船閘課程設計

1、（一） 設計資料1、航運資料（1）航道等級：級。（2）建筑物等級：閘室，閘首，閘門按級建筑物設計；導航建筑物，靠船建筑物按級建筑物設計；臨時建筑物級。（3）設計船型：根據(jù)調(diào)查，該河段近、遠期船型資料見表1-1。表1-1 船型資料船 型頂（拖）輪馬力長寬吃水（m）駁 船長寬吃水（m）船 隊長寬吃水（m）備注一頂21000270-27.56.12.466210.6（2.02.2）151.510.6（2.02.2）遠期船型一拖12100250234.91.8524.855.21.85321.25.21.85近期船型一拖450027027.56.12.46538.81.9239.58.82.46近期船

2、型（4）貨運量近期：1200萬噸/年；遠期：2200萬噸/年。（5）通航情況通航期N352天/年，客輪及工作船每天過閘次數(shù)6，船只裝載量利用系數(shù)0.84，貨運量不均勻系數(shù)1.30，船閘晝夜工作時間21小時，一般船速V=9.5km/小時，空載干弦高度（最大）取1.5m。2、地質(zhì)資料根據(jù)地質(zhì)鉆探資料得知，地基無不良地質(zhì)構(gòu)造情況，地層分布近似水平，地基土表層至7.0m以上為重壤土，厚約1.53m，其下7.06.0m為輕砂壤土，厚約1.0m，6.0m以下為亞粘土，土壤物理性質(zhì)見表1-2。表1-2 各種土壤的主要物理力學性質(zhì)土壤名稱容重（T/m3）比重G（T/m3）內(nèi)摩擦角（）含水量W（）粘結(jié)力Ckg/

3、cm2滲透系數(shù)K，cm/s承載力kg/cm2天然土干土重壤土1.931.502.672328.40.554.810-62.3輕砂壤土1.951.522.6727.528.30.231.0310-53.2亞粘土1.941.562.742624.40.581.010-73.03、水文氣象資料特征水位：上游校核洪水位： 14.0m上游設計洪水位： 13.2m上游最高通航水位：13.2m上游最低通航水位：10.5m下游最高通航水位：8.0m下游最低通航水位：5.2m下游校核低水位： 4.8m檢修水位：上游12m；下游6.5m氣象資料：降雨量及氣溫資料從略。風力：冬天盛行東北風，夏天盛行東南風，最大風力

4、設計8級，校核12級。（二） 計算內(nèi)容第一章 船閘總體規(guī)劃及平面布置1.1船閘型式選擇根據(jù)已有設計資料，對船閘的各種型式進行綜合比較，依據(jù)船閘設計總體規(guī)范3.2.1和3.3.3，水頭小于30米，確定船閘形式為單級船閘、單線船閘。1.2船閘的平面尺寸及各部高程1.2.1船閘的有效尺度設計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)船閘設計總體規(guī)范3.1.53.1.9的規(guī)定進行計算。根據(jù)設計船型資料，考慮1頂+21000船隊兩排并列一次過閘、1頂+21000與1拖+12100船隊并列過閘、1拖+4500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

5、度有效長度船隊寬度富裕寬度有效寬度1頂+21000并列151.511.116321.21.35231頂+21000與1拖+12100并列172.17.1618021.01.34231拖+4500133.56.014017.61.219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Hc1.62.46=3.94，考慮留有一定的富裕取4.5，閘室的有效尺度230234.5。1.2.2船閘的最小斷面系數(shù)最小斷面系數(shù)n應滿足大于1.52.0。1.2.

6、3引航道的平面形狀與尺寸一、引航道平面布置引航道應由導航段、調(diào)順段、停泊段和制動段等組成，其平面布置應保證通航期內(nèi)過閘船舶、船隊暢通無阻，安全行駛。引航道的平面布置應根據(jù)船閘的級別、線數(shù)、設計船型船隊、通過能力等，結(jié)合地形、地質(zhì)水流、泥沙及上、下游航道等條件研究確定。采用反對稱型引航道布置，單向過閘速度較快。二、引航道尺寸（一） 引航道長度1.導航段，為頂推船隊全長，1頂+21000級船隊長=151.5，取160 m2.調(diào)順段（1.52.0）=227.25303，取2803.停泊段（主要考慮拖帶船隊長），考慮到解隊過，解隊后船隊長171.2，取1804.過渡段，為引航道寬度與航道寬度之差，二級

