航道工程学设计项目计划书

航道工程学设计计划书

。

第一章设计基本资料

1-1地形资料

本船闸位于洪泽湖南面，其南面是苏北灌溉总渠，夹于两水系之间，同时两水系之间还隔有一道防洪大堤。

在大堤的北面与洪泽湖水边线之间有一片洼地，标高在0.

?之间。

12

14

?～0.

另外，在大堤上有一条淮阴通往南京方向的公路。

1-2地质资料

高良涧二线船闸位于洪泽湖大堤，土质较为复杂。上部为人工夯实的湖堤，多为黄色粘土，持力层为粘土、亚粘土、粉砂夹层，但层次划分不明，软硬变化较大，下卧层基本上为承载力较高的砂性土。通过对有代表性的02号钻孔（下闸首部位）土层分布及试验成果的分析，范围为5.1

?～10

+

-

?的地基土的

17

.

平均允许承载力为0.27MPa，平均变形模量为5054KPa，泊松比为0.32。

回填土的力学性能指标表1-1

1-3水文资料

1-3-1特征水位

1-3-2水位组合

1-3-3风力、风向

最大风力8级，偏西方向，风速达21m/s。1-4经济资料

1-4-1过闸货流

船型表

1-4-3通航情况

通航期 N = 360天/年；

n = 6；船舶载重量不均匀系数α = 0.83；

客轮及工作船过闸次数

月不均匀系数β= 1.1；

船闸昼夜工作时间τ= 22小时。

船闸作业时间：

t1 为开（关）门时间（分），取2min。t3为闸室灌（泄）水时间（分），取

9min,t5=6min

1-4-4抗震烈度：8度。

1-5交通、建筑材料供应情况

水运可直达工地，公路运输亦方便；除木材外，其他材料供应充足，钢材由南京发货，水泥、石料、砂由安徽提供，木材由江西福建运来。

1-6公路及桥梁

本工程桥梁载重及尺寸按II级路标准，公路接线按III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米；

公路路面宽：9.0米；

公路路基宽：12.0米

桥头接线最小曲线半径：125米。

1-7设计依据

本工程以国家计委关于《开发淮河运输两淮煤矿水运建设任务书》的批复（计交[1982]979文号）主要依据，并按照1978年9月交通部会同煤炭部和安徽省、江苏省共同编制上报的《两淮煤炭淮申线水运建设计划任务书》及1981年9月18日交通部《关于报送对两淮煤炭淮申线水运建设计划任务书的调整意见的报告》以及安徽省交通厅、交通部水运规划设计院编制的《两淮煤炭淮申线水运建设可行性研究报告》等文件的有关规定进行设计。

1-8设计标准、规范

高良涧二线船闸按III 级船闸、II 级建筑物（闸首、闸室）、III 级附属建筑物标准设计。

设计采用中华人民共和国行业标准《船闸总体设计规范JTJ305-2001》

第二章 船闸总体设计

2-1船闸基本尺度的确定

2-1-1闸室有效长度

根据《船闸总体设计规范》（JTJ305-2001）：

船闸闸室有效长度不应小于按式（3.1.5）计算的长度，并取整数。

f c X l l L +=

式中：

;

051.04;031.02;061.02,m c l c l c l m l l m L f f f f c X +≥+≥+≥------货船和其他船舶拖带船队），顶推船队富裕长度（长度；

队、船舶间的停泊间隔船。船舶长度之和加上各，则为各设计最大船队队船舶纵向排列过闸时船当一闸次有两个或多个大船队、船舶的长度；单列过闸时，为设计最或一艘船舶当一闸次只有一个船队）度（设计船队、船舶计算长）；

