渠化工程課程設(shè)計(jì)

《渠化工程學(xué)》課程設(shè)計(jì)1設(shè)計(jì)目的課程設(shè)計(jì)的目的在于鞏固和加深課堂中所學(xué)的基本概念和基本理論，了解渠化工程（重要指船閘）設(shè)計(jì)的一般原則、環(huán)節(jié)和方法，樹立對(duì)的的設(shè)計(jì)思想，培養(yǎng)和提高計(jì)算、繪圖的基本能力。2設(shè)計(jì)任務(wù)通過渠化工程課程設(shè)計(jì)，可以將所學(xué)的基礎(chǔ)課和專業(yè)基礎(chǔ)課同專業(yè)知識(shí)有機(jī)的結(jié)合起來，使學(xué)生更好地明確學(xué)習(xí)目的，加深專業(yè)印象，為此后從事航道及通航建筑物的勘測(cè)、規(guī)劃、可行性研究、設(shè)計(jì)、施工和科學(xué)研究工作打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，以達(dá)成本專業(yè)培養(yǎng)目的的規(guī)定。3基本內(nèi)容與規(guī)定3.1船閘總體平面布置及設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)3.1.1船閘及引航道在樞紐中的布置1.船閘的布置（1）布置原則：①船閘在通航期內(nèi)應(yīng)有良好的通航條件，滿足船舶安全迅速通暢過閘，并有助于運(yùn)營(yíng)管理和檢修；②遵照綜合運(yùn)用、統(tǒng)籌兼顧的原則，對(duì)的解決船閘與溢流壩、泄水閘、電站等建筑物之間的關(guān)系和矛盾，優(yōu)化布置，以發(fā)揮最大的綜合效益；③根據(jù)國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展規(guī)劃，做到遠(yuǎn)近結(jié)合，既要滿足設(shè)計(jì)水平年內(nèi)航運(yùn)的需要，又要考慮遠(yuǎn)景發(fā)展，充足留有余地；④在滿足航運(yùn)規(guī)定的前提下，應(yīng)盡量選擇經(jīng)濟(jì)合理、工程投資少、能就地取材、施工方便的方案；⑤對(duì)大、中型和水流泥沙條件復(fù)雜的工程應(yīng)進(jìn)行模型實(shí)驗(yàn)，優(yōu)選布置方案。(2)布置方式：采用閘壩并列式。2.引航道的布置（1）引航道的布置方式：采用對(duì)稱型式。（2）引航道尺度1）引航道寬度：?jiǎn)尉€船閘且停泊段只一側(cè)停泊等候進(jìn)閘的船舶由于，≥=10.8+10.8+10.8+0.5*10.8=37.8m所以，取=40m2）引航道長(zhǎng)度①導(dǎo)航段長(zhǎng)度：由于，≥=160m所以，取=160m②調(diào)順段長(zhǎng)度：由于，≥=(1.5～2.0)*160=240～320m所以，取=320m③停泊段長(zhǎng)度：由于，≥=160m所以，取=160m④過渡段長(zhǎng)度：由于，=10*（60-40）=200m所以，取=200m⑤制動(dòng)段長(zhǎng)度：由于，=且取=3.0所以，=3*160=480m3）引航道的最小水深：由于本設(shè)計(jì)船閘為Ⅰ級(jí)船閘，所以引航道最小水深應(yīng)滿足（T表達(dá)設(shè)計(jì)最大船舶（隊(duì)）滿載吃水）。即=1.5*2=3m，取=3m。4）彎曲半徑和彎道加寬①引航道的最小彎曲半徑：由于，=4*160=640m所以，取=640m②彎道加寬值：由于，==19.39m所以，取=20m3.口門區(qū)的防沙和水流條件規(guī)定（1）口門區(qū)的防沙：船閘宜布置在順直穩(wěn)定河段，上、下游引航道口門應(yīng)盡也許避開易淤積部位，特別是凸岸淤積區(qū)及回流、環(huán)流淤積區(qū)。如因本地條件限制，找不到合適的河段時(shí)，則應(yīng)通過論證，證明可采用工程措施達(dá)成通航規(guī)定，才可布置。對(duì)泥沙淤積影響較大的船閘，應(yīng)考慮布置防淤清淤設(shè)施，以保證引航道尺度。（2）口門區(qū)的水流流速：口門區(qū)是過閘船舶進(jìn)出引航道的咽喉。因此在通航期內(nèi)，引航道口門區(qū)的流速、流態(tài)應(yīng)滿足船舶（隊(duì)）正常航行的規(guī)定。并應(yīng)盡量避免出現(xiàn)不良的流態(tài)，如泡漩、亂流等，如因條件限制不能避免時(shí)，則須采用措施，消減到無害限度。在《船閘總體設(shè)計(jì)規(guī)范》中，引航道口門區(qū)水面最大流速限值見下表。