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港口航道工程学学学课程设计东江水利枢纽通通通航建筑筑物初初步设计计姓名:学号:201000……班级:港航一班班班指导老师:张劲劲劲松田兴兴参2013年6月月月目录TOC\o"1-4"\h\z\uⅠ枢纽中的船闸闸闸布置1确定船闸的等等等级Ⅰ枢纽中的船闸闸闸布置1确定船闸的等等等级已知东江水利枢枢枢纽航道道等级级为Ⅳ级航道,由由航航道等级级划分分可知,Ⅳ级航道对对应应设计舶舶载重为500吨。船闸闸分级级指标与与航道道分级指指标相相同,故故再根根据船闸闸分级级指标,该该船船闸属于Ⅳ级船闸。表4船闸分级级指标标表船闸级别ⅠⅡⅢⅣⅤⅥⅦ设计最大船舶吨级30002000100050030010050注:设计最大船船船舶吨级级系指指通过船船闸的的最大船船舶载载重吨(DWWT);当为为船队通通过时时,指组组成船队的的的最大驳驳船载载重吨(DWWR)。2船闸布置方案案案比较论证证2.1船闸平面面面布置形形式根据《船闸总体体体设计规规范》,船船船闸平面面布置置可分为为下列列形式::(1)按并列列列排列船船闸数数分为单单线和和多线船船闸;;(2)按纵向向向排列闸闸室数数分为单单级和和多级船船闸,多多级船闸闸又分分为连续续多级级船闸和和设中中间渠道道船闸闸。根据东江航运情情情况及设设计水水平年运运输要要求不高高的情情况,故故采用单线线船船闸;该该处船闸水水水头小于300m,采用单单级船闸闸。2.2船闸布置置置位置根据《船闸总体体体设计规规范》,船船闸宜布置置置在位于于深泓泓线一侧侧,且且船闸宜宜临岸岸布置,不不应应布置在在紧邻邻的溢流流坝、泄泄水闸、电电站站等两过过水建建筑物之之间。东江水利枢坝轴轴轴线位于于泗湄洲洲洲头处处,泗湄湄洲将河道道道分为左左河汊汊和右河河汊,主主流位于于右河河汊。此此外,右右岸为岩岩石基基础的山山坡,地地质条件件较好好,便于于取材材,因而而在右右汊临岸岸布置船船闸。2.3闸首与坝坝坝轴线的的关系系根据《船闸总体体体设计规规范》,船船闸闸室室宜布置置在挡挡水建筑筑物下下游,因因而选择船船闸伸向向坝轴线线下游游的布置置方式式。此时时闸室室墙承受受的水水压力较较小,下下游引航航道进进出口离离溢流流坝较远远,所所需下游游导堤堤的长度度可以以缩短。2.4引航道的的的平面布布置此处采用反对称称称型引航航道即直线线进闸,曲曲线出闸布布置。由于于我国900%多的大、中中中型船闸闸都采采用该方方式布布置,故故沿用用此方式式。3确定船闸的各各各平面尺寸寸3.1船闸设计计计船型、船船队队根据《内河通航航航标准》关关于于天然和和渠化化河流航航道尺尺度的规规定、限制制性航道道尺度的的规定定,及广广东航道道局提供供的通通航船队队(只只)尺度度要求求,该船船闸代代表船舶舶、船船队为2排1列或一个个顶推推船队。限制性航道尺度度度3.2船闸有效效效尺度根据《内河通航航航标准》中中关关于船闸闸有效效尺度的的规定定(表),分分别确定船闸闸的平面尺寸寸。船闸有效效尺度可按后后面列出的公式计算,但但不得小于表表所列数值。3.2.1闸室室室有效长长度船闸闸室有效长长长度不应应小于于按式(3..1.55)计计算的长长度,并并取整数数。L式中:LX—闸室有有效长度度(mlc—设计船队、船船船舶计算长长度度(m),当一一闸闸次只有有一个个船队或或一艘艘船舶单单列过过闸时,为为设设计最大大船队队、船舶舶的长长度;当当一闸闸次有两两个或或多个船船队船船舶纵向向排列列过闸时时,则则为各设设计最最大船队队、船船舶长度度之和和加上各各船队队、船舶舶间的的停泊间间隔lf—富裕长度(mmm),顶推推船船队lf≥2+0.06lc;拖带带船船队lf这里,根据广东东东航道局局提供供的通航航船队队(只)尺尺度度要求::lc为109mm,为为一个5000吨级船队(一顶一)长度;lf为8.544m((2+00.066*1109),大于规规范范中规定定的66m最小值;;故Lx为1177.544m(109++88.54),取118mm,根据表表,最最终定为1220m。设镇静段长度为为为10m,则闸闸室的总总长度度为130mm。3.2.2闸室室室有效宽宽度闸室有效宽度为为为闸室两两侧闸闸墙面间间的最最小净宽宽度。船闸闸闸室有效效宽度小应应小于按公公式(3.11.8-11)和公式(3.11.8-22)计算的宽宽度,并宜宜采用现行行国家标准准《内河通通航标准》(GBJJ1399)中规定的8m,112m,116m,223m,334m宽度。这里,根据广东东东航道局局提供供的通航航船队队(只)尺尺度度要求::Bc取13m,为为一一个5000吨级船队(一顶一)宽度;∆b为1.2mm,nn为1,bf为1.2。Bx为14.22m..最终取16mm。3.2.3主导导导航建筑筑物长长度主导航建筑物长长长度应与与导航航段长度度相同同,取109mm。3.2.4靠船船船建筑物物长度度靠船建筑物的长长长度应采采用一一个设计计最大大船舶、船船队队长度。这这里里为109mm。3.3引航道尺尺尺寸3.3.1引航航航道长度度引航道直线段的的的轴线应应平行行于船闸闸轴线线,直线线段应应由导航航段、调调顺段和和停泊泊段组成成,见见图5.5..1。引航道道的长度度应满满足下列列要求求。根据《船闸总体体体设计规规范》,当当当采用直直线进进闸、曲曲线出出闸布置置时,引引航道的的各段段长度,应应符符合下列列规定定:(1)导航段长长长度:l式中Lc——顶推船船船队为设设计最最大船队队长,拖拖带船队队或单单船为其其中的的最大船根据枢纽资料,设设计最大船船长为109m,故导航航段长度l1取109m。