闸设计采用不对称式引航道。17

华水水学毕设、引航道的长度L引航道的长度主要取决于设计船型、船队尺度及船队的操控性能。按双线过闸船舶运行的需要，引航道一般由导航段、调顺段、停泊段、过渡段、制动段组成（如图2-5三段一般要求为直线段，后两段可根据地形需要灵活布置，且可部分重合计算。L

图单船闸引航道平面意图直线段总长度l--导航段长度l-调顺段长度l--停泊段长段B--单线船闸13引航道宽度b—设计最大船队、船舶宽度cc

--等候过闸船舶、船队的总宽度1船队、船舶之间的富裕宽度--船队、船舶与岸之间的富裕宽度。21）导航段长度l：紧靠闸首，船舶出闸时，在船尾尚未驶出闸首前必须沿闸轴线行1驶，不能转向。只有当船尾通过闸首边界时，船首才能离开船闸轴线转向。因此，导航段长度：ll1

c

l-计船队的长度，对顶推船尾全船队的长度，对拖船队或单船为其c中最大的船舶长度。因此导航段长度l取12调顺段l是进出闸船舶从引航道航线转到船闸轴线或从船闸轴线转到引航道航2线，或曲线进闸船舶由停靠轴线转到船闸轴线所需要的长度。调顺段的长度可采用：l1.218

l0)c

华水水学毕设因此，本船闸采l=2l=320m。23l供等待过闸船舶停靠并与出闸船舶避让交错的一段航道长度满足：3l3

因此，停泊段取160m。4）过渡l当引航道直线段与航道的宽度不一致时需用渐变的方法将其连接起来，4渐变连接的这一段引航道称为过渡段，其长度满足：l4

式中：航道直线宽度与航道宽度之差。三级航道宽为30m,引航道宽为所以过渡l。45）制动段l

：船舶以一定的速度通过口门区进入引航道，停车后会在惯性作用下滑行一段距离，这段从引航道口门到停泊段前沿的长度称为制动l'

。制动段的长度，应满足船舶船队制动的需要并根据口门区流速大小设计最大船舶队的长度和性能确定。制动段宜在引航道直线段的延伸线上。可按下式估算：l

l

(2-10)式中-顶推船制动距离系数由于过渡段与制动段重合，所以引航道直线段的总长L:123因此，引航道直线段的总长L640m。在进行引航道布置时，还应注意以下几点：

(2-11)（1）当各种设计船队的推轮均具有良好的操纵性能时，调顺段通论证可适当缩短（2）通航多种船队的船闸，引航道直线段的总长度应分别计算，并取其大值;(3)对山区Ⅲ～Ⅶ级和平原IV～Ⅶ级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。（）当曲线导航墙具备导航与调顺功能时，可采用曲线进闸、直线出闸方式过闸，其引航道直线段长度应大于等于导航段长度与停泊段长度之和。19

华水水学毕设引航道的宽0根据船闸布置和运行方式航道宽度要满足船队停靠顺让和操作上的要求。单线船闸和双船闸的引航道的宽度是指调顺段和停泊段的宽度。导航段到调顺段渐变的方式过渡（图2-5）。由于本船闸采用单线船闸，所以单线船闸的引航道宽度如下：单线船闸引航道的宽度应按双向过闸确定，即出闸船舶与停在靠船码头等候进闸的船舶会让时所需要的宽度，并考虑停泊段一侧停船和两侧停船两种情况。采用哪一种情况，则应根据船闸重要性和等级、客货运量、过船数量和过船密度等情况确定。本船闸采用不对称型引航道，故采用一侧停船，所以其宽度(2-12)式中----设计最低通航水位时，设计最大船舶、船队满吃水船底处的引航道宽0度(m);设计最大船舶、船队的宽度(b=10.8mcc一侧等候过闸船舶、船队的总宽度，本次船队为顶推船队故有：c1=10.8mc1----船舶、船队之间的富裕宽度，=10.8m。11船舶、船队与岸之间的富裕宽度，取=0.510.8=5.4m。2c2因此，引航道的宽度B是：0=37.8m0c1取为40。0、引航道的最小水深H

0引航道是限制性航道，其水深应大于天然航道最小水深。引航道水深是设计最低通航水位时引航道底宽内的最小水深，等于设计船队满载吃水深加富裕水深。富裕水深主要包括：航行船队保持良好操纵性所需的最小富裕深度；船队20

华水水学毕设航行下沉深度闸灌泄水站运用和风浪产生的水面波动的降低值泥富裕深度等。综合这些因素，引航道最小水深应满足：

.

.

