船閘設(shè)計計算書(完美版)

船閘總體設(shè)計第一章設(shè)計資料一經(jīng)濟資料建筑物的設(shè)計等級：

高良澗二線船閘按=3\*ROMANIII級船閘、=2\*ROMANII級建筑物標準設(shè)計。貨運量：

淮河1995年的過閘貨運量為1750萬噸，年設(shè)計通過能力為1750萬噸。通航情況：

通航期=360天/年，客輪及工作船過閘次數(shù)=1,船舶載重量不均勻系數(shù)=，月不均勻系數(shù)=，船閘晝夜工作時間小時=22小時設(shè)計船型：

見表1-1表1-1船型資料：船型頂（拖）輪馬車長×寬×吃水駁船長×寬×吃水船隊長×寬×吃水資料來源1頂22×1000270馬力××62××160××可行性報告推薦1拖1212×100250馬力××××××江蘇現(xiàn)狀二水文與氣象資料1、特征水位及水位組合：見表1-2，1-3高良澗船閘上游為洪澤湖，下游為灌溉總渠，根據(jù)江蘇省水利廳規(guī)劃的洪澤湖調(diào)蓄及灌溉總渠控制的情況及可行性研究報告提供的數(shù)據(jù)進行綜合分析后擬定。表1-2特征水位表（高程以黃河零點起算（m））上游校核洪水位入海水道排洪12000～14000㎡/S，相當千年一遇上游設(shè)計洪水位（特殊通航水位）入海水道排洪10000～12000㎡/S，相當百年一遇上游最高通航水位大于二十年一遇，可行性研究報告提供蔣壩閘上水位上游規(guī)劃蓄水位上游最低通航水位可行性報告提供通航保證率%下游校核高水位節(jié)制閘強迫行洪1000㎡/S，引江水位淮安閘上校核水位下游設(shè)計高水位節(jié)制閘強迫行洪800㎡/S，引江水位淮安閘上校核水位下游最低通航水位淮安閘上最低通航水位表1-3水位組合表組合情況上游下游水位差設(shè)計=1\*ROMANI設(shè)計=2\*ROMANII校核2、地質(zhì)資料及回填土資料高良澗二線船閘位于洪澤湖大堤，土質(zhì)較為復雜，上部為人工夯實的湖堤，多為黃色粘土，持力層為粘土、亞粘土、粉砂夾層，但層次劃分不明，軟硬變化較大，下臥層基本上為承載力較高的砂性土，土層概況見表1-4表1-4閘址處土層概況表地面～粘土（黃色、黃灰色、棕色），夾薄砂土層腐蝕、貝殼～黃色、棕色粉沙、粘土、亞粘土、夾砂礓土質(zhì)不均勻、軟硬變化較大以下黃色或棕色細砂、中砂、有亞粘土夾層及夾鑠砂3、地震資料查江蘇省地震烈度區(qū)劃分圖得，該地區(qū)屬七度區(qū)，根據(jù)水工建筑物抗震設(shè)計規(guī)范SDJ—78“對于級擋水建筑物，應(yīng)根據(jù)其重要性和遭震害的危害性可在基本烈度的基礎(chǔ)上提高一度”的規(guī)定，考慮到本船閘屬洪澤湖防洪線上的擋水建筑物，故按地震烈度八度設(shè)防。4、地形資料地形資料詳見“高良澗二線船閘閘址地形圖”5、交通及建筑材料供應(yīng)情況水運可直達工地，公路運輸亦方便，除木材外，其他材料供應(yīng)充足，鋼材由南京發(fā)貨、水泥、石料、沙由安徽提供，木材由江西福建運來。第二節(jié)船閘的基本尺度船閘的基本尺度包括閘室的有效長度、有效寬度及門檻水深。根據(jù)設(shè)計船型資料，考慮1頂+2×1000T船隊兩排并列一次過閘、1頂+2×1000與1拖+12×100船隊并列過閘、1拖+4×500并列過閘三種組合。計算結(jié)果如下：船閘基本尺度計算表（單位：）組合情況船隊長度富裕長度有效長度船隊寬度富裕寬度有效寬度1頂+2×1000并列160172231頂+2×1000與1拖+12×100并列180231拖+4×50013419根據(jù)以上三種組合，綜合考慮本航線上已建船閘的尺度、內(nèi)河航運暫定標準、貨運密度的變化等方面的情況，取閘室的有效長度為210，考慮鎮(zhèn)靜段長度20，則閘室長度230，閘室的有效寬度取23。