(2)调顺段长长长度l2:l调顺段长度l222取163..5mm(1.5**1009)。(3)停泊段段段长度l3按式(5.5..11-3)确定,当当引航航道内停停泊的的船舶、船船队队数不止1个时,应应按需需要加长长。l式中——顶推船船船队为设设计最最大船队队长,拖拖带船队队或单单船为其其中的的最大船船长(m)。停泊段长度l333取109m。(4)引航道直直线线段的总长长长度L:LL为381.55mm(109++1163..5++109)3.3.2引航航航道宽度度根据《船闸总体体体设计规规范》,反反对称型引引航道宽度度计算公式式为:B式中:B0——设计计计最低通通航水水位时,设设计计最大船船舶、船船队满载载吃水水船底处处的引引航道宽宽度(bc——设计最大船船舶舶、船队宽宽bc1——一侧等候过过闸闸船舶、船船船队的总总宽度∆b1——船舶、船队队之之间的富裕裕裕宽度(m),取∆b2——船舶、船队队与与岸之间的的的富裕宽根据《船闸总体体体设计规规范》(JTJ305--20011)规定,对对单线反对对称型引航航道宽度按按下式计算算:式中:——设计计计最低通通航水水位时,设设计计最大船船舶、船船队满载载吃水水船底处处的引引航道宽宽度((m);——设计最大船船舶舶、船队宽宽宽度(m),设计取13m;——一侧等候过过闸闸船舶、船船船队的总总宽度度(m),设计取13m;——船舶、船队队之之间的富裕裕裕宽度(m),取;——船舶、船队队与与岸之间的的的富裕宽宽度(m),取。bc取13m,,bcc1取13m,∆b1取13m,∆b2取6.5。故Bo为45..5m((133+133+113+66.55)。综上:单位:m闸室有效长度120闸室有效宽度16主导航建筑物长长长度109靠船建筑物长度度度109引航道长度381.5引航道宽度45.54船闸的通航水水水位4.1上游最高高高通航水水位根据《船闸总体体体设计规规范》中中关于上上游设计最最高高通航水水位设设计洪水水频率率的规定定(表),以以及东江水水水利枢纽纽的水水文资料料,Ⅳ级船闸对对应洪洪水重现现期为为20-110年,对应应频率率为5%-110%%。此处选选取10年,频率率为10%。根据水水文资料,对对应洪峰流流量量为82500m33/ss。闸前水水位为12.001mm,相应下下游水水位为11..79m。4.2下游最高高高通航水水位船闸下游设计最最最高通航航水位位,应采采用表表4.1..2规定的设设计洪洪水频率率相应应的最大大下泄泄流量对对应的的下游最最高水水位。根根据水文资资料料,该处处闸前水位位为12.001mm,相应下下游水水位为11.779mm。。4.3上游最低低低通航水水位根据对上有设计计计最低通通航水水位保证证率的的规定(表表),Ⅳ级船闸对对应保保证率为988%-995%%,该处取95%,根据根根据水文资资料,电站站停发流量量Q为28000m3/sss,相应上上游水位为为6.133m,即为上上游最最低通航航水位位。表6船闸设计计最低通通航水水位保证证率船闸级别Ⅰ、ⅡⅢ~ⅣⅤ~Ⅶ保证率(%)≥99-9898-9595-904.4下游最低低低通航水水位船闸下游设计最最最高通航航水位位,应采采用表表4.1..2规定的设设计洪洪水频率率相应应的最大大下泄泄流量对对应的的下游最最高水水位。根根据资料,船船闸枯水停航航时,通航保保证率为95%的流量Q为600m3//s时,相应下游游水位为1.0m,即为下游最最低通航水位位。综上,单位:m上游最高通航水水水位12.01下游最高通航水水水位11.79上游最低通航水水水位6.13下游最低通航水水水位1.05.船闸高程5.1闸门顶部部部高程船闸挡水前缘闸闸闸首的闸闸门顶顶部高程程应为为上游校校核高高水位加加安全超高高确定。船船闸非挡水水前前缘闸首首的闸闸门顶部部高程程应为上上游设设计最高高通航航水位加加安全超高高。根据《船船闸总体设计计规范》对安安全超高值的的规定,船闸闸闸门顶部最最小的安全超超高值,Ⅰ-Ⅳ级船闸不应小小于0.5m。对于有波浪浪或水面涌高情况的闸首门顶高程应另加波高或或涌高影响。且位于枢纽工工程中的船闸闸,其挡水前前缘的闸首顶顶部高程应不不低于与相互互连接的枢纽纽工程建筑物物挡水前缘的的顶部高程。根据水文资料,上上游校核洪洪水位为15.229m,根据前前面计算,上上游设计最最高通航水水位为12.001m,安全超超高值取0.5m,故最终终船闸挡水水前缘闸首首的闸门顶顶部高程取取15.779m((15.229+0..5),非挡水水前缘闸首首的闸门顶顶部高程取取12.551m((12.001+0..5)。取下闸门与上闸闸闸门一致致,为为15.7799m。5.2闸首墙顶顶顶部高程程闸首墙顶部高程程程应根据据闸门门顶部高高程和和结构布布置等等要求确确定,并并不得低低于闸闸门(15.779m)和闸室室墙顶部部高程(14.551mm)。位于于枢纽工程程程中的船船闸,其其挡水前前缘的的闸首顶顶部高高程应不不低于于与相互互连接接的枢纽纽工程程建筑物物挡水水前缘的的顶部部高程。船闸与相邻建筑筑筑物或堤堤岸的的连接建建筑物物属前缘缘挡水水的,其其顶部部高程应应与其其他前缘缘挡水水建筑物物的顶顶部高程程的标标准一致致。根据枢纽工程资资资料,已已知拦河闸闸闸顶高高程为17.33m,故最终终选取取上闸首首墙顶部高高程为17.33m,下闸首首墙也为17.33m。