西江某水利枢纽船闸总体设计

航道工程课程设计题目：西江某水利枢纽船闸总体设计目录1. 设计基础资料 (3)1.1设计依据 (3)1.2设计标准、规范 (3)1.3设计背景 (3)1.4设计资料 (4)1.5设计船型 (4)2.船闸总体设计 (5)2.1船闸基本尺度的确定 (5)2.1.1闸室有效长度 (5)2.1.2闸室有效宽度 (6)2.1.3船闸门槛最小水深 (7)2.1.4船闸最小过水断面的断面系数 (7)2.1.5闸首长度 (8)2.2船闸各部分高程的确定 (9)2.2.1闸门门顶高程 (9)2.2.2闸室墙顶高程 (9)2.2.3闸首墙顶高程 (10)2.2.4闸首槛顶高程 (10)2.2.5闸室底板顶部高程和引航道底部高程 (10)2.2.6导航和靠船建筑物顶部高程 (11)2.2.7引航道堤顶高程 (11)2.3引航道平面布置及尺度确定 (12)2.3.1引航道平面布置 (12)2.3.2引航道尺度 (12)2.4船闸通过能力计算 (14)2.4.1船队进出闸时间 (14)2.4.2闸门启闭时间 (14)2.4.3闸室灌、泄水时间 (15)2.4.4船舶、队进出闸门间隔时间 (15)2.4.5船闸通过能力 (15)2.5船闸耗水量计算 (16)3.闸首、闸阀门及输水系统选择 (17)3.1闸门的选型及基本尺度计算 (17)3.1.1门扇长度l n (17)3.1.2门扇厚度t n (17)3.2输水系统初步设计 (17)3.2.1输水阀门处廊道断面面积 (18)3.3闸首结构初步设计 (18)3.3.1闸首布置及构造 (18)3.3.2边墩设计 (19)4.闸室结构形式初步设计 (19)5.船闸总体布置原则 (19)6.船闸布置图 (20)6.1船闸总平面布置图（附图1） (20)6.2船闸纵断面布置图（附图2） (20)1.设计基础资料1.1设计依据航道工程课程设计指导书1.2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，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1.3设计背景西江某水电枢纽是西江下游河段广西境内的最后一个规划梯级，枢纽横跨两岛三江，是一座以发电为主，兼有航运、灌溉等综合利用的大型水利枢纽工程。

根据交通部对西江航运的规划，航道等级将从Ⅲ级提高为Ⅱ级航道，因此船闸为满足不断增长的货运量需要，将原1号船闸规模由1000t 级扩大为2000t 级。

1.4设计资料表1.4：设计资料数据一览表1.5设计船型表1.5 主要设计船型一览表A为主要设计船队，B、C、D为兼顾船队。

A ：B ：C ：图1.5：主要设计船队示意图2.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）：3.1.5 船闸闸室有效长度不应小于按下式计算的长度，并取整数。

f c x l l L +=式中x L ——闸室有效长度(m)；c l ——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;当一闸次有两个或多个船队船舶纵向排列过闸时，则为各设计最大船队、船舶长度之和加上各船队、船舶间的停泊间隔长度；f l ——富裕长度(m)，顶推船队f l ≥2+0.06c l ；拖带船队f l ≥2+0.03c l ；货船和其他船舶f l ≥4+0.05c l ；根据设计船队尺度以及船闸设计标准进行过闸船型组合，船闸设计标准为一次通行过闸4×2000t 。

表2.1.1 闸室有效长度计算表所以，闸室的有效长度取200m 。

2.1.2闸室有效宽度根据《船闸总体设计规范》（JTJ305-2001）：3.1.8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》（GB50139-2004）中规定的8m ，12m ，16m ，23m ，34m 宽度。

fcx bb B +=∑c f b n b b )1(025.0-+∆= 式中 B x ——船闸闸首口门和闸室有效宽度(m)；∑cb——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，则为设计最大船队或船舶的宽度；f b ——富裕宽度(m)；b ∆——富裕宽度附加值(m)，当bc ≤7m 时，b ∆≥lm ；当c b ≥7m 时，b ∆ ≥1.2m ；n ——过闸停泊在闸室的船舶的列数。

根据设计船队尺度以及船闸设计标准进行过闸船型组合：表2.1.2 闸室有效宽度计算表所以，闸室的有效宽度取34.0m 。

2.1.3船闸门槛最小水深根据《船闸总体设计规范》（JTJ305-2001）：3.1.9 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 TH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)。

