航道工程学课程设计

航道工程学课程设计航道工程学课程设计目录14296第一章设计基本资料 320751.1地形资料 3232931.2地质资料 3135171.3水文资料 360571.3.1特征水位 3100121.3.2气象资料 3301741.3.3风力 4252751.4经济资料 4244241.4.1货运量 4295731.4.2设计船型 4237961.4.3通航情况 489011.4.4船闸工作时间 4124551.5交通、建筑材料供应情况 4307001.6公路及桥梁 5252301.7设计依据 5265711.8设计标准、规范 5136581.8.1航道等级：II级。 5283621.8.2建筑物等级： 5282371.8.3设计规范 530138第二章船闸总体设计 6289962.1船闸基本尺度的确定 677172.1.1闸室有效长度的确定 6312862.1.2闸室有效宽度的确定 6149332.1.3门槛水深的确定 7183512.1.4船闸有效尺度 757402.1.5不同排列方式下的船队组合情况：（具体资料见表1-6） 7261182.2船闸各部分高程的确定 1390142.2.1船闸闸门门顶高程 1324002.2.2闸室墙顶高程 13226912.2.3闸首墙顶高程 1353172.2.4闸首门槛顶高程 1453912.2.5引航道底高程 1478822.2.6船闸闸室底板顶部高程 14101752.2.7导航建筑物和靠船建筑物顶高程与引航道堤顶高程 1422062.3引航道平面布置及尺度确定 16266782.3.1引航道平面布置 1688342.3.2引航道尺度 1623882.4船闸通过能力计算 19289102.4.1过闸时间计算 1936812.4.2船闸日平均过闸次数 19327552.4.3一次过闸平均载重吨位 19147012.4.4船闸年通过能力 20242192.5船闸总体布置 2117838附图：22设计基本资料1.1地形资料根据地质钻探资料得知，地1.2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7.0m~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2。回填土的力学性能指标表1-1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[]（kg/cm2）天然土干土重壤土1.931.502.672328.40.552.3轻砂壤土1.951.522.6727.528.30.233.2亚粘土1.941.562.742624.40.583.01.3水文资料1.3.1特征水位特征水位表表1-2特征水位单位m上游下游最高最低最高最低校核低水位6.8设计洪水位11.2通航水位11.28.59.07.2检修水位1081.3.2气象资料降雨量及气温资料从略。1.3.3风力盛行东北风，夏天盛行东南风，最大风力设计8级，校核12级。1.4经济资料1.4.1货运量近期：1200万吨/年；远期：2200万吨/年。1.4.2设计船型船型表表1-6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+2×2000t370马力75×14×（2.6~2.8）185×14×(2.6~2.8)远期船行一顶+2×1000t270马力62×10.6×(2.0~2.2)151.5×10.6×(2.0~2.2)远期船型一拖+4×500t270—27.5×6.1×2.4653×8.8×1.9239.5×8.8×2.46近期船型一拖+12×100t250—23.0×4.9×1.8524.85×5.24×1.85321.2×5.2×1.85近期船型设计过闸船队组合：4000吨/闸次1.4.3通航情况通航期N=352天/年；客轮及工作船过闸次数=6；船只装载量利用系数=0.84；货运量不均匀系数β=1.30；船闸昼夜工作时间=22小时；一般船速V=9.5km/小时；空载干舷高度（最大）取1.5m。1.4.4船闸工作时间，，，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公路及桥梁船闸上有公路桥，宽10m，桥下净空为7m。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1.8.1航道等级：II级。1.8.2建筑物等级：闸室，闸首，闸门按II级建筑物设计；导航建筑物，靠船建筑物按III-IV级建筑物设计；临时建筑物IV级。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。1.8.3设计规范本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》。