(2-13)在设计最低通航水位时，引航道底宽内最小水深(m)；0T

设计最大船舶、船队满载吃水(。I～IV级船闸采用

H

1.5

H,V～Ⅶ级船闸采用01.4。T当引航道的淤泥可能较多时，H还应根据具体情况适当加大。0本船闸为Ⅲ级船闸计最大船舶满载吃水深为此航道的水深H为3m。0、引航道底宽=-2m(-T)(2-14)m为边坡比，取2因此引航道底宽=-2m=40-2×2×(3-2)=36m。、引航道水面宽度因此，引航道水面宽度为48m。、引航道断面系数n为了降低船舶的航行阻力，引航道的断面系数应满足：n=

≥47

（）式中：ω─计最低通航水位时，引航道的浸水端面面积（）；φ─计最大船舶满载吃水时的船舶中腰横截的浸水面积（）。因此，引航道断面系数n==5.83≥4满足安全要求。21

华水水学毕设、弯曲半径和弯道加宽引航道直线段外为弯曲航道时，其弯曲半径不得小于最小限制。根据船舶性能，航道的最小弯曲半径可按如下所述采用：顶推船对和机动船队Ⅰ~Ⅲ级船闸Ⅳ~Ⅶ级船闸

R≥4R≥3拖带船队如果弯道中心角大于，则R值还得加大一个的长度。本船闸为Ⅲ级船闸，顶推船对，故弯曲半径R=4=640m。由于船舶在弯曲航道上航行，船队漂角增大，航迹带宽度比直航道宽，影响因素也很复杂，因此，弯曲航道腰加宽，其加宽值可用下式计算：ΔB=如果弯道中心角大于，ΔB得适当加大。因此，ΔB==19.42m引航道的口门宽度

（）引航道口门宽度不宜小于1.5倍引航道宽度，当受水流、风、浪的影响较小时，可适当减小。则引航道的口门宽度≥1.5=1.5×38=57m。表引道计算成果汇总引航道尺度

计算公式

结果

备注引航的长度

导航段调顺段停泊段

≥（1.5）≥

22

华水水学毕设过渡段制度段

≥10ΔB=

过渡段与制动段重合引航的宽度

引航道的宽度引航道底宽航道水面宽度

≥++eq\o\ac(△,+)eq\o\ac(△,)=-2m(-

m断面系数

5.83m

满足安全要求弯曲半径R弯道加宽ΔB引航道最小水深引航道的口门宽度

R≥4ΔB≥1.41.5≥1.5

m引航道的平面布置图如图所示。图2-6引道平面布置图（）引航道上的建筑物有导航建筑物、靠船建筑物。为引导船舶从水域宽度较大的引航道安全畅通地进入宽度较小、较窄的船闸，在闸首两侧，引航道的导航段内应布置导航建筑物。导航和靠船建筑物是船闸引航道的重要建筑物之一，对保证船舶安全畅通地过闸起重要作用。导航建筑物与闸首边墩相连接。为供进闸船舶在进闸前停泊系靠，在引航道内应布设靠船建筑物。靠船建筑物的长度一般采用设计最大船队长的1倍。对于顶推船对可采用2计最大船队长。靠船建筑物末端宜用曲线与岸边相接，曲率半径不小于0。23

华水水学毕设图2-7

导航建筑物的平面图船闸设计水位和各分高程船船闸设计水位的确定很重要，包括上游设计最高、最低通航水位和下游设计最高、最低通航水位。船闸设计通航水位既是船闸设计主要依据之一，又是船闸的运用水位，船闸设计通航水位与航道和船闸级别关系最为密切。考虑到本枢纽所在航道条件、水文特征、两岸地形和建筑物情况以及水利水电、工业取水等部门的要求，综合分析确定。（1）上游设计最高水位：（2）上游设计最高通航水位：（3）上游设计最低通航水位：（4）下游设计最高通航水位：（5）下游设计最低通航水位：

（6）波浪浪高：采用宫厅水库公式计算波浪浪高h0.01661.25W

（）式中：

——计算风速（据大图可知吹南风，取平均W；D—吹程（m）取（3～5）倍的河宽，D。则。船船闸高程包括船闸顶部高程和底部高程。船闸顶部高程包括门顶、墙顶、导航和靠船24