5.3门槛最小小小水深船闸门槛最小水水水深应为为设计计最低通通航水水位至门门槛顶顶部的最最小水水深,并并应满满足设汁汁船舶舶、船队队满载载时的最最大吃吃水加富富裕深深度的要要求,可可按公式(3.1..99)计算。式中:H—门槛槛槛最小水水深(mm);T—设计船舶、船船船队满载时时的的最大吃吃水(m)。此处根据航运资资资料,船船舶、船船队满载载时的的最大吃吃水取取3m,故H取4.8m(1..6**3)。5.4上、下闸闸闸首门槛槛高程船闸上、下闸首首首门槛顶顶部高高程应为为上、下下游设计计最低低通航水水位值值减去门门槛最最小水深深值。此处处上闸首门门槛顶部高高程为1.333m(6..13-44.8),下闸首首门槛顶部部高程为-3.88m(1..0-4..8)。5.5闸室墙顶顶顶部高程程船闸闸室墙顶部部部高程应应为上上游设计计最高高通航水水位加加超高值值,超超高值不不应小小于设计计过闸闸船舶、船船队队空载时时的最最大干舷舷高度度。根据航运资料,船船舶最大干干舷高度取取2.5m,取超高高值为2.5m时,闸室室墙顶部高高程为14.551m(112.011+2.55)。5.6闸室底板板板顶部高高程闸室最小水深闸室最小水深应应应为设计计最低低通航水水位至至闸室底底板顶顶部的最最小水水深,其其值应应不小于于门槛槛最小水水深。该该处取4.8m。船闸闸室底板顶顶顶部高程程不应应高于上上、下下闸首门门槛顶顶部高程程。已知上、下闸首首首门槛顶顶部高高程分别别为1.333m、-3.88m,故此处处闸室室底板顶顶部高高程取-3.88m。5.7船闸上、下下游游导航和和靠船船建筑物物的顶顶部高程程船闸上、下游导导导航和靠靠船建建筑物的的顶部部高程应应为上上、下游游设计计最高通通航水水位加超超高值值,超高高值不不宜小于于设计计过闸船船舶、船船队空载载时的的最大干干舷高高度。这里,上游设计计计最高通通航水水位12.001,,下游设计计最高高通航水水位11.779;根据航航运资资料,船船舶最最大干舷舷高度度取2.5m,取超高高值为为2.5m,故最终终上游游导航和和靠船船建筑物物的顶顶部高程程为14.551mm(12.001++2.5),下游游导航航和靠船船建筑筑物的顶顶部高高程为14.229mm(11.779++2.5)5.8上、下游游游引航道道和口门区区及连连接段底底部高程船闸上、下游引引引航道和和口门门区及连连接段段的底部部高程程应为上上、下下游设计计最低低通航水水位减减去引航航道设设计最小小水深深值。引航道最小水深深深根据《船闸总体体体设计规规范》,Ⅰ-Ⅳ及船闸引引航道最小小水深应按按下式计算算:H式中Ho——在在设计最最低通通航水位位时,引引航道底底宽内最小小水深(m);;T——设计最最大船舶舶、船船队满载载吃水水(m)T此处为3m,,,故H0取4.5mm(11.5**3))。对应上游引航道道道和口门门区及及连接段段的底底部高程程为1.633m((6.133--4.55)。下游引航道和口口口门区及及连接接段的底底部高高程-3.55m(1.0--4..5)。综上:单位:m上闸门顶部高程程程15.79下闸门顶部高程程程15.79上、下闸首墙顶顶顶部高程程17.3上闸首门槛顶部部部高程1.33下闸首门槛顶部部部高程-3.8闸室墙顶部高程程程14.51船闸闸室底板顶顶顶部高程程-3.8上游导航和靠船船船建筑物物的顶顶部高程程14.51下游导航和靠船船船建筑物物的顶顶部高程程14.29上游引航道底部部部高程1.63下游引航道底部部部高程-3.56输水系统选型型型及廊道断断面面尺寸拟拟定6.1输水系统统统选型船闸输水系统可可可分为集集中输输水系统统和分分散输水水系统统两大类类。输输水系统统的类类型可根根据判判别系数数按式式(2.1..4)初步选定定。m=式中m—判判别别系数;H—设计水头((mm);T—闸室灌水时间间间当m>3.5时时时,采用集集中中输水系系统;当m<2..5时,采用用分散散输水系系统;当m为2.5一3.5时,应进进行技技术经济济论证证或参照照类似似工程选选定。此处,T为8mmmin,,H为5.13mm故m为3.5。选集中式输水系系系统6.2廊道断面面面尺寸拟拟定集中输水系统可可可分为短短廊道道输水、直直接接利用闸闸门输输水和组组合式式输水。(1)短廊道输输输水包括括无消消能室、有有消消能室和和槛下输水水;(2)直接利用用用闸门输输水包包括三角角闸门门门缝、平平面面闸门门门下和和闸门上上开小小门输水;(3)组合式输输输水由上上述某两种种输水型式式组成成。输水阀门处廊道道道断面面面积输水阀门处廊道道道断面面面积(短短廊道输输水系系统),可可按按式(3.3..22-1)估算,亦亦可根根据给定定的输输水时间间和阀阀门全开开时输输水系统统流量量系数按按式(3.3..22-2)计算算。此处,采用式(((3.3..22-1)估算:C为120*1166=192220m2;Lc=120mmmH=6.131=55.113m故ω=7.1mm22用式(3.3..2--1)估算时,T=470sμ=0.7α=0.59kv=0.7故ω=8.3mm2根据规范要求,此此处廊道宽宽度取为4m,廊道高高度取为2m。7船闸通过能力力力计算船闸通过能力的的的计算应应包括括在设汁汁水平平年内各各期的的过闸船船舶总总载重吨吨位、过过闸货运运量两两项指标标。并并应以年年单向通通过能力力表示示。7.1一次过闸闸闸时间一次过闸时间,应应根据船舶舶、船队进进出闸时间间,闸门启启闭时间,灌灌泄水时间间,船舶、船船队进出闸闸间隔时间间等因索确确定。