船闸总体设计2.1船闸基本尺度的确定2.1.1闸室有效长度的确定根据《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式（3.1.5）计算的长度，并取整数。（3.1.5）其中,——闸室有效长度(m)；——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；——富裕长度(m)，顶推船队≧2+0.06；拖带船队≧2+0.03；货船和其他船舶≧4+0.052.1.2闸室有效宽度的确定根据《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》(GBJ139)中规定的8m,12m,16m,23m,34m宽度。（3.1.8-1）（3.1.8-2）其中，——船闸闸首口门和闸室有效宽度(m);——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;——富裕宽度(m);——富裕宽度附加值(m)，当≦7m时，≧lm;当>7m时，≧1.2m;——过闸停泊在闸室的船舶的列数。2.1.3门槛水深的确定根据《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。≥1.6（3.1.9）其中：——门槛最小水深(m);——设计船舶、船队满载时的最大吃水(m)。在确定门槛水深时，为提高船舶或船队进闸速度，减小船队或船舶进闸所受的阻力，适应变吃水船舶满载通过要求，应采用较大的门槛水深。2.1.4船闸有效尺度为了适应航运事业的发展，构成四通八达的统一标准的航道网，各国均对天然渠化河流及人工运河划分了等级，制定了统一的通航建筑物标准。我国颁布的GB50139—2004《内河通航标准》中，船闸闸室有效尺度可按表2-1选取，且不得小于表中数值。船闸有效宽度系列为34m、23m、18m或16m、12m、8m。经论证需要加宽的穿着，其尺度应符合宽度系列分档的规定。船闸有效长度应根据设计船舶、船队或其他船舶、船队合理组合的长度并考虑富裕长度确定。经论证需要加大长度的，可在表2-1规定的长度上增加。表1-2船闸有效长度单位：m船闸级别天然和渠化河流航道尺度代表船舶、船队长宽门槛水深代表船舶、船队长宽门槛水深II2排2列200344.52排1列200234.52排1列2302002318或165.04.52.1.5不同排列方式下的船队组合情况：（具体资料见表1-6）两组一顶+2×2000t船队并排组合，组合方式如图：（1）∵=185m，≧2+0.06=2+0.06×185=13.1m（取13.1m）∴（2）∵>7m∴≧1.2m(取1.2m)(3)∵=2.6~2.8m∴≥1.6=1.6×(2.6~2.8)=4.16~4.48m取4.48m两组一顶+2×1000t船队并排组合，组方式如图：（1）∵=151.5m，≧2+0.06=2+0.06×151.5=11.09m（取11.09m）∴（2）∵>7m∴≧1.2m(取1.2m)(3)∵=2.0~2.2m∴≥1.6=1.6×(2.0~2.2)=3.20~3.52m取3.52m（一拖+12×100t）×2，每队拆成2列4排并排组合，组合方式如图：（1）∵=172.1m，≧2+0.03=2+0.03×172.1=7.163m（取7.163m）∴（2）∵>7m∴≧1.2m(取1.2m)(3)∵=1.85m∴≥1.6=1.6×1.85=2.96m取2.96m（一拖+4×500t）×2两组船队并排组合，组合方式如图：（1）∵=239.5m，≧2+0.03=2+0.03×239.5=9.185m（取9.185m）∴（2）∵>7m∴≧1.2m(取1.2m)(3)∵=2.46m∴≥1.6=1.6×2.46=3.936m取3.936m一顶+2×2000t与一顶+2×1000t两组船队并排组合，组合方式如图：（1）∵=185m，≧2+0.06=2+0.06×185=13.1m（取13.1m）∴（2）∵>7m∴≧1.2m(取1.2m)(3)∵=2.6~2.8m∴≥1.6=1.6×(2.6~2.8)=4.16~4.48m取4.48m（一顶+2×2000t）与（一拖+4×500t）两组船队并排组合，组合方式按右图：（1）∵=238m，≧2+0.06=2+0.06×238=16.28m（取16.28m）∴（2）∵>7m∴≧1.2m(取1.2m)(3)∵=2.46m∴≥1.6=1.6×2.46=3.936m取3.936m（一顶+2×2000t）与（一拖+12×100t）两组船队并排组合，组合方式如图： （1）∵=185m，≧2+0.06=2+0.06×185=13.1m（取13.1m）∴（2）∵>7m∴≧1.2m(取1.2m)(3)∵=2.6~2.8m