船闸设计计算书

07港航 船闸设计计算书 王桂兰 刘邑雨 金恒 张建 张俊杰

1 / 21

船闸设计计算书

目录

一、 设计基本资料………………………………………………2

二、 船闸总体规划………………………………………………3

三、 船闸输水系统型式选择及水力计算………………………6

四、 结构设计……………………………………………………6

五、 设计中应注意的问题………………………………………15

指导老师：拾兵

组长：王桂兰

组员：刘邑雨

金恒

张建

张俊杰

07港航 船闸设计计算书 王桂兰 刘邑雨 金恒 张建 张俊杰

2 / 21

一． 设计基本资料

1． 经济资料

（1）建筑物设计等级：某二级船闸，其闸门，闸首，闸室等主要结构按二级标准设计，导航墙，靠船码头等按三级标准设计，临时建筑物按四级标准设计。

（2）货运量：2009年过闸货流2100万t，其中上行1000万t，下行1100万t，年设计通过能力为2100万t。

（3）通航情况：通航期N=360d/年，客轮，工作轮过闸坝数n0=5，舶载重量系数a=0.83。月不均匀系数β=1.1，船闸昼夜工作时间t=22h。

（4） 设计船型：见表1-1

表1-1 设计船型

船型 马力（匹） 驳船尺度（m） 船队尺度（m）

一顶+2*2000t 370 75×14×（2.6~2.8） 185×14×（2.6~2.8）

一顶+2*1000t 270 62×10.6×（2.0~2.2） 151.5×10.6×（2.0~2.2）

一拖+12*100t 250 24.85×5.24×1.85 321.5×5.24×1.85

2. 水文与气象资料

（1）特征水位及水位组合：见表1-2和表1-3

表1-2 特征水位表 表1-3 水位组合表

（2）气象资料：降雨量主要影响施工设计（略）；气温主要影响施工设计及通航期长短，此处冰冻不影响航速，最多风向为东南风，设计8级风。风速V=20.8m/m，校核10级风，V=25.6m/s。

3．地质资料及回填土资料

回填土的实验结果如表1-4所示，地基土的物理力学指标如表1-5所示。

表1-4 回填土料土工试验

天然含水量W（%） 土粒比重G 天然干重度 土壤分类 击实试验 抗剪强度 渗透

系数（cm/s） 击实标准 最大干重度 最优含水量 控制干重度 粘聚力 内摩擦力

25.2 2.75 15.0 粉砂土 20.0 18 14 16.5 1.6 26 6.0×10-6

特征水位 上游 下游

校核洪水位 23.5 18.5

设计洪水位 21.0 16.0

最高通航水位 20.0 15.1

最低通航水位 14.5 14.0

校核低水位 13.0 计算工况 上游水位（m） 下游水位（m）

设计情况 20.0 14.0

校核情况① 22.5 15.1

校核情况② 21.0 13.5

检修情况 20.0 15.5 07港航 船闸设计计算书 王桂兰 刘邑雨 金恒 张建 张俊杰

3 / 21

表1-5 地基土物理力学特性

土层标高 土壤名称 标准贯入 天然含水量 天然重度 干重度 比重 空隙比 孔隙率 饱和度 抗剪强度 压缩试验 渗透系数

粘聚力 内摩擦角 压缩系数 压缩模量

12.0

8.3 亚粘土 6 26.5 18.5 14.6 2.72 46 0.85 84 60 25 0.024 7500 3.29×10-4

8.3

-1.9 粘土 34 19.0

20.9 17.6 2.74 36 0.56 93 126 27 0.011 8286 1.21×10-6

-1.9

-16.0 粘土 43 17.3 20.7 17.6 2.74 36 0.55 86 155 33 0.018 8500 6.9×10-6

4．地震

根据地震基本烈度区划图，该地区基本烈度为6度，不进行抗震设计。

5. 交通及建筑材料供应情况

水运，公路均直达工地，运输方便。钢材供应充足，由南京发货，水泥，石料均由安徽北部提供，水运而来，价格便宜。木材较缺，需由福建。江西运来，供应有限。

二`. 船闸总体规划

1． 船闸规模

根据设计船型资料，考虑1顶+2*2000t船队一次过闸，1顶+2*1000t船队两排并列一次过闸，一顶2*1000t与1拖12*100t解队并排过闸三种组合，其计算结果如表1-6所示。

表1-6 船闸基本尺度计算表 单位（m）

组合情况 船队尺度 富裕长度 有效长度 船队宽度 富裕宽度 有效宽度

1顶+2*2000 185 13.1 198.1 14.0 1.26 15.26

1顶+2*1000t 160 11.6 171.6 21.2 1.36 22.55

1顶2*1000t

1拖12*100t 172.1 7.16 179.3 21.1 1.34 22.34

综合以上三种组合情况计算结果，取闸室有效长度lc=200m,考虑镇静长度10m，则闸室长度取210m。闸室的有效宽度Bc=23m，由最大船舶吃水得槛上水深Hc≥1.6×2.8=4.48m,考虑到二级航道标准及预留一定的富裕，取槛上水深Hc=5.0m，则闸室尺度为210m×23m×5m.

船闸最小过水断面的断面系数n=ΩΦ=23×521.2×2.8=1.94≥1.5∼2.0,符合要求.