对不不同的过闸闸方式应分分别计算。7.1.1进出出出闸时间间船舶、船队进出出出闸时间间,可根据据据其运行行距离离和进出出闸速度确确定。7.1.1.111运行距离离船舶、船队进出出出闸运行行距离可按按按下列情情况分分别确定:(1)单向过过过闸,进进闸为为船舶、船船队队的船首首自引引航道停停靠位位置至闸闸室内内停泊位位置之之间的距距离;出闸为船船舶、船船队的船船尾自自闸室内内停泊泊位置至至闸门门外侧边边缘的的距离。(2)双向过闸闸闸,进闸闸为船船舶、船船队自自引航道道停靠靠位置至至闸室室内停泊泊位置置之间的的距离离;出闸为船船舶、船船队自闸闸室内内停泊位位置至至靠船建建筑物物之间的的距离离。进闸距离单向过闸,双向向向过闸均均取引航道道调顺段和和导航段长长度、上闸闸首长度度、闸室室有效长度度之和,减减去船舶长长长度作为为近似进闸闸距离。故计算结果为:::163..55+1009++30++1220-550==3722.55m。出闸距离单向过闸,取闸闸闸室有效效长度度、下闸闸首长度度之和,减减去去船舶长长度,作作为近似似出闸距离离;计算结果为:11120++300-500=1100m。双向过闸,取闸闸闸室有效效长度度、下闸闸首长度度、引航航道调调顺段和和导航航段长度度之和和,减去去船舶舶长度,作作为为近似出出闸距离离。计算结果为:11120++300+1663..5+11099-500=3372..5mm。7.1.1.222运行距离离进出闸的的平均均速度进出闸的平均速速速度宜根根据同同类船闸闸实测测资料确确定,当当无资料料时,可按按表6.1..5采用。这里取机动单船船船数据进进行计计算故进闸时间为:::单向:372...5/00.88=7..7mmin双向:同单向出闸时间为单向:100///1=11.77minn双向:372...5/11.44=4..4mmin7.1.2闸门门门启闭时时间闸门启闭时间应应应根据闸闸门启启闭机设设计确确定根据据《船闸启启启闭机设设计规规范》的的有关规定定,此处闸门启闭时时时间取2minn7.1.3船闸闸闸灌泄水水时间间7.1.3.111输水阀门门处廊廊道断面面面积积详细计算过程见见见5.2,计算结结果为为7.1mm2。7.1.3.222输水阀门门开启启时间输水阀门开启时时时间可按按下式式计算:此处,kr取000.7225,ω=7.11mm2,H=5..133m,g=100m//s2闸室内水深最大大大为:15.559mm(111.79(-33.88))最小为:4.888m(1-(-3.8))此处ωc取最小小值766.8mmm2(16*44.8)χ取最大值3999m2(113**3)D取0.3W取1950tt(49.99*13**3)Pl取25kNN故最终,tv===32..3ss7.1.3.333船闸灌泄泄水时时间闸室输水时间应应应根据确确定的的流量系系数和和阀门开开启时时间按下下式核核算:其中,C取199920mm2((120**116)H=5.13mmmμ=0.6ω=7.1m222a=0.59tv=32.333sg=10m/sss2故:T=4700ss=7.88miin根据规范t3的范围围围为8-100miin,故最终此此处取取8min7.1.4船舶舶舶、船队队进出出闸间隔隔时间船舶、船队进出出出闸间隔隔时间,系系系指同一一闸次次第一个个船舶舶、船队队与最最后一个个船舶舶、船队队启动动的间隔隔时间间。当无无实测测资料时时可采采用3一l0miin。此处取10miiin.综上,单位:min进闸时间单向7.7双向7.7出闸时间单向1.7双向4.4闸门启闭时间2船闸灌泄水时间间间8船舶、船队进出出出闸间隔隔时间10根据《船闸总体体体设计规规范》,对对单级船闸闸,一次过过闸时间应应符合下列列规定:(1)单向过闸闸::T式中T1—单单向一次过闸闸闸时间(min));t1—开门或或关门时时间(min));;t2—单向第第一个船船队进进闸时间(min));;t3—闸室灌灌水或泄泄水时时间(min));;t4—单向第第一个船船队出出闸时间(min));;t5—船舶、船队进进进闸或出闸闸间间隔时间(min))oo故T1=4*222+7.77++2*88+11.7++2**10==533.4mmin(2)双向过闸闸::T式中T2—上上、下行各一一一次的双向向过过闸时间(min));t2—双向第一个个船船队进闸时时时间(min));t4—双向第一个个船船队出闸时时时间(min))..故T2=4*222+2*77..7+22*88+2**4..4+44*110=888..2mminn(3)一次过闸闸时时间应根据据据单向过过闸和和双向过过闸的闸次次比率确定定。当单向向向过闸与与双向向过闸次次数相相等时可可按下下式确定:T=0.5*(((53.44++0.55*888.22)=488.75minn7.2日平均过过过闸次数数船闸的日工作小小小时可采采用20–222h船闸日平均过闸闸闸次数应应按下下式计算算:τ取21时,nn=211*60//488.755=26次7.3单级船闸闸闸年通过过能力力单级船闸年通过过过能力可可按式式(6.1..18--1))和式(6.1..118-22)计算。