船閘引航道口門區(qū)水面最大流速限值（m/s）船閘級(jí)別平行航線的縱向流速垂直航線的橫向流速回流流速Ⅰ～Ⅳ2.00.30.4Ⅴ～Ⅶ1.50.25由于本設(shè)計(jì)船閘為Ⅰ級(jí)船閘，所以平行航線的縱向流速不應(yīng)大于2.0m/s，垂直航線的橫向流速不應(yīng)大于0.3m/s，且回流流速不應(yīng)大于0.4m/s。3.1.2船閘型式選擇1.船閘線數(shù)和級(jí)數(shù)（1）船閘線數(shù)：船閘線數(shù)是船閘規(guī)模的重要部分，應(yīng)根據(jù)船閘設(shè)計(jì)水平年的客、貨運(yùn)量，過閘的船型船隊(duì)組成，地形地質(zhì)條件，船閘所在河流的重要性等因素，結(jié)合船閘尺度及通過能力、船閘級(jí)數(shù)，綜合論證選擇。本設(shè)計(jì)船閘采用單線船閘。（2）船閘級(jí)數(shù)：船閘級(jí)數(shù)直接影響船閘的通過能力。船閘級(jí)數(shù)的選擇，應(yīng)根據(jù)船閘總水頭、地形、地質(zhì)、水源、水力學(xué)等自然條件和可靠性、技術(shù)條件、管理運(yùn)用條件等，通過經(jīng)濟(jì)技術(shù)比較擬定。由于單級(jí)船閘較多級(jí)船閘具有過閘時(shí)間短、通過能力大、故障較少、檢修停航時(shí)間較短，占線路較短、樞紐布置較易（如需設(shè)沖沙建筑物等）和管理方便等優(yōu)點(diǎn)，因而是最廣泛采用的形式。本設(shè)計(jì)船閘采用單級(jí)船閘。2.船閘建設(shè)規(guī)模及標(biāo)準(zhǔn)（1）船閘的基本尺度：船閘的基本尺度是指船閘正常通航過程中，閘室可供船舶安全停泊和通過的尺度，涉及閘室有效長(zhǎng)度、有效寬度和門檻水深。①閘室有效長(zhǎng)度：閘室有效長(zhǎng)度等于設(shè)計(jì)最大船隊(duì)長(zhǎng)度加上富裕長(zhǎng)度，即：式中：—閘室的富余長(zhǎng)度（m）。對(duì)于頂推船隊(duì)：所以，閘室有效長(zhǎng)度=160+（2+0.06*160）=171.6m。取=172m。②閘室有效寬度：閘室有效寬度是指閘室內(nèi)兩側(cè)墻面最突出部分之間的最小距離，為閘室兩側(cè)閘墻面間的最小凈寬度。式中：—只有一個(gè)船隊(duì)或一艘船舶單列過閘時(shí)，則為設(shè)計(jì)最大船隊(duì)或船舶的寬度;—富余寬度附加值（m），由于，所以，取=1m；n—過閘停泊在閘室的船舶列數(shù)。所以，閘室有效寬度=11.8m，取=12m③門檻最小水深H：門檻最小水深是指在設(shè)計(jì)最低通航水位時(shí)門檻上的最小深度。我國船閘設(shè)計(jì)規(guī)范采用門檻水深大于等于設(shè)計(jì)最大船舶（隊(duì)）滿載吃水的1.6倍，即所以，門檻最小水深，取H=4m。④船閘最小過水?dāng)嗝娴臄嗝嫦禂?shù)：式中：Ω—最低通航水位時(shí)，船閘過水?dāng)嗝婷娣e㎡Φ—最大設(shè)計(jì)過閘船舶（隊(duì)）滿載吃水時(shí)船舶斷面水下部分的斷面面積（㎡）所以，船舶的最小斷面系數(shù)=（12*4）/（10.8*2）2.22m，滿足規(guī)定。（2）船閘設(shè)計(jì)水位和各部分高程1）船閘設(shè)計(jì)水位：設(shè)計(jì)河段的水文資料登記表序號(hào)項(xiàng)目設(shè)計(jì)洪峰流量下泄流量壩前水位下游水位1P=0.2%（校核洪水）220.812P=2.0%（設(shè)計(jì)洪水）41100217.563正常蓄水位203.004死水位278.005上游最高通航水位5400203.006上游最低通航水位200.007下游最高通航水位190.508下游最低通航水位177.502）船閘各部分高程①船閘閘門頂高程：根據(jù)國內(nèi)船閘設(shè)計(jì)和運(yùn)用實(shí)踐，閘首門頂超高可采用下表的數(shù)值：船閘閘門頂最小安全超高值船閘等級(jí)Ⅰ～ⅣⅤ～Ⅶ超高值（m）0.50.3上閘首閘門頂高程＝校核洪水位＋超高＝220.81＋0.5＝221.31m下閘首閘門頂高程＝上游設(shè)計(jì)最高通航水位＋超高＝203+0.5＝203.5m②閘首墻頂高程：上閘首墻頂高程＝上閘首閘門頂高程＋構(gòu)造高＝221.31+1＝222.31m下閘首墻頂高程＝下閘首閘門頂高程＋構(gòu)造高＝203.5+1=204.5m③閘室墻頂高程＝上游設(shè)計(jì)最高通航水位＋空載干舷高度＝203+1.5=204.5m④閘室底板頂部高程＝下游設(shè)計(jì)最低通航水位－閘室設(shè)計(jì)水深＝177.5-4＝173.5m⑤閘首門檻頂高程：上閘首門檻高程＝上游設(shè)計(jì)最低通航水位－門檻水深＝200-4＝196m下閘首門檻高程＝下游設(shè)計(jì)最低通航水位－門檻水深＝177.5-4＝173.5m⑥引航道底高程：上游引航道底高程＝上游設(shè)計(jì)最低通航水位－引航道最小水深＝200-3＝197.0m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＝177.5-3＝174.5m⑦導(dǎo)航建筑物和靠船建筑物頂高程：上游導(dǎo)航建筑物頂高程＝上游設(shè)計(jì)最高通航水位+最大空載干舷高度＝203+1.5＝204.5m下游導(dǎo)航建筑物頂高程＝下游設(shè)計(jì)最高通航水位+最大空載干舷高度＝190.5+1.5＝192m3.1.3船閘通過能力和耗水量1.船閘通過能力：船閘通過能力是指單位時(shí)間內(nèi)船閘能通過的貨品總噸數(shù)（過貨能力）或船舶總數(shù)（過船能力），是船閘的一項(xiàng)重要經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)。（1）船舶過閘時(shí)間（單級(jí)船閘）1）進(jìn)出閘時(shí)間：船隊(duì)進(jìn)出閘時(shí)間，可根據(jù)其運(yùn)營(yíng)距離和進(jìn)出閘速度擬定。對(duì)單向過閘和雙向過閘方式應(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)停泊處至雙向過閘靠船碼頭的距離。單向進(jìn)閘距離是船隊(duì)自引航道中停靠位置至閘室內(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之間的距離。其距離可分別按下式近似擬定：?jiǎn)蜗蜻M(jìn)閘：=172*(1+0.4)=240.8m單向出閘：=172*(1+0.1)=189.2m雙向過閘：=172*(1+0.1)+160+320=669.2m根據(jù)《船閘設(shè)計(jì)規(guī)范》差得單向進(jìn)閘速度=0.5m/s，單向出閘速度=0.7m/s，雙向進(jìn)閘速度=0.7m/s，雙向出閘速度=1.0m/s。進(jìn)出閘時(shí)間可按下式計(jì)算：?jiǎn)蜗蜻M(jìn)閘：=240.8/0.5=8.03min單向出閘：=189.2/0.7=4.51min雙向進(jìn)閘：=669.2/0.7=15.93min雙向出閘：=669.2/1.0=11.15min2）啟動(dòng)、關(guān)閉閘門時(shí)間：閘門啟閉時(shí)間與閘門型式和閘首口門寬度有關(guān)，當(dāng)閘首口門寬為12m時(shí)，取=2min。3）閘室灌泄水時(shí)間：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=8min。4）船隊(duì)進(jìn)出閘間隔時(shí)間：取=5min。5）單向一次過閘時(shí)間：=8.03+4*2+2*8+4.51+2*5=46.54min雙向一次過閘時(shí)間：=2*15.93+4*2+2*8+2*11.15+4*5=98.16min6）過閘時(shí)間：?jiǎn)渭?jí)船閘一次過閘時(shí)間可按下式計(jì)算：=47.81min（2）日平均過閘次數(shù)n可按下式計(jì)算：=21*60/47.81=26.35，取n=26（3）一次過閘平均載重噸位G：根據(jù)運(yùn)量預(yù)測(cè)，一頂+2*1000t船隊(duì)約占30%，一頂+2*500t船隊(duì)約占50%，一頂+2*300t船隊(duì)約占20%G=2023*30%+1000*50%+600*20%=1220t（4）船閘通過能力P：=0.5*(26-2)*352*1220*0.84/1.3=333（萬t/年）2.船閘耗水量：船閘的耗水量是船閘的一項(xiàng)重要的經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)。船閘的耗水量涉及船舶過閘用水量和閘、閥門漏水量?jī)刹糠?。?）