某船闸课程设计文件

航道工程课程设计

一、资料设计

(1）航道等级：Ⅱ级

(2)建筑物等级：闸室，闸首，闸门按Ⅱ级建筑物设计；导航建筑物按Ⅲ-Ⅳ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

（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n=8，客轮及工作船每天过闸次数0n ＝6，船只装载量利用系数α＝0.84，货运量不均匀系数β＝1.30，船闸昼夜工作时间t ＝21小时，一般船速V=9.5km/小时，空载干弦高度（最大）取1.5m 。

船型

顶（拖）轮马力 长×宽×吃水（m ） 驳船

长×宽×吃水（m ） 船队 长×宽×吃水

（m ）

备注

一顶+2×2000 370马力 75×14×(2.6-2.8) 185×14×(2.6-2.8)

远期船型

一顶+2×1000 270马力 62×10.6×(2.0-2.2)

151.5×10.6×(2.0-2.2)

远期船型

一拖+4×500 270-27.5×6.1×2.46

53×8.8×1.9 239.5×8.8×2.46

近期船型

一拖+12×100 250-23×4.9×1.

85

24.85×5.24×1.85 321.2×5.2×1.85

近期船型

航道工程课程设计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，其下▽7.0～6.0m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1-2。

表二各种土壤的主要物理力学性质

土壤名称

容重（T/m3）

比重

G（T/m3）

内摩擦角

（°）

含水量

W（％）

粘结力

C

kg/cm2

渗透系数

K，cm/s

承载力［σ］

kPacm2

天然土干土

重壤土18.91 14.7 26.17 23.0 28.4 53.90 4.8×10-6225.4 轻砂壤土19.11 14.9 26.17 27.5 28.3 22.524 1.03×10-5313.6 亚粘土19.01 15.29 26.85 26.0 24.4 56.84 1.0×10-7294.0

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。

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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

f c x l l +=L

船闸基本尺度计算表

组合情况 船队长度 富裕长度 有效长度 船队宽度（m ） 富裕宽度（m ） 有效宽

度（m ） 比例%

一顶22000+? 185 13.1 198.1 21.2 1.06 15.06 30 一顶21000+? 2列并排 160 11.6 171.6 21.2 1.36 22.56 50 一顶22000+? 一拖+10012?

172.1

7.16

179.3

21.1

1.34

22.34

20

l 2c

k

L ?+=L

Lk ——闸室有效长度，m ； Lc ——最大设计船队长度，m ；

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——富裕长度，m 。顶推船队>=2+0.06Lc ，拖带船队>=2+0.03Lc ，机动

驳船和其他驳船>=4+0.05Lc 。

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20m ，闸室取230=L K m 。

（3）船闸闸室的有效宽度

b 2b

c k

?+=∑B

B

k

——有效宽度，m ；

∑bc ——最大设计船队长度，m ；

b ?——富裕宽度，m 。

B b c '

1n 025.0b ）（-+?=?

b ?——富裕宽度的附加值，m ；b '

?一般为1.0-1.2m ；

B

C

——单船宽度，m 。

n —闸室中船舶的列数。 闸室有效宽度取23Bk =m 。

（4）船闸门槛最小水深

由最大船舶吃水得到槛上水深 1.5 2.8 4.2Hc >?=m ，考虑到二级航道标准及预留一定的富裕，取槛上水深 5.0Hc =m 。 (5)选用闸室标准有效尺度

根据上述描述，确定闸室尺度为m 0.5m 23m 230?? 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

l ?l ?l ?l ?

航道工程课程设计根据已有设计资料，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=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=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=12.7m。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=上游校核洪水位＋安全超高=12.2+0.5=12.7m

下闸首门顶高程=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=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=上游最低通航水位－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=下游设计最低通航水位－门槛水深=7.2－5=2.2m

闸室底高程=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=下游最低通航水位－引航道最小水深=7.2－5=2.2m

下游引航道顶高程=下游最高通航水位＋超高（空载干弦）=9.0＋1.5=10.5m

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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。引航道的平面布置，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，引航道型式采用反对称式。

（2）引航道尺度

①引航道长度：

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导航段：c 1l l ≥，c l 为顶推船队全长，1顶20002?+级船队长185c l =m ，取

190c l =m 。

调顺段：()()2 1.5~2.0277.5~370c l l ≥=m ，取320l 2=m 。 停泊段：3c l l ≥（主要考虑拖带船队长1.172≥m ，取190m 。

过渡段：410l g B ≥?，

B ?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 ，70700B ?=-=，40l =。

制动段：5l 用5c l l α=估算，α为船队进入口门航速，一般取2.5~4.5，则

5 3.0185555l =?=m 。

则引航道直线段的总长度=++=321l l l l 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6.10b c1=m ，

