某船闸总体设计.doc

1、哈尔滨工程大学课程设计目 录1.设计基本资料 21.1设计依据 21.2设计标准规范 21.3地质资料 21.4水文资料 32.船闸总体布置 42.1船闸基本尺度的确定 42.2船闸各部分高程的确定 62.3引航道平面布置及尺度确定 82.4船闸通过能力计算 102.5船闸耗水量计算 132.6船闸附属设施布置 143.船闸输水系统选型 164.船闸闸门选型 175.船闸闸室结构设计 196.附图 206.1船闸总平面布置图206.2船闸纵断面布置图211.设计基本资料1.1设计依据1.航道为级航道。2.船闸按级船闸、级建筑物（闸首、闸室）、级附属建筑物标准设计。3设计船型船型顶（拖）轮长宽吃

2、水（m）120t甲板驳长宽吃水（m）机帆船长宽吃水（m）船队长宽吃水（m）驳船2120t22.7450.9330.56.81.0616.81.0机帆船队250t27.55.20.9555.20.91.2设计标准规范内河通航标准、港口工程制图标准、船闸总体设计规范、船闸闸阀门设计规范、船闸水工建筑物设计规范、船闸输水系统设计规范以及国家现行有关标准的规定。1.3地质资料船闸地板基本以沙壤土、粉砂、极细砂为主，平均厚度为10.0m，土质均匀，土质结构呈中密状态，容许承载力为130KPa-180KPa，可以作为基础持力层。工程位于6基本烈度去，建筑物按照6地震设防。1.4水文资料上游设计洪水位：54

3、.00m（黄海工程，下同）下游设计洪水位：47.50m上游设计最高通航水位：54.00m上游设计最低通航水位：51.50m下游设计最高通航水位：47.50m下游设计最低通航水位：41.50m 1.船闸总体布置2.1船闸基本尺度的确定船闸基本尺度包括闸室有效长度、有效宽度和门槛水深。是船闸正常通航运行过程中，可供船舶安全停泊和通过闸室的最小尺度。2.1.1闸室有效长度 闸室有效长度，是指船舶过闸时，闸室内可满足设计最大船队安全停泊的长度，包括船队计算长度和富裕长度两部分。由船闸总体设计规范可知，船闸闸室有效长度按下式计算。 Lx=lc+lf 式中：Lx闸室有效长度，亦指满足最大船队安全停泊最小长

4、度（m）； lc 设计船队计算长度，为一次过闸时各设计最大船队长度加各船队停泊间距长度之和(m)；l f 闸室富裕长度，设计通航船队为单排一列式一顶二顶推船队。富裕长度应满足l f 2+0.06l c 。l c =61+22.74=83.74m；l f 2+0.06l c =2+0.0683.74 =7.02m；L x =l c +l f 83.74+7.02=90.76m, 按内河通航标准（GB50139-2004）要求取为120m。2.1.2闸室有效宽度闸室有效宽度，指闸室满足设计最大停靠船队停泊时两侧墙面间的最小净宽度，即闸室内两侧墙面（包括附属设施在内的突出部分）之间的最小距离。由船闸

5、总体设计规范可知：闸室有效宽度（船闸闸首抠门宽度与闸室有效宽度取值相同）应按下式计算： Bx= bc+bf （bf=b+0.025(n-1)bc 式中：Bx闸室有效宽度（m），亦指满足设计通航船队一次过闸的最小宽度； bc同一闸次过闸船舶并列停泊于闸室的最大总宽度（m）； bf富裕宽度（m），与设计一次过闸的船队列数和宽度有关： b富裕宽度附加值当bc7m时，b1m；当bc7m时，b1.2m； n过闸停泊在闸室的船舶列数。 bc=6.8m bf1+0.025（1-1）6.8=1m Bx6.8+1=7.8m，按内河通航标准（GB50139-2004）要求取为12m。2.1.3门槛最小水深门槛最小