闸室的有效长度（ 2-1-2闸室有效宽度

根据《船闸总体设计规范》（JTJ305-2001）：

船闸闸首口门和闸室有效宽度不应小于按下列两公式计算的宽度，并宜采用 现行国家标准《内河通航标准》(GBJ 139)中规定的8m,12m,16m,23m,34m 宽度。

c f f

c X b n b b b b B )1(025.0-+?=+=∑

式中：

的列数。

过闸停泊在闸室的船舶；

时，当时，），当富裕宽度附加值（）；

富裕宽度（）；队或船舶的宽度（闸时，则为设计最大船船队或一艘船舶单列过当只有一个）度（停泊于闸室的最大总宽同一闸次过闸船舶并列）；

效宽度（船闸闸首口门和闸室有--≥?≥≥?≤--?------n m b m b m b m b m b m b m m b m B c c c X 2.17;17;f

2-1-3门槛水深

根据《船闸总体设计规范》（JTJ305-2001）：

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，并应满足设汁船舶、船队满载时的最大吃水加富裕深度的要求，可按下式计算，闸室最小水深应为设计最低通航水位至闸室底板顶部的最小水深，其值应不小于门槛最小水深。设计采用的门槛最小水深和闸室最小水深，在满足计算的最小水深值基础上，应充分考虑船舶、船队采用变吃水多载时吃水增大以及相邻互通航道上较大吃水船舶、船队需通过船闸的因素，综合分析确定 。

6.1≥T

H

其中：

根据设计船型资料以及设计过闸船队进行过闸船型组合 列出船队组合的可能情况 (4000吨/闸次)如下（单位：m ）：

1. ( 一顶+2×1000t)*2两列并排组合，AA 组合方式如图：

有效长：Lc=160m f

L 2+0.06Lc=11.6m ，则Lx=Lc+f L =171.6m

有效宽：bc =10.6*2=21.2m

∵bc=10.6m>7m ∴Δb ≥1.2m(取1.2m) bf=Δb +0.025(n-1)bc ，n 为船队列数 bf=Δb +0.025(2-1)bc=1.465m Bx=bc+bf =21.2+1.465=22.665m

门槛水深：T=2.46m ， H=1.6T=3.936m

2. （一拖+12×100t ）×2，每队拆成2列6排并排组合，BB 组合方式如图：

3. （一拖+4×500t ）×2， 两列并排组合，CC 组合方式如图：

4.（一顶+2×1000t ）与（一拖+12×100t ），AC 组合方式如图：

5.（一拖+12×100t ）与（一拖+4×500t ），BC 组合方式如图：

5.（一顶+2×1000t ）与（一拖+4×500t ），AC 组合方式按右图：

计算数据表：

）；

的最大吃水（设计船舶、船队满载时）；

门槛最小水深（m ----T m H

说明：对于BC组合，当采用B船队最长九只驳船时，虽然实际上进行船队拆解时省时，但是综合比较其它组合都不大于250m，而最长九只驳船计算有效长度253.55m，因此舍弃。闸室采用直立式，墙厚取

2-2船闸线数和级数的确定

通过船闸通过能力的计算，可以确定：船闸线数取为单线即可满足通航要求船闸级数根据《船闸总体设计规范》（JTJ305-2001）确定：

3.3.2 船闸级数的选择，应优先采用单级船闸。

3.3.3 船闸级数，可按下列情况确定：

（1）水头 <30m，采用单级船闸；数据给出上游最高通航水位是16m，下游最高通航水位是10.6m，因此水头差去16-10.8=5.2m，此设计采用单机船闸。（2）水头 30-40m，采用单级或两级船闸;

（3）水头 >40m，采用两级或多级船闸。

2-3船闸各部分高程的确定

2-3-1船闸闸门门顶高程

根据《船闸总体设计规范》（JTJ305-2001）：

船闸挡水前缘闸首工作闸闸门顶部高程应为上游校核高水位加安全超高确定。对溢洪船闸的闸门顶部高程应为上游设计最高通航水位加安全超高。

船闸非挡水前缘闸首的闸门顶部高程应为上游设计最高通航水位加安全超高。

船闸闸门顶部最小的安全超高值，I～IV级船闸不应小于0.5m,一般取0.8～1.0m；V～VII级船闸不应小于0.3m，对于有波浪或水面涌高情况的闸首门顶高程应另加波高或涌高影响值。