华水水学毕设建筑物顶部、堤顶等的高程。由于各部分建筑物的位置和作用不同，故确定高程的依据也不同。根据《船闸总体设计规范》4.2.3船闸闸门顶部最小安全值不应小于所以超高取根据《船闸总体设计与图例》表2空载干舷高度去1.7m1、船闸闸门门顶高程1)上闸门门顶高程：采用上游校核水位超高+高=118.53+0.5+0.41=119.5m2)下闸门门顶高程：按通航要求计算，采用上有设计最高通航水+加超高。2、闸首墙顶高程上闸首墙顶高程=上闸门门顶高程+结构安全超高=；下闸首墙顶高程=下闸门门顶高程+结构安全超高=。3、闸室墙顶高程闸室墙顶高程根据船闸船舶安全停靠，闸面布置和交通要求而定。由于船闸泄水时面涨落很快防止过闸船舶在因船闸泄水而水位降落时舶干舷挂在墙顶，造成事故，闸室墙顶高程应为设计最高通航水位加超高，其超高值不小于设计过闸船队空载时最大干舷高度。表2

驳船空载干舷高度驳船吨位(空载干舷高(m)

1.0

1.4

～1.7

1.6～1.7

3.0～3.3因此，闸室墙顶高程=115.0+1.7=116.7m。4、闸室底高程闸室底高程=下游设计最低通航水位-闸室设计水深=。5、闸首槛顶和引航道底高程上闸首槛顶高程=上游设计最低通航水位-门槛水深=下闸首槛顶高程=下游设计最低通航水位-门槛水深=；上游引航道底高程上游设计最低通航水位-引航道最小水深109.4-3=106.4m；下游引航道底高程下游设计最低通航水位-引航道最小水深100.3-3=97.3m。6、导航建筑物和靠船建筑物顶高程上游导航建筑物和靠船建筑物顶高程=上游设计最高通航水位+超高（空载干舷）；25

华水水学毕设下游导航建筑物和靠船建筑物顶高程=下游设计最高通航水位+超高（空载干舷）=109.71+1.7=111.41m。表船各部分高程计算表计算结果序号

计算内容

计算水位

计

算

式（）上游设计最高

上闸门门顶高程

上游设计最高水+超+浪高

水位26

华水水学毕设上游设计最高

下闸门门顶高程

上游设计最高通航水+超

通航水位上游设计最高

上闸首墙顶高程

上闸门门顶高程+超高

水位上游设计最高

下闸首墙顶高程

下闸门门顶高程+超高

通航水位上游设计最高

上游设计最高通航水空干

闸室墙顶高程

通航水位下游设计最低

舷高度游设计最低通航水位-闸室设计

闸室底高程

通航水位上游设计最低

水深上游设计最低通航水门槛

上闸首门槛顶高程

通航水位下游设计最低

水深下游设计最低通航水门槛

下闸首门槛顶高程

通航水位上游设计最低

水深上游设计最低通航水引航

上游引航道底高程

通航水位下游设计最低

道最小水深下游设计最低通航水引航

下游引航道底高程

上游导航及靠船建

通航水位上游设计最高

道最小水深上游设计最高通航水空干

筑物顶高程下游导航及靠船建

通航水位下游设计最高

舷高度下游设计最高通航水空干

筑物顶高程

通航水位

舷高度27

华水水学毕设图船纵剖面标高图（位m2.5闸首尺度船闸闸首一般设有输水廊道、闸门、阀门、闸阀门启闭机械及相应的设备等。闸门的选择应根据使用要求（含通过能力）、设计水头、水文条件、船闸闸首口门尺度、闸门材料及制造、运输、安装、维修条件等因素，结合输水系统型式和闸首结构型式优选。考虑到本船闸常用作单向水头，（根据《船闸闸阀门设计规范》）初步拟定采用人字闸门。1.闸门门扇长度l

(2-19)式中l─人字闸门长度门扇支垫座支承面到两门扇叶相互支承的斜接面的距离；n─闸首口门宽度，取闸室的有效宽度；cm─门门扇旋转轴与闸墙门龛外缘的距离，一般可取m=（0.05─闸首与船闸横轴线的夹角，一般取～，这里取。m因此，l7.14m。22.528

～0.07

；c

2.闸门门扇厚度闸门门扇厚度=(

华水水学毕设1)l7.14m83.门扇高度：指闸门面板底至顶的距离k式中：H─船闸的设计水头；─门槛水深；kk─为上游设计高水位以上的超高，一般取～0.5m,这里去0

(2-20)

─闸门面板底部与门槛顶的高差。通常取.15～0.25m；所以，门扇高度h。闸首长度包括门前段、门龛段、支持段的长度。1）门前L:1门前段长度主要根据工作闸门形式、检修闸门尺度、门槽构造及检修要求确定。门前段的长度最小，一般取1.0m左右，这里去2）门龛：2L式中：─闸首的口门宽度（）；c

Bc2cos

(2-21)─门龛深度（），一般为门厚加～0.8m─闸门与船闸横轴线的夹角，一般取～。因此，L1.23）支持：3

122cos

m。闸门支持段主要应满足结构稳定及强度要求，并考虑输水廊道进出口布置的要求。人字形闸门的支持段长度，目前设计仍假定是在其独立工作条件下进行稳定的强度的验算确定的，因此需要有足够的长度。29