6、水深指在设计最低通航水位时门槛上的最小深度，与船队（舶）最大吃水和进闸速度等有关，对船队（舶）操纵性和工程造价都有较大影响。门槛水深H应满足： H1.6T式中：H门槛水深（m）； T设计最大过闸船队（舶）的满载吃水。 T=1.0m H1.6m，按内河通航标准（GB50139-2004）要求取为2.5m。在确定船闸基本尺度时，还应考虑船闸最小过水断面的断面系数n的要求。根据实验和观察，若n值过小，则船队（舶）过闸时，可能产生碰底现象。为保证船队安全顺利地进闸，一般要求： n=1.52.0式中：最低通航水位时，闸室过水断面面积（m2），=BXH; 最大设计过闸船队（舶）满载吃水时船舯断面水下部分的

7、断面面积（m2）. =122.5=30m2 =6.81.0=6.8m2 n=4.412.0,满足上述要求。2.2船闸各部分高程的确定船闸高程包括船闸顶部高程和底部高程。船闸顶部高程包括门顶、墙顶、导航和靠船建筑物顶、堤顶各部分。由于各部分建筑物的位置和作用不同，确定高程的依据也不同。2.2.1船闸闸门门顶高程船闸挡水前缘闸首的闸门顶部高程应满足枢纽挡水要求，其高程由上游校核洪水位加安全超高确定，其中安全超高值应由相关规范固定值确定，船闸等级为级船闸，安全超高取0.3m。2.2.2闸首墙顶高程船闸闸首内布置有闸门、启闭机及机电设备，为满足船闸运行的布置要求，墙顶高程应根据闸门的门顶高程、结构布置

8、和构造要求确定。2.2.3闸室墙顶高程船闸闸室墙顶高程应根据过闸船舶安全停泊、通航和交通要求具体确定。为了避免船闸船舶在船闸涨、泄水时，船舷挂住墙顶造成事故，所以闸室墙顶高程由上游最高通航水位加超高值确定。由下表可知120t级驳船空载干舷高度取1.4m。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）1.01.41.61.71.61.73.03.32.2.4闸室底板高程 闸室内水位和闸首处水位相同，避免船舶入闸时发生触底危险，根据船闸总体设计规范，船闸闸底板顶部高程不应高于船闸上下游闸首门槛高程。2.2.5闸首门槛顶和引航道底高程上、下游闸首门槛高程分

9、别由上、下游设计最低通航水深减船闸门槛水深。上、下游引航道底高程分别为上、下游设计最低通航水位减引航道最小水深。设计中引航道底高程取原河道底高程。2.2.6靠船建筑物和导航建筑物顶高程靠船建筑物和上、下游导航建筑物高程分别为上、下游设计最高通航水位加超高确定。其超高值一般为设计船舶的最大空载干舷高度，取1.4m。具体计算如下所示：闸室墙顶高程=54.00+1.4=55.40m；闸室底板顶高程=41.50-2.5=39.00m；上游闸门顶高程=54.00+2+0.3=56.30m；上闸首顶高程，不低于闸门和闸室墙顶部高程，取56.60m；上闸首槛顶高程=51.50-2.5=49.00m；上游导航

10、墙顶高程=54.00+1.4=55.40m；上游靠船墩顶高程=54.0+1.4=55.40m；上游引航道底高程=51.50-2.5=49.00m；下游闸门顶高程=54.00+0.3=54.30m；下游闸首顶高程=54.00+1.4=55.40m；下闸首门槛顶高程=41.50-2.5=39.00m；下游导航墙顶高程=47.5+1.4=48.90m；下游靠船墩顶高程=47.5+1.4=48.90m；下游引航道底高程=41.50-2.5=39.00m。2.3引航道平面布置及尺度确定引航道的作用在于保证船舶安全，顺利地进出船闸，供等待过闸的船舶安全停泊，并使进出船闸的船舶能交错避让。引航道的平面布置，

11、直接影响到船舶（队）进出闸的时间，从而影响船闸的通过能力。根据已给出的条件，引航道的平面布置采用对称的布置形式。等待过闸的船舶（队）停靠在航道一侧的靠船建筑物旁，船舶（队）沿曲线行驶，出闸可以沿直线。船舶进闸行程比较短，出闸速度快，船闸通过能力比较大。2.3.1引航道平面布置引航道由导航段、调顺段、停泊段、过渡段、制动段组成。设计船闸为级，单线单级型式。设计船型为驳船2120t和机帆船队250t。一闸次只有一个船队（舶）过闸，且为单排一列式顶推。2.3.2引航道长度（1）导航段l1：l1lc，lc顶推船队为设计最大船队长，拖带船队或单船为其中最大船长（m）。lc=83.74m，取l1=90m。

12、（2）调顺段l2L21.5 lc=125.61m，取l2为140m。（3）停泊段l3l3lc=83.74m，取为90m。（4）过渡段l4L410B，B为设计引航道宽度与所在航道宽度之差。根据设计船闸为级，推测设计船闸所在航道等级也为级，航道宽度为34m，设计引航道宽度为34m，则l4取0m。（5）制动段l5l5=lc估算，为船舶进入口门航速，取3m/s，则l5=383.74=251.22m，取260m。2.3.3引航道宽度设计最大船宽bc=6.8m，一侧的等候过闸的船队总宽度bc1=6.8m，另一侧等候过闸船队总宽度bc2=6.8m，取富裕宽度b=bc=6.8m。则引航道宽度B0bc+bc1+

13、bc2+2b=6.8+6.8+6.8+26.8=34m.2.3.4引航道最小水深级船闸，H0/T1.4，即H01.4T=1.4m，考虑留有一定富裕水深，取2.5m。2.3.5弯曲半径引航道直线段外为弯曲航道时，其弯曲半径不得小于最小限值，根据船舶性能V级船闸航道的最小弯曲半径： R3lc=383.74=251.12m ，取260m。2.4、船闸通过能力计算2.4.1船队进出闸的时间在一般情况下，船闸的通过能力是指设计水平年期限内，每年自两个方向（上、下行）通过船闸的货物总吨数，即年过闸货运量。考虑到船舶单向过闸与双相不锈钢过闸情况不同，应对单向过闸和双向过闸方式分别计算。单向进闸距离是船队的船

14、首自引航道中停靠位置至闸室内停泊位置之间的距离。单向出闸距离为船队的船尾自闸室内停泊位置至闸首外侧边缘之间的距离。双向进闸距离是船队自引航道中停靠位置至闸室内停泊位置之间的距离。双向出闸距离为船队自闸室内停泊位置至停泊段的距离。单向进闸距离L1=90+140+21+90=341m单向出闸距离L4=90+21=111m双向进闸距离L1=90+140+21+90=341m双向进闸距离L4=90+140+21+90=341m由船闸总体设计规范可知：单向进闸v1= 0.5m/s 单向出闸v2=0.7m/s双向进闸v1= 0.7m/s 双向出闸v2=1.0m/s则t1= L1/V1= 11.37min

15、t4=L4/V2=2.64min t1=L1/V1= 8.12min t4=L4/V2=5.68min2.4.2闸门的启、闭时间t2由船闸启闭机设计规范3.1.1规定：闸门的启、闭时间与闸首口门宽度和闸门型式有关。设计闸首抠门呢宽度L=12m，启闭时间取1min。2.4.3闸室灌、泄水时间t3根据船闸输水系统设计规范,船闸灌泄水时间可按T=Kp估算，其中H、B、Lc分别为闸室设计水头、有效宽度及长度，Kp取0.19。得t3=5min。2.4.4船舶（队）进出闸门时间隔时间t5根据船闸设计总体规范6.1.7，无实测资料时，取3.0min。综上：单向过闸时间：T1=t1+4t2+2t3+t4+2t