7、航道寬為70，引航道寬度37.1（取40），則=30，=3005.制動段用估算，為船隊進入口門航速，一般取2.54.5，則3151.5=454.5.取480 m（二）引航道寬度考慮一側(cè)靠船，設計最大船寬bc=10.6，一側(cè)等候過閘的船隊總寬度=10.6，富裕寬度，則引航道寬度B0 bc + bc1 + 2b =10.6 + 10.6 + 1.510.6 =37.1 m，取40 m（三）引航道最小水深，即=1.52.46=3.69，考慮留有一定的富裕，取4.51.2.4船閘的各部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

8、。船閘各部分高程可參考船閘總體設計規(guī)范中的有關(guān)內(nèi)容計算確定。1.上游引航道底高程=上游最低通航水位引航道的最小水深=10.54.5=6.02.上游導航建筑物頂高程=上游設計最高通航水位超高（空載干弦） =13.2+1.5=14.73.上閘首門頂高程=上游校核洪水位安全超高=14.0+0.5=14.54.上閘首墻頂高程=門頂高程結(jié)構(gòu)安裝高度=15.5+1=16.55.上閘首門檻高程=上游最低設計通航水位門檻水深10.54.5=6.06.閘室墻頂高程=上游最高通航水位超高（空載干弦）=13.2+1.5=14.7 設置0.9高的胸墻，則實體墻頂高程為13.87.閘室底高程=下游設計最低通航水位閘室設

9、計水深=5.24.5=0.78.下閘首門頂高程=上游最高通航水位超高=13.20.5=13.79.下閘首墻頂高程=門頂高程結(jié)構(gòu)安裝高度=13.71=14.710.下閘首門檻高程=下游設計最低通航水位門檻水深=5.24.5=0.711.下游引航道底高程=下游最低通航水位引航道最小水深=5.24.5=0.712.下游引航道頂高程=下游最高通航水位超高（空載干弦）=8.01.5=9.5船閘各部分高程如下圖所示1.3船閘的通過能力1.船舶（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分別計算。單向進閘距離是船舶（隊）自引航道中停靠位置（距閘首70m）

10、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)船閘總體設計規(guī)范查得單向進閘 單向出閘雙向進閘 雙向出閘則，2.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2030時，約為23，取23.閘室灌、瀉水時間船

11、閘灌瀉水時間與水頭、輸水系統(tǒng)型式、閘室尺度有關(guān)，取=9.04.船舶（隊）進出閘門間隔時間船舶（隊）進出閘門間隔時間取5.0則：單向過閘時間 10.2+42+29+6.1+25=52.3雙向過閘時間 216.1+42+29+211.6+45=101.4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6年通航天數(shù)（352天）次過閘的平均載重噸位（近期4000噸，遠期6000噸）船舶裝載系數(shù)（0.84） 運量不均勻系數(shù)（1.30）近期

12、：遠期：滿足通過能力的要求1.4船閘的耗水量及經(jīng)濟損失計算船閘一天內(nèi)平均耗水量可按下列計算：式中：一天內(nèi)平均耗水量(m3/s) V一次過閘用水量(m3)，必要時應考慮上、下行船舶、船隊排水量差額q 閘門、閥門的漏水損失(m3/s)e 止水線每米上的滲漏損失m3/(s.m )， 當水頭小于10 m時取0.0015一0.0020m3/(s.m )，當水頭大于10 m時取 0.002一0.003m3/(s.m )u 閘門、閥門止水線總長度(m)1.5船閘在樞紐中的布置 為減小占地面積，減少工程量，采用閘壩并列式布置，且船閘伸向壩軸線下游。第二章 船閘輸水系統(tǒng)型式選擇及水力計算2.1船閘輸水系統(tǒng)型式選

13、擇2.1.1集中輸水與分散式輸水系統(tǒng)選擇輸水系統(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)式中：m 判別系數(shù)H設計水頭(m),取5 mT 閘室灌水時間(min)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。 2.1.2消能工選擇集中輸水系統(tǒng)消能工的布置應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，查船閘輸水系統(tǒng)設計規(guī)范表3.1.5，可采用簡單消能工。選用消力檻消能。2.2船閘水力計算2.2.1計算輸水廊道的斷面面積水閥門處廊道斷面面積式中：計算水域面積 25523=5865設計水頭 取5.0閥門全開時輸水系統(tǒng)的流量系數(shù)，可取