故，设计闸门门顶高程取为：

●本船闸为Ⅲ级船闸，取安全超高值为0.9m；

●取波浪超高为0.8m；

●以溢洪船闸来设计。

上闸首闸门顶部高程=上游最高通航水位+安全超高值+波浪超高=17.7m；

下闸首闸门顶部高程=上游最高通航水位+安全超高值+波浪超高=17.7m；

2-3-2闸室墙顶高程

根据《船闸总体设计规范》（JTJ305-2001）：

船闸闸室墙顶部高程应为上游设计最高通航水位加超高值，超高值不应小于设计过闸船舶、船队空载时的最大干舷高度。

长江分节驳船空载干舷高度

故，设计闸室墙顶高程取为：

●按驳船最大吨级1000t，取最大空载干舷高度1.7m。

●闸室墙顶高程=上游设计最高通航水位+超高值=16+1.7=17.7m

2-3-3闸首墙顶高程

根据《船闸总体设计规范》（JTJ305-2001）：

船闸闸首墙顶部高程应根据闸门顶部高程和结构布置等要求确定，并不得低于闸门和闸室墙顶部高程。位于枢纽工程中的船闸，其挡水前缘的闸首顶部高程应不低于与相互连接的枢纽工程建筑物挡水前缘的顶部高程。

故，设计闸首墙顶高程为：

●结构安装高度=0.8m。

●上闸首墙顶高程＝上闸首闸门顶部高程＋结构安装高度＝18.5m；

●下闸首墙顶高程＝下闸首闸门顶部高程＋结构安装高度＝18.5m。

2-3-4闸首槛顶高程

根据《船闸总体设计规范》（JTJ305-2001）：

船闸上、下闸首门槛的高度应有利于船闸运用和检修，顶部高程应为上、下游设计最低通航水位值减去门槛最小水深值。

故，设计闸首槛顶高程为：

●上下游最低通航水位分别为10.8m和8.5m。

●门槛最小水深值为4.5m。

●上闸首门槛的顶部高程＝上游设计最低通航水位－门槛水深＝6.3m

●下闸首门槛的顶部高程＝下游设计最低通航水位－门槛水深＝4.0m。

2-3-5引航道底高程

根据《船闸总体设计规范》（JTJ305-2001）：

船闸上、下游引航道和口门区及连接段的底部高程应为上、下游设计最低通航水位减去引航道设计最小水深值。

引航道最小水深应符合下列规定:

I～IV 级船闸应按下式计算:Ho/T≥1.5

式中： Ho——在设计最低通航水位时，引航道底宽内最小水深(m);

T——设计最大船舶、船队满载吃水(m)

