航道工程学课程设计书

1、上海海事大学航道工程学课程设计 设计课题：高良涧二线船闸的总体规划设计 指导老师： xxxxxxxx 学 号： xxxxxxxxxxxx 姓 名： xxxxxxxx 2014年6月目录摘要3第一章 设计基本资料 3 1-1 地形资料3 1-2 地质资料3 1-3 水文资料4 1-4 经济资料4 1-5 交通及建筑材料供应情况5 1-6 公路及桥梁5 1-7 设计依据5 1-8 设计标准、规范6第二章 船闸总体设计 5 2-1船闸基本尺度的确定5 2-2船闸线数和级数的确定9 2-3船闸各部分高程的确定 10 2-4引航道平面布置及尺度确定 12 2-5 闸首的平面布置及尺度确定14 2-6船闸

2、通过能力计算 15 2-7船闸总体布置 17第3章 附图17 3-1船闸总平面布置图17 3-2船闸纵断面布置图17主要参考文献17 【摘要】本课程旨在洪泽湖南面设计二线船闸，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，以方便船舶（队）往来货运通航之所需。设计参照的规范是船闸总体设计规范JTJ305-2001，进行船闸的总体设计，譬如基本尺度、各部分高程、线数和级数、引航道平面布置及尺度、闸首平面布置及尺度、船闸通过能力、船闸总体布置等。设计过程中了解了船闸的设计方法和设计步骤与注意事项，对专业知识进一步扩充和掌握。第一章 设计基本资料1-1地形资料 本船闸位于洪泽

3、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，标高在之间。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，范围为的地基土的平均允许承载力为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湿容重KN/m3容重KN/m3内摩擦

4、角粘聚力CKPa水上水下18.88.8824222402号钻孔土层分布及试验成果表 表1-2底层标高土壤含水量(%)湿容重KN/m3比重Gs天然孔隙比e粘聚力C(KPa)内摩擦角贯入度N允许承载力RMPa压缩系数cm2/kg压缩模量Es(KPa)变形模量E(KPa)渗透系数K+4.65粘土31.118.82.740.922424170.320.03751893626+2.05粉砂27.018.82.700.821435180.180.02558004053-0.75亚粘土27.319.32.710.795719120.240.02655383870-2.90亚粘土29.319.72.710.7

5、85211160.300.03245003145-4.65细砂28.619.22.660.792227290.270.03048003354-7.98细砂25.919.32.660.742035190.180.02264554511-9.73粘土22.420.12.740.675232350.260.012116678153-11.60亚粘土24.819.12.710.773423260.200.01975265259-14.88细砂24.019.02.660.741336350.310.01688756202-17.10细砂24.118.92.660.751836350.310.017841

6、258791-3水文资料 1-3-1特征水位 特征水位表 表1-3特征水位上游下游最高最低最高最低校核水位17.011.2设计水位16.010.8通航水位16.010.810.88.5规划蓄水位13.51-3-2水位组合 水位组合表 表1-4组合情况上游下游水位差设计I16.010.85.2设计II13.58.55.0校核17.011.25.8 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过闸货流可行性研究报告提供的淮河货运量规划（万吨） 表1-51985年1987年1990年1995年750950125017501-4-2设计船型 船型表 表1-6

7、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)资料来源一顶+2×1000t270马力27.5×6.1×2.4662×10.6×2.2160×10.6×2.46可行性报告推荐一拖+12×100t250马力23.0×4.9×1.8524.85×5.24×1.5317.2×5.24×1.85江苏现状一拖+4×500t270马力27.5×6.1

8、5;2.4653×8.8×1.9239.5×8.8×2.46江苏现状设计过闸船队组合：4000吨/闸次 1-4-3通航情况 通航期 N = 360天/年； 客轮及工作船过闸次数 = 6；船舶载重量不均匀系数 = 0.83； 月不均匀系数 = 1.1； 船闸昼夜工作时间 = 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

9、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1982979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

10、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2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。 式中： 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

11、(GBJ 139)中规定的8m,12m,16m,23m,34m宽度。式中： 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 。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