7.3.1单向向向年过闸闸船舶舶总载重重吨位位:P式中P1—单向年年过闸船船舶总总载重吨吨位(t);;n—日平均过过闸次次数;N—年通航天天数((d);G—一次过闸闸平均均载重吨吨位(t)这里取N取36665*00.995=33477天,G取10000t故P1=0.555*26**3347**10000==4551万7.3.2单向向向年过闸闸客货货运量:P式中P2—单向年年过闸客客、货货运量(t);no—日非运运客、货货船过过闸次数;α—船舶装载系系数数;β—运量不均衡衡系系数。船舶装载系数ααα船舶装载系数与与与货物种种类、流流向和批批量有有关,可可根据据各河流流统计计或规划划资料料选用。在在没没有资料料的情情况下,可可采采用0.5--0..8.此处取0.6...运量不均衡系数数数β运量不均衡系数数数应根据据统计计资料按按式(6.1..116)计算。当当无资资料时,可可取取1.3一1.5..此处取1.4。综上,故n0取1时P2=0.5***(26-1)*3477*110000*00.6//1.4==186万8船闸耗水量根据《船闸总体体体设计规规范》,船船闸一天内内平均耗水水量可按下下列计算::故,q=0.000017*33000==55.1mm3/sV=130*1116*55.113=1106670mm3Q=26*10006700/8864000++5.11=88.311m3//s9人字闸门尺寸寸寸拟定根据《船闸闸阀阀阀门设计计规范范》,人人字闸闸门宜采采用平平面横梁梁人字字闸门。人字闸门位于关关关门位置置时,门门扇轴线线与船船闸横轴轴线的夹角角可采用用22.55o。人字闸门门轴柱柱柱支承点点伸入闸墙墙面的距距离可取0.5--1..2m,门轴柱柱和斜斜接柱支支撑点点连线距距下翼翼缘的距距离不宜小小小于100mmm。人字闸门门龛宽宽宽度应按按门扇扇厚度、缓缓冲冲垫块厚厚度和和富裕宽宽度之之和确定定。门龛长度应按门门门扇长度度和富富余长度度确定定,其富富裕长长度应考考虑对对闸门启启闭力的影影响,不宜宜宜小于1/20门扇长度度。人字闸门的下游游游面必须须设置置背拉杆杆其倾倾角宜取40o--500o。当门扇扇尺度度较大时时,可可沿竖向向或水水平向布布置多多组背拉拉杆。背背拉杆宜宜采用用预应力力结构构。关于闸门高程的的的计算在在第5章节中有有具体体计算,这这里里给出门门扇高高度、门门扇宽宽度和门门扇厚厚度三个个尺寸寸。9.1门扇长度度度门扇的计算长度度度ln是门扇支支垫垫座的支支撑面面到两扇扇门叶相互互支承的斜斜接面面的距离离。其其值按以以下公公式求得l式中:Bk—闸首边边边墩墙面面间的的口门宽c—由门扇的支垫垫垫座与枕垫垫座座的支承承面至门龛龛外缘的距距离—闸门关闭时门门门扇轴线与与闸闸室横轴轴的交交角船闸闸首口门和和和闸室有有效宽宽度应分分别为闸首首两两边墩内内侧墙墙面和闸闸室两侧侧闸墙面面间的的最小净净宽度度。本设计取Bk=16m故ln=Bk+2c9.2门扇高度度度门扇高度是指闸闸闸门面板板底至至顶的距距离,可可按下式式确定:ℎ=H+ℎk+k±m式中:H—上游设设设计最高高水位位与下游游最低低通航水水位之ℎkk—闸门面板顶在在在上游设计计最最高水位位以上上的超高高m—闸门面板底与与与门槛顶的的距距离这里取m=−0.2则门扇高度:ℎ=H+9.3门扇厚度度度初步选取人字闸闸闸门主横横梁高高度时,可可根根据门扇扇高度度、宽度度和荷荷载等情情况,取取门扇计计算长长度的1/8--1//12。此处,取1/1110,计算结果果为0.877m,取门扇扇厚度度为0.877m。综上,单位:m门扇长度8.7门扇高度16.11门扇厚度0.87Ⅱ船闸稳定及及结结构设计10船闸闸首结结构构尺寸确定定闸首结构如图:::10.1闸首长长长度闸首在长度上一一一般分为为门前前段、门门龛段段和支持持段。10.1.1门门门前段长长度门前段长度主要要要根据工工作闸闸门型式式、检检修门尺尺度、门门槽构造造及检检修要求求确定定。对于于人字字闸门门门前段段长度可可以按按下列公公式计计算:l式中:c1—检修门门门槽宽度其中,c式中:——设计计计水头Bk—闸首的口门宽宽故c门前段长度l10.1.2门门门龛段长长度对于人字闸门门门门龛段长长度可以按按以以下公式式计算算:l式中:Bk—闸首的的的口门宽d—门龛深度,取取取为门厚加加0.4~~0..8mθ—闸门和船闸横横横轴线的夹夹角,取20°~~222.5°°在本设计中,取取取Bk=16m故l10.1.3闸闸闸门支持持段长长度闸门支持段长度度度的范围围按以以下公式式计算算:l式中:—设计水水水头故l310.2闸首宽宽宽度边墩的宽度边墩宽度一般取取取为2~3倍廊道宽宽度。已经设计廊道宽宽宽度为4m,故可取取边墩墩宽度为为l3船闸闸首口门宽宽宽度为闸闸首两两边墩内内侧墙墙面间的的最小小净宽度度。闸首的的宽度等等于闸首首的口口门宽度度加上上两侧边边墩的的宽度。故闸首宽度为16+10=26m。综上,闸首尺寸寸寸为为闸首长度门前段长度2.725门龛段长度11.3支持段长度10.8闸首宽度口门宽度1626边墩宽度1011闸首结构结结构构型式选定定定在岩石地基上,通通常采用分分离式闸首首结构。当岩石较完整时时时,可不不设底底板,只只有当当岩石裂裂隙较较多或岩岩石较较软弱时时,方方加设底底板或或护底,必必要要时也可可以采采用整体体式结结构。这里选取分离式式式闸首结结构。12船闸闸室结结构构型式选定定船闸闸室是由上上上、下闸闸首和和两侧闸闸墙环环绕而形形成的的空间。由由闸室墙和和和闸底构构成。闸室结构按其受受受力状态态可分分为整体体式结结构和分分离式式结构两两大类类。两侧侧闸墙墙和底板板浇筑筑在一起起的为为整体式式结构构;闸墙墙和闸闸底分别别设置置的为分分离式式结构。