16、5=11.37+41.0/2+25.0+2.64+23.0=32.01min双向过闸时间：T2=2t1+4t2+2t3+2t4+4t5=28.12+41/2+25.0+25.68+43.0=51.6min在设计中一般采取船队单向过闸所需时间与双向过闸时间的平均值来计算昼夜过闸次数。 T=(T1+T2/2)=28.91min考虑过闸过程中可能有延迟，取34min。船闸日平均过闸次数： n=37船闸日工作时间取21h。船闸年通过能力为：P=（n-n0）P船闸年过闸货运量（t）；n日平均过闸次数（次），取37；n0每昼夜非货运船过闸次数（次），取5；N船闸年通航天数（天），取300天；G一次过闸平均

17、吨位。计算各种不同组合的一次过闸载货吨位，再求出其平均值。本设计一闸次只有一个船队过闸，G=170t。船舶装载系数，取0.8；运量不平衡系数，取1.3。P=(37-5)=100.4104t/年，满足100万t通过能力要求。2.5船闸耗水量计算船闸一天内耗水量可按下列计算： q=eu式中 一天内耗水量（m3/s）； V一次过闸用水量（m3）； q闸门、阀门的漏水损失（m3/s）； e之水仙每米上的渗漏损失m3/（s.m）,取0.002； u闸门、阀门止水线总长度（m）；单级船闸一次过闸平均用水量按下式计算： V0=CH式中 V0单级船闸一次过闸平均用水量（m3）；C闸室水域面积（m2）=上、下闸

18、首门之间的水域长度（m）水域宽度（m）；H计算水头（m），采用上下游平均水位差C=(120+212)12=1944m2；H=8.25m；V0=CH=16038m2；U=26.75m；q=0.00226.75=0.545 m3/s；=+0.0535=6.92 m3/s。2.6船闸附属设施设置2.6.1系船设备为了满足船舶过闸停泊的可靠安全，闸室两侧共设浮式系船柱8只（两侧各4只），以及若干系船钩。浮筒井在墙内的高程布置从闸室底开始至闸室墙顶为止。系船柱在距上、下闸首7.5m处开始布置。 2.6.2安全防护和检修设施在船闸各部顶面邻水侧或高于地面2.5m的通道一侧，设置高度为1.2m的挡浪板，并在

19、闸室墙前沿设置护轮坎。在闸首两侧边墩前沿各设一道嵌入式爬梯；闸室两侧再设2道嵌入式爬梯，其第一道中线距上、下闸首边缘距离为12m；主、辅导航墙设嵌入式爬梯各1道。引航道每个靠船墩在朝闸首一侧，距前沿0.8m处设凸出式爬梯一道。闸首、闸室等主要部位在设计检修水位的情况下能把水抽干进行检修和设备更换。在上闸首的上游面和下闸首的下游面设置检修槽门，同一河流检修门型式、门槽规格尺寸标准化、系列化、通用化。2.6.3信号和标志船闸按昼夜通航要求设置信号和标志，每道工作闸门上、下游均设置水尺。2.6.4控制、通信和动力照明动力、控制、通讯和照明的具体要求应按船闸电气设计规范的规定执行。2.6.5房屋和道路

20、分别设置生产、辅助生产、生活等用房，并结合船闸建设规范，作出统一的总体设计。船闸各部位之间，根据需要设置内部道路和对外公路。2.6.6环境保护根据环境保护法的有关规定，建设环境友好型船闸工程，做到船闸工程建设与环境保护同步进行。根据国家有关政策、法规，进行船闸的环保和绿化设计。根据工程建设规模和影响范围，制定环境保护规划。同时做好施工期的环境保护措施，避免由于施工期的吹填或基坑开挖，造成生态环境和施工附近流域的水文条件变化。2.6.7消防和救护 设计船闸根据有关规定，完善消防设施的配备。闸首等部位设置消防栓、灭火器、灭火材料等有关器材。并设专用的消防通道、消防水泵等。同时根据现行国家标准建筑设