14、0.60.8，取0.7系數(shù)，銳緣平板閥門=0.7時，取0.56可取0.60.8，取0.8閘室灌水時間，取9.0則 2.2.2輸水系統(tǒng)設計一、輸水系統(tǒng)廊道的具體布置及細部尺寸采用集中輸水系統(tǒng)，環(huán)形短廊道輸水。根據(jù)船閘輸水系統(tǒng)設計規(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。1.輸水廊道的進口輸水廊道的進口應布置在水下一定深度，一般低于設計最低通航水位以下0.51.0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（0.10.15）（為輸水廊道進口寬度，取4 m），取0.5。2.輸水廊道的彎曲段廊

15、道彎曲段的主要設計任務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0.75（0.15H，設計水頭H取5m），外側(cè)6（1.0 bm，bm為廊道轉(zhuǎn)彎段平均寬度，取4 m），轉(zhuǎn)彎中心線4（0.91.0）bm）；出口轉(zhuǎn)彎段內(nèi)側(cè)曲率半徑1（0.20.25）H），外側(cè)8（1.0 bm ），轉(zhuǎn)彎中心線5.5（1.01.4）bm）。3.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，廊道出口斷面取6（1.21.6）閥門處廊道斷面，取1.54=6 m）。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導墻。導墻的位于廊道正中而

16、略偏向外側(cè)0.2（0.05倍廊道寬度）。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1.02.0，下閘首應大于0.51.5。4.輸水廊道的直線段在廊道的轉(zhuǎn)彎段之間，應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（1.32.5），取8m。 輸水系統(tǒng)布置圖見右圖。二、輸水系統(tǒng)的阻力系數(shù)和流量系數(shù)根據(jù)船閘輸水系統(tǒng)設計規(guī)范A.0.6，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，平面閥門全開為0閥門井或門槽的損失系數(shù)，平面閥門

17、取0.1，這里用0.12（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0.20.25，取0.25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=0.47，則=0.47可用上面的方法求得，為0.4可用公式計算，式中、為前后計算斷面的面積分別為43.5和63.5，為系數(shù)，與圓錐頂角有關(guān)，由幾何關(guān)系可知為，則查表得=0.14，則可以求出=0.016對于

18、多支孔出口，為0.70.9，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0.8時實際阻力系數(shù)為0.36忽略沿層阻力的影響，取=0則 =0.25+0.47+0.4+0.016+0.36+0=1.496當閥門全開時 =0.77三、輸水閥門開啟時間式中：系數(shù)，對銳緣平板閥門取0.725輸水閥門處廊道斷面面積 3.542=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210001.3=2600船舶允許系纜力，按船閘輸水系統(tǒng)設計規(guī)范表2.2.1確定，取32初始水位時閘室的橫斷面積4.523=103.5船舶（隊）浸水橫斷面積2.

19、4610.60.92=46.9，其中0.9為船舶斷面系數(shù)則： 四、閘室輸水時間閘室輸水時間應根據(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 25523=5865閥門全開時輸水系統(tǒng)的流量系數(shù)，取0.8輸水閥門處的斷面面積28系數(shù)，按表3.3.2確定，取0.53閥門的開啟時間，4.8則：五、停泊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

20、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略的近似計算。具體纜繩拉力的確定還需借助水工模型試驗。進行纜繩拉力的估算時，通常作以下的一些假設：1.船舶位于閘室縱軸線上；2.船舶的豎向位移對纜繩的水平拉力不產(chǎn)生影響；3.船舶綁系得很牢固，在水流作用下不產(chǎn)生水平方向的移動，纜繩拉力等于閘室灌泄水時作用于過閘船舶上的全部水流作用力。計算公式可參考船閘輸水系統(tǒng)設計規(guī)范中3.3.7有關(guān)內(nèi)容，計算過程如下：船舶、船隊在閘室內(nèi)的停泊條件可按船閘輸水系統(tǒng)設計規(guī)范中3.3.7的公式進行核算閘室灌水時 式中：船舶、船隊所受的水流作用力（）灌泄水初期的波浪力作用（）取0.

