船閘設(shè)計(jì)計(jì)算書(shū)

船閘設(shè)計(jì)計(jì)算書(shū)目錄TOC\o"1-5"\h\z一、 設(shè)計(jì)基本資料 2二、 船閘總體規(guī)劃 3三、 船閘輸水系統(tǒng)型式選擇及水力計(jì)算 6四、 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 6五、 設(shè)計(jì)中應(yīng)注意的問(wèn)題 15指導(dǎo)老師：拾兵組長(zhǎng)：王桂蘭組員：劉邑雨金恒張建張俊杰

設(shè)計(jì)基本資料經(jīng)濟(jì)資料建筑物設(shè)計(jì)等級(jí)：某二級(jí)船閘，其閘門(mén)，閘首，閘室等主要結(jié)構(gòu)按二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，導(dǎo)航墻，靠船碼頭等按三級(jí)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，臨時(shí)建筑物按四級(jí)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)。貨運(yùn)量：2009年過(guò)閘貨流2100萬(wàn)t，其中上行1000萬(wàn)t，下行1100萬(wàn)t，年設(shè)計(jì)通過(guò)能力為2100萬(wàn)t。通航情況：通航期N=360d/年，客輪，工作輪過(guò)閘壩數(shù)n0=5，舶載重量系數(shù)a=0.83。月不均勻系數(shù)B=1.1，船閘晝夜工作時(shí)間t=22h。設(shè)計(jì)船型：見(jiàn)表1-1表1-1 設(shè)計(jì)船型船型馬力(匹)駁船尺度(m)船隊(duì)尺度(m)一頂+2*2000t37075x14x(2.6~2.8)185x14x(2.6~2.8)一頂+2*1000t27062x10.6x(2.0~2.2)151.5x10.6x(2.0~2.2)一拖+12*100t25024.85x5.24x1.85321.5X5.24X1.85水文與氣象資料(1)特征水位及水位組合：見(jiàn)表1-2和表1-3表1-2 特征水位表 表1-3 水位組合表特征水位上游特征水位上游下游校核洪水位23.518.5設(shè)計(jì)洪水位21.016.0最高通航水位20.015.1最低通航水位14.514.0校核低水位13.0計(jì)算工況上游水位(m)下游水位(m)設(shè)計(jì)情況20.014.0校核情況①22.515.1校核情況②21.013.5檢修情況20.015.5氣象資料：降雨量主要影響施工設(shè)計(jì)(略)氣溫主要影響施工設(shè)計(jì)及通航期長(zhǎng)短，此處冰凍不影響航速，最多風(fēng)向?yàn)闁|南風(fēng)，設(shè)計(jì)8級(jí)風(fēng)。風(fēng)速V=20.8m/m，校核10級(jí)風(fēng)，V=25.6m/s。地質(zhì)資料及回填土資料回填土的實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表1-4所示，地基土的物理力學(xué)指標(biāo)如表1-5所示。表1-4 回填土料土工試驗(yàn)天然含水量W(%)土粒比重G天然干重度土壤分類(lèi)擊實(shí)試驗(yàn)抗剪強(qiáng)度滲透系數(shù)(cm/s)擊實(shí)標(biāo)準(zhǔn)最大干重度最優(yōu)含水量控制干重度粘聚力內(nèi)摩擦力25.22.7515.0粉砂土20.0181416.51.6266.0X10-6表1-5 地基土物理力學(xué)特性土層標(biāo)高土壤名稱(chēng)標(biāo)準(zhǔn)貝入天然含水量天然重度干重度比重空隙比孔隙率飽和度抗剪強(qiáng)度壓縮試驗(yàn)滲透系數(shù)粘聚力內(nèi)摩擦角壓縮系數(shù)壓縮模量12.08.3亞粘土626.518.514.62.72460.858460250.02475003.29X10-48.3-1.9粘土3419.020.917.62.74360.5693126270.01182861.21X10-6-1.9-16.0粘土4317.320.717.62.74360.5586155330.01885006.9X10-6地震根據(jù)地震基本烈度區(qū)劃圖，該地區(qū)基本烈度為6度，不進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)。交通及建筑材料供應(yīng)情況水運(yùn)，公路均直達(dá)工地，運(yùn)輸方便。鋼材供應(yīng)充足，由南京發(fā)貨，水泥，石料均由安徽北部提供，水運(yùn)而來(lái)，價(jià)格便宜。木材較缺，需由福建。江西運(yùn)來(lái)，供應(yīng)有限。二、.船閘總體規(guī)劃船閘規(guī)模根據(jù)設(shè)計(jì)船型資料，考慮1頂+2*2000t船隊(duì)一次過(guò)閘，1頂+2*1000t船隊(duì)兩排并列一次過(guò)閘，一頂2*1000t與1拖12*100t解隊(duì)并排過(guò)閘三種組合，其計(jì)算結(jié)果如表1-6所示。