12、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 ³2+0.06Lc=11.6m，则Lx=Lc+=171.6m有效宽：bc =10.6*2=21.2m bc=10.6m>7m b1.2m(取1.2m)bf=b +0.025(n-1)bc，n为船队列数bf=b +0.025(2-1)bc=1.465mBx=Sbc+bf =21.2+1.465=22.665m门槛水深：T=2.46m ， H=1.6T=3.936m2. （一拖+12×100t）×2，每队

13、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：组合类型有效长度(m)有效宽度(m)门槛水深(m)载重(T)备注AA171.6022.663.944000BB无2400载重太小，不予考虑CC248.6819.023.944000

14、AB230.4522.813.943200B船队每列8只，4只驳船AC248.6820.863.944000BC253.5520.923.943200B船队每列9只，3只驳船230.4520.923.94B船队每列8只，4只驳船说明：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，墙厚取表四闸室基本尺度闸室有效长度（m）闸室有效宽度（m）船闸门槛水深（m）260244.52-2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

15、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

16、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，IIV级船闸不应小于0.5m,一般取0.81.0m；VVII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：l 本船闸为级船闸，取安全超高值为0.9m；l 取波浪超高为0.8m；l 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

17、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 驳船吨级（t）100300500100020003000空载干舷高度（m）1.01.41.61.71.61.72.02.53.03.3故，设计闸室墙顶高程取为：l 按驳船最大吨级1000t，取最大空载干舷高度1.7m。l 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

18、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：l 结构安装高度=0.8m。l 上闸首墙顶高程上闸首闸门顶部高程结构安装高度18.5m；l 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：l 上下游最低通航水位分别为10.8m和8.5m。l 门槛最小水深值为4.5m。l 上闸首门槛的顶部高

19、程上游设计最低通航水位门槛水深6.3m l 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:IIV 级船闸应按下式计算:Ho/T1.5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：l 设计最大船队满载吃水T=2.46m。l 上游设计最低通航水位=10.8m, 下游设计最低通航水位=8.5m。l 引航道设计最

20、小水深值Ho=1.5×2.46=3.69m，l 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7.11ml 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4.81m2-3-6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：l 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

21、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：l 上游设计最高通航水位16m、下游设计最高通航水位10.8m。l 设计过闸船舶空载时的最大干舷高度为1.7m。l 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；l 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。l 上游引航道堤顶高程=上闸首墙顶高程=18.5ml 下游引航道堤顶高程=17.7m综上，结果汇总于下表：单位：m上游下游闸门顶高程17.717.7闸室墙顶高程17.

22、7闸首墙顶高程18.518.5闸首门槛高程6.34.0引航道底高程7.114.81闸室底板顶高程4.0导航和靠船建筑物的顶高程17.712.5引航道堤顶高程18.517.72-4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),l 根据设计要求，单线船闸设计

23、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。l 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： Bobc+bc1+2b1+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); b1船舶、船队之间的富裕宽度，取b1= bc; bc2一侧等候过闸船舶、船队的总宽

24、度（m）; B0=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L1: L1Lc 式中： L1导航段长度(m)； Lc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: L1=160m(2)调顺段长度L2: L2(1.52.0)Lc 则：L2 =320m (3)停泊段长度L3:

25、 L3Lc 则：L3=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： 则：L4=75m（9）制动段长度：L,4=(2.54.5) Lc, 取L,4=4×160=560m计算结果汇总与下表单位(m)LcL1L2L3L4L4'16

26、0160320160180560直线段总长LoL=L1+L2+L3 =640m引航道总长度LL=L1+L2+L3+L4+L4=1460m备注Lc取顶推船队长。计算过渡段时航道宽度取75m。 2-4-2-3引航道水深 根据船闸总体设计规范（JTJ305-2001）： 5.5.3级船闸引航道最小水深应按下式计算: Ho/T1.50 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).l 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（JT

27、J307-2001）：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

28、种输水系统形式： >3.5：设计水头(m)：闸室灌水时间(min)m3.5集中输水系统m2.5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：下闸首： 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 ) ;Sc 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，

29、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：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=1.11.2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 m2,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，

30、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：输水时间校核：所以输水时间符合要求2-5-6底板厚度的确定底板厚（1/3.51/4.5）边墩自由高度；不小于净跨的（1/61/7）；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： 。 （2）双向过闸： 。（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： : 出闸： 双向过闸： L1、L1分别为单向进