由船舶吃水得檻上水深Hc≥×=，考慮留有一定的富裕取，閘室的有效尺度230×23×。第三節(jié)船閘各部分高程船閘的各部分高程不僅要保證船舶能安全、順利的通過，而且要保證船閘運轉(zhuǎn)操作的安全和方便。在這個前提下還要降低工程造價。船閘各部分高程可參考《船閘總體設(shè)計規(guī)范》中的有關(guān)內(nèi)容計算確定。上游引航道底高程=上游最低通航水位－引航道的最小水深=－=上游導航建筑物頂高程=上游設(shè)計最高通航水位＋超高（空載干弦）=+=上閘首門頂高程=上游校核洪水位＋安全超高=+=當門前產(chǎn)生立波時，上閘首門頂高程=上游設(shè)計洪水位＋＋2＋安全超高=＋＋＋=，取。上式中為波浪中心線超過靜水位的高度，2為波高，可按下式計算，，，式中為墻前水深，=－=，為波長，為風速，為吹程，與閘前水面寬度有關(guān)，取3上閘首墻頂高程=門頂高程＋結(jié)構(gòu)安裝高度=+1=上閘首門檻高程=上游最低設(shè)計通航水位－門檻水深－=閘室墻頂高程=上游最高通航水位＋超高（空載干弦）=16+=設(shè)置高的胸墻，則實體墻頂高程為閘室底高程=上游設(shè)計最低通航水位－閘室設(shè)計水深=－=4下閘首門頂高程=上游最高通航水位＋超高=＋=下閘首墻頂高程=門頂高程＋結(jié)構(gòu)安裝高度=＋1=，下閘首頂高程不低于閘室墻頂高程，則取10、下閘首門檻高程=下游設(shè)計最低通航水位－門檻水深=－=411、下游引航道底高程=下游最底通航水位－引航道最小水深=－=412、下游引航道頂高程=下游最高通航水位＋超高（空載干弦）=＋=船閘各部分高程如下圖所示第四節(jié)引航道尺度引航道的作用在于保證船舶安全、順利地進出船閘，供等待過閘的船舶安全停泊，并使進出閘的船舶能交錯避讓。引航道的平面布置，直接影響船舶進出閘的時間，從而影響船閘的通過能力。在確定引航道的平面布置時，應(yīng)根據(jù)船閘的工程等級、線數(shù)、設(shè)計船型船隊、通過能力等，結(jié)合地形地質(zhì)、水流、泥沙及上下游航道的條件綜合考慮。根據(jù)高良澗二線船閘的閘址處的地形條件，采用反對稱型引航道布置。引航道長度導航段，為頂推船隊全長，1頂+2×1000級船隊長=160調(diào)順段（～）=240～320，取280停泊段（主要考慮拖帶船隊長），考慮到解隊過，解隊后船隊長，取180過渡段，為引航道寬度與航道寬度之差，二級航道寬為70，引航道寬度（取40），則=30，=300制動段用估算，為船隊進入口門航速，一般取～，則3×160=480引航道寬度考慮一側(cè)靠船，設(shè)計最大船寬，一側(cè)等候過閘的船隊總寬度=，富裕寬度，則引航道引航道最小水深，即=×=，考慮留有一定的富裕，取第五節(jié)船閘的通過能力舶（隊）進出閘時間船舶（隊）進出閘時間，可根據(jù)其運行距離和進出閘速度確定。對單向過閘和雙向過閘方式應(yīng)分別計算。單向進閘距離是船舶（隊）自引航道中?？课恢茫ň嚅l首70m）至閘室內(nèi)停泊處之間的距離，單向出閘距離為船舶（隊）自閘室內(nèi)停泊處至船尾駛離閘首之間的距離；雙向進閘距離是船舶（隊）自引航道中?？