表1-6 船閘基本尺度計(jì)算表 單位（m）組合情況船隊(duì)尺度富裕長(zhǎng)度有效長(zhǎng)度船隊(duì)寬度富裕寬度有效寬度1頂+2*200018513.1198.114.01.2615.261頂+2*1000t16011.6171.621.21.3622.551頂2*1000t1拖12*100t172.17.16179.321.11.3422.34綜合以上三種組合情況計(jì)算結(jié)果，取閘室有效長(zhǎng)度lc=200m,考慮鎮(zhèn)靜長(zhǎng)度10m，則閘室長(zhǎng)度取210m。閘室的有效寬度Bc=23m，由最大船舶吃水得檻上水深Hc^1.6X2.8=4.48m，考慮到二級(jí)航道標(biāo)準(zhǔn)及預(yù)留一定的富裕，取檻上水深H=5.0m，則閘室尺度為210mX23mX5m.c船閘最小過(guò)水?dāng)嗝娴臄嗝嫦禂?shù)n=W二：：*=1.9421.5?2.0,符合要求.也21.2X2.8各部分高程確定上游引航道底高程=上游設(shè)計(jì)最低通航水位一引航道最小水深=14.5-5.0=9.5m.上游導(dǎo)航建筑物頂高程=上游設(shè)計(jì)最高通航水位+超高（空載干舷）=20.0+2.5=22.5m.上閘室首門(mén)頂高程=上游校核洪水位+安全超高=23.5+0.5=24.0m.當(dāng)門(mén)前產(chǎn)生立波時(shí)，上閘首門(mén)頂高程=上游設(shè)計(jì)洪水位+H+2H+安全超高0w=21.0+0.19+0.72+0.5=22.41m，上述兩者取最大值，取閘門(mén)頂高程為24.0m.上式中Ho為波浪中心線(xiàn)超過(guò)靜水位高度，2Hw為波高，2Lw為波長(zhǎng)，可按下式計(jì)算:『丸(^,2Hw=0.0151Ho.34WDo.33,2Lw=0.l04Ho.573WDo.33,^w式中：H為閘前水深，H=21.0-9.5=11.5m;W為計(jì)算風(fēng)速，W=20.8m/s;D為吹程，與閘前水面寬度有關(guān)，近似取D=1km.經(jīng)計(jì)算：2Hw=0.72m,2Lw=8.77m,Ho=0.19m.上閘首墻頂高程二門(mén)頂高程+結(jié)構(gòu)安裝高度=24.0+1.0=25.0（m）,取與鄰近擋水建筑物高程一致為25.5m.上閘首門(mén)檻高程=上游設(shè)計(jì)最低通航水位-門(mén)檻水深=14.5-5.0=9.5（m）.閘室底高程=下游設(shè)計(jì)最低通航水位-閘室設(shè)計(jì)水深=14.0-5.0=9.0（m）.閘室墻頂高程=上游設(shè)計(jì)最高通航水位+超高（空載干舷）=20.0+2.5=22.5（m）.墻頂設(shè)1.0m胸墻，則實(shí)體墻頂高程取21.5m.下閘首門(mén)頂高程=上游設(shè)計(jì)最高通航水位+超高=20.0+0.5=20.5（m）.下閘首墻頂高程=門(mén)頂高程+結(jié)構(gòu)安裝高度=20.5+1.0=21.5（m）.下閘首門(mén)檻高程=下游設(shè)計(jì)最低通航水位-門(mén)檻水深=14.0-5.0=9.0（m）.下游引航道底高程=下游設(shè)計(jì)最低通航水位-引航道最小水深=14.0-5.0=9.0（m）.下游導(dǎo)航建筑物頂高程=下游設(shè)計(jì)最高通航水位+超高（空載干舷）=15.1+2.5=17.6（m）.船閘各部分高程如下圖所示:引航道型式及尺度確定根據(jù)地形條件、開(kāi)挖工程量等，引航道型式采用不對(duì)稱(chēng)式。（1）引航道長(zhǎng)度：導(dǎo)航段：l1>lc，lc為頂推船隊(duì)全長(zhǎng)，1頂+2000t級(jí)船隊(duì)長(zhǎng)lc=185m，取11=190m.調(diào)順段：l2>（1.5~2.o）lc=（277.5~370）m,取l2=300m.停泊段：l3>lc（主要考慮拖帶船隊(duì)）>321.2，取l3=325m.過(guò)度段：l4>10AB,AB為引航道寬度與航道寬度之差，二級(jí)航道寬為70m，引航道寬由計(jì)算為70m，則AB=70-70=0，l4=0.制動(dòng)段：對(duì)通行頂推船隊(duì)的船閘，其制動(dòng)段長(zhǎng)度可按式l廣alc估算，當(dāng)船隊(duì)進(jìn)入口門(mén)航速為2.5?4.5m/s時(shí)，a=2.5?4.5，取a=3.0，則l5=3.0x185=555（m）.引航道總長(zhǎng)=l1+l2+l3+l4+l5=190+300+325+0+555=1370（m）.引航道寬度：考慮到河流上船舶較多，取兩側(cè)靠船，設(shè)計(jì)最大船寬bc=14m,一側(cè)等候過(guò)閘的船隊(duì)總寬bci=14m,另一側(cè)等候過(guò)閘的船隊(duì)寬度bc2=14m,富裕寬度^b=bc,則B0=bc+bc1+bc2+2△b=14+14+14+2x14=70m，取引航道寬度為70m.引航道水深：引航道水深應(yīng)滿(mǎn)足h(/t>1.4~1.5，其中T為設(shè)計(jì)最大船隊(duì)滿(mǎn)載吃水，取T=2.8m，則H0>1.5x2.8=4.2m,取引航道水深％=5.0m.船閘通過(guò)能力進(jìn)出閘時(shí)間：船隊(duì)進(jìn)出閘時(shí)間，可根據(jù)其運(yùn)行距離和進(jìn)出閘速度確定。對(duì)單向過(guò)閘和雙向過(guò)閘方式應(yīng)分別計(jì)算。雙向進(jìn)閘距離是船隊(duì)自引航道中?？课恢弥灵l室內(nèi)停泊處之間的距離，雙向出閘距離是船隊(duì)自閘室內(nèi)停泊處至雙向過(guò)閘靠船碼頭的距離。單向進(jìn)閘距離是船隊(duì)自引航道中?？