华水水学毕设=(0.4～2.1)H3式中：H设计水头；所以，。3上2度12+2×3×2=24m。闸首底板厚度一般为闸室宽度的～1/8，闸室的有效宽度，因此，闸首底板厚度取1/8倍的闸室宽度，故为1.5m一般为门厚加0.4～，所以本设计可取1.4m。2.6通过能力和耗水量计算船闸的通过能力指在设计水平年限内，每年自两个方向通过船闸的货物总吨数，即年过闸货运量。1、船闸的一次过闸时间船闸的过闸时间是指一个船舶从上游经过船闸到达下游或从下游经过船闸到达上游所需的时间，或指两个方向各通过一个或一系列船舶通过船闸所需的平均时间。单级船闸的过闸方式有单向过闸与双向过闸两种。如果船舶仅向一个方向连续的通过船闸，称为单向过闸；如果船舶由两个方向轮流相间地交错过闸，称为双向过闸。过闸方式不同，船舶过闸所需的时间也不同。船闸一次过闸时间可按下式计算：30

华水水学毕设单向过闸时间：(2-22)双向过闸时间：=4+2+2+2+4(2-23)式中：─单向一次过闸时间（min）；─双向一次过闸时间（）；─开（关）闸门时间（）；─单向进闸时间（min）；─闸室灌（泄）水时间（）；─单向出闸时间（min）；─船队进（出）闸间隔时间（）；─双向进闸时间（min）；─双向出闸时间（min）；1）进出闸时间：船队进出闸时间，可根据其运行距离和进出闸速确定。对单向过闸和双向过闸方式应分别计算。单向进闸距离是指船队自引航道中停靠位置至闸室内停泊处的距离，出闸时，是船队自闸室内停泊处至船尾驶离闸门之前的距离。双向进闸距离是指船队自引航道中停靠位置至闸室内停泊处之间的距离，双向出闸距离是船队自闸室内停泊处至双向过闸靠船码头的距离距离可分别按下式近似计算确定单向进闸：=(1+)(2-24)单向出闸：=(1+)(2-25)双向过闸：(2-26)式中：─闸室有效长度；=180m。，，─系数，可取=～，～，0.2；取=0.4，，；─导航段长度，=160m；─调顺段长度，=320m；因此，则有=（）=252m；31

'''华水水学毕设=(1+)=180×（）=198m；'''==(1+)++=180×（1+0.1）+160+320=678m。表进闸的平均速度参考下表过闸方式船舶类型船队排筏（拖轮牵引）机动单船非机动船

进闸m/s)单向0.50.30.80.4

双向0.70.51.00.5

出闸（m/s单向0.70.51.00.4

双向1.00.61.40.5则

以船队的速度为准单向进1双向进单向出2双向出因此，单向进闸时间

t1单向出闸时间

t4

S19814.7minV0.72双向进闸时间

t

67816.1min双向出闸时间

S'1.02）闸门启闭时间:与船闸有效宽度和闸门形式有关由规范得:当门宽2034m时，约为2～3min宽小于20m时，1～2min,因为设计有效宽度取=2min。3）

闸室灌泄水时间：船闸灌泄水时间与水头、输水系统型式、闸室尺度等有关，取9.5。4）船队进出闸间隔时间：当同一闸次容纳两个或两个以上的船舶过闸时，就需要计算一个船队与最末一个船队启动间隔时间，其间隔时间与船队形式、技术性能、驾驶员技32

华水水学毕设术水平、引航道尺度和布置、导航和靠船建筑物布置等因素有关，一般用3～这里取。5）过闸时间：单级船闸一次过闸时间可按下式计算：T

1T(2)22

(2-27)式中T─单向一次过闸时间T8.446.1min；1T2

─双向一次过闸时间，29.5min。143.9因此，过闸时(T)(46.1222、船闸日平均过闸次

)min。

60

(2-28)式中：─船闸每昼夜的平均工作时间，一般为20～22h；取；─船舶一次过闸时间（）。

60，34

取36。则，船闸的年通过能力P可按下式计算：P)0式中：P─船闸年过闸货运量（t）；

NG

(2-29)─日平均过闸次数（次）；─每昼夜非运货船过闸次数（次）n=500N─船闸年通航天数（天）；N天一次过闸平均吨位t。

─船舶装载系数，与货物种类、流向和批量有关，可取0.5～，这里取0.8；

─运量不均衡系数，一般取～1.5也可以根据统计资料，取为年最大月货运量和年平均货运量的比值。这里去。因此，)0

NG

0.81.3

万t所得船闸年通过能力大于设计年通过能力的万吨。所以满足设计要求。33

3333'华水水学毕设3333'船闸一天内平均耗水量计算可按下列计算：

nV

(2-30)式中Q─天内平均耗水量(m/s)；V

─一次过闸用水量m)，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m/s)；─止水线每米上的渗漏损失[(s.m)]，水头小于Om取0～