單級(jí)船閘單向一次過閘的用水量①單級(jí)船閘單向一次過閘的用水量：=（172*12）*（203-177.5）=52632②單級(jí)船閘雙向一次過閘的用水量（用水量為單向一次過閘用水量的一半）：=26316③(2)閘閥門漏水量：式中：e—止水線每米上的滲漏損失（/s/m），當(dāng)水頭小于10m時(shí)，其e=0.0015～0.0020/s/m，當(dāng)水頭大于10m時(shí)，取e=0.002～0.003/s/mu—閘門和閥門邊沿止水線的總長(zhǎng)度（m），即①閘門止水線：②閥門止水線：2*3*2.5=15m所以，q=0.003*（104+15）=0.357（3）船閘一天內(nèi)平均耗水量：3.2輸水系統(tǒng)型式選擇及水力計(jì)算3.2.1船閘輸水系統(tǒng)型式選擇：船閘輸水系統(tǒng)的型式可分為集中輸水系統(tǒng)和分散輸水系統(tǒng)兩類型。輸水系統(tǒng)類型可根據(jù)以下判別系數(shù)初步選定：式中：H—設(shè)計(jì)水頭（m）T—閘室灌水時(shí)間（min）由于，所以才用分散輸水系統(tǒng)。3.2.2分散輸水系統(tǒng)1.分散輸水系統(tǒng)的水力特性：分散輸水系統(tǒng)是通過設(shè)立在閘室墻或底板內(nèi)的縱向輸水廊道，以及與之相連的分支廊道和出水支孔，將水流灌入或泄出閘室內(nèi)。與集中輸水系統(tǒng)相比，分散輸水系統(tǒng)的出水口沿一定長(zhǎng)度分度，水流均勻進(jìn)入閘室，可大大減少水流作用力，特別是波浪力。同時(shí)由于廊道較長(zhǎng)，水流慣性力影響較大，導(dǎo)致各出水支孔出流不均勻，并且隨流量和時(shí)間變化。在閥門啟動(dòng)初期水流為加速流，慣性阻滯流速的增長(zhǎng)，使得各出水支孔的出流沿水流方向減少。隨著慣性逐漸減小，壓力增長(zhǎng)，在廊道斷面及各支孔斷面不變情況下，后面支孔出流逐漸增多并超過前面支孔。而后慣性的作用又轉(zhuǎn)為阻滯流速的減小，后面支孔的出流更加的到加強(qiáng)。由于各出水支孔為非恒定流，再加上出水支孔一般布置在閘室的一定范圍內(nèi)，因而形成閘室內(nèi)的波浪運(yùn)動(dòng)及縱向水流而對(duì)船舶產(chǎn)生波浪力及流速力。2.分散輸水系統(tǒng)的型式：由于設(shè)計(jì)水頭H=20～30m，所以采用較復(fù)雜式分散輸水系統(tǒng)。3.分散輸水系統(tǒng)的布置原則：（1）閘室出水段中心宜與閘室面積的中心重合，閘墻長(zhǎng)廊道側(cè)支孔和閘底長(zhǎng)廊道頂支孔輸水系統(tǒng)的出水段宜設(shè)立在閘室中部，其長(zhǎng)度為閘室長(zhǎng)度的1/2～2/3；（2）輸水系統(tǒng)的進(jìn)出口應(yīng)布置為流線型，以提高輸水效率。進(jìn)口斷面的最大平均流速不宜大于2.5m/s，進(jìn)口淹沒水深應(yīng)大于0.4倍設(shè)計(jì)水頭，并應(yīng)當(dāng)考慮進(jìn)口水面的局部跌落。出口的淹沒水深宜大于1.5m，布置應(yīng)能分散水流，減弱出口水流的紊動(dòng)并達(dá)成引航道內(nèi)流速分布均勻的目的；（3）中、高水頭船閘的上、中閘首帷墻立面宜做成斜面，以避免當(dāng)閘室水面上升至帷墻頂面平臺(tái)時(shí)，水域面積有較大的突變，從而惡化船舶的停泊條件；（4）分散輸水系統(tǒng)的閥門段前后應(yīng)有一定長(zhǎng)度的直線段，以使水流順直均勻地通過。同時(shí)閥門段及其以后的廊道頂部高程必須布置在下游最低通航水位以下，并有一定淹沒水深，不允許摻入大量空氣而惡化船舶的停泊條件；（5）閥門段高程應(yīng)滿足閥門工作條件規(guī)定，門口廊道型式應(yīng)根據(jù)工作條件選擇，有擴(kuò)大、向上漸擴(kuò)和忽然擴(kuò)大三種型式，其布置應(yīng)通過模型實(shí)驗(yàn)擬定；（6）閥門后廊道壓力較低時(shí)，上中閘首的下游側(cè)檢修門與工作門的距離宜大于廊道高度的3倍，必要時(shí)需在檢修門井內(nèi)作防止摻氣的封閉措施；（7）當(dāng)上、中閘首輸水閥門廊道段的壓力較低或出現(xiàn)負(fù)壓時(shí)，其后的檢修閥門門槽距工作閥門的距離應(yīng)大于廊道高度的3倍，以避免檢修閥門井摻氣。必要時(shí)需在檢修閥門井內(nèi)廊道頂部高程處加設(shè)防治摻氣的封閉措施；（8）輸水系統(tǒng)的主廊道斷面一般可大于輸水閥門處廊道斷面，以增大輸水系統(tǒng)的流量系數(shù)；（9）閘墻長(zhǎng)廊道室內(nèi)輸水系統(tǒng)的布置特別是出水支孔的布置應(yīng)盡也許對(duì)稱，橫支廊道宜交錯(cuò)布置；（10）條件允許時(shí)，應(yīng)優(yōu)先考慮采用部分或所有由引航道外取水的旁側(cè)進(jìn)口和由引航道外的旁側(cè)出口的布置。3.2.3船閘水力計(jì)算1.