课恢弥灵l室內(nèi)停泊處之間的距離，出閘時(shí)，是船隊(duì)自閘室內(nèi)停泊處至船尾駛離閘門(mén)之間的距離。其距離可分別按下式近似確定：?jiǎn)蜗蜻M(jìn)閘：L1=?(1+ai)單向出閘：L1=Lc(1+ai)雙向過(guò)閘：L2=L2=Lc(1+a2)+l1+l2式中：Lc為閘室有效長(zhǎng)度200m;a1>a1>a2^系數(shù)，可?。?0.4，七=0.1，a2=0,1；l1為導(dǎo)航段長(zhǎng)度190m;12為調(diào)順段長(zhǎng)度300m.將以上數(shù)值代入上式中，則L1=280m,L1=220m,L2=L2=710m.根據(jù)《船閘設(shè)計(jì)規(guī)范》查得單向進(jìn)閘速度］=0.5m/s，單向出閘速度、=0.7m/s,雙向進(jìn)閘速度V2=0.7m/s，雙向出閘速度V2=1.0m/s.進(jìn)出閘時(shí)間可按下式計(jì)算：?jiǎn)蜗蜻M(jìn)閘：t1=L1/V1=280/0.5=9.33(min)單向出閘：t4=L1/V1=220/0.7=5.24(min)雙向進(jìn)閘：V=L2/V2=710/0.7=16.90(min)雙向出閘：t4=L2/V2=710/1.0=11.83(min)開(kāi)啟、關(guān)閉閘門(mén)時(shí)間t2：閘門(mén)啟閉時(shí)間與閘門(mén)型式和閘門(mén)型式和閘首口門(mén)寬度有關(guān)，當(dāng)閘首口門(mén)寬為20?34m時(shí)，t2約為2?3min,取t2=2min.閘室灌泄水時(shí)間t3:船閘灌泄水時(shí)間與水頭、輸水系統(tǒng)型式、閘室尺度等有關(guān)，取t3=8min.船隊(duì)進(jìn)出閘間隔時(shí)間t5:取t5=5.0min.過(guò)閘時(shí)間：?jiǎn)渭?jí)船閘一次過(guò)閘時(shí)間可按下式計(jì)算：T=1(T+A)21 2式中：T1為單向一次過(guò)閘時(shí)間，T1=t1+4t2+2t3+t4+2t5=9.33+4X2+2X8+5.24+2X5.0=48.57min;T/2為雙向一次過(guò)閘時(shí)間，T/2=t，+2t+t+t,+2t=16.90+2 ， 2 '1 2 3 4 52X2.0+8+11.83+2X5.0=50.73min.過(guò)閘時(shí)間：T=1(T1+T-?)=MX(48.57+50.73)=49.65(min)日平均過(guò)閘次數(shù)：n=TX60=^^=26.6,取n=26T49.65（6）年通過(guò)能力按下式計(jì)算：P=（n-n0）詈式中：G為一次過(guò)閘平均噸位，根據(jù)運(yùn)量預(yù)測(cè)，一頂+2x2000t船隊(duì)約占30%，二列一頂+2x1000t船隊(duì)約占50%，一頂+2x1000t+一拖+12x100t船隊(duì)約占20%，則G=4000x30%+4000X50%+3200X20%=3840（t）P=（26-5）x360x31410x0'83=219°?5（萬(wàn)”2100（萬(wàn)而滿(mǎn)足通過(guò)能力要求。船閘輸水系統(tǒng)型式選擇及水力計(jì)算船閘輸水系統(tǒng)型式選擇（1）集中輸水系統(tǒng)和分散輸水系統(tǒng)選擇T 8.0 ……判別系數(shù)m=^==^==4.0>3.5<H v5.0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(jì)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。1） 輸水廊道的進(jìn)口輸水廊道的進(jìn)口應(yīng)布置在水下一定深度，一般低于設(shè)計(jì)最低通航水位以下0.5?1.0m以上，以保證廊道進(jìn)口頂部不產(chǎn)生負(fù)壓，避免輸水時(shí)吸入空氣使進(jìn)入閘室的水流摻氣而加劇水流的紊亂。為減少水流進(jìn)口的損失，在廊道進(jìn)口修圓，修圓半徑為（0.1?0.5）b（b為輸水廊道進(jìn)口寬度），取0.5m。2） 輸水廊道的彎曲段廊道彎曲段的主要設(shè)計(jì)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(jìn)口轉(zhuǎn)彎段內(nèi)側(cè)曲率半徑1.5m，外側(cè)6.5m，轉(zhuǎn)彎中心線(xiàn)4m；出口轉(zhuǎn)彎段內(nèi)側(cè)曲率半徑1.5m，外側(cè)6.5m，轉(zhuǎn)彎中心線(xiàn)4m。3） 輸水廊道的出口為減小輸水廊道出口的水流流速，擴(kuò)大水流對(duì)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(mén)斷面面積的1.5倍（6m）。為使出流均勻增加消能效果，在轉(zhuǎn)彎的起點(diǎn)即開(kāi)始擴(kuò)大并增設(shè)導(dǎo)墻。導(dǎo)墻的位于廊道正中而略偏向內(nèi)側(cè)0.8m。為使廊道出口處水流平穩(wěn)，增加對(duì)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(méi)水深通常上閘首大于1.0?2.0m，下閘首應(yīng)大于0.5?1.5m。