3

/(s.m)，当水头大于10m时取～0.003m

3

；本设计的水头为1故m2su闸门、阀门止水线总长度(m)。①单级船闸单向一次过闸的耗水量VBHc式中：—单级船闸单向一次过闸的耗水量

(2-32)—闸室水域长度(m)，等于闸室有效长度，=180m—闸室有效宽度(m)，=12m—设计最大水头(m)，=14.7m；故，m。②闸门、阀门漏水损失u=2×(上设计最高通航水位闸室底高程)式中：u闸门和闸门边缘的止水总长度(m)；—门扇长度(，=7.14m；则=2×(上游设计最高通航水位闸室底高程)+2=2×(115-96.8)+2×7.14=50.68m；故,q=eu=0.0025×50.68=0.1273s因此，船闸一天内平均耗水量34

(2-33)

华水水学毕设

nV231721240840

31ms第三章枢纽总体布3.1枢纽的组成和布置要求（1）枢纽的组成35

华水水学毕设本枢纽位于西江上游的田阳县，是以航运为主，兼有发电、灌溉和其他效益的水资源综合利用工程，是广西继桂平、贵港航运枢纽之后的有一个以电促航、航电结合的内河重点建设项目。工程建设后，将对上游的百色水利枢纽起到反调节作用；同时将航道提高到可通航1000级船舶的Ⅲ级航道，渠化航道里整治航道总里程372公里。纽包括船闸一座船闸通航标准为Ⅲ级通航两列式顶推驳船队通过能力万吨；水电站一座，总装机容量6.6万千瓦。枢纽工程由河床式厂房、溢流闸坝、船闸、接头重力坝等主要建筑物组成。（2）布置要求枢纽布置即合理地确定枢纽中各建筑物的位置，是设计中极为重要的一项工作。它直接影响到枢纽的综合效益、各建筑物功能的发挥和工程总投资。枢纽布置应满足枢纽任务的要求同时应根据建筑物的型式结合枢纽处地形地质水文建筑材料交通运输、施工条件以及使用管理要求等情况，进行方案的比较分析后加以确定。合理的枢纽布置方案应符合综合利用的原则，顺应河势，体现枢纽的特点，达到安全可靠、经济合理、施工容易、使用管理方便的效果。根据《渠化工程枢纽总体布置设计规范纽坝址、坝线的选择应考虑下列条件：①满足通航建筑物、挡水、泄水建筑物及水电站的布置要求；②不淹没城镇、工矿、对农田无较大淹没；③避开不良工程地质，水文地质河段，主要水工建筑物地基良好；④挡水闸坝与堤岸连接稳定且无绕坝渗漏；⑤具有较宽广的施工场地和对外交通运输条件；⑥具有良好的施工导流，分期施工的条件；易于解决施工通航问题；⑦有足够的砂、石等建筑材料供应；⑧有利于上、下梯级的衔接，干支流航道网相互协调；⑨有利于枢纽的运行、维护和管理。3.2址的比较与选择（）在进行坝址的选择时，对每一个坝址的地形、地质、水文资料以及建筑材料的供应与施工条件方面进行充分调查研究。在进行枢纽坝址的选择时，还应注意下列一些问题：36

华水水学毕设1.枢纽坝址不宜选在河床地过于狭隘的河段上，以便于枢纽中各种水中建筑物和施工场地的布置；并应使拦河坝具有足够的溢流宽度，以利渲泄洪水，减少坝上游的淹没损失。2.枢纽坝址应选在河底高程高、水深较浅的河段上，以减少水工建筑物与围堰的高度，从而减少工程量。3.枢纽坝址应避开河湾，选比较顺直的河段上，以免布置于凸岸的建筑物遭淤积，布置于凹岸的建筑物受冲刷。4.枢纽坝址应选在地质条件好的河段上，坝基基岩应当有足够的强度，透水性小，不易风化，坝区没有较大的断层、脱盘、软弱夹层及特别发育的裂隙，以简化基础处理，减小基础工程量，降低枢纽的工程造价。5.与拦河坝址坝肩相接的河两岸，应具有良好的地质条件，以保证坝岸接头安全可靠；紧靠坝区上游的两岸，应有不易风化，坝区没有较大的断层、脱盘、软弱夹层及特别发育的裂隙，以简化基础较高的高程，以减少洪水淹没损失。6.坝区附近应有丰富的建筑料，料场至坝区及坝区内外交通均方便。（2）多方案的确定方案一：坝线布置于两小沟上游，坝轴线与水流垂直。方案二：坝线布置于两小沟下游，坝轴线与水流垂直。方案三：坝线布置于两小沟中部，坝轴线与水流垂直。（3）多方案的比较①地形所给资料和其图片可以看出道自江心洲头到洲尾段河道较为宽阔，直顺，稳定，根据《船闸总体设计规范坝址宜选择在地形，地质条件较好，且顺直，开阔的河段，因此可在江心洲处布置。②交通条件：在河道两岸均有公路或铁路通过，且在洲头部分场地开阔，便于取材和施工。而洲尾段离公路较远，施工受限。③因拉呱洲洲尾河道两岸有较在村庄，为考虑建坝以后水位抬高带来的淹没影响，应使坝址尽量靠近洲头部分。④左岸有两条支沟，虽无常年性水流，但考虑暴雨影响，可能导致河水倒灌支流，造成破坏，困此应建在洲头一侧。综合以上分析，选择方案一坝线布置于两小沟上游。37