輸水系統(tǒng)設(shè)計(jì)及水力計(jì)算（1）本設(shè)計(jì)輸水系統(tǒng)采用全段橫支廊道出水蓋板消能輸水系統(tǒng)。根據(jù)《船閘輸水系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》擬定輸水系統(tǒng)廊道各細(xì)部尺寸（如進(jìn)出口、轉(zhuǎn)彎、直線段、閥門段等斷面），其布置及尺寸見附圖1。（2）水力計(jì)算1）輸水閥門處廊道斷面面積：①對(duì)于分散輸水系統(tǒng)，由于廊道較長(zhǎng)，輸水過程中水流產(chǎn)生的慣性水頭影響較大。因此，在水力計(jì)算中應(yīng)考慮慣性水頭的影響，即：式中：—輸水閥門處廊道斷面面積（）C—對(duì)于單級(jí)船閘，（：閘室水域面積）H—設(shè)計(jì)水位差（m）d—慣性水頭，分散輸水系統(tǒng)的慣性水頭可達(dá)0.5～1.0m。取d=0.5m?！y門全開后輸水系統(tǒng)的流量系數(shù)，初步設(shè)計(jì)時(shí)可取為0.7～0.8.取=0.7?！c閥門型式和流量系數(shù)有關(guān)的系數(shù)，可按《渠化工程》表5-5選用。本設(shè)計(jì)采用反向弧型閥門，=0.46。T—閘室灌、泄水的總時(shí)間，T=960s?！y門啟動(dòng)時(shí)間（s），取=60s。所以，輸水閥門處廊道斷面面積=7.25，即閥門處廊道斷面尺寸為2.5*3（寬*高）。②閥門啟動(dòng)時(shí)間（s）：=60s式中：—閥門全開時(shí)水位差（m），取=24m2）輸水系統(tǒng)的阻力系數(shù)和流量系數(shù)：①流量系數(shù)=0.65式中：—與時(shí)間t相稱的閥門開度為n時(shí)的閥門局部阻力系數(shù)，可按不同閥門型式由《渠化工程》表5-4選取。取=0;—閥門井或門槽的阻力系數(shù)，對(duì)反向弧型閥門=0;—閥門全開后閥門段以外的輸水廊道系數(shù)。=2.35。a.進(jìn)口處阻力系數(shù)b.圓滑轉(zhuǎn)彎處阻力系數(shù)c.擴(kuò)大處阻力系數(shù)d.收縮處阻力系數(shù)e.出口處阻力系數(shù)②輸水系統(tǒng)的阻力系數(shù)=2.353)輸水廊道換算長(zhǎng)度：根據(jù)《船閘輸水系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》，由于本設(shè)計(jì)船閘出水支孔的數(shù)量大于15，所以=0.5*8=4m。4）慣性超高值：式中：C—閘室水域面積，C=172*12=2064—閥門全開時(shí)輸水系統(tǒng)的流量系數(shù)，=0.7—輸水閥門處廊道斷面面積，=7.25—輸水廊道換算長(zhǎng)度，=4m所以，閘室水面慣性超高值d=1mm2.水力特性曲線的繪制：繪制水力特性曲線一方面可以了解輸水過程中所有水力特性的變化情況及其最大值，另一方面可以進(jìn)一步進(jìn)行水力計(jì)算的需要，如核算船舶停泊條件、閥門工作條件等。（1）流量系數(shù)與時(shí)間的關(guān)系曲線1）假定閥門勻速啟動(dòng)，且啟動(dòng)時(shí)間為60s，則閥門開度與時(shí)間的函數(shù)關(guān)系為；2）與閥門開度的關(guān)系：n0.10.20.30.40.50.60.70.80.91.0186.243.7817.488.384.282.161.010.390.0903）流量系數(shù)與時(shí)間的關(guān)系曲線：（=0，=2.35）t（s）6121824303642485460…n0.10.20.30.40.50.60.70.80.91.0…186.243.7817.488.384.282.161.010.390.090…0.070.150.220.310.390.470.550.600.640.65…（2）水位差與時(shí)間的關(guān)系曲線1）閥門全開后，當(dāng)考慮慣性影響時(shí)，任一時(shí)段末的水位差可按下式計(jì)算：式中：—計(jì)算時(shí)段末的水位差（m）；—計(jì)算時(shí)段開始的水位差（m）；—計(jì)算時(shí)段（s），一般可取為10～30s。取=20s；—計(jì)算時(shí)段的平均流量系數(shù)；d—慣性水頭（m），取d=0.5m。