此处,由于水头头头不高,地地基基较好,采采用用分离式式闸室室结构。分分离式闸室室一一般选用用透水闸底底。土基上的分离式式式闸室结结构的的闸墙可可分为为重力式式、悬悬臂式、扶扶壁壁式、板板桩式式和地下下连续续墙等型型式。岩基上分离式闸闸闸室结构构的闸闸墙常用用的型型式有重重力式式、衬砌砌式和和混合式式。重力式结构只适适适用于较较好的的地基,而而当当基岩顶顶面高高程高于于闸墙墙顶高程程时,可可采用衬衬砌式式闸室结结构。衬砌砌式结构有有重力式衬衬砌和带锚锚筋的薄壁壁衬砌。我我国小型船船闸,多采采用砌石倒倒梯形重力力式衬砌,中中大型船闸闸则采用混混凝土和钢钢筋混凝土土衬砌。这里右闸墙选用用用混凝土土衬砌,倒倒梯形断面面面,带适适量锚筋;;左闸墙采采用重重力式结结构。13确定荷载及及其其组合13.1计算情情情况船闸结构的计算算算情况,主主要要由运用用、检检修、完完建、施施工和特特殊工工况等。在船闸水工建筑筑筑物设计计时,需需根据建建筑物物在施工工、完完建、运运用及及检修等等不同同时期所所承受受的全部部荷载载,并按按各种种可能的的最不不利荷载载组合合进行计计算。这里选取运用、检检修、特殊殊工况中的的校核洪水水三种计算算情况讨论论。(1)运用情况况况。最不不利水水位组合合为::①指向回填土方方方向的水平平力力最大。闸室内为上游最最最高通航航水位位,墙后后地下下水取可可能出现的的最低地地下水位位。此时,除水压力力力,土压压力及及自重力力等荷荷载外,还还应应考虑船船舶撞撞击力的的作用用。②指向闸室方向向向的水平力力较较大。闸室内为下游最最最低通航航水位位,墙后后取可能出出现的最高高地地下水位位。此时,除水压力力力,土压压力及及自重力力等荷荷载外,还还应应考虑系系缆力力及闸面面活荷载的的作用。(2)检修情况况况。最不不利水水位组合合为::指向闸室方向的的的水平力力较大大,对于于透水闸底底底的闸室室,其其渗透压压力较较大。将闸室内的水完完完全抽干干,墙墙后地下下水处处于检修修期可可能出现现的最最高水位位,并并有闸面面活荷荷载的作作用。(3)特殊工况况况。考虑虑校核洪水水水。闸首结构除闸室室室结构的的计算算中所列列的几几种计算算情况况外,通通常还还应考虑虑闸首本身身的检修情情况,这这是由于于闸首上的的闸门、阀阀门等等设备经经常淹淹没在水水中,需需要检修修的机机会较多多;在下闸闸首边墩的的上游端面面上上作用有有较大大的水压压力,这这种情况况对下下闸首的的稳定定非常不不利。13.2荷载组组组合设计船闸时,应应应根据建建筑物物的工作作条件件以及各各种荷荷载同时时作用用的实际际可能能性来确确定最最不利的的荷载载组合,选选用用相应的的安全全系数。荷载组合可分为为为基本组组合和和特殊组组合。基基本组合合是指指经常作作用的的或在建建筑物物某一出出现概概率较多多的工工作情况况下的的作用和和杂的的组合;;特殊殊组合是是指建建筑物偶偶然发发生的或或出现现概率较较少的的工作情情况下下的作用用荷载载的组合合。在设计时,通常常常根据闸闸室、闸闸首各种种计算情况况的荷荷载性质质:以运用情况作为为为基本组组合=1\*GB3①;检修情况、完建建建情况及及施工情况况作作为基本本组合合=2\*GB3②,其安全全系数数比基本本组合合=1\*GB3①可以适当当降低低;特殊组合可分为为为两种情情况::特殊组合=1\*GB3①为相相相应于校校核洪洪水、排排水管管堵塞或或止水水破坏情情况下下的荷载载;特殊组合=2\*GB3②为相相相应于运运用期期和检修修期地地震情况况的荷荷载。这里计算涉及基基基本组合合运用用、检修修情况况和特殊殊组合合校核洪洪水情情况。荷载组合情况见见见下表::13.3作用于于于船闸水水工建建筑物上上的荷荷载该船闸闸首、闸闸闸室稳定定性验验算涉及及的荷荷载包括括以下下几类。1.建筑物的自自自重(包括填料)建筑物的自重力力力以及其其填料料的重力力根据据建筑物物尺寸寸和材料料的重重力密度度计算算。2.设备重量闸门、阀门、启启启闭机及及其他他设备的的重力力可按有有关经经验公式式或参参照类似似工程程进行估估算。3.静水压力作用于建筑物表表表面的静静水压压力根据据不同同的水位位组合合情况进进行计计算。水的重度取为1110kN/m3。4.扬压力作用于建筑物基基基础底面面垂直直向上的的总水压力力称为扬压压力,包括括浮托力和和渗透压力力。建建筑物基基底浮托力力的强度等等于低水一一侧水位与与与建筑物物基底底的高程程差乘乘以水的的重度度。渗透透压力力取决于于地基基的性质质。土基上建筑物的的的渗透压压力可可根据渗渗径系系数法计计算,基基础底面面高水水一侧取取全水水头H,低水一一侧取取零,其其间可可根据渗渗透轮轮廓按直直线或或折线相相连。岩基上建筑物基基基底渗流流的沿沿程水头头损失失比较复复杂,它它与基岩岩特性性、裂隙隙程度度、节理理分布布、建筑筑物与与基岩接接触面面材料和和施工工质量、防防渗渗和排水水效果果等多种种因素素有关。对对岩岩基上未未设帷帷幕、排排水的的船闸,一一般般假定渗渗透压压力呈三三角形形分布(图6-3),图中为上上游水深,为下游水深,为渗透水头。观测资料表明,岩岩基上渗透透压力线的的变化,往往往不是一一条直线,而而是曲线。为为了便于计计算和比较较符合实际际,将曲线线变化的渗渗透压力图图折算为相相应的直线线变化的渗渗透压力图图,即将渗渗透水头目目乘以折减减系数,使使其按直线线变化的三三角形面积积和按曲线线变化的面面积近似相相等,则单单位宽度上上总渗透压压力为:(6-14)式中:——总渗渗渗透压力力(kN/m);——渗压折减系系数数;——水的重度(kkkN/m33);BBB——建筑物基基地宽宽度(m)。