水工二级航道工程课程设计

水工二级航道工程课程设计

一、资料设计

(1)航道等级：n级

⑵建筑物等级：闸室，闸首，闸门按n级建筑物设计；导航建筑物

按in-N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、远期船型资料见表一。

表一船型资料

船型顶(拖)轮驳船船队备注

马力长X宽X吃水长X宽X吃

长X宽X吃水(m)水(m)

(m)

一顶370马力75x14x(2.6-2.185x14x(远期船型

+2x20008)2.6-2.8)

-顶270马力62x10.6x(2.0151.5x10远期船型

+2x10002.2).6x(2.0-2

.2)

一拖+4x500270-27.5X53x8.8x1.9239.5x8.近期船型

6.1X2.468x2.46

一拖250-23x4.924.85x5.24x321.2x5.近期船型

+12x100x1.851.852x1.85

(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，每天过闸次数"8,客轮及工作船每天过

闸次数〃。=6,船只装载量利用系数a=0.84,货运量不均匀系数。二

1.30,船闸昼夜工作时间/=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

bV7.0^6,0m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1-2o

表二各种土壤的主要物理力学性质

容重(T/m3)粘结

内摩擦

土壤比重含水量渗透系数

力C承载力卜］

天然角

2

名称干土G(W)W(%)kg/cmK,cm/skPacm

土(P(°)

2

重壤土18.9114.726.1723.028.453.904.8x10-6225.4

轻砂壤

22.52

19.1114.926.1727.52831.03x10-5313.6

土4

15.2

亚粘土19.0126.8526.024.456.841.0x10-7294.0

9

3、水文气象资料

特征水位：

上游设计洪水位：▽12.2m

上游最高通航水位：▽11.2m

上游最低通航水位：▽8.5m

下游最高通航水位：▽9.0m

下游最低通航水位：▽7.2m

下游校核低水位：▽6.8m

检修水位：上游▽10m；下游▽8.0m

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。

4、其他资料

船闸上有公路桥，宽10m,桥下净空为7m。

二.设计内容

2.1船闸闸型选择

初步拟定船闸为单级、单线船闸。

根据已有设计资料，对船闸的各种型式进行比较，依据《船闸

总体设计规范》3.2.1和3.3.3,水头小于30米。

2.2船闸的平面尺寸

2.2.1船闸的有效尺度设计

(1)船闸的有效尺度应满足的要求

①船闸设计水平年内各阶段的通过能力应满足过船闸船舶总

吨位数量和客货运量的要求。

②应满足设计船对能一次过闸。

③满足现有运输船舶和其他船舶的过闸的要求。

(2)船闸闸室的有效长度

4=L+L

船闸基本尺度计算表

rA-t

船队富裕看效长船队宽曷裕宽有效宽

组合情况比例%

长度长度度度(m)度(m)度(m)

一顶十2x200018513.1198.121.21.0615.0630

一顶+2x1000

16011.6171.621.21.3622.5650

2列并排

一顶+2x2000

172.17.16179.321.11.3422.3420

拖+12x100

Lk"+2'