课恢弥灵l室內(nèi)停泊處之間的距離，雙向出閘距離為船舶（隊）自閘室內(nèi)停泊處至雙向過閘靠船碼頭的距離；單向進閘距離=70+25+210=305單向出閘距離=20+25+210=255雙向進閘距離=280+160+25+210=675雙向出閘距離=210+20+25+160+280=695根據(jù)《船閘總體設(shè)計規(guī)范》查得單向進閘單向出閘雙向進閘雙向出閘則，，閘門的啟、閉時間閘門的啟、閉時間與閘門型式和閘首口門寬度有關(guān)，當閘首口門寬度20～30時，約為2～3，取2閘室灌、瀉水時間船閘灌瀉水時間與水頭、輸水系統(tǒng)型式、閘室尺度有關(guān)，取=船舶（隊）進出閘門間隔時間船舶（隊）進出閘門間隔時間取則：單向過閘時間+4×2+2×9++2×5=雙向過閘時間2×+4×2+2×9+2×+4×5=實際上，由于上行與下行船舶（隊）均難以保證到閘的均勻性在設(shè)計中一般采用船舶（隊）單向過閘與雙向過閘所需時間的平均值來計算晝夜過閘次數(shù)，過閘時間船閘日平均過閘次數(shù)取25次船閘年通過能力式中：—日非運客、貨船過閘次數(shù)，取1—年通航天數(shù)（360天）—次過閘的平均載重噸位（4000噸）—船舶裝載系數(shù)（）—運量不均勻系數(shù)滿足通過能力的要求第六節(jié)船閘的附屬設(shè)施船閘附屬設(shè)施及其布置可參考《船閘總體設(shè)計規(guī)范》中的有關(guān)內(nèi)容。系船設(shè)備閘室、引航道等處的靠船建筑物靠船一側(cè)，設(shè)置龕式系船柱。系船柱不突出墻面。閘室墻、引航道等靠船建筑物的頂部設(shè)置固定系船柱。在閘室內(nèi)的布置，首尾系船柱距閘室的有效長度兩端距離為10m；在閘室墻墻面上設(shè)置固定系船柱其縱向間距為1.5m,橫向間距為15m安全防護和檢修設(shè)備高良澗船閘位于洪澤湖大堤（國家一級防洪建筑物）上，為了確保安全，在上閘首設(shè)置防洪門，兼做檢修門用；船閘閘室的閘室墻前沿設(shè)護輪坎。閘室兩側(cè)設(shè)置兩道嵌入式爬梯，爬梯距閘首距離取10m。信號和標志船閘按晝夜通航要求設(shè)置信號和標志，每道工作閘門上、下游均設(shè)置水尺?？刂仆ㄐ鸥吡紳径€船閘距原來的老船閘近5km,在設(shè)計時為了充分為了充分發(fā)揮兩個船閘的綜合效益，合理調(diào)度船舶運行，建議在兩個船閘之間設(shè)置一個遠方調(diào)度站，同船閘上的總調(diào)度室一起調(diào)度船舶運行。房屋和道路船閘的周圍分別設(shè)置生產(chǎn)、輔助生產(chǎn)、生活等用房，并結(jié)合船閘建設(shè)規(guī)劃作出統(tǒng)一的總體設(shè)計，其布置要求合理緊湊，管理方便。船閘的各部位之間，應(yīng)根據(jù)需要設(shè)置內(nèi)部道路和對外公路，高良澗船閘破洪澤湖大堤而建，原有的二級公路必需重建。環(huán)境保護船閘設(shè)計應(yīng)貫徹執(zhí)行《中華人民共和國環(huán)境保護法》的有關(guān)規(guī)定，做到船閘工程設(shè)計與環(huán)保設(shè)計同步進行，保護環(huán)境。船閘的環(huán)保和綠化設(shè)計，應(yīng)根據(jù)國家有關(guān)政策、法規(guī)、并參照現(xiàn)行的行業(yè)標準《港口工程環(huán)境保護設(shè)計規(guī)范》的有關(guān)規(guī)定。船閘施工期由于吹填或基坑開挖，場地填筑等產(chǎn)生的粉塵，以及施工機械產(chǎn)生的噪音，對環(huán)境構(gòu)成威脅時，應(yīng)采取防治保護措施。閘區(qū)范圍內(nèi)應(yīng)進行近、遠期綠化總體規(guī)劃，其陸域綠化覆蓋系數(shù)應(yīng)不小于30%。消防和救護船閘設(shè)計應(yīng)執(zhí)行《中華人民共和國消防法》的有關(guān)規(guī)定，設(shè)置專用的消防設(shè)施。