故，设计引航道底高程为：

●设计最大船队满载吃水T=2.46m。

●上游设计最低通航水位=10.8m, 下游设计最低通航水位=8.5m。

●引航道设计最小水深值Ho=1.5×2.46=3.69m，

●上游引航道底高程＝上游设计最低通航水位－引航道设计最小水深值＝

7.11m

●下游引航道底高程＝下游设计最低通航水位－引航道设计最小水深值＝

4.81m

2-3-6船闸闸室底板顶部高程

根据《船闸总体设计规范》（JTJ305-2001）：

4.2.7 船闸闸室底板顶部高程不应高于上、下闸首门槛顶部高程。

故，设计船闸闸室底板顶部高程为：

●船闸闸室底板顶部高程＝下闸首门槛高程＝4.0m。

2-3-7导航建筑物和靠船建筑物顶高程与引航道堤顶高程

根据《船闸总体设计规范》（JTJ305-2001）：

4.2.8 船闸上、下游导航和靠船建筑物的顶部高程应为上、下游设计最高通航水位加超高值，超高值不宜小于设计过闸船舶、船队空载时的最大干舷高度。

4.2.9涉及两侧堤岸工程的，堤岸顶部高程应根据船闸工程的安全需要和防洪要求研究分析确定。

故，此些设计高程分别为：

●上游设计最高通航水位16m、下游设计最高通航水位10.8m。

●设计过闸船舶空载时的最大干舷高度为1.7m。

●上游导航建筑物顶高程=上游设计最高通航水位+超高值=17.7m；

●下游导航建筑物顶高程=下游设计最高通航水位+超高值=12.5m。

●上游引航道堤顶高程=上闸首墙顶高程=18.5m

●下游引航道堤顶高程=17.7m

综上，结果汇总于下表：

2-4引航道平面布置及尺度确定

2-4-1引航道平面布置

根据《船闸总体设计规范》

（JTJ305-2001）：

5.4.2 引航道的平面布置应根据

船闸的级别、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。

5.4.3 引航道的平面布置可采用下列型式:

(1)反对称型，见图5.4.3(a);

(2)对称型，见图5.4.3(b);

(3)不对称型，见图5.4.3(c),

●根据设计要求，单线船闸设计通过能力能满足设计水平年内的货运量要求，

因此选用单线船闸。

●选用对称型对单向过闸较为有利，可使船舶（队）停靠在距闸首的最近处。2-4-2 引航道尺度

2-4-2-1引航道宽度

根据《船闸总体设计规范》（JTJ305-2001）：

5.5 .2.1 单线船闸引航道的宽度，应根据下列型式确定：

反对称型和不对称型引航道宽度：

Bo≧bc+bc1+2Δb1+bc2

式中 Bo——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;

bc——设计最大船舶、船队的宽度(m);

bc1——一侧等候过闸船舶、船队的总宽度(m);

Δb1——船舶、船队之间的富裕宽度，取Δb1= bc;

bc2—一侧等候过闸船舶、船队的总宽度（m）;

B

=10.6+10.6+10.6*2+10.6=53m

2-4-2-2引航道长度

根据《船闸总体设计规范》（JTJ305-2001）：

5.5.1 引航道直线段的轴线应平行于船闸轴线，直线段应由导航段、调顺段和停泊段组成，见图。引航道的长度应满足下列要求。

5.5.1.1 当采用直线进闸、曲线出闸布置时，引航道的各段长度，应符合下列规定:

(1)导航段长度L 1: L 1≧Lc 式中： L 1——导航段长度(m)；

L c ——顶推船队为设计最大船队长，拖带船队或单船为其中的最大船

长(m)。

则: L 1=160m

(2)调顺段长度L 2: L 2≧(1.5～2.0)Lc 则：L 2 =320m (3)停泊段长度L 3: L 3≧Lc 则：L 3=160m (4)引航道直线段的总长度 L=L1+L2+L3=640m

(5)当各种设计船队的推轮均具有良好的操纵性能时，调顺段通过论证可适当缩短;

(6)通航多种船队的船闸，引航道直线段的总长度L 应分别计算，并取其大值; (7)对山区II 一VI 级和平原IV 一VI 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。 （8）过渡段长度：

道宽度之差。

引航道直线段宽度与航--??=B B

L 104

则：L 4=75m

（9）制动段长度：L,4=(2.5～4.5) Lc, 取L,4=4×160=560m

2-4-2-3引航道水深

根据《船闸总体设计规范》（JTJ305-2001）：

5.5.3Ⅰ~Ⅳ级船闸引航道最小水深应按下式计算:

Ho/T≥1.50

式中 Ho——在设计最低通航水位时，引航道底宽内最小水深(m);

T——设计最大船舶、船队满载吃水(m).