4） 輸水廊道的直線(xiàn)段在廊道的轉(zhuǎn)彎段之間，應(yīng)有一定的直線(xiàn)段長(zhǎng)度，主要是為了使閥門(mén)后水流能夠得到充分?jǐn)U散，同時(shí)便于布置輸水閥門(mén)和檢修閥門(mén)。直線(xiàn)段的長(zhǎng)度一般為（1.3?2.5）b，取9.0m。（2）消能工選擇集中輸水系統(tǒng)消能工的布置應(yīng)使水流能夠充分消能和均勻擴(kuò)散，并不妨礙輸水系統(tǒng)的泄流能力。根據(jù)后面水力計(jì)算中求出的流速和水頭，查規(guī)范可采用簡(jiǎn)單消能工。選用消力檻消能。船閘水力計(jì)算⑴輸水廊道斷面面積①=叮（2g[1—（1—以）kv]式中：c—計(jì)算水域面積210X23=4830m2H—設(shè)計(jì)水頭取5.0m日一閥門(mén)全開(kāi)時(shí)輸水系統(tǒng)的流量系數(shù)，可取0.6?0.8,取0.7a一系數(shù)，銳緣平板閥門(mén)日=0.7時(shí)，取0.56氣一可取0.6?0.8,取0.8T一閘室灌水時(shí)間，取8.0min則;2x4830x\'5則;w= . =22.43m20.7x8x60x、；2x9.8[1-(1-0.56)x0.8]⑵輸水系統(tǒng)的阻力系數(shù)和流量系數(shù)流量系數(shù)式中：七一時(shí)刻t時(shí)的輸水系統(tǒng)流量系數(shù)&切一時(shí)刻t時(shí)閥門(mén)開(kāi)度n時(shí)的閥門(mén)局部阻力系數(shù)，可按表A.0.4選用&'一閥門(mén)井或門(mén)槽的損失系數(shù)，平面閥門(mén)取0.1，這里用0.1X2（兩個(gè)門(mén)槽）&c一閥門(mén)全開(kāi)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(jìn)口、進(jìn)口彎、出口彎、擴(kuò)大、出口等的局部阻力系數(shù)和c沿層摩阻損失的阻力系數(shù)，即&=& +& +& +& +& +&c進(jìn)口進(jìn)彎出彎擴(kuò)大出口沿層各局部阻力系數(shù)可按《船閘輸水系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》附錄A表A.0.1中提供的計(jì)算方法計(jì)算選取，其中：&進(jìn)口一對(duì)于邊緣微帶圓弧形的進(jìn)口時(shí)為0.2?0.25，取0.25&i一進(jìn)口轉(zhuǎn)彎可由公式&=&'尊計(jì)算，其中。為轉(zhuǎn)角（90。），&'為系數(shù)與進(jìn)彎 kk90° k廊道的形狀及轉(zhuǎn)彎的曲率半徑有關(guān)，當(dāng)或=亦=0.42時(shí)，可查得&k=0.37，則&進(jìn)彎=0.37&出彎一可用上面的方法求得，為0.37&擴(kuò)大一可用公式&擴(kuò)大=k（1-才）2計(jì)算，式中①?gòu)Vw2為前后計(jì)算斷面的面積分別為4X3.5和6.5X3.5,k為系數(shù)，與圓錐頂角有關(guān)，由幾何關(guān)系可知0為6.27°，則查表得k=0.13，則可以求出&擴(kuò)大=0.015

常一對(duì)于多支孔出口’常為°.7?爵’需將出口處的阻力系數(shù)換算為閥門(mén)處廊道斷面的阻力系數(shù)乘以（茹口2，則當(dāng)出口阻力系數(shù)為0.8時(shí)實(shí)際阻力系數(shù)為0.35&沿層一忽略沿層阻力的影響，取&沿層=0&=0.25+0.37+0.37+0.015+0.35+0=1.355當(dāng)閥門(mén)全開(kāi)時(shí)1H廣<1.355+0.2=0.81⑶輸水閥門(mén)開(kāi)啟時(shí)間式中:K式中:Kr一系數(shù)，對(duì)銳緣平板閥門(mén)取0.725①一輸水閥門(mén)處廊道斷面面積①=22.43m2D一波浪力系數(shù)，當(dāng)船舶（隊(duì)）長(zhǎng)度接近閘室長(zhǎng)度時(shí)，取1W一船舶（隊(duì)）排水量，計(jì)算閥門(mén)開(kāi)啟時(shí)間時(shí)用單船2X2000X1.3=5200tPl一船舶允許系纜力，按《船閘輸水系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》表2.2.1確定，取40KN?C一初始水位時(shí)閘室的橫斷面積5X23=115m2X一船舶（隊(duì)）進(jìn)水橫斷面積2.8X14X0.9X2=70.56m2，其中0.9為船舶斷面系數(shù)則上 t=0.725X22.43X1X5200S弟有=211.67s=3.5minv 40X（115—70.56）⑷閘室輸水時(shí)間閘室輸水時(shí)間應(yīng)根據(jù)確定的流量系數(shù)和閥門(mén)開(kāi)啟時(shí)間核算f 2cJH 、T= +（1—以）t呻v2g v式中：c一閘室水域面積230X23=5290m2R一閥門(mén)全開(kāi)時(shí)輸水系統(tǒng)的流量系數(shù)，取0.8①一輸水閥門(mén)處的斷面面積22.43m2a一系數(shù)，按表3.3.2確定，取0.53氣一閥門(mén)的開(kāi)啟時(shí)間，3.5min

