专业考试辅导课讲义通航建筑物.ppt

1、,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,四川交通设计院 二O一O年八月,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。,7 通航建筑物设计 7.1 熟悉通航建筑物的类型及

2、功能 7.2 掌握船闸设计原则和要求、船闸分级、船闸工程组成、船闸线数和级数的确定。 7.3 掌握船闸设计通航水位、校核水位和施工、检修水位的确定。 7.4 掌握船闸通航净空；掌握船闸各部位高程和船闸尺度的确定。 7.5 熟悉过闸船舶（队）的主尺度。 7.6 掌握船闸总体布置、通航水流条件和泥沙防治、引航道布置和平面尺度的确定、口门区和连接段布置、锚地布置的原则和要求。 7.7 掌握船闸通过能力计算和耗水量计算。 7.8 熟悉船闸附属设施及其布置。 7.9 掌握船闸水工建筑物级别划分和结构设计原则、内容及方法。 7.10 掌握船闸水工建筑物地基设计原则、内容和方法。 7.11 掌握船闸防渗与排

3、水设施的选型与要求。 7.12 掌握船闸渗流计算方法及保证渗流稳定应采取的措施。,1.2 专业考试大纲要求,7.13 掌握船闸水工建筑物荷载计算与组合。 7.14 掌握船闸闸室和闸首结构设计的原则、要求、主要内容和方法。 7.15 掌握船闸导航和靠船建筑物、护坡和护底设计的原则和要求。 7.16 熟悉船闸抗震措施。 7.17 了解船闸水工建筑物观测设计的内容和要求。 7.18 掌握船闸输水系统的设计要求、分类、安全运转技术指标和要求以及船舶停泊标准。 7.19 掌握船闸输水系统的主要形式、特点、布置要求、水力计算及消能措施。 7.20 掌握闸门阀门的分类、主要结构型式、级别划分和门型选择。 7

4、.21 掌握船闸闸门阀门荷载的确定、结构设计的原则和要求 7.22 掌握船闸人字闸门、横拉闸门、三角闸门的结构布置、结构设计和启闭力计算。,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

5、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

6、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

7、.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

8、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2030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

9、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

10、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（T1T2/2） 式中：T1 单向一次过闸时间（min）； T2 双向一次过闸时间（min）。,4.耗水量的计算,船闸一天内平均耗水量的计算公式： Q=nV/86400+q Q一天内平均耗水量(m/s) V一次过闸用水量(m/s) q闸门、阀门的漏水损失(m/s),三、船闸尺度 船闸尺度即船闸有效尺度

11、，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=lclf 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

12、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lf20.06lc；拖带船队lf20.03lc；机动驳和其他船舶lf40.05lc。,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=bcbf bf=b0.025(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（

13、m）； b 富裕宽度附加值（m），当bc7m时，b1m；当bc7m时，b1.2m； 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： H1.6T 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

14、、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

15、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53年；、级船闸可采用32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2010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

16、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

17、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224.0 m，水库死水位223.5m，最低运行水位223.0 m，洪水频率20%的上游水位为228.06 m，对应的下游水位为226.59 m，天然河道95%保证率对应的水位为209.95 m，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

18、洪水频率20%的上游水位两者中的大值，为228.06 m； 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223.0 m； 下游设计最高通航水位：采用洪水频率20%对应的下游水位226.59 m； 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0.5 m，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

19、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

20、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H01.5T，T为设计最大船舶满载吃水（m）；级船闸，H01.4T。,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.船闸工程主要由哪几部分组成？单级和多级船闸;单线和多线船闸如何确定？ 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

21、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？,例题及参考答案,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？

22、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，

23、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 =（0.53050/2）/1.5=26.67min T =（3050/2）/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=2260/26.67=49.5

24、 由船闸总体设计规范第6.1.18条， P2=1/2（n-n0）NG/=1/249.533020000.6/1.3=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324.0 m。,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。2.01.6=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=38.03.5=34.5m； 下闸首门槛顶部高程=闸室底板顶部高程=33.03.