作用于衬砌式闸闸闸墙背后后的水水压力,按按静静水压力力乘以折减减系数数计,其值应应与墙底的的的渗压折折减系系数相协协调,也也取=0..3~1.0。5.船舶荷载船舶荷载包括:::船舶行进时,船船船舶对建建筑物物的撞击击力;;船舶停靠时,由由由系船设设备传传到建筑筑物上上的系缆缆力。撞击力目前在港港港口工程程中广广泛采用用能量量公式计计算。由由于船闸闸闸墙墙一般不不设防防撞设施施等原因,船船闸工程采采用经验公公式式计算船船舶的的撞击力力,其其计算公公式为为(6-15)式中:——船舶舶舶撞击力(kN);——船舶(队))排水量(t);;——系数:闸室室==1.0,引航道道中导导航建筑筑物的的直线段段南=1.667,曲线段段后::2.O。对于连续的闸墙墙墙及导航航墙,单单位长度度上的的力往往往不大大,对结结构影影响较小小。而而对独立立建筑筑物或轻轻型结结构,如如墩柱柱式或框框架式式等,则则影响响较大。船舶系缆力由配配配缆破断断力计计算确定定。设计时时时,可根根据过过闸船舶舶的载载重量,按按表表6-3选用。船舶系缆力在建建建筑物长长度方方向上的的分布布与船舶舶撞击击力相同同。6.闸面活荷载载载通常情况下,过过过闸船舶舶不用用岸上曳曳引设设备,可可只考考虑人群群荷载载,并考考虑船船闸检修修期墙墙后堆放放少量量材料或或使用用轻便设设备机机械的要要求,闸面面活荷载通通常取为2~5kPa。当闸面有汽车、牵牵引引车通行行或堆堆放材料料时,应应根据具具体情情况确定定。7.波浪压力资料中给出了洪洪洪水期多多年平平均最大大风速速为8.0m//s,极端风风速达达32.55m//s的条件,故故需需要计算算波浪浪压力。闸坝建成蓄水后后后,上游游水面面在风力力的推推动下形形成波波浪,当当波浪浪推进与与建筑筑物相遇遇,产产生波浪浪压力力。波浪浪压力力的大小小取决决于波浪浪的大大小、建建筑物物前水深深以及及建筑物物的迎迎水面坡坡度。计算波浪压力,首首先要确定定波浪的大大小即波浪浪要素——波高和波波长。受风浪作用的船船船闸建筑筑物,当当无可靠靠波高高、波长长资料料时,根根据船船闸所处处的位位置,可可参照照下列方方法进进行波高高计算:(1)平原地区区区船闸,按按西晓夫公公式计算::(6-1118)(6-1119)式中:2——波波波高(m);2————波长(m);——计算风速((mm/s);——水深(m));D————吹程(km),河道船船闸宜宜取5倍闸前水水面宽宽度。(2)狭长山谷谷谷地带的的船闸闸,按官官厅水水库公式式计算算:(6-20)(6-21)式中:D——吹吹吹程(km),库区船船闸取闸前前沿沿水面至至对岸的的最大直直线距距离。在波浪要素确定定定后,可可根据据建筑物物轮廓廓形状(直立、斜斜坡或或孤立墩墩柱)和计算情情况的的相应水水深,选选用有关关公式式计算波波浪压压力。14稳定性分析析———闸首墙和和闸室墙墙14.1闸首墙墙墙分离式闸首的边边边墩和底底板应应分别进进行稳稳定计算算。分离式闸首边墩墩墩嵌固于于基岩或底底板板上,它它的工工作状况况与整整体式闸闸首的的边墩没没有多大差差别,采采用分缝缝假定定,分段段计算算,并由由支持墙段段承受受全部闸闸门推力力。由于于分离式边边墩横向尺尺寸比比整体式式小,因因此,须须对横横向的抗抗滑、抗倾倾稳定性进进行验算。分离闸首的中间间间底板承承受较较大的浮浮托力,必必须验算其其其抗浮稳稳定。分分离式闸闸首的的底板结结构和和受力具具有明明显的空空间性性,将底底板沿沿纵向划划分为为几个特特征段段,计入入不平平衡剪力力,按按平面问问题计计算内力力,再再进行内内力调调整。这里进行边墩的的的稳定性性分析析。上闸首下闸首14.1.1受受受力分析析对于上闸首左侧侧侧闸首墙墙,其侧与与拦河河闸相邻邻,故故其所受受外力力除与下下闸首一致致的力外,还还有有相邻建建筑物物传递的的压力力,其稳稳定性性与下闸闸首考考虑方式式有差异。对对于上闸首首右右侧的闸闸首墙墙,则与与下闸闸首校核核方法法一致。这里对下闸首进进进行稳定定分析析,说明明闸首墙稳稳定计算的的一般步骤骤。左侧边墩:所受荷载大小(kN)自重2532闸首墙内静水压压压力视计算情况下水水水位而定定闸首墙外静水压压压力视计算情况下水水水位而定定扬压力视闸首墙内外水水水位而定定船舶荷载105.4闸面活荷载4右侧边墩:所受荷载大小(kN)自重2532闸首墙内静水压压压力视计算情况下水水水位而定定闸首墙外静水压压压力23扬压力视闸首墙内外水水水位而定定船舶荷载105.4闸面活荷载4运用情况下:对于左侧闸墙,则则存在指向向闸室外方方向的水平平力较大的的不利情况况。此时选选取闸室内内为上游最最高通航水水位。H=15.8对于右侧闸墙,有有指向闸室室方向的水水平力较大大的不利情情况。此时时选取闸室室内为上游游最低通航航水位。H=10m此处最不利情况况况计算结结果为为:墙前前水平平水压力力为11233kN,墙后水水平水水压力为103kkN。对应浮浮托力大小小为11233kNN。检修情况下:存在指向闸室方方方向的水水平力力较大的的不利利情况。对对应应将闸室室内的的水完全全抽干干,墙后后地下下水处于于检修修期可能能出现现的最高高水位位,并有有闸面活荷荷载载的作用用。此处最不利情况况况计算结结果为为:墙前前水平平水压力力为0kN,墙后水水平水水压力为10133kNN。校核情况下:考虑校核洪水位位位下水压压力的的大小。