则：H ≥1.6T =1.6×2.6=4.16m ，取H =4.5m 。

所以，船闸的门槛最小水深取4.5m 。

综上，船闸尺度为： 组合1： 组合2：组合3：2.1.4船闸最小过水断面的断面系数在确定船闸基本尺度时，还应考虑船闸最小过水断面的断面系数n 的要求，根据实验和观察，若n 过小，则船队（舶）过闸时，可能产生碰底现象。

为保证船队（舶）安全顺利地进闸，一般要求：≥ΦΩ=n 1.5～2.0 式中 Φ——最大设计过闸船队满载吃水时水下部分断面面积 (m 2)；Ω——最低通航水位时,闸室过水断面面积(m 2), H B x ⨯=Ω。

则：Ω=34×4.5=153m 2；Φ=32.4×2.6=84.24 m 2； n =1.82，符合安全要求。

2.1.5闸首长度根据受力和结构特点，闸首在长度方向上一般由3段组成：门前段长度l 1，当工作闸门采用人字闸门、检修门槽设于闸首外与导墙接缝时，门前段的长度最小，一般为1.0m 左右。

门龛段长度l 2，根据《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定，其富余长度应考虑对闸门启闭力的影响，不宜小于1/20门扇长度。

人字闸门轴线与船闸横轴线交角取22.5°，闸室有效宽度为34m ，则门扇长度可估算为（34÷2）÷cos22.5°=18.4m ，取20m 。

取富余长度2m ，所以门龛长度为22.0m 。

闸门支持段长度l 3，约等于（0.4～2.1）倍的设计水头，设计水头取为18.85m ，所以闸门支持段长度取为10.0m 。

则：闸首长度为l 1+ l 2+ l 3=33.0m ，取34.0m 。

2.2船闸各部分高程的确定2.2.1闸门门顶高程根据《船闸总体设计规范》（JTJ305-2001）：4.2.1 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值确定。

4.2.2 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值。

4.2.3 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,V一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。

此船闸闸门是非挡水闸门，且船闸为Ⅱ级船闸，则安全超高值不小于0.5m。

则：上闸首闸门顶部高程＝上游设计最高通航水位＋安全超高值＝23.9m+0.5m＝24.4m（取24.5m）下闸首闸门顶部高程＝上游设计最高通航水位＋安全超高值＝23.9m+0.5m＝24.4m（取24.5m）2.2.2闸室墙顶高程根据《船闸总体设计规范》（JTJ305-2001）：4.2.6 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。

最大干舷高度可参照下表:设计船队中最大驳船吨位在2000t，参考设计船队的满载吃水2.6m，出于安全考虑，取空载干舷高度为2.7m。

则：闸室墙顶高程＝上游设计最高通航水位+超高＝23.9m+2.7m＝26.6m（取26.7m）2.2.3闸首墙顶高程根据《船闸总体设计规范》（JTJ305-2001）：4.2.4 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。

设结构安装高度为1m。

则：上闸首墙顶高程＝门顶高程＋结构安装高度＝24.5m＋1.0m＝25.5m下闸首墙顶高程＝门顶高程＋结构安装高度＝24.5m＋1.0m＝25.5m由于闸室墙顶高程为26.7m，所以取闸首墙顶高程为26.7m。

2.2.4闸首槛顶高程根据《船闸总体设计规范》（JTJ305-2001）：4.2.5 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。

4.2.9 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。

则：上闸首门槛的顶部高程＝上游设计最低通航水位－门槛水深＝18.6m－4.5m＝14.1m下闸首门槛的顶部高程＝下游设计最低通航水位－门槛水深＝5.05m－4.5m＝0.55m。

(取0.5m)2.2.5闸室底板顶部高程和引航道底部高程根据《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。

则：取船闸闸室底板顶部高程为0.5m。

根据《船闸总体设计规范》（JTJ305-2001）：4.2.9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。

5.5.3 Ⅰ～Ⅳ级船闸引航道最小水深应按下式计算:.1TH50式中 H——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)。

则：H0≥1.50T=3.9m（取4.0m）上游引航道底部高程=上游设计最低通航水位-引航道设计最小水深值=18.6－4=14.6m(取14.1m)下游引航道底部高程=下游设计最低通航水位-引航道设计最小水深值=5.05－4=1.05m2.2.6导航和靠船建筑物顶部高程根据《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。