21、725，銳緣平面閥門輸水閥門處的廊道斷面面積28波浪力系數(shù)，當船舶、船隊的長度接近閘室長度時取1船舶、船隊的排水量210001.3=2600設計水頭5.0輸水閥門的開啟時間4.8min初始水位的閘室橫斷面面積4.523=103.5船舶、船隊浸水橫斷面面積2.4610.60.9=23.47 則： PL查表2.2.1為32 KN滿足停泊穩(wěn)定的要求閘室泄水時 泄水時閘室水面坡降所產(chǎn)生的作用力，可按下式（附錄D.0.1）計算： 式中：校正系數(shù)取1.2水的密度1 t/m時刻t的閘室水深，可由閘室水位與時間關(guān)系曲線求得11.3794=7.379閘室的寬度23換算的船底以下水深=5.166泄水流量，取最大流

22、量110.059船尾離上閘首的距離230160=70船舶、船隊的換算長度閘室水域長度255船尾處的單寬流量 船首處的單寬流量則：由閘室的縱向流速所產(chǎn)生的作用力式中：船舶、船隊排水量的方形系數(shù)剩余阻力系數(shù)，金屬船取船前流速不均勻系數(shù)，閘室泄水取1.0系數(shù)，摩擦系數(shù)，金屬船取船舶浸水表面積110.87（22.46+0.910.6）=1603.1水力半徑，謝才系數(shù)，閘室過水斷面面積，7.37923=169.717=2.921滿足停泊穩(wěn)定的要求2.2.3繪制輸水系統(tǒng)水力特性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

23、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。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

24、：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：第三章 閘閥門及啟閉機型式選擇3.1閘門型式選擇及門扇尺寸確定選用人字閘門。1.門扇長度式中：Bk閘首口門寬度（m）c 由門扇支墊塊與枕墊塊支承面至門龕外緣的距離，m；一般取為c=0.050.07）Bk 閘門與船閘橫軸線夾角，一般取2022.5 取ln為15m2.門扇厚度t = （1/101/8）ln取t為1.5m3.門扇高度h = H + hk + km式中：H上游設計最高水位與下游最低通航水位之間的水位差（m）hk 門檻水深（m）k閘門面板頂在上游設計最高水位以上的超高（m）一般

25、取為（0.20.5）mm閘門面板底與門檻頂?shù)木嚯x，m通常?。?.15-0.25） m，當閘門關(guān)閉，門底止水位于門檻側(cè)面時取正值，在門檻頂面時取負值。 h = （13.25.2）+ 4.5 + 0.3 + 0.2 =13 m3.2閥門型式選擇及尺寸確定選用平面閥門。3.3閘閥門啟閉機型式選擇人字閘門采用剛性拉桿式啟閉機械，齒輪齒條式人字閘門啟閉機。平面閥門采用液壓活塞式啟閉機械。第四章 附屬設施船閘附屬設施及其布置可參考船閘總體設計規(guī)范中的有關(guān)內(nèi)容。1.系船設備閘室、引航道等處的靠船建筑物靠船一側(cè)，設置龕式系船柱。系船柱不突出墻面。閘室墻、引航道等靠船建筑物的頂部設置固定系船柱。在閘室內(nèi)的布置，

26、首尾系船柱距閘室的有效長度兩端距離為10m；在閘室墻墻面上設置固定系船柱其縱向間距為1.5m,橫向間距為15m；另外在閘室墻上每隔40m設置浮式系船柱。2.安全防護和檢修設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，在上閘首設置防洪門，兼做檢修門用；船閘閘室的閘室墻前沿設護輪坎。閘室兩側(cè)設置兩道嵌入式爬梯，爬梯距閘首距離取10m。3.信號和標志船閘按晝夜通航要求設置信號和標志，每道工作閘門上、下游均設置水尺。4.控制通信高良澗二線船閘距原來的老船閘近5km,在設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置一個遠方調(diào)度站，同船閘上的總

27、調(diào)度室一起調(diào)度船舶運行。5.房屋和道路船閘的周圍分別設置生產(chǎn)、輔助生產(chǎn)、生活等用房，并結(jié)合船閘建設規(guī)劃作出統(tǒng)一的總體設計，其布置要求合理緊湊，管理方便。船閘的各部位之間，應根據(jù)需要設置內(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。6.環(huán)境保護船閘設計應貫徹執(zhí)行中華人民共和國環(huán)境保護法的有關(guān)規(guī)定，做到船閘工程設計與環(huán)保設計同步進行，保護環(huán)境。船閘的環(huán)保和綠化設計，應根據(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，應采取防治保護措施。閘區(qū)范圍內(nèi)應進