閘首等部位設(shè)置消防栓、滅火器、滅火材料等有關(guān)器材。船閘應(yīng)設(shè)專用的消防通道、消防水泵等。船閘的房屋設(shè)計應(yīng)符合現(xiàn)行國家標準《建筑設(shè)計防火規(guī)范》的有關(guān)規(guī)定。第二章船閘的輸水系統(tǒng)輸水系統(tǒng)的選擇、輸水型式及消能工一輸水系統(tǒng)輸水系統(tǒng)可分為集中輸水系統(tǒng)和分散輸水系統(tǒng)兩大類。判別系數(shù)采用集中輸水系統(tǒng)，結(jié)合已建船閘的輸水型式采用環(huán)形短廊道輸水。根據(jù)《船閘輸水系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范》集中式輸水系統(tǒng)的布置原則，可初步確定輸水系統(tǒng)的尺寸。輸水廊道的進口輸水廊道的進口應(yīng)布置在水下一定深度，一般低于設(shè)計最低通航水位以下～以上，以保證廊道進口頂部不產(chǎn)生負壓，避免輸水時吸入空氣使進入閘室的水流摻氣而加劇水流的紊亂。為減少水流進口的損失，在廊道進口修圓，修圓半徑為（～）（為輸水廊道進口寬度），取。輸水廊道的彎曲段廊道彎曲段的主要設(shè)計任務(wù)是選擇合適的曲率半徑，特別是內(nèi)側(cè)曲面的曲率半徑。根據(jù)規(guī)范，取進口轉(zhuǎn)彎段內(nèi)側(cè)曲率半徑，外側(cè)6，轉(zhuǎn)彎中心線4；出口轉(zhuǎn)彎段內(nèi)側(cè)曲率半徑2，外側(cè)8，轉(zhuǎn)彎中心線。輸水廊道的出口為減小輸水廊道出口的水流流速，擴大水流對沖面積增加消能效果，并減少出口損失，廊道出口斷面面積取閥門斷面面積的倍（6）。為使出流均勻增加消能效果，在轉(zhuǎn)彎的起點即開始擴大并增設(shè)導墻。導墻的位于廊道正中而略偏向外側(cè)。為使廊道出口處水流平穩(wěn)，增加對沖消能的效果，并提高廊道內(nèi)側(cè)曲面的壓力，廊道出口淹沒水深通常上閘首大于～，下閘首應(yīng)大于～。輸水廊道的直線段在廊道的轉(zhuǎn)彎段之間，應(yīng)有一定的直線段長度，主要是為了使閥門后水流能夠得到充分擴散，同時便于布置輸水閥門和檢修閥門。直線段的長度一般為（～）圖2-1二消能工集中輸水系統(tǒng)消能工的布置應(yīng)使水流能夠充分消能和均勻擴散，并不妨礙輸水系統(tǒng)的泄流能力。根據(jù)后面水力計算中求出的流速和水頭，查規(guī)范可采用簡單消能工。選用消力檻消能。輸水系統(tǒng)及消能工的布置簡圖見圖2-1第二節(jié)船閘輸水系統(tǒng)的水力計算水閥門處廊道斷面面積式中：—計算水域面積255×23=5865—設(shè)計水頭取—閥門全開時輸水系統(tǒng)的流量系數(shù)，可取～，取—系數(shù)，銳緣平板閥門=時，取—可取～，取—閘室灌水時間，取則；輸水系統(tǒng)的阻力系數(shù)和流量系數(shù)流量系數(shù)式中：—時刻t時的輸水系統(tǒng)流量系數(shù)—時刻t時閥門開度時的閥門局部阻力系數(shù)，可按表A.0.4選用—閥門井或門槽的損失系數(shù)，平面閥門取，這里用×2（兩個門槽）—閥門全開后輸水系統(tǒng)總阻力系數(shù)輸水系統(tǒng)總阻力系數(shù)包括進口、進口彎、出口彎、擴大、出口等的局部阻力系數(shù)和沿層摩阻損失的阻力系數(shù)，即各局部阻力系數(shù)可按《船閘輸水系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范》附錄A表A.0.1中提供的計算方法計算選取，其中：—對于邊緣微