2.各部分高程确定

上游引航道底高程=上游设计最低通航水位—引航道最小水深=14.5-5.0=9.5m.

上游导航建筑物顶高程=上游设计最高通航水位+超高（空载干舷）=20.0+2.5=22.5m.

上闸室首门顶高程=上游校核洪水位+安全超高=23.5+0.5=24.0m.

当门前产生立波时，上闸首门顶高程=上游设计洪水位+H0+2Hw+安全超高=21.0+0.19+0.72+0.5=22.41m，上述两者取最大值，取闸门顶高程为24.0m. 07港航 船闸设计计算书 王桂兰 刘邑雨 金恒 张建 张俊杰

4 / 21

上式中H0为波浪中心线超过静水位高度，2Hw为波高，2Lw为波长，可按下式计算：

H0≈π 2Hw 22Lw, 2Hw=0.0151H0.34WD0.33, 2Lw=0.104H0.573WD0.33.

式中：H为闸前水深，H=21.0-9.5=11.5m;W为计算风速，W=20.8m/s;D为吹程,与闸前水面宽度有关，近似取D=1km.经计算：2Hw=0.72m,2Lw=8.77m, H0=0.19m.

上闸首墙顶高程=门顶高程+结构安装高度=24.0+1.0=25.0（m）,取与邻近挡水建筑物高程一致为25.5m.

上闸首门槛高程=上游设计最低通航水位-门槛水深=14.5-5.0=9.5（m）.

闸室底高程=下游设计最低通航水位-闸室设计水深=14.0-5.0=9.0（m）.

闸室墙顶高程=上游设计最高通航水位+超高（空载干舷）=20.0+2.5=22.5（m）.墙顶设1.0m胸墙，则实体墙顶高程取21.5m.

下闸首门顶高程=上游设计最高通航水位+超高=20.0+0.5=20.5（m）.

下闸首墙顶高程=门顶高程+结构安装高度=20.5+1.0=21.5（m）.

下闸首门槛高程=下游设计最低通航水位-门槛水深=14.0-5.0=9.0（m）.

下游引航道底高程=下游设计最低通航水位-引航道最小水深=14.0-5.0=9.0（m）.

下游导航建筑物顶高程=下游设计最高通航水位+超高（空载干舷）=15.1+2.5=17.6（m）.

船闸各部分高程如下图所示:

3．引航道型式及尺度确定

根据地形条件、开挖工程量等，引航道型式采用不对称式。

（1）引航道长度：

导航段：l1≥lc,lc为顶推船队全长，1顶+2000t级船队长lc=185m,取l1=190m.

调顺段：l2≥（1.5~2.0）lc=（277.5~370）m,取l2=300m.

停泊段：l3≥lc（主要考虑拖带船队）≥321.2，取l3=325m.

过度段：l4≥10ΔB, ΔB为引航道宽度与航道宽度之差，二级航道宽为70m，引航道宽由计算为70m,则ΔB=70-70=0，l4=0.

制动段：对通行顶推船队的船闸，其制动段长度可按式l5=αlc估算，当船队进入口门航速为2.5~4.5m/s时，α=2.5~4.5，取α=3.0，则l5=3.0×185=555（m）.

引航道总长=l1+l2+l3+l4+l5=190+300+325+0+555=1370（m）. 07港航 船闸设计计算书 王桂兰 刘邑雨 金恒 张建 张俊杰

5 / 21

（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bc=14m,一侧等候过闸的船队总宽bc1=14m,另一侧等候过闸的船队宽度bc2=14m,富裕宽度Δb=bc,则B0=bc+bc1+bc2+2Δb=14+14+14+2×14=70m，取引航道宽度为70m.

（3）引航道水深：

引航道水深应满足H0T ≥1.4~1.5，其中T为设计最大船队满载吃水，取T=2.8m,则H0≥1.5×2.8=4.2m,取引航道水深H0=5.0m.

4.船闸通过能力

（1）进出闸时间：船队进出闸时间，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。

双向进闸距离是船队自引航道中停靠位置至闸室内停泊处之间的距离，双向出闸距离是船队自闸室内停泊处至双向过闸靠船码头的距离。单向进闸距离是船队自引航道中停靠位置至闸室内停泊处之间的距离，出闸时，是船队自闸室内停泊处至船尾驶离闸门之间的距离。其距离可分别按下式近似确定：

单向进闸：L1=Lc 1+α1

单向出闸：L1′=Lc 1+α1′

双向过闸：L2=L2′=Lc 1+α2 +l1+l2

式中：Lc为闸室有效长度200m; α1、α1′、α2为系数，可取α1=0.4，α1′=0.1，α2=0,1；l1为导航段长度190m; l2为调顺段长度300m.将以上数值代入上式中，则L1=280m, L1′=220m, L2=L2′=710m.

根据《船闸设计规范》查得单向进闸速度V1=0.5m/s，单向出闸速度V1′=0.7m/s,双向进闸速度V2=0.7m/s，双向出闸速度V2′=1.0m/s.

进出闸时间可按下式计算：

单向进闸：t1=L1/V1=280/0.5=9.33(min)

单向出闸：t4=L1′/V1′=220/0.7=5.24(min)

双向进闸：t1′=L2/V2=710/0.7=16.90(min)