21、计防火规范的有关规定进行船闸的房屋设计。3.船闸输水系统选型船闸的输水系统形式主要可分为集中输水系统和分散输水系统两大类型。集中输水系统是将输水系统集中布置在闸首范围内，分散输水系统是将输水系统分散布置在闸首及闸室内。根据船闸输水系统设计规范，输水系统的类型可根据判别系数初步选定。 m=式中：m判别系数： H设计水头（m），取12.5m。 T闸室灌水时间（min），取5min。当m3.5时，采用集中输水系统；当m2.5时，采用分散输水系统。m=1.412.5，固初步确定采用分散输水系统。由于m1.8，固选第三类分散输水系统，采用闸底四纵支廊道二区段出水输水系统。4、船闸闸门选型4.1闸门选型闸

22、门是船闸的重要组成部分，它在很大程度上影响着船舶过闸时间，所以闸阀门的选型设计有如下要求：（1）启闭迅速时间短，运行灵便，提高了船舶过闸效率；（2）闸门全部开启时不影响船闸的有效净空，船舶能够安全进闸和出闸；（3）为方便施工，构造应简单；（4）启闭力小，重量轻；（5）位于冰冻地区应有防止闸门承受冰压力的措施。 船闸闸门的型式，根据通过能力、通航净空、输孔口尺寸、水位组合、水力学条件和水工建筑物型式等因素，通过技术经济综合比较选定。 人字闸门具有耗用钢材少，能封闭高、宽尺寸都比较大的孔口，运转灵活可靠等优点，常用作承受单向水头、在静水条件下启闭的工作闸门，在各国应用中较普遍，技术成熟，本设计中采

23、用人字闸门。4.2闸门基本尺度的选定（1）门扇长度ln门扇的计算长度是门扇支垫块的支承面到两扇门互相支承的斜接面距离。其值可按下式计算： ln=（Bk+2c）/2cos式中：Bk闸首口门宽度（m）； c由门扇支垫块与枕垫块支承面至龛外缘的距离（m），取0.06Bk； 闸门关闭时门扇轴线与闸室横轴线的交角（），取22.5； ln=（12+20.0612）/（2cos22.5）=7.27m，取7m。（2）门扇厚度门扇厚度是指主横梁高度 tn=（0.10.125）ln ，取0.81m。（3）闸门高度闸门高度是指闸门面板至顶的距离 h=H+hk+k+m式中：H上游设计最高水位与上游最低通航水位之间的水

24、位差（m），取2.5m； hk门槛水深（m），取2.5m； k闸门面板顶在上游设计最高水位以上的超高（m），一般取为（0.20.5）m，取0.3m；m闸门面板底与槛顶的距离（m），通常取（0.150.25）m，取0.2m。 h=2.5+2.5+0.3+0.2=5.5m5.船闸闸室结构设计闸室结构为船闸工程中的主要水工建筑物，是由上下闸首和两侧的闸墙共同形成的空间，闸室结构由闸室墙和闸底板构成。闸室结构可分为分离式结构和整体式结构闸室结构型式应根据地基条件、水头大小、输水系统形式、材料来源和施工条件等因素，通过经济比较确定。本次设计中，船闸底板基本以沙壤土、粉砂、极细砂为主，土质均匀，土质结构呈中密状态，可以作为基础持力层。根据船闸水工建筑物设计规范，宜采取分离式结构中的重力式闸墙结构。土质对变形和渗透比较敏感，因此采用不透水的双铰式底板。闸墙顶宽设为0.6m，顶部设置高度为0.3m的现浇混凝土压顶。此外，重力式闸墙还应进行地基承载力、整体稳定性、截面强度、土基渗透稳定性等验算和土基沉降计算。6.附图6.1船闸总平面布置图6.2船闸纵断面布置图.忽略此处.20