則:2x則:2x4830x%5.00.8x22.43xt2x9.8+(1-0.53)x3.5x60=370.6s=6.2min閘室輸水水力特征曲線(xiàn)船閘的水力特征曲線(xiàn)包括流量系數(shù)與時(shí)間的關(guān)系曲線(xiàn)、閘室水位與時(shí)間的關(guān)系曲線(xiàn)、流量與時(shí)間的關(guān)系曲線(xiàn)、能量與時(shí)間的關(guān)系曲線(xiàn)、比能與時(shí)間的關(guān)系曲線(xiàn)以及閘室與上下游引航道斷面平均流速與時(shí)間的關(guān)系曲線(xiàn)。計(jì)算公式可參見(jiàn)《船閘輸水系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》附錄C中的有關(guān)規(guī)定，具體計(jì)算過(guò)程可以編程計(jì)算。將計(jì)算結(jié)果繪成水力曲線(xiàn)如下：（1）流量系數(shù)與時(shí)間的關(guān)系曲線(xiàn)1流量系數(shù)可由公式氣=^======計(jì)算，其中&股可由閥門(mén)的開(kāi)啟度變化確定。計(jì)vn c算結(jié)果見(jiàn)流量系數(shù)與時(shí)間關(guān)系曲線(xiàn)。（2）閘室水位與時(shí)間關(guān)系曲線(xiàn)當(dāng)忽略閥門(mén)開(kāi)啟過(guò)程慣性水頭的影響時(shí)，閥門(mén)開(kāi)啟過(guò)程中任一時(shí)刻段末的水頭可按下式計(jì)算：h=頃-生1）2‘+1 ^ 2C則閘室水位可用上游水位一水頭，計(jì)算結(jié)果如下圖：

222018161412108642閘室水位與時(shí)間關(guān)系曲線(xiàn)12 3 4 5 6時(shí)間（min）7 8 9流量與時(shí)間關(guān)系曲線(xiàn)閘室水位與時(shí)間關(guān)系曲線(xiàn)12 3 4 5 6時(shí)間（min）7 8 9流量與時(shí)間關(guān)系曲線(xiàn)可通過(guò)下列公式計(jì)算：Q=f'2g(h+d)t t tt其中，dt為時(shí)刻t的慣性水頭，￡重流1 2 3 4 5 6 7流量與時(shí)間關(guān)系曲線(xiàn)10080840時(shí)間(min)￡重流1 2 3 4 5 6 7流量與時(shí)間關(guān)系曲線(xiàn)10080840時(shí)間(min)能量與時(shí)間關(guān)系曲線(xiàn)能量與時(shí)間關(guān)系曲線(xiàn)可由下式計(jì)算E=9.81Qh比能與時(shí)間的關(guān)系曲線(xiàn)比能與時(shí)間的關(guān)系曲線(xiàn)可由下式計(jì)算:ptwt計(jì)算結(jié)果見(jiàn)下圖：時(shí)間(min)流速與時(shí)間關(guān)系曲線(xiàn)灌泄水過(guò)程各時(shí)刻的閘室與引航道斷面平均流速可按下式計(jì)算:v=Q

tO

t計(jì)算結(jié)果見(jiàn)下圖：閘閥門(mén)及啟閉機(jī)型式選擇上、下閘首結(jié)構(gòu)選用整體式結(jié)構(gòu)，閘室結(jié)構(gòu)選用鋼筋混凝土重力式，上、下游翼墻選用漿砌塊石重力式，上、下閘門(mén)均選用人字門(mén)，閥門(mén)選用平板閥門(mén)，人字閘門(mén)選用臥式液壓活塞桿式啟閉機(jī)，平板閥門(mén)選用液壓式啟閉機(jī)。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)船閘結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)包括閘首結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)和閘室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算，主要進(jìn)行了上閘首結(jié)構(gòu)穩(wěn)定計(jì)算。具體計(jì)算過(guò)程如下：荷載計(jì)算計(jì)算情況選用運(yùn)用情況，上游水位20.0m，下游水位14.0m。上閘首自重。上閘首分為三段，門(mén)前段長(zhǎng)2.3m，門(mén)龕段長(zhǎng)15.2m，門(mén)后段長(zhǎng)9.0m。閘首自重分段分塊計(jì)算，剛勁混凝土重度Y=25kN/m3。其第111段自重計(jì)算結(jié)果如表1-7所示，空箱及廊道等挖空部分自重及力矩以負(fù)值表示。限于篇幅，第I、第11段自重僅將其計(jì)算結(jié)果列于表1-8。

上閘首結(jié)構(gòu)圖表1-7 上閘首自重結(jié)果計(jì)算表（III段，成9.0m）上閘首結(jié)構(gòu)圖編號(hào)部位自重力自重對(duì)下游墻面自重對(duì)邊墩內(nèi)側(cè)算式W1(kN)L2(m)M(kN.m)L2(m)M(kN.m)mi邊墩▽9.0?25.525X9.0X9.1X(25.5-9.0)33783.754.50152026.884.55153716.06m2底板▽5.5?9.025X20.6X9.0X(9.0-5.5)16222.504.5073001.25m3廊道▽9.0?12.025X(n/4X6.52-n/4X1.52-1.0X2.0)X(12.0-9.0)-2205.195.58-12310.544.22-9310.1225X5.0X1.0X(12.0-9.0)-375.04.10-1537.500.50-187.50m4空箱2^14.0?25.525X7.0X3.5X(25.5-14.0)-7043.757.95-55997.814.60-32401.25空箱新14.0?25.525X7.0X4.2(25.5-14.0)-6452.503.30-27893.254.60-38881.50合計(jì)31928.81127289.0372935.69