帶圓弧形的進口時為～，取—進口轉(zhuǎn)彎可由公式計算，其中為轉(zhuǎn)角（），為系數(shù)與廊道的形狀及轉(zhuǎn)彎的曲率半徑有關(guān)，當時，可查得=，則=—可用上面的方法求得，為—可用公式計算，式中、為前后計算斷面的面積分別為4×和6×，為系數(shù)，與圓錐頂角有關(guān)，由幾何關(guān)系可知為（計算過程詳見底稿），則查表得=，則可以求出=—對于多支孔出口，為～，需將出口處的阻力系數(shù)換算為閥門處廊道斷面的阻力系數(shù)乘以，則當出口阻力系數(shù)為時實際阻力系數(shù)為—忽略沿層阻力的影響，取=0則=+++++0=當閥門全開時=輸水閥門開啟時間式中：—系數(shù)，對銳緣平板閥門取—輸水閥門處廊道斷面面積×4×2=28—波浪力系數(shù)，當船舶（隊）長度接近閘室長度時，取1—船舶（隊）排水量，計算閥門開啟時間時用單船2×1000×=2600—船舶允許系纜力，按《船閘輸水系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范》表2.2.1確定，取32—初始水位時閘室的橫斷面積×23=—船舶（隊）進水橫斷面積×××2=，其中為船舶斷面系數(shù)則：閘室輸水時間閘室輸水時間應(yīng)根據(jù)確定的流量系數(shù)和閥門開啟時間核算式中：—閘室水域面積255×23=5865—閥門全開時輸水系統(tǒng)的流量系數(shù)，取—輸水閥門處的斷面面積28—系數(shù)，按表3.3.2確定，取—閥門的開啟時間，則：閘室輸水水力特征曲線船閘的水力特征曲線包括流量系數(shù)與時間的關(guān)系曲線、閘室水位與時間的關(guān)系曲線、流量與時間的關(guān)系曲線、能量與時間的關(guān)系曲線、比能與時間的關(guān)系曲線以及閘室與上下游引航道斷面平均流速與時間的關(guān)系曲線。計算公式可參見《船閘輸水系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范》附錄C中的有關(guān)規(guī)定，具體計算過程可以編程計算。詳見附錄1的水力計算程序。將計算結(jié)果繪成水力曲線如下：1）、流量系數(shù)與時間的關(guān)系曲線流量系數(shù)可由公式計算，其中可由閥門的開啟度變化確定。計算結(jié)果見流量系數(shù)與時間關(guān)系曲線。2）、閘室水位與時間關(guān)系曲線當忽略閥門開啟過程慣性水頭的影響時，閥門開啟過程中任一時刻段末的水頭可按下式計算：則閘室水位可用上游水位－水頭，計算結(jié)果如下圖：3）、流量與時間關(guān)系曲線流量與時間關(guān)系曲線可通過下列公式計算：具體計算結(jié)果見下圖：4）、能量與時間關(guān)系曲線能量與時間關(guān)系曲線可由下式計算5）、比能與時間的關(guān)系曲線比能與時間的關(guān)系曲線可由下式計算：計算結(jié)果見下圖：6）、流速與時間關(guān)系曲線灌泄水過程各時刻的閘室與引航道斷面平均流速可按下式計算：計算結(jié)果見下圖：第三節(jié)停泊穩(wěn)定條件當閘室灌水或泄水時，停泊在閘室內(nèi)或引航道內(nèi)的船舶將受到水流作用力的作用，而在系船纜繩上產(chǎn)生拉力。在閘室灌、泄水過程中，影響水流作用力亦即過閘船舶纜繩拉力的大小及其變化的因素是相當復雜的。它不僅與輸水系統(tǒng)的型式、閥門的開啟方式有關(guān)，而且與船舶的大小、編隊方式、系纜方法以及船舶在閘室和引航道內(nèi)的位置有關(guān)。目前，纜繩拉力的確定還不能從理論分析上得到滿意的解答，而只能對一些簡單的情況作很粗