Lk----闸室有效长度，m；

Lc最大设计船队长度，m；

△1——富裕长度，mo顶推船队白>=2+0.06Lc,拖带船队

Al>=2+0.03Lc,机动驳船和其他驳船AD=4+0.05Lco

根据上表，结合相应的设计规范，取闸室有效长度为210m,

考虑到镇静段长度20nb闸室取心=230mo

(3)船闸闸室的有效宽度

氏=Zbc+2Ab

B——有效宽度，m；

Zbc——最大设计船队长度，叫

△b——富裕宽度，IDo

△b=Ab+0.025(n-1)Q

△b——富裕宽度的附加值，m；Ab一般为L°T-2m；

Be单船宽度，nio

n一闸室中船舶的列数。

闸室有效宽度取改=23m。

(4)船闸门槛最小水深

由最大船舶吃水得到槛上水深1,5x2.8=4.2111,考虑到二

级航道标准及预留一定的富裕，取槛上水深5.001。

⑸选用闸室标准有效尺度

根据上述描述，确定闸室尺度为230mx23mx5.0m

2.2.2线数型选择

根据调查所得的资料，分析该河段近、远期船型资料，定该船

闸为单线船闸。

2.2.3级数型选择

根据已有设计资料，对船闸的各种型式进行比较，依据《船闸

总体设计规范》3.2.1和3.3.3,水头小于30米，船闸定位单级船

闸。

2.2.4船闸各部位高程

（1）闸首墙顶部高程：

上闸首墙顶高程二上闸门门顶高程+结构安装高度

=12.7+1=13.7m

下闸首墙顶高程二下闸门门顶高程+结构安装高度=11.7+

1=12.7m

（2）闸室墙顶部高程：

闸室墙顶高程=上游设计最高通航水位+超高（空载干舷）

11.2+1.5=12.7mo闸顶设1.0m胸墙,则实体墙顶高程取11.7m。

（3）船闸闸门门顶高程：

上闸首门顶高程二上游校核洪水位+安全超高

=12.2+0.5=12.7m

下闸首门顶高程二上游最高通航水位+超高=11.2+0.5=11.7m

（4）导航和靠船建筑物顶部高程及引航航堤顶高程：

上游导航建筑物顶高程二上游设计最高通航水位+超高（空载

干弦）=11.2+1.5=12.7m

上游引航道底高程二上游最低通航水位一引航道的最小水深

=8.5—5=3.5m

（5）闸首门槛、闸室底板和引航道底高程：

上闸首门槛高程=上游最低设计通航水位门槛水深8.5

5=3.5m

下闸首门槛高程二下游设计最低通航水位一门槛水深=7.2-

5=2.2m

闸室底高程二MIN（上闸首门槛高程，下闸首门槛高程）=2.2m

下游引航道底高程二下游最低通航水位一引航道最小水深二7.2

-5=2.2m

下游引航道顶高程二下游最高通航水位+超高（空载干弦）二9.0

+1.5=10.5m

2.2.5引航道尺度

（1）引航道的平面布置

引航道的作用在于保证船舶安全、顺利地进出船刚，供等待过

闸的船舶安全停泊，并使进出闸的船舶能交错避让。引航道的立面

布置，直接影响船舶进出闸的时间，从而影响船闸的通过能力。在

确定引航道的平面布置时，应根据船闸的工程等级、线数、设计船

型船队、通过能力等，结合地形地质、水流、泥沙及上下游航道的

条件综合考虑。根据地形条件、开挖工程量等，引航道型式采月反

对称式。

（2）引航道尺度

①引航道长度：

导航段：1.>L，/,•为顶推船队全长，1顶+2x2000级船队长

/.=185m,取==190ni。

调顺段：A>（1.5~2.0）/c=（277.5-370）m,MX12=320mo

停泊段：小4（主要考虑拖带船队长N172.1m,取190m。

过渡段：/4NIOgAB,"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

由计算为70m,AZ?=70-70=0,/4=0c

制动段：4用4=W估算，。为船队进入口门航速，一般取2.5〜4.5,

则（=3.0x185=555m>

则引航道直线段的总长度1=/l+/2+/3=190+320+190=700m。

（2）引航道宽度：考虑到河流上船舶较多，取两侧靠船，设计最

大船宽b~=10.6m,一侧等候过闸的船队总宽3=14m,另一侧等候过

闸的船队宽度.2=10.6,2Ab=1.5bc,贝lj

B（）=bc+bp+bc2+2Ab=10.6+10.6+10.6+2x10.6=53in

③引航道水深：引航道水深应满足1.4〜1.5,其中7为设

计船队满载吃水，取r=2.8m,则%N1.5X2.8=4.2m,取”0=4.5m。

④引航道弯曲半径：引航道直线段为弯曲航道时，其弯曲半径

不得小于最小限值。根据船舶的性能，航道的最小弯曲半径可按如

下所述采用。

顶推船队和机动驳。

本船闸为口级船闸，则：R>4LC故RN4X172.l=688.4m

拖带船队：

由为II级船闸则：R>5LC故R>4x185=740m

4一设计最大船队长或最大船长(m)

考虑口门和连接段水流、风浪等的影响，其半径加上上4,

所以引航道的转弯半径R=740+185=925m

⑤引航道弯道加宽

引航道的弯道加宽值，应按式(6-17)计算，如果弯道中

心角大于，值得适当加大。当无实船试验资料时，应根据水流等

的具体条件，引航道弯道加宽值可按下式计算:

1852

AB==17.8m

2x925+78

所以引航道弯道加宽取18nl

L一设计最大船队或最大船长(m)；

R一最小弯曲半径(m)；

B—引航道宽度(m)。

引航道内不宜有小河、溪沟汇入，当难以避免时，应采用工

程措施，满足航行要求。

2.2.6引航道内导航和靠船建筑物的布置

闸室、引航道等处的靠船建筑物靠船一侧，设置龛式系船柱。

系船柱不突出墙面。

闸室墙、引航道等靠船建筑物的顶部设置同定系船柱。在闸室

内的布置，首尾系船柱距闸室的有效长度两端距离为10m；在闸室墙

墙面上设置同定系船柱其纵向间距为1.5%横向间距为15m；另外

在闸室墙上每隔40m设置浮式系船柱。

2.2.7口门区和连接段

口门区和连接段平面布置原则

引航道口门区是指引航道隔流堤头部分外一定范围内的水域。

口门区位于引航道口门外具有一定长度、宽度范围内的通航水域。

当口门区不能与主航道直接平顺衔接时，应设置连接段。连接

段航道是指船闸上、下游引航道口门区末端与河道主航道之间的连

接段，其目的是保证船舶、船队安全地从河流主航道或引航道内驶

入引航道或河流主航道时，必须要设置连接段航道。

2.3船闸在枢纽中的布置

根据《航道工程》课本，船闸的总体布置必须保证船舶、船队在

同行期内安全通畅过闸，并有利于运行管理和检修。

本次设计船闸上下游引航道口门区宜位于深泓线一侧，与主航道

平顺连接。为减小占地面积，减少工程量，采用闸坝并列式布置，船

闸闸室宜布置在挡水建筑物下游。

2.4船闸通过能力

（1）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4=210+70+25=305m；

单向出闸距离4二210+20+25=255m；

双向进闸距离4=190+320+25+210=745m；

双向出闸距离乙二190+320+25+210+20=765m。

根据《船闸总体设计规范》查得：

单向进闸妙=0.5m/s单向出闸u=0.7m/s

双向进闸u=0.7m/s双向出闸厂1.0m/s

则单向进闸t=।Q2min，单向出闸口==6.】min

105x60407x60

双向进闸J==17.8min，双向出闸t==11.6min

1077x"60410x60

（2）闸门的启、闭时间q

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20〜30根时，q约为2〜3min,取2.5min

（3）闸室灌、泻水时间与

船闸灌泻水时间与水头、输水系统型式、闸室尺度有关，取

（3=9.0rnin

（4）船舶（队）进出闸门间隔时间

船舶（队）进出闸门间隔时间取5.0min

则：单向过闸时间r,=t,+4t2+2t3+t4+2ts=45.3min

双向过闸时间T2=2t,1+4t2+2t3+2t；+4t5=IO6.8min

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

=l/2(45.3+106,8/2)=49.35min

U2)

船闸口平均过闸次数

船闸年通过能力

式中：n。一日非运客、货船过闸次数，取n°=2

N一年通航天数（352天）G一次过闸的平均载重吨位

。一舶装载系数（0.84）S一运量不均匀系数（L30）

G=4000*30%+4000*50%+3200*20%=3840吨

4

p（n-n0）=（26-2）352x3840x0.84=2096.14x10。＞=1200x10吨吨

“°61.30

满足通过能力的要求

2.5船闸耗水量

根据相应的规范可查的：

单级船闸单向一次过闸用水为

3

匕=\A1LCBCH^=1.17x210x23x5.0=28222.5m

Be一闸室有效宽度

4一闸室水域长度

单级船闸双向一次过闸用水量为V0'=0.5V0

过闸用水量取单、双向过闸的平均值，即

3

V=0.75Vo=21191m

2.6船闸输水系统

2.6.1船闸输水系统基本要求及停泊标准

（1）船闸输水系统的设计，应满足下列基本要求：

1）尽量缩短灌水和泄水时间。

2）船舶、船队在闸室内的停泊条件和引航道内的停泊和航行条

件。

3）船闸各部位在输水过程中不致由于水流冲刷、空蚀、振动等

造成破坏。

对有双向水头、多线船闸或船闸与升船机共用引航道、多级

船闸补溢水、设置中间渠道、省水、防咸等要求的船闸，还应满足

各自特殊的要求。

⑵船舶的停泊标准：船舶停泊条件就是船闸在输水过程中，有

系船缆绳承受拉力所反映的闸室或引航道内停靠船舶的泊稳条件。

在船闸灌泄水过程中，水流对停泊在闸室内和靠泊在引航道内的船

舶的作用力是不能忽略的。过闸时,船舶是靠船上缆绳系泊在系船

设备上，水流对船舶的作用力将通过系船缆绳、系船柱等系船设备

所承受，其中系缆绳是其中最薄弱的部分，最容易破坏。过闸船舶

的停泊平稳情况，通常以闸室灌泄水过程中水流对过闸船舶的作用

力，即过闸船舶的系船缆绳所受拉力的大小为衡量指标。因此，过

闸船舶系船缆绳所受的拉力，也就是说作用在过闸船舶上的水流作

用力不应超过系船缆绳最大拉力的允许值。作用在过闸船舶上的水

流作用力通过经验公式估算，可查相关规范。

允许缆绳拉力值可由缆绳破坏强度和安全系数确定。将缆

绳的破断力除以安全系数就可得到系船缆绳允许受力值。对排水量

为500t及500t以上船舶的安全系数可取4。对500t以下船舶,考

虑到系船缆绳与船闸交角的变化较大等因素影响，将船舶缆绳安全

系数适当提高，对50t及以下船舶允许系缆力的安全系数取为8,而

500t到5