上上游校核洪洪水水位15.229m;此处最不利情况况况计算结结果为为:墙前前水平平水压力力为18255kN,墙后水水平水水压力为18255kN。对应浮浮托力大小小为41033kNN。14.1.2抗抗抗滑稳定定性根据《船闸水工工工建筑物物设计计规范》(JTJ33077—20011)规定,抗抗滑滑稳定需需进行行抗剪强强度验验算。采采用抗抗剪强度度验算算时,抗抗滑稳稳定安全全系数数应按下下式计计算:其中:为抗剪计计计算的抗抗滑稳定安安安全系数数,其其取值按按要求求给定。为结构与地基接接接触面的的抗剪摩擦擦系系数,其其大小根据据据设计任任务书书可知,取取为为0.5。为作用于结构上上上全部荷荷载对对滑动面面法向向投影的的总和和,单位位为。为作用于结构上上上全部荷荷载对对滑动面面切向向投影的的总和和,单位位为kN。运用情况下:Kc=f检修情况下:Kc=f校核情况下:Kc=f14.1.3抗抗抗倾稳定定性根据《船闸水工工工建筑物物设计计规范》(JTJ33077—20011)规定,船船闸闸结构的的抗倾稳定定安全系数数应按按下式计计算::其中:为抗倾稳稳稳定安全全系数,其其其取值按按要求求给定。为计算基面前趾趾趾的稳定定力矩矩之和,单单位位为,其中中包括浮托托力产生的的力矩。为为对计算截截面面前趾的的倾覆力矩矩之之和,单单位为为,其中包包括渗渗透压力力产生生的力矩矩。在运行情况下,Ko在检修情况下,Ko在校核情况下,Ko14.1.4地地地基承载载力作用在闸墙或其其其他建筑筑物上上的荷载载,通通过底面面传到到地基,给给地地基以压压力,在在实际工工程中中,由于于闸墙墙刚度较较大,将基基底压力近近似作为直直线分布,利利用偏心受受压公式计计算:其中:、分别为为为基底所所受最最大及最最小压压应力,单单位位为。为作用于结构上上上全部荷荷载对对滑动面面法向向投影的的总和和,单位位为。为计算段宽度,单单位为。为底板长度,单单单位为。为作用于闸墙上上上的力对对闸底底板中心心点的的力矩之之和,单单位为。在运行情况下,σmax在检修情况下,σmax在校核情况下,σmax14.2闸室墙墙墙右闸室墙(衬砌砌砌墙)左左闸室墙(重重力式)14.2.1左左左重力式式闸室室墙14.2.1...1受力分析析所受荷载大小(kN)自重4025闸首墙内静水压压压力视计算情况下水水水位而定定闸首墙外静水压压压力视计算情况下水水水位而定定扬压力视闸首墙内外水水水位而定定船舶荷载105.4闸面活荷载4此处运用、检修修修、校核核三种种计算情情况下下最不利情情况受受力与上上述闸首墙墙相似,竖竖向力力臂臂臂不同。14.2.1...2抗滑稳定定性运用情况下:Kc=f检修情况下:Kc=f校核情况下:Kc=f14.2.1...3抗倾稳定定性在运行情况下,Ko在检修情况下,Ko在校核情况下,Ko14.2.1...4地基承载载力在运行情况下,σmax在检修情况下,σmax在校核情况下,σmax14.2.2右倒梯形形衬砌墙墙梯形衬砌墙涉及及及锚筋的的相关计算算算,这里里故不作衬衬砌墙墙稳定性性的具具体计算算,只只说明思思路和和方法。14.2.2...1抗滑稳定定性倒梯形衬砌墙整整整体抗滑滑稳定,目目目前工程程上有有两种计计算方方法。一种是忽略斜坡坡坡面的作作用,不不考虑衬衬砌体体斜坡部部分下下滑力的的不利利影响,假假定定衬砌体体在荷荷载作用用下沿沿衬砌的的基底底面滑动动,此此种计算算法与与常规重重力式式闸墙抗抗滑稳稳定计算算一样样;另一种是考虑斜斜斜坡面的的作用用,并计计及衬衬砌体斜斜坡部部分下滑滑力的的不利影影响,仍仍假定衬衬砌体体在荷载载作用用下沿衬衬砌基基底面滑滑动。先将斜坡部分垂垂垂直力Vz分解为垂垂直与与平行斜斜坡面面的两个个分力力和,斜坡上上的剩余余下滑力力为::(6-47)式中:f——摩摩摩擦系数数;——衬砌斜面与与水水平面夹角角角。将有关荷载分别别别合并后后,按按常规方方法计计算衬砌砌体沿基底底底的滑动动稳定。14.2.2...2断面强度度核算算衬砌墙的断面强强强度核算算有两两种方法法,一一种是材材料力力学方法法分层层校核强强度;;另一种种是将将衬砌墙墙与基基岩视作作两种种不同介介质,考考虑其弹弹性接接触的特特性,用弹弹性力学的的有限单元元法求得断断面的应力力值,据以以核算断面面强度并配配置必要的的钢筋。对于有锚筋的衬衬衬砌墙,可可把把衬砌墙墙视为为支承在在锚筋筋上的无无梁楼楼盖或弹弹性支支承上的的多跨跨连续梁梁方法法验算强强度。边边长为L。的正方方形无无梁楼盖盖板最最大应力力盯…发生在支支点处处,其值值按下下式计算算:(6-48)式中:——作用用用于正方方形板中心心处的水压压力强强度(kPaa);ttt——衬砌墙的的计算算厚度(m),初步设设计时时按t=0.05Laa+00.2估算;LLLa——锚筋间距(m)。当锚筋间距和衬衬衬砌墙的的厚度度拟定后后,可可直接求求得支支点处的的最大大应力,据据此此即可进进行强强度验算算和配配筋计算算。14.2.2...3配筋计算算锚筋可按以下公公公式计算算:(1)锚筋断面面面:(6-49)式中:Fa————锚筋断面面面面积(m。);——锚筋容许拉拉应应力(MPaa);Zi——第i根根锚筋所受的的的拉力(N)。(2)锚筋长度度度:(6-50)(3)锚孔深度度度:(6-51)式中:Lc————锚孔深度(mm);:,da、dc———锚筋直径及锚孔孔直径(mm);R。、Rc———锚筋与水泥砂砂砂浆及
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