表1-8 上閘首自重計(jì)算主要結(jié)果編號(hào)自重（kN）自重對(duì)下游墻面的力矩（kN.m）自重對(duì)邊墩內(nèi)側(cè)的力矩（kN.m）一側(cè)邊墩的自重（kN）半底板自重（kN）I11298.75287373.0629180.106660.724738.00II50817.06825269.3782047.0222786.8128039.25m31928.81127289.0372935.6915706.3116222.50注：以上為閘首一半自重。（2）上閘首水重。上閘首水重包括廊道水重及底板水重，可分段列表計(jì)算。限于篇幅先僅將結(jié)果列于表1-9。表1-9 水重計(jì)算結(jié)果匯總編號(hào)水重（kN）水重對(duì)下游墻面的力矩（kN.m）水重對(duì)邊墩內(nèi)側(cè)的力矩（kN.m）邊墩水重（kN）底板水重（kN）I2837.6372933.6260.382777.25II21804.03377115.965716.201902.4819901.55m6235.4829773.144471.071152.075083.00注：以上為閘首一半水重。（3）縱向土壓力計(jì)算，作用于閘首邊墩上平行于船閘軸線(xiàn)的軸線(xiàn)的縱向土壓力按靜止土壓力計(jì)算，靜止土壓力系數(shù)取主動(dòng)土壓力系數(shù)的1.35倍。地下水位以上土的重度可按下式計(jì)算：Y=pg=p（1+?）g （4-30）d由回填土資料，Pd=16.5kN/m3,W=20%,得y=19.8kN/m3,內(nèi)摩擦角e上=26°。主動(dòng)土壓力系數(shù)ka1=0.3905，靜止土壓力系數(shù)k01=0.5272；水下土的重度Y‘=10.4kN/m3,內(nèi)摩擦角Y下=24°，主動(dòng)土壓力系數(shù)ka2=0.4217，靜止土壓力系數(shù)k02=0.5693；飽和重度Y"=20.4kN/m3，地面活荷載4.0Pa。飽作用于閘首上游端面的土壓力包括上游翼墻墻后填土對(duì)閘首邊墩的土壓力及作用于底板上的土壓力。作用于邊墩上的土壓力強(qiáng)度列表計(jì)算如下：表1-10 邊墩土壓力強(qiáng)度編號(hào)高程（m）法向應(yīng)力算式法向應(yīng)力（kPa）土壓力強(qiáng)度（kPa）022.544.000.5272X7=2.11

121.54+19.8X(22.5-21.5)23.800.5272X23.80=12.55220.023.90+19.8X(21.5-20.0)53.500.5272X53.50=28.21(水上)0.5693X53.50=30.64(水下)316.553.50+10.4X(20.0-16.5)89.900.5693X89.90=51.1849.589.90+10.4X(16.5-9.5)152.700.5693X162.70=92.63將翼墻的自重及翼墻上的填土重簡(jiǎn)化為在下部地基土上的超載，其中漿砌石重度Y傳漿=24kN/m3,鋼筋混凝土重度Y混凝土=25kN/m3。地下水位以上填土重度為19.8kN/m3，地下水位以下填土重度為20.4kN/%；。經(jīng)計(jì)算翼墻自重為1561.8kN；翼墻上的回填土自重力1711.90kN,作用于翼墻前趾上的水重W=(20.0-9.5)X2.5X10.0=252.5(kN)，作用于翼墻上的揚(yáng)壓力P揚(yáng)=10.0X(20.0-8.1)X12.96=1499.4(kN)。故作用于翼墻底部(V8.1高程)處的荷載強(qiáng)度q=(1561.8+1711.9+262.5-1499.4)/12.6=161.6(kPa)。高程V8.1出土壓力強(qiáng)度：e8-3=0.5693X161.2=92.0(kPa)高程V5.5出土壓力強(qiáng)度:e5-5=0.5693X[161.6+10.4X(8.1-5.5)]=107.4(kPa)閘首上游端面邊墩土壓力強(qiáng)度分布作用于中間底板部分的土壓力強(qiáng)度：ez55=0.5693X10.4X(9.5-5.5)=23.68(kPa)作用于閘首邊墩上的縱向土壓力應(yīng)分塊計(jì)算，翼墻上的填土對(duì)閘首的縱向土壓力，可將其作用面積簡(jiǎn)化為等面積矩形，其土壓力作用點(diǎn)近似作用于土壓力強(qiáng)度圖形的形心位置。其計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表1-11。

表1-11 上閘首上游土壓力及力矩計(jì)算表(半閘首)編號(hào)高程(m)土壓力強(qiáng)度土壓力算式P1(kN/m)作用寬度(m)合力(kN)距下游端0-0軸的距離L1(m)對(duì)下游端面0-0軸的力矩M1(kN.m)122.521.52.1112.550.5X(2.11+12.55)X(22.5-21.5)7.338.5062.3116.381620.64221.520.012.5528.210.5X(12.55+28.21)X(21.5-20.0)30.578.14248.8415.153769.93320.016.530.4651.180.5X(30.64+51.18)X(20.00-16.5)142.876.94991.5212.612493.15416.59.551.1892.630.5X(51.18+92.63)X(16.5-9.5)503.343.801912.697.1613694.8658.15.592.0107.40.5X(92.0+107.4)X(8.1-5.5)259.2011.601006.721.273818.5369.55.5023.680.5X23.68X(9.5-5.5)47.369.0426.241.33566.90合計(jì)6648.3235364.01注：0-0軸為上閘首下游端面與地面的交界線(xiàn)作用于上閘首下游端面上的土壓力計(jì)算方法同作用于閘首上游端面的土壓力計(jì)算，主要包括閘墻墻后填土對(duì)邊墩的縱向土壓力及作用于閘首底板上的縱向土壓力。