2）水位差與時(shí)間的關(guān)系曲線：t（s）6121824303642485460…0.070.150.220.310.390.470.550.600.640.65…（m）25.5025.3925.1524.8024.3123.7022.9822.1521.2620.33…（m）25.3925.1524.8024.3123.7022.9822.1521.2620.3319.41…（3）流量與時(shí)間的關(guān)系曲線1）流量與時(shí)間關(guān)系曲線可通過下列公式計(jì)算求得：式中：—時(shí)刻t的流量系數(shù)；—時(shí)刻t的水位差（m）；—時(shí)刻t的慣性水頭（m）；—輸水廊道換算長(zhǎng)度（m）；v—閥門段廊道斷面平均流速（）2)流量與時(shí)間的關(guān)系曲線:t6121824303642485460…0.070.150.220.310.390.470.550.600.640.65…25.3925.1524.8024.3123.722.9822.1521.2620.3319.41…57.6122.3176.9244.4299.7350395413.6421.9409.1…3.閘室內(nèi)停泊條件的驗(yàn)算（1）閘室內(nèi)船舶的停泊條件1）分散輸水系統(tǒng)的水流是在較大范圍內(nèi)分散流入或流出閘室，水流對(duì)船舶的作用力較小，特別是在泄水時(shí)它的值更小，因此分散輸水系統(tǒng)泄水時(shí)，閘室內(nèi)船舶的停泊條件一般可不加考慮，而只驗(yàn)算灌水時(shí)的停泊條件。2）閘室灌水初期，波浪力最大，此時(shí)流速力和局部力幾乎為零，因此閘室灌水時(shí)，過閘船舶的停泊條件可按下式核算：式中：—灌水初期的波浪作用力，KN；W—船舶(隊(duì))的排水量，t；—與閥門型式有關(guān)的系數(shù)，對(duì)反向弧型閥門取0.623；—輸水閥門處廊道斷面面積，；D—波浪力系數(shù)；按《渠化工程》表5-6選取，取D=0.3；—初始水位時(shí)閘室過水?dāng)嗝婷娣e，；H—設(shè)計(jì)水頭，m；—輸水閥門啟動(dòng)時(shí)間，s；x—船舶中腰水下橫斷面面積，；—允許系纜力的縱向水平分力，KN。根據(jù)《渠化工程》表5-1選取，=40KN。所以，滿足泊穩(wěn)規(guī)定。3.3閘閥門及啟閉機(jī)型式選擇3.3.1閘門型式選擇及門扇尺寸擬定1.閘門型式的選擇：本設(shè)計(jì)船閘采用平面人字閘門，在平面人字閘門中，門扇結(jié)構(gòu)成平面形式，其主橫梁受軸向力和彎矩的共同作用。根據(jù)門扇結(jié)構(gòu)梁格的布置方式，本設(shè)計(jì)采用橫梁式，其水平的主橫梁是它的重要承重構(gòu)件，在主橫梁間布置豎立次梁。水壓力由面板和次梁傳給主橫梁，然后再由主橫梁通過斜接柱、門軸柱上的支墊座和枕墊座形成三角拱而傳至閘首邊墩。2.門扇尺寸的擬定（1）門扇長(zhǎng)度：門扇的計(jì)算長(zhǎng)度是門扇支墊座的支承面到兩扇門葉互相支承的斜截面的距離。其值可由下式求得：式中：—閘首邊墩墻面間的口門寬度（m）；c—由門扇的支墊座與枕墊座的支承面至們龕外緣的距離，通常c=（0.05～0.07）；—閘門關(guān)閉時(shí)門扇軸線的傾角，此傾角的大小直接關(guān)系到門扇結(jié)構(gòu)所受的軸向壓力與傳遞到閘首邊墩的水平推力以及門扇計(jì)算長(zhǎng)度的大小。國內(nèi)已建船閘中，一般選用。取=。所以，（2）門扇高度：門扇高度是指閘門面板底至頂?shù)木嚯x，其值可由下式?jīng)Q定：式中：H—上游設(shè)計(jì)洪水位與下游最低通航水位之間的水位差；—船閘的檻上水深；k—閘門面板頂在上游設(shè)計(jì)洪水位以上的超高，一般取0.2～0.5m；m—閘門面板底與門檻頂?shù)母卟?，通常取m=0.15～0.25；當(dāng)閘門關(guān)閉，門底止水位于門檻側(cè)面時(shí)取正值，在門檻頂面時(shí)取負(fù)值。所以，，取h=30m。（3）轉(zhuǎn)軸中心的擬定：1）在擬定門扇旋轉(zhuǎn)中心位置時(shí)，應(yīng)使閘門的支墊座與枕墊座的支承面有良好的接觸條件。在閘門轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)能立即脫開，以減小啟閉時(shí)的摩阻力，而當(dāng)閘門關(guān)閉時(shí)它們又能互相擠緊，以傳遞主橫梁的反力，并使門側(cè)止水效果良好。同時(shí)還應(yīng)使門扇全開時(shí)能完全隱入門龕內(nèi)，以免過閘船舶碰壞門扇。因此，在安裝閘門時(shí)，必須精確的校正門扇轉(zhuǎn)軸中心的位置。2）當(dāng)閘門支承部分的型式不同時(shí)，擬定轉(zhuǎn)軸中心的方法也不同樣。