∴≥1.6=1.6×(2.6~2.8)=4.16~4.48m取4.48m（一顶+2×1000t）与（一拖+4×500t）两组船队并排组合，组合方式按右图：（1）∵=204.5m，≧2+0.06=2+0.06×204.5=14.27m（取14.27m）∴（2）∵>7m∴≧1.2m(取1.2m)(3)∵=2.0~2.2m∴≥1.6=1.6×(2.0~2.2)=3.20~3.52m取3.52m（一顶+2×1000t）与（一拖+12×100t）两组船队并排组合，组合方式如图：（1）∵=172.1m，≧2+0.03=2+0.03×172.1=7.163m（取7.163m）∴（2）∵>7m∴≧1.2m(取1.2m)(3)∵=2.0~2.2m∴≥1.6=1.6×（2.0~2.2）=3.2~3.52m取3.52m（一拖+12×100t）与（一拖+4×500t）两组船队并排组合，组合方式如图：（1）∵=225.1m，≧2+0.03=2+0.03×225.1=8.753m（取8.753m）∴（2）∵>7m∴≧1.2m(取1.2m)(3)∵=2.46m∴≥1.6=1.6×2.46=3.936m取3.936m计算结果汇总：船队排列形式闸室有效长度（m）闸室有效宽度（m）船闸门槛水深（m）两组一顶+2×2000t船队并排组合198.129.94.48两组一顶+2×1000t船队并排组合162.5922.933.52（一拖+12×100t）×2，每队拆成2列4排并排组合248.68519.243.936（一拖+4×500t）×2两组船队并排组合179.26323.7322.96一顶+2×2000t与一顶+2×1000t两组船队并排组合198.129.94.48（一顶+2×2000t）与（一拖+4×500t）两组船队并排组合254.2821.0853.936（一顶+2×2000t）与（一拖+12×100t）两组船队并排组合198.126.9064.48（一顶+2×1000t）与（一拖+4×500t）两组船队并排组合218.7721.0853.52（一顶+2×1000t）与（一拖+12×100t）两组船队并排组合179.26323.3343.52（一拖+12×100t）与（一拖+4×500t）两组船队并排组合23.85321.4443.936所以，闸室基本尺度确定如下表：闸室有效长度（m）闸室有效宽度（m）船闸门槛水深（m）255304.52.2船闸各部分高程的确定2.2.1船闸闸门门顶高程根据《船闸总体设计规范》（JTJ305-2001）中规定：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。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。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～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。 本船闸设计取值：∵船闸为II级船闸，以溢洪船闸来设计∴取安全超高值为0.5m；取波浪超高为0.3m。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=11.2+0.5+0.3=12.0m；下闸首闸门顶部高程取于上闸首一致为12.0m；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。长江分节驳船空载干舷高度驳船吨级（t）10030050010003000空载干舷高度（m）1.01.41.6~1.71.6~1.73.0~3.3本船闸设计取值：由设计任务书和船型数据可知，超高值取最大干舷高度为1.5m。船闸闸室墙顶高程=上游设计最高通航水位+最大干舷高度=11.2m+1.5m=12.7m。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。本船闸设计取值：取结构安装高度=1m。上闸首墙顶高程＝上闸首闸门顶部高程＋结构安装高度＝12.0+1.0=13.0m；下闸首墙顶高程＝下闸首闸门顶部高程＋结构安装高度＝13.0m。由于闸室墙顶高程为12.7m，取上闸首墙顶高程为13.0m，下闸首墙顶高程13.0m。2.2.4闸首门槛顶高程根据《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。本船闸设计取值：∵上游设计最低通航水位=8.5m,下游设计最低通航水位=7.2m,门槛水深=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＝8.5-4.5=4m下闸首门槛的顶部高程＝下游设计最低通航水位－门槛水深＝7.2-4.5=2.7m。