上閘首下游端面的地下水位由墻后排水管高程決定。排水管進(jìn)口布置于上閘首與閘室交界處，拍書(shū)館出口置于下閘首末端空箱內(nèi)，坡度取1:200。閘室長(zhǎng)210m，下閘首長(zhǎng)27m，出口高程取14.6m，則計(jì)算得排水管進(jìn)口高程為15.8m，上閘首下游端面土壓力強(qiáng)度分布見(jiàn)圖1-14。I Hi V25.5VM 1 V21.5一的叩卜 anno 丁 143口口 十上閘首下游端面土壓力強(qiáng)度分布

作用于邊墩上的土壓力強(qiáng)度計(jì)算結(jié)果如表1-12所示，為安全起見(jiàn)，閘首邊墩下游端填土面上不考慮活荷載作用。為簡(jiǎn)化計(jì)算，將閘墻自重及閘墻上的填土簡(jiǎn)化為作用在下部地基土上的超載進(jìn)行計(jì)算。經(jīng)計(jì)算，閘墻自重為110.8.75kN，閘墻上的回填土重為2573.32kN。前趾上的水重為W=125.00kN。作用在閘底板上的揚(yáng)壓力P揚(yáng)=1072.5kN。故作用于閘墻底部(V7.4高程)處的荷載強(qiáng)度=(1108.75+2537.32+125.00-1072.5/14.3)=188.7(kPa)，高程^7.4處土壓力強(qiáng)度e7-4=0.5693X188.71=107.43(kPa)，高程▽5.5處土壓力強(qiáng)度為e5-5=0.5693X[188.71+10.4X(7.4-5.5)]=188.68(kPa)。表1-12 閘首下游端面邊墩縱向土壓力強(qiáng)度高程(m)法向應(yīng)力算式法向應(yīng)力(kPa)土壓力強(qiáng)度(kPa)19.519.8X(21.5-19.5)39.6020.8815.839.60+19.8X(19.8-15.8)112.8659.50(水上)64.25(水下)10.2112.86+10.4X(15.8-10.2)171.1097.418.6171.10+10.4X(10.2-8.5)187.74105.528.0171.10+10.4X(10.2-8.0)193.98110.43作用于中間底板部分的土壓力強(qiáng)度e‘5-6=0.5693X10.4X(9.0-5.5)=20.71(kPa)。作用于閘首下游端面的縱向土壓力計(jì)算結(jié)果圖標(biāo)1-13所示。表1-13 上閘首下游端面土壓力及力矩計(jì)算表(半閘首)編號(hào)高程(m)土壓力強(qiáng)度土壓力算式P1(kN/m)平均作用寬度(m)合力(kN)距下游端0-0軸的距離L1(m)對(duì)下游端面0-0軸的力矩M1(kN.m)121.519.5020.880.5X20.88X(21.5-19.5)20.888.50177.4814.672603.63219.515.820.8859.500.5X(20.88+59.50)X(19.5-15.8)148.708.061198.5211.8514202.46315.810.264.2597.410.5X(64.25+97.41)X(15.8-10.2)452.656.96150.447.3123029.72410.28.697.41106.520.5X(97.41+106.52)X(10.2-8.6)153.143.04496.643.921946.6357.45.5107.43118.680.5X(107.43+118.68)X(7.4-5.5)211.8011.502491.690.052357.1069.05.5020.720.5X20.72X(9.0-5.5)26.269.00290.341.75568.10合計(jì)7805.1044657.84

水壓力。作用與閘首上的縱向水壓力包括作用于邊墩部分的水壓力，作用于底板部分的水壓力及作用于閘門(mén)上的水壓力。由于翼墻與閘首間及閘室墻與閘首間均設(shè)有結(jié)構(gòu)縫，縫寬1?2cm，有滲水作用，因此應(yīng)計(jì)及結(jié)構(gòu)縫間的水壓力。上游翼墻墻后水位為20.0m，閘首下游端面與閘墻交界處墻后水位為排水管水位，去15.8cm。此時(shí)上游水位20.0m、下游水位為14.0m。閘首上、下游端面邊墩及底板水壓力計(jì)算見(jiàn)表1-14。表1-14 上閘首上、下游墻面邊墩及底板水壓力內(nèi)容上游端面下游端面一側(cè)邊墩半底板一側(cè)邊墩半底板頂面強(qiáng)度(Kp)0105045底面強(qiáng)度(Kp位寬度合力(KN*m)1051.25500.00-530.45-260.00作用寬度(m)9.111.59.111.5水壓力合力(KN)5566.385750.00-1827.10-2990.0據(jù)下游0-0軸距離(m)4.831.893.431.79對(duì)下游0-0軸力矩(KN*m)46237.4710867.5016556.95-5352.1在運(yùn)用工況下，工作閘門(mén)關(guān)閉，門(mén)前為上游水位20.0m，門(mén)后為下游水位14.0m，閘門(mén)承受較大水壓力作用，由此而產(chǎn)生閘門(mén)推力。