當(dāng)門軸上裝設(shè)支墊座時(shí)，轉(zhuǎn)軸中心的位置可按以下環(huán)節(jié)進(jìn)行：①繪出門扇關(guān)閉時(shí)的軸線、輪廓線以及支墊座與枕墊座支承面的法線，即反力的作用線（與門扇軸線成角）；②繪出門扇啟動(dòng)時(shí)的軸線，此軸線的位置可從閘墻邊沿按門扇所有隱于門龕中并使門扇各部分保持10～20cm的余隙而求得；③從兩軸線的交點(diǎn)上作其相應(yīng)補(bǔ)角的等分線，則轉(zhuǎn)軸O應(yīng)位于此補(bǔ)角的等分線上；④將反力作用線向上游平行移動(dòng)，距離為m=4～10cm，平行于反力作用線的線，與補(bǔ)角等分角線交于O，即為轉(zhuǎn)軸位置。這就使得當(dāng)門扇啟動(dòng)時(shí)，支墊座易于離開枕墊座，而當(dāng)關(guān)門的最后瞬間兩者才互相接觸而抵緊；⑤校核轉(zhuǎn)軸O是否位于止水內(nèi)側(cè)的法線（垂直于閘首邊墩表面）以內(nèi)，否則應(yīng)將止水向外移動(dòng)一段距離，以免開門時(shí)止水被閘墻卡住。3.3.2閥門型式選擇及尺寸擬定1.閥門型式的選擇：本設(shè)計(jì)采用反向弧形閥門。在構(gòu)造上反向弧形閥門與弧形閘門基本相同，只是將弧面朝向下游。它重要由面板、主梁、次梁、肋板、支臂等組成。為改善流態(tài)，門扇和支臂可以用薄板完全包封，做成流線型。2．反向弧形閥門的輪廓尺寸（1）閥門面板的曲率半徑：一般取決于閥門處廊道孔口高度h，在工程實(shí)踐中常取曲率半徑R等于（1.3～1.6）h，取R=4.5m。（2）閥門支絞中心的高程：應(yīng)使支絞及支絞大梁不受水流的直接沖擊，一般略高于廊道頂面約（0.1～0.3）h，取閥門支絞中心的高程為1.2h=3.6m。（3）門頂高程：與門頂止水及止水埋設(shè)構(gòu)件的型式、布置有關(guān)。一般在廊道頂面以上0.2～0.8m，取門頂高程為3.5m。（4）閥門井的輪廓尺寸：應(yīng)便于閥門的安裝和檢修，井內(nèi)應(yīng)有供井下檢修工作的場(chǎng)地及進(jìn)入井內(nèi)的爬梯。閥門井的長(zhǎng)度可取為閥門弧面最大弦長(zhǎng)加0.4～0.8m，其側(cè)向的富余寬度一般為0.4～0.6m。3.3.3閘閥門啟閉機(jī)型式選擇1.閘門的啟閉機(jī)械：本設(shè)計(jì)采用剛性拉桿式啟閉機(jī)械。2.閥門的啟閉機(jī)械：本設(shè)計(jì)采用液壓?jiǎn)㈤]機(jī)械啟閉，通過剛性拉桿將閥門與油缸的活塞桿相連。3.4閘室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)3.4.1閘室結(jié)構(gòu)型式選擇船閘閘室是由上、下閘首的兩側(cè)閘墻圍繞而形成的空間，是船閘實(shí)現(xiàn)其調(diào)整水位、升降船舶、使船舶克服航道上集中水位落差的結(jié)構(gòu)。由閘室墻和閘底構(gòu)成。為保證過閘船舶能隨閘室水面安全地升降和可靠地停泊，閘室中設(shè)有系船設(shè)備和其他輔助設(shè)備。本設(shè)計(jì)船閘采用分離式閘室結(jié)構(gòu)（選用透水閘底），即閘墻和閘底分別設(shè)立。其閘墻型式采用重力式。3.4.2初步設(shè)計(jì)1.作用在船閘結(jié)構(gòu)上的荷載（1）作用荷載（取單寬）1）自重：G1=1*（204.5-198.5）*25=150KNG2=（1+4）*（198.5-178.5）/2*25=1250KNG3=（4+5）*（178.5-173.5）/2*8=180KNG4=4*6*18=432KNG5=（4+0.8）*（198.5-178.5）/2*18=864KNG6=0.8*（178.5-173.5）/2*8=16KNG7=11*5*25=1375KNG8=12*（177.5-173.5）*10=480KN2）土壓力（1）結(jié)合我國船閘建設(shè)經(jīng)驗(yàn)，作用在船閘結(jié)構(gòu)上的土壓力狀態(tài)應(yīng)根據(jù)以下情況考慮：巖基上的重力式結(jié)構(gòu)，由于墻身變位受到限制，積極極限平衡狀態(tài)一般難以發(fā)生，墻后填土應(yīng)按靜止土壓力計(jì)算。