2.2.5引航道底高程根据《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:式中：——在设计最低通航水位时，引航道底宽内最小水深(m);——设计最大船舶、船队满载吃水(m)本船闸设计取值：∵设计最大船队满载吃水T=2.8m，上游设计最低通航水位=8.5m,下游设计最低通航水位=7.2m。∴引航道设计最小水深值=1.5×2.8=4.2m，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＝8.5-4.2=4.3m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＝7.2-4.2=3m2.2.6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。本船闸设计取值：船闸闸室底板顶部高程上/下闸首门槛高程＝2.7m。2.2.7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。本船闸设计取值：∵上游设计最高通航水位11.2m、下游设计最高通航水位9.0m，设计过闸船舶空载时的最大干舷高度为1.5m。∴上游导航建筑物顶高程=上游设计最高通航水位+超高值=11.2+1.5=12.7m；下游导航建筑物顶高程=下游设计最高通航水位+超高值=9.0+1.5=10.5m。又∵取引航道堤顶高程=导航建筑物堤顶高程：∴上游引航道堤顶高程=12.7m；下游引航道堤顶高程=10.5m。计算结果：上游下游闸首的闸门顶高程12.012.0闸首墙顶高程13.013.0闸首门槛高程4.02.7闸室墙顶高程14.2闸室底板顶高程 2.7引航道底高程4.33.0导航和靠船建筑物的顶高程12.710.5引航道堤顶高程12.710.52.3引航道平面布置及尺度确定2.3.1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(6);(3)不对称型，见图5.4.3(c),图5.4.3（取自设计规范）本船闸设计：根据设计要求，本船闸设计采用单线船闸形式，不对称布置。2.3.2引航道尺度2.3.2.1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：式中——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;——设计最大船舶、船队的宽度(m);——侧等候过闸船舶、船队的总宽度(m);——船舶、船队之间的富裕宽度，取Δb1=bc;——船舶、船队与岸之间的富裕宽度，取Δb2=0.5bc。本船闸设计：2.3.2.2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)导航段长度应满足:式中——导航段长度(m)；——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)。(2)调顺段长度:(3)停泊段长度:(4)引航道直线段的总长度:(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。本船闸设计：此处取最大船型进行计算：∵=239.5m∴=239.5m；=479m；=239.5m直线段总长为=239.5+479+239.5=958.0m。∵过渡段长度：∴此处取=4×239.5=958引航道总长度==958+958=1916m2.3.2.3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:式中——在设计最低通航水位时，引航道底宽内最小水深(m);——设计最大船舶、船队满载吃水(m).本船闸设计：∵本设计中=2.8m∴最小水深H0=2.8×1.5=4.2m。2.3.2.4弯曲半径和弯道加宽根据《船闸总体设计规范》（JTJ305-2001）：5.5.4.1最小弯曲半径R，应根据下列情况确定:(1)顶推船队和机动驳:I一II级船闸(5.5.4-1)(2)拖带船队:(5.5.4-3)式中—设计最大船队长或最大船长(m)。(3)在引航道口门区和连接段考虑到水流、风浪等的影响，其最小弯曲半径值尚应加大一个的长度。5.5.4.2弯道加宽，应按式(5.5.4-4)确定，当弯道中心角大于时，应适当加大。式中—设计最大船队长或最大船长(m)；—最小弯曲半径(m)；—引航道宽度(m)。,本船闸设计：取设计最大船型进行设计，取=239.5m则弯曲半径=5×239.5=1197.5m，弯道加宽=23.47m2.4船闸通过能力计算2.4.1过闸时间计算根据《船闸总体设计规范》（JTJ305-2001）：6.1.9对单级船闸，一次过闸时间应符合下列规定：（1）单向过闸：（2）