华水水学毕设3.2闸址的比较和选择船闸方案二坝址二

坝址三

坝址一船闸方案一所有方案采用闸坝并列式；方案一：采用闸坝并列式，船闸布置于左岸。方案二：采用闸坝并列式，船闸布置于右岸。方案优缺点比较如下表：方案比较

表3.1方比选优缺点1、河道经整已经顺直，开挖工程时较小。2、河道两地势宽阔，施工场地不受限制。3、口门区靠近弯道，水力条件不好，需采取工程措施。38

方案一船闸位于左岸方案二船闸位于右岸

华水水学毕设4、右岸河空间宽阔，电站布置不受影响。5、坝线河宽阔顺直，厂坝基本布置在河床中，对下游两岸影响不大。6、坝线地条件好，便于施工。7、占用农较多，不利于生活生产。8、离道路远，运送石料等不如前者方便。1、河道不直，船闸前后都需要开挖和填筑。工程量大。2、河道两紧临道路，施工现场受到限制，无足够空间。3、口门区近弯道，且有深潭和支流汇入，水流紊乱，水力条件不好，影响通航。4、厂房布在临近弯道凹岸，易受泥沙运动的直接影响。5、上游引道段弯度略大，船闸进出困难，需要整治。6、坝线河较窄，水流较急，不利于航行。7、坝线地条件较好，便于施工。8、临近道，运送石料和设备方便。综上，从船闸通航条件﹑工程量﹑占地交通﹑施工对各方面的影响等多方面进行比较，方案一优于其他方案，故选择方案一进行总体枢纽布置。第四章船闸输水系设计在船闸建筑物上为闸室灌水和泄水而设置的包括进水口、输水廊道、输水阀门、出水口及消能室等全部设施称为船闸的输水系统。输水系统是船闸的重要组成部分之一，直接关系到过闸船舶的停泊安全，船闸的通过能力及船闸的工程投资等。39

华水水学毕设4.1输水系统的选择船闸输水系统的设计应满足下列基本要求：（1）灌水和泄水时间不大于为满足船闸通过能力所规定的输水时间；（2）船舶在闸室及上、下游引航道内具有良好的停泊条件和航行条件；（3）船闸各部分不应因水流冲刷、空蚀等造成破坏；（4）布置简单、检修方便、工程投资少。船闸输水系统的形式主要分为集中输水系统和分散输水系统两大类。集中输水系统是将输水系统集中布置在闸首范围内。灌水时，水经上闸首由闸室的上游集中流入闸室；泄水时，水从闸室的下游端经下闸首泄入引航道。因而也成为头部输水系统。集中输水系统可分为短廊道输水、直接利用闸门输水和组合输水三类，并分别包括下列内容：①短廊道输水包括无消能室、有消能室和槛下输水；②直接利用闸门输水包括三角闸门门缝、平面闸门门下和闸门上开小门输水；③组合式输水由上述某两种输水型式组成。分散输水系统是将输水系统分散布置在闸首及闸室内。灌、泄水时，水流通过设在闸室底或闸室墙内的纵向输水廊道上的一系列出水支管、出水孔分散地流入闸室，因而也称为长廊道输水系统。输水系统的类型包括集中输水系统和分散输水系统两大类。输水类型的选择可根据《船闸输水系统设计规范》进行判定。m3.5时，采用集中输水系统；当，采用分散输水系统；m时，应进行技40