（2）各土層界面上（涉及地下水位線）的靜止土壓力強(qiáng)度，如圖所示：=0.5=0kpa==0.5*18*（204.5-178.5）=234kpa==234+0.5*8*(178.5-168.5))=274kpa土壓力合力=0.5*234*（204.5-178.5）+0.5*（234+274）*(178.5-168.5)=5582KN3）靜水壓力，如圖所示：閘室內(nèi)的靜水壓力=10*（177.5-173.5）=40KN地下水產(chǎn)生的靜水壓力=10*（178.5-168.5）=100KN靜水壓力合力=0.5*100*（178.5-168.5）-0.5*40*（177.5-173.5）=420KN=0.5*100*（178.5-168.5）=500KN4）揚(yáng)壓力：①作用于建筑物基礎(chǔ)底面垂直向上的總水壓力稱為揚(yáng)壓力，涉及浮托力和滲透壓力。②揚(yáng)壓力的分布如圖所示：=10*(177.5-168.5)=90KN=10*(178.5-168.5)=100KN揚(yáng)壓力合力=0.5*（90+100）*22=2090KN=0.5*100*22=1100KN5）船舶荷載①船舶荷載涉及：船舶進(jìn)行時(shí)，船舶對(duì)建筑物的撞擊力；船舶?？繒r(shí)，由系船設(shè)備傳到建筑物上的系纜力。至于停靠在建筑物前的船舶受風(fēng)力作用而產(chǎn)生的橫擠力，一般比撞擊力小，在船閘設(shè)計(jì)中多不予以考慮。②船舶的撞擊力：a.b.撞擊力的分布長(zhǎng)度可按下列公式計(jì)算：()式中：—沿墻長(zhǎng)方向的分布長(zhǎng)度（m）；y—撞擊點(diǎn)至計(jì)算截面的高度（m）；b—計(jì)算截面處的墻厚度（m）；—墻分塊長(zhǎng)度（m）。（3）船舶的系纜力：①船舶系纜力由配纜破斷力計(jì)算擬定。設(shè)計(jì)時(shí)，可根據(jù)過閘船舶的載重量，按《渠化工程》表6-3選用。取系纜力值N=100KN。②船舶系纜力在建筑物長(zhǎng)度方向上的分布與船舶撞擊力相同。6）閘面活荷載：閘面活荷載的大小決定于船閘的運(yùn)轉(zhuǎn)方式。通常情況下，過閘船舶不用岸上曳引設(shè)備，可只考慮人群荷載，并考慮船閘檢修期墻后堆放少量材料或使用輕便設(shè)備機(jī)械的規(guī)定，閘面活荷載通常取為2～5kpa。當(dāng)閘面有汽車、牽引車通行或堆放材料時(shí)，應(yīng)根據(jù)具體情況擬定。取閘面活荷載q=5kpa。（2）計(jì)算情況及荷載組合：1）作用在船閘結(jié)構(gòu)上的荷載，也許以不同組合方式出現(xiàn)。在設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)，不也許也不必要對(duì)所有的組合方式都進(jìn)行計(jì)算，一般都選取起控制作用的組合方式進(jìn)行計(jì)算。本設(shè)計(jì)針對(duì)運(yùn)用情況、檢修情況進(jìn)行驗(yàn)算。2）荷載組合：計(jì)算情況自重土壓力水壓力揚(yáng)壓力船舶荷載活荷載運(yùn)用情況√√√√√√檢修情況√√√√√2.閘墻結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定驗(yàn)算和強(qiáng)度驗(yàn)算（1）抗滑穩(wěn)定性驗(yàn)算本設(shè)計(jì)采用抗剪強(qiáng)度計(jì)算公式，其抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)可按下式計(jì)算：式中：f—墻體與地基接觸面的抗剪摩擦系數(shù)，取f=0.5；—作用于墻體上所有荷載對(duì)滑動(dòng)面切向投影的總和，KN；—作用于墻體上所有荷載對(duì)滑動(dòng)面切向投影的總和，KN。運(yùn)用情況：=4747-2090+5*5=2682KN=5582+420+129.6+100=6231.6KN檢修情況：=4267-1100+5*5=3192KN=5582+500=6082KN顯然，閘室墻抗滑穩(wěn)定性的驗(yàn)算結(jié)果不能滿足規(guī)范規(guī)定的規(guī)定期，可采用適當(dāng)措施提高閘室的抗滑穩(wěn)定性。其措施有：在兩側(cè)閘墻之間的閘底處設(shè)立橫撐；在閘墻基底設(shè)立齒墻；減少墻后地下水位和填土高度；或在基底更換摩擦系數(shù)較大的砂土（砂墊層）等。（2）抗傾穩(wěn)定性驗(yàn)算閘室墻的抗傾穩(wěn)定性按下式計(jì)算：式中：—抗傾覆穩(wěn)定安全系數(shù)，按船閘設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定選用；—對(duì)計(jì)算截面前趾的傾覆力矩，是由土壓力、水壓力及滲透壓力等產(chǎn)生的力矩（KN·m）；—對(duì)計(jì)算截面前趾的穩(wěn)定力