由设计资料，T=2.46m，最小水深Ho=2.46×1.5=3.69m。

2-5结构选型

2-5-1-1闸首的平面布置及尺度确定

根据《船闸水工建筑物设计规范》（JTJ307-2001）：

在土基上为避免由于边墩不均匀沉降而影响闸门正常工作，采用整体式人字形闸首结构。

2-5-1-2布置与构造

根据教材《航道工程学》：

闸首总长度为：30m

闸首边墩厚度一般取10米，闸首总宽度=24+2*10=44米

闸首有效宽度与闸室有效宽度相等,取24m;

2-5-2闸室结构形式及尺度确定

由于该地基的承载力较好，水级也较小，持力层为粘土，地基对渗透变形不敏感，因此采用分离式闸室结构；

闸门宽度取12.8m;高度根据闸墙顶高程及闸室底板高程可确定为13.7m; 2-5-3阀门结构形式的确定 阀门采用平板提升门； 2-5-4输水系统选择，布置

根据《船闸输水系统设计规范》：可以根据下式初步判断采用何种输水系统形式： >3.5

Ｈ：设计水头(m) Ｔ：闸室灌水时间(min) m ＞3.5集中输水系统 m ＜2.5分散输水系统

结合水头、闸首帷墙、门型、施工、维修等因素，包括消能工选择 由此可判断该船闸应采用集中输水系统；

根据《船闸输水系统设计规范》

：

集中输水系统上，下闸首断面最大平均流速分别按下列近似公式计算：

上闸首：s m H S T H L V c c /76.0)

22.54(6091

2.52602)2(12max =+?????=+=

下闸首：s m TS H

L V c c /1.14

60912.52608.118.1max =?????== — 对上闸 首为灌水时闸室最大的断面平均流速; 对下闸首为泄水时下闸首门后段最大的断面平均流速( m / s ) ;闸室水域长度( m ) ;

H — 设计水头( m) ; T 一 闸室灌泄水时间( s ) ; S c — 槛上最小水深( m)

则：采用复杂消能室的短廊道输水系统设消力槛；

对于短廊道输水，为了保证廊道进口顶部不产生负压、避免吸入空气和其它漂浮物体、增大输水效率，要满足廊道进口布置在水面下一定深度，即满足最小淹没水深的要求。

对应上下闸首淹没深度分别是0.03m 和0.07m 则上闸首取1.5m;下闸首取1.0m 。 输水阀门处廊道断面面积的计算：

]

6.0)51.01(1[8.926096.02

.5260242])1(1[22?--????????=

--v K g T H C αμω

21.28m =

经过上式计算出的输水阀门处廊道断面面积为整个输水系统的计算面积，则每侧阀门的断面面

阀门断面尺寸B/H=1.1～1.2左右，本设计取 1.2，从而进口断面尺寸:则B=5.81m ； H=4.84m

出口断面面积为1.4倍进口面积，A=28.1*1.4=39.34 m 2, 出口断面尺寸H=5.7m ，B=6.8m

闸室边墩用重力分离式，选择梯形截面，底部取7米，上部取1.5米闸室总宽度=24+7*2=38米

2-5-5输水时间的计算（P43）

输水时间校核： 输水阀门开启时间计算：

s P gH DW k t c L r v 7.286)262.151(322

.58.92650011.28623.0)(2=-???????=-=

χωω

输水时间校核：

7.286)51.01(8

.921.286.02

.5260242)1(22?-+??????=-+=

v t g H c T αμω

min 9min 7.8<=

所以输水时间符合要求

2-5-6底板厚度的确定

底板厚（1/3.5~1/4.5）边墩自由高度； 不小于净跨的（1/6~1/7）；

有闸首墙顶高程及闸首门槛高程可确定上下游边墩自由高度分别为12.8m ，15.1m;

则取底板厚度为4m. 2-6船闸通过能力计算

2-6-1过闸时间计算

对单级船闸，一次过闸时间应符合下列规定： （1）单向过闸： 543211224t t t t t T ++++=。 （2）双向过闸： 5'

43'

21142224t t t t t T ++++=。

（3）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。当单向过闸与

双向过闸次数相等时，可按下式确定：

T=(T1+T2/2)/2。

式中：

? :m L L c 364)4.01(260)1(11=+?=+=α

出闸：m L L c 286)1.01(260)1('1'