华水水学毕设术经济论证或参照类似工程选定。m

T

式中：m判别系数；因此，

HT

—设计水头（m),=14.7m；—闸室灌水时间（min般定为7～10，本设计取9.5minTm1所以采用分散输水系统。分分散输水系统可根据输水水力特点和布置型式分为下列三大类。1、简单式应包括下列型式：（1）闸墙长廊道侧支孔出水；（2）闸墙长廊道多支孔出水。2、较复杂式应包括下列型式：（1）闸底长廊道顶、侧支孔出水；（2）槛下长廊道与闸底长廊道分区段出水；（3）闸墙长廊道经闸室中部横支廊道支孔出水；（4）闸墙长廊道经闸室中段进口纵、横支廊道支孔出水；（5）闸墙长廊道经闸室中心进口水平分流闸底支廊道二区段出水3、复杂式应包括闸墙长廊道经闸室中心进口垂直分流闸底支廊道区段出水和闸底支廊道四区段出水。分散输水系统的类型，可根据计算的判别系数值选择：当，可采用简单式分散输水系统；当m=1.8～2.4时，可采用较复杂式分散输水系统；当，可采用复杂式分散输水系统；综上所述m=2.1m，又因为12mH18m所以采用简单式闸墙长廊道多支孔出水分散输水系统。41

华水水学毕设4.2输水系统的布置根据《船闸输水系统设计规范》JTJ306有关要求，具体布置如下：1、进口输水系统进口的布置，要求有良好的线型，进口边缘轮廓要修圆，以提高输水效率，进口前布置拦污栅栅条厚5栅条净间20cm进口流速一般不大于2.5～3.5m/s，进口处布置几个分水墩，进口的淹没水深，根据专门的实验研究资料。应大于水头（水头取上游最低通航水位与下游最低通航水位之差

～0.5进水口顶部高程应为：上游设计最低通航水位减去淹没水深即9.1105.8m以避免发生有害的进口串心吸气漩涡。输水阀门前廊道断面面积为11.38m

2

，每边前廊道断面面积为

2

，所以阀门进口采用，矩形。2、出口输水系统出口的布置也应具有良好的线型，以提高输水效率，并要求在泄水过程中出口水面不脱顶，不出现远驱式水跃。尤其要注意出口布置应能分散水流，减弱出口水流的紊动并达到达到引航道内流速分布均匀的目的出口顶的淹没水深宜大于1.5m输水阀门后廊道断面面积渐变为阀门处廊道断面面积的倍则每边出口的断面面积7.4m出口布置在下闸首支持段上，也采用多支孔出水，每侧布置个出水口，尺寸和进口一样。立面平面图导墙上垂直多支孔进出口示意图3、主廊道输水系统的主廊道断面一般大于输水阀门处廊道断面，以增大输水系统的流量系数。输水阀门段廊道体型由不扩大、逐渐扩大及突扩3。其型式及高程应根据阀门工作条件42

华水水学毕设决定。当采用逐渐扩大型时，一般采用顶面向上扩大，顶坡取为，以利于提高阀门后廊道顶部的压力。输水阀门前廊道断面面积为

2

，每边前廊道断面面积为5.69m，所以阀门进口采用，的矩形。主廊道的顶高程，底部高程105.8输水阀门后廊道断面面积渐变为阀门处廊道断面面积的倍为7.4m

2

，则主廊道为3m，。4、廊道转弯方式转弯均采用转弯。5、出水支孔出水支孔的布置应尽可能对称，这样闸室内流态也可趋于对称，以减少闸室内的纵向水面坡降及纵向水流，从而有利于船舶的安全停泊。出水支孔的布置范围大些较好，至少180应为闸室长度的一半以上即由于过闸船舶尺寸较小所以布置范围取大些，2此次设计取1出水段廊道支孔断面的总面积宜于该廊道断面面积相等闸室每边廊道的断面面积为1.38

2

，所以出水支孔的总断面面积为11.38m

2

，出水支孔沿水流方向的长度一般不宜小于其断面宽度的3.6倍，确保出流平直。进出口断面修圆扩大，支孔喉部后的扩大角宜小图4-2出支管示意图6、阀门段在阀门前后有一定长度的直线段，使水流顺直均匀通过。同时阀门段及其以后的廊道顶部高程必须布置在下游最低通航水位以下。不容许掺入大量空气而恶化船舶停泊条件。43