一侧等候过闸的船队总宽114c b =m ，另一侧等候过闸的船队宽度6.10b 2c =，

c 1.5b b 2=?，则

53m 10.626.016.016.01b 2b b b 2c 1c c 0=?+++=?+++=B

③引航道水深：引航道水深应满足0/ 1.4~1.5H T ≥，其中T 为设计船队满载吃

水，取 2.8T =m ，则0 1.5 2.8 4.2H ≥?=m ，取5.40=H m 。

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II 级船闸，则：R ≥4

C

L 故 R ≥4?172.1=688.4m

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拖带船队：

由为II 级船闸则：R ≥5C L 故 R ≥4?185=740m

C L --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C L ，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：

022B R L B C

+=?m

8.177892521852=+?=?B

所以引航道弯道加宽取18m L —设计最大船队或最大船长(m)； R —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1.5m ，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

航道工程课程设计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；

L=210+70+25=305m；

单向进闸距离

1

L=210+20+25=255m；

单向出闸距离

4

双向进闸距离'

L=190+320+25+210=745m；

1

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双向出闸距离'4L =190+320+25+210+20=765m 。 根据《船闸总体设计规范》查得：

单向进闸0.5v =m/s 单向出闸7.0=v m/s 双向进闸7.0=v m/s 双向出闸0.1=v m/s 则单向进闸min 2.1060x 5.0305t 1==

，单向出闸min 1.660

x 7.0255

t 4==

双向进闸min 8.1760x 7.0745t '1

==，双向出闸min 6.1160

x 0.1765

t '4==

（2）闸门的启、闭时间2t

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

20~30m 时，2t 约为2~3min ，取2.5min

（3）闸室灌、泻水时间3t

船闸灌泻水时间与水头、输水系统型式、闸室尺度有关，取min 0.9t 3= （4）船舶（队）进出闸门间隔时间5t 船舶（队）进出闸门间隔时间取5.0min

则：单向过闸时间min 3.45t 2t t 2t 4t 543211=++++=T

双向过闸时间min 8.106t 4t 2t 2t 4t 25'432'

12=++++=T

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

min 35.49)2/8.1063.45(2/1212/121=+=??

?

+ ??=T T T

船闸□平均过闸次数

5.2535

.4960

2160

n =?=

?=

T

τ取26次 船闸年通过能力

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β

α

NG ）

（0n n p -= 式中：0n —日非运客、货船过闸次数，取=0n 2

N —年通航天数（352天）

G —次过闸的平均载重吨位

α—舶装载系数（0.84） β—运量不均匀系数(1.30)

4000*30%4000*50%3200*20%3840G =++=吨

吨4401012001014.209630

.184

.03840352)

226()

n n (p ?>=?=??-=?

-β

NG 吨

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

30'0m 5.282220.52321017.117.1=???==H B L V C C Bc--闸室有效宽度

'c L --闸室水域长度

单级船闸双向一次过闸用水量为V0'=0.5 V0 过闸用水量取单、双向过闸的平均值，即

30m 2119175.0==V V 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

⑴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、

航道工程课程设计设置中间渠道、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50t的安全系数定在4?8之间线性变化。

闸室与引航道内停泊船舶的允许系缆力，可按《航道工程》课本表6-8采用。表中所列允许系缆力是根据上述原则计算所得。

2.6.2 船闸输水系统型式选择

拟选用集中输水系统，环形短廊道输水

2.6.3 输水系统运转安全技术指标和要求

对只设有固定系船设备的船闸，闸室灌泄水时的最大水面升降速度不应大于5~6cm/s，设有浮式系船柱时，可不受此限制。

船闸灌泄水时，引航道内非恒定流的水面波动、比降及流速等水力特性，除应满足航道内船舶、船队停泊条件标准外，尚应满足船舶、船队在引航道内

航道工程课程设计

的航行条件和停靠码头的操作要求。引航道内水面的降低应保证航行船舶的富裕水深。上游引航道中最大纵向流速应不 大于0.5?0.8m/s 。下游引航道中应不大于0.8?l.Om/s 。但在上游引航道码头处应不大于0.5m/s 。船闸正常运转时，输水系统各部位不宜出现负压，在特殊情况下，其局部压力不 宜产生超过3mH2 O 的负压。输水廊道中的流速不宜大于15m/s 。当流速超过15m/S 或含沙 量较大的水流，应采取防护措施。输水系统进水口水面不应产生有危害性的串状吸气漩涡。

2.6.4 集中输水或分散式输水系统 集中输水与分散式输水系统选择:

输水系统可分为集中输水系统和分散输水系统两大类。判别系数 假定采用集中，则

27

.0k =p

x x P L HB K T 3==min

0.9232300.527.03≈??? ，h=11.2-7.2=4.0m

5.30.40.40.8>===

H T m

式中：m —判别系数 H —设计水头(m) T — 闸室灌水时间(min)

采用集中输水系统，结合已建船闸的输水型式采用环形短廊道输水。根据《船闸输水系统设计规范》集中式输水系统的布置原则，可初步确定输水系统的尺寸。