經(jīng)計(jì)算門(mén)扇長(zhǎng)度l=13.94m，門(mén)扇軸線(xiàn)與閘室n橫軸線(xiàn)的夾角。選22度5分，則門(mén)推力可計(jì)算如下。垂直于門(mén)扇軸線(xiàn)的單位寬度的動(dòng)水壓力合力：P=1/2X10.0X『(20.0-9.5)2-(14.0-9.52)』=450.0(KN)3閘門(mén)推力：R=P/2sinO=8196.07(KN)縱向分力：V「Rsin20=5795.5(KN)橫向分力：S=Rcos29=5795.5(KN)水壓力合力距下游端0-0軸的距離(圖4-17)：L=(551.25X1/3X10.5-101.25X1/3X4.5)/450/0+4.0=7.95(m)縱向分力對(duì)下游端面0-0軸產(chǎn)生的力矩V1XL=46074.23(KN*m)揚(yáng)壓力：由于閘室結(jié)構(gòu)為透水底板，因此上閘首須單獨(dú)進(jìn)行防滲布置，其滲透穩(wěn)定性可由下式計(jì)算：L=ELh+mEL>CH式中：工匕為地下輪廓線(xiàn)水平段長(zhǎng)度；ELv為地下輪廓線(xiàn)垂直段長(zhǎng)度，由已知 ELh=26.5m/EL=7.5m；m為垂直段換算為水平段長(zhǎng)度的換'算系數(shù)，墻身垂直段m=1.0m；H為計(jì)算滲透水頭檢修情況下，滲透水頭H=20.0一9.0=11.0(m)；C為滲徑系數(shù)，由船閘規(guī)范表4.4.4查得粘土C=4.0，則L=26.5+1.0X7.5=34.0(m)，CH=4X11.0=44.0(m)。L>CH，需進(jìn)行防滲布置。擬在上游設(shè)置長(zhǎng)15m的鋼筋混凝土防滲鋪蓋，則滲徑長(zhǎng)度L49.0m>CH=44.0m滿(mǎn)足滲透穩(wěn)定要求。運(yùn)用工況下作用于上閘首地板上的揚(yáng)壓力包括浮托力和滲透壓力(見(jiàn)下圖)。滲透壓力計(jì)算示意圖點(diǎn)3的滲透壓力強(qiáng)度：P=10.0X6.0X30.0/49.0=36.73(KPa)3點(diǎn)4的滲透壓力強(qiáng)度：P=10.0X6.0X3.5/49.0=4.29(KPa)4地板滲透壓力：P=(4.29+36.73)/2X26.5X41.2=22392.82(KN)滲底板浮托力：P浮=10.0X(14.0-5.5)X26.5X41.2=92803.00(KN)對(duì)下游端面0—0軸的距：M1=22392.82X{26.5-(2X4.29+36.73)/3X(4.29+36.73)}X26.5=374919.85(KN*m)M292803.00X26.5/2=1229639.75(KN*m)閘門(mén)、閥門(mén)及其他設(shè)備重：人字閥門(mén)重(單扇門(mén)自重)按下式計(jì)算：G=0.841.14l0.86式中：h為門(mén)扇高度14.80m；l為門(mén)扇長(zhǎng)度13.94m。單扇門(mén)自重G=0.84X14.81.14X13.941.35=1167.06(KN)距下游端面的距離l=12.0m,對(duì)下游端面0—0軸的力矩Mg=1167.06X12.0=14004.72(KN*m)。閥門(mén)自重按下式計(jì)算： G=(3?5)F0.86 (式中：F為閥門(mén)面積，F(xiàn)=4.2X3.2=13.44m2,G=4X13.440.86=37.37(KN)，距下游墻面的距離：L=11.5m,對(duì)下游端面0—0軸的力矩=37.37X11.5=429.76(KN*m)。啟閉設(shè)備及控制是自重每側(cè)邊墩按1500KN考慮，距下游端面距離L=10.0m,對(duì)下游端面0—0軸的力矩M=1500X10.0=15000.0(KN*m)。穩(wěn)定計(jì)算（1）抗滑穩(wěn)定計(jì)算：作用于閘首的荷載對(duì)稱(chēng)于船閘縱軸線(xiàn)。因此，對(duì)整體式閘首只須進(jìn)行沿船閘縱軸線(xiàn)方向水平滑移穩(wěn)定的驗(yàn)算，可按下式計(jì)算：Kf（ZU-u）+E+E廣（H-H）+（E-E）1 2 1 2式中：Nv為作用于閘首的垂直力總和；Nv-閘首自重+閘閥門(mén)重等，其中閘首自重（1167.06+37037+1500）*2，則Nv=255252.38kN；u為作用于閘首底板的揚(yáng)壓力（kN），

u=22392.82+92803.00=115195.82(kN)。H1、H2為作用于閘首上、下游端面的水壓力(kN),包括閘門(mén)縱向推力；H1=(9566.38+5750.00)*2=15316.38*2(kN)，H2=(4827.10+2990.0)*2=7817.1*2(kN)，閘門(mén)縱向推力H1=5795.5*2=11591.0(kN)；E1、E2為作用于閘首上下游端面靜止土壓力(kN)。由表1-21及表1-33知：E1=6648.32*2kN，E2=7805.10*2kN；Ep為閘首下游端面埋深部分的抗力，Ep=0；El為邊墩背面與回填土料間的摩擦力，El=0；f為摩擦系數(shù)，f=tge+C/n。，其中。為底板平均正應(yīng)力。=128.28(/。)255252.38—115195.82=128.28(/。)41.2x26.5C=126.0kPa，n=4，e=27°f值一般不大于0.45。取f=0.45。K二一0.45x1260f=tg27°4