华水水学毕设7、过渡段输水阀门前后要有一定的直线过渡段。8、消能布置闸底长廊道顶支孔输水有助于减少闸室底部淤积，但支孔水流向上直冲船底，危及船舶安全。因此，必须在支孔上方设置盖板进行消能。由于盖板占有一定空间，必须增大闸室的开挖深度，所以盖板设置的高度不应过高，但亦不应过低以致过大的影响支孔出流，增大损失。专门的试验研究表明，盖板四周的出水面积之比应～较合适。盖板的覆盖面积应大于支孔出流的范围，一般盖板的周边超出孔口四周的距离应大于盖板距孔口的净高。盖板四周出流可以采用小明沟消能，也可以采用对冲或扩散消能。一方面采用对冲消能，另一方面采用消力池消能。4.3输水系统的水力计算根据《船闸输水系统设计规范》分散输水系统水力计算应包括下列主要内容：（1）输水阀门处的廊道断面面积；（2）输水系统的阻力系数和流量系数；（3）输水廊道的换算长度和惯性超高；（4）闸室输水的水力特性曲线；（5）过闸船队在闸室和上下游引航道内的停泊条件；（）校核密封式输水阀门后廊道顶部的压力水头及开敞式输水阀门后是否产生远驱式水跃；（7）廊道转弯段内侧的最低压力水头；（8）输水阀门的工作空化数。1、输水阀型式选择平面阀门具有厚度小，结构简单，门体刚度大，制造、安装和检修方便等优点，适宜在中低水头的船闸中使用是一种经济可靠的门型据本设计条件宜采用平面阀。44

2华水水学毕设22、输水廊阀门处廊道断面面积表流系数表不同流量系数（阀门全开时）的值阀门型式锐缘平面阀门反向弧形阀门

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9则输水阀门处的廊道断面面积：

H2

（4-2）式中输水廊道阀门处廊道断面面积(2)；C

—闸室内水面的面积(m

对单级船闸取闸室水域面积C

；H—船闸设计水头(m)H=14.7m；阀门全开时输水系统的流量系数，可0.8，本设计=0.7；T

—闸室灌水时间(s)，前已拟定灌泄水时9.5；—系数，与流量系数μ和阀门门型有关，根据上表查0.56K

—输水阀门相对开启度，在0.4～0.6之间，这里取0.4；

—重力加速度(m/s

2

；因此总面

2H2

v

570

11.38m

11则闸室每边阀门处廊道面5.69m22流量系数的确定流量系数的确定45

bb20华水水学毕设bb20t

vn1

0

（4-3）式中：——瞬时时的输水系统流量系数；t

——瞬时阀门某一开启度时的阀门局部阻力系数；

1

——阀门井或门槽损失系数；—阀门全部开启或输水系统各阻力系数的综合。0（1）局部阻力系

0①进口范知口外形光滑或多支孔进口

0.050.1计

。②拦污栅：由规范知bar

43

（4-4）式中：

——拦污栅阻力系数；

——栅条厚度（cm)s5cm；b——栅条净间距（cm)；

——栅条形状系数，对长方形栅条，前、后端均做成圆形，

1.67；所以，拦污栅阻力系bar

4

4

0.26③廊道圆滑转弯

（4-4）式中：

——廊道转弯阻力系数；

——转角

；——系数，与廊道形状及转弯曲率半径有关，其数值如下：本设计采用矩形廊道，因此46

PK22112k1:2PK1华水水PK22112k1:2PK1表各情况下值表k

0.1

0.2

0.3

0.4

0.50.4

0.6

0.7

0.8

0.9

1.0式中b矩形廊道宽度,2.4m；R

—廊道轴线的曲率半径，不小于1.0倍的廊道转弯段的平均宽度，取因此

2.40.32

由表可查得

k

0.18

。所以，廊道转弯系数

0.18

。④圆锥形扩大：由规范可知1

2

(4-5）PK

2

式中：——以扩大前的断面为计算断面的阻力系数；PK

PK

——以扩大后的断面为计算断面的阻力系数；k

——系数，与圆锥顶角有关，其值为：表系的取值k

1.0～1.1输水阀门段廊道体型采用逐渐扩大的形式，一般采用顶面向上扩大，顶坡为1:

，所以圆锥顶角

110

)

，

即

。0.13⑤出口：根据规范，对多支孔出口段

0.7

，本设计取

0.8

。⑥分散输水系统带有出水支孔的廊道段局部阻力系数47

Bm2m20.75B1华水水学毕设Bm2m20.75B1根据规范，可按下式计算：m

si

f

（4-7）式中：——输水廊道出水支孔段局部阻力系数，包括出水孔的损失在内；

——出水支孔控制断面总面积（

；

——出水支孔段的廊道断面面积（

；

f

——出水支孔形状系数。对修圆的顶部缝隙孔口，有效能盖板取，本设计取。m

2

f

2

14.814.8

⑦沿程摩擦阻力系数

c根据《船闸输水系统规范对不带出水孔、缝的廊道摩擦阻力系数，可按下式计算：

gL2R

式中：——沿程摩擦阻力系数；cL

——廊道长度（m口口R

——廊道水力半径（）,

A