1

=+?=+=α 双向过闸：m l l L L c 686240160)1.01(260)1(2122=+++?=+++=α ? L1、L1‘分别为单向进闸和出闸的距离 ? L2:双向进闸和出闸的距离 ? Lc:闸室有效长度

? 系数: l1,l2: 引航道第一段、二段长度 进出闸速度

单向进闸速度 单向出闸速度 ? 船队 0.5 m/s 0.7 m/s ? 机动船 0.8 m/s 1.0 m/s ? 双向进闸速度 双向出闸速度 ? 船队 0.7 m/s 1.0 m/s ? 机动船 1.0 m/s 1.4 m/s 对于单向过闸：

min 2.12605.0364

2=?=

t min 8.660

7.0286

4=?=

t 对于双向过闸：

min 3.16607.0686'2

=?=t min 4.1160

0.1686'4

=?=t 可得数据t 1=2.0min ，t 2=12.2min ，t 3=9min ，t 4=6.8min ，t 5=4.0min ，t 2'=16.3min ，

一次过闸时间。

出闸时间；单（双）向第一个船队）

（闸室灌水或泄水时间；

；向第一个船队进闸时间双单）

（开门或关门时间；

闸时间；上下行各一次的双向过；单向一次过闸时间--------------T t t t t t t T T '443'

22121)((min)1=0.40.5α～1=0.10.2

α’

～2=0.10.2α～

t 4'=11.4min 得

单向过闸

m in 53428.6922.1224224543211=?++?++?=++++=t t t t t T

双向过闸

min 4.97444.112923.16224422245'

43'212=?+?+?+?+?=++++=t t t t t T

min 85.50)24.9753(21)2(2121=+?=+=T T T

2-6-2船闸日平均过闸次数

船闸日平均过闸次数应按下式计算：

次2685

.50602260=?=?=T n τ

式中：

2-6-3年过闸货运量 a.单向年过闸客货运量:

式中

:单向年过闸客货运量（t ） ：日非客货运量，取为5; α：船舶装载系数，1.1-1.3; β：运货不均匀系数0.8;

吨34676

320040003200400024004000=+++++=G

则可求得船闸过闸货运量

万吨9421

.13467

83.0360262620=???-=?-=

βαNG n n P 式中： N ——通航期，360天/年 0n ——客轮及工作船过闸次数，6

）。

日工作小时（日平均过闸次数；

h n ----τ

α——船舶载重量不均匀系数，0.83

β——月不均匀系数，1.1

τ——船闸昼夜工作时间，22小时

则双向货运量为1884万吨，比起资料中1995年的1750万吨，可满足设计规划要求。

2-7船闸总体布置

船闸在水利枢纽布置时应遵循下述原则和要求：

●船闸在通航期内应有良好的通航条件，满足船舶安全迅速通畅过闸，并有利

于运行管理和检修；

●遵照综合利用、统筹兼顾的原则，正确处理船闸与溢流坝、泄水闸、电站等

建筑物之间的关系和矛盾，优化布置，以发挥最大的综合效益；

●根据国民经济发展规划，做到远近结合，既要满足设计水平年内航运的需求，

又要考虑远景发展，充分留有余地；

●在满足航运要求的前提下，应尽量选择经济合理，工程投资少，能就地取材，

施工方便的方案。

●对大、中型和水流泥沙条件复杂的工程必须进行模拟试验，优选布置方案。

第三章附图

3-1船闸总平面布置图；

3-2船闸立面图；

3-3闸室断面图；

3-4闸首立面图；

3-5闸首断面图；

3-6输水系统布置图

主要参考文献

【1】《船闸船闸总体设计规范》（JTJ305-2001）；【2】《船闸输水系统设计规范》（JTJ306-2001）；【2】《船闸水工建筑物设计规范》（JTJ307-2001）；【3】《航道工程学》课本，上海海事大学