28、行近、遠期綠化總體規(guī)劃，其陸域綠化覆蓋系數(shù)應不小于30%。7.消防和救護船閘設計應執(zhí)行中華人民共和國消防法的有關(guān)規(guī)定，設置專用的消防設施。閘首等部位設置消防栓、滅火器、滅火材料等有關(guān)器材。船閘應設專用的消防通道、消防水泵等。船閘的房屋設計應符合現(xiàn)行國家標準建筑設計防火規(guī)范的有關(guān)規(guī)定。第五章 閘室結(jié)構(gòu)設計5.1閘室結(jié)構(gòu)型式選擇選擇分離式結(jié)構(gòu)計算（重力式）和整體式閘室結(jié)構(gòu)進行比較。5.2設計計算一 計算情況作用在閘室結(jié)構(gòu)上的荷載，可能以不同的組合方式出現(xiàn)。在設計時，不可能也沒有必要對所有的組合方式都進行計算，一般都選取那些起控制作用的組合方式進行計算。閘室結(jié)構(gòu)的計算情況，主要有運用情況，檢修情況、

29、完建情況、施工情況、非常情況。在船閘的運轉(zhuǎn)過程中，閘室內(nèi)的水面可能與上游水位或下游水位齊平，在設計時考慮兩種可能發(fā)生的最不利組合。1、閘室內(nèi)為上游最高通航水位16.0m，墻后地下水位，取排水管水位9.5 m（閘室中間截面），此時，除水壓力、土壓力外，還需考慮船舶的撞擊力的作用。這種情況的計算特點是指向回填土方向的水平力最大。2、閘室內(nèi)為下游最低通航水位8.5 m，墻后為地下水位，取排水管水位9.5 m。此時，除水壓力、土壓力及自重等荷載外，還應考慮系纜力及閘面活荷載的作用。這種計算情況指向閘室方向的水平力較大。二 分離式結(jié)構(gòu)計算（重力式）（一）閘室結(jié)構(gòu)尺寸的確定閘室結(jié)構(gòu)的尺寸的確定可根據(jù)前面章

30、節(jié)中已求出的船閘閘室的各部分高程，結(jié)合船閘水工建筑物設計規(guī)范中閘室結(jié)構(gòu)設計的相關(guān)內(nèi)容確定。具體尺寸如下圖所示：（二）荷載計算荷載計算時取單位寬度（1m）,計算工況為運轉(zhuǎn)期,設計水頭墻前為最低通航水位(8.5m)，墻后為排水管水位(9.5m)。1、 自重1） 建筑物自重（鋼筋砼=25，漿砌塊石=23）壓頂及胸墻=25(0.30.90.50.6)=14.25閘室墻=23(0.30.90.50.6)=14.25閘室底板=25(0.30.90.50.6)=14.25 對前趾O點的力臂=2.5=2.5+=2） 墻后土體自重地下水位以上=19.21/2（0.58）5.3784.53=1134 地下水位以下

31、=19.41/2（0.54.53）5.5=268.35 對前趾O點的力臂 =9.13=133） 水自重閘室墻前趾上的水自重9.8（8.54）2.5=110.25對前趾O點的力臂=11.5/2=5.752、 靜水壓力1） 墻前水壓力=1/29.8=176.4 2） 墻后水壓力=1/29.8= 240.13、 土壓力土壓力的大小不僅取決于回填土的表面形狀而且取決于墻體本身的性質(zhì)，對于重力式閘室墻采用主動土壓力計算?；靥钔恋男再|(zhì)：摩擦角、粘聚力、 濕容重、浮容重=9.6采用朗肯理論計算土壓力=0.554.13 土壓力強度19.280.55229.4=40.8740.879.67.0=90.71=1/

32、240.87（84.13）1/2（40.8790.71）7.0=539.61對前趾O點的力臂4、 揚壓力由于閘室為透水底板，因此需計算其滲透穩(wěn)定式中：地下輪廓線水平段長度 地下輪廓線垂直段長度 滲徑系數(shù)，查得亞粘土取5滲透水頭 =13 =9.54=5.5=1.50.820.51.52=3.9 則：滲徑 L=133.9=16.955.5=27.5 需進行防滲布置。擬在兩齒墻下打防滲板樁（1.5每根），則新的滲徑長度為L=16.91.524=28.9，滿足防滲要求。在運轉(zhuǎn)情況下，底板上的揚壓力包括浮托力和滲透壓力。點4的滲透壓力強度為：=9.81.0=2.44點5的滲透壓力強度為：=9.81.0=

33、7.36則底板上的滲透壓力 =1/2（2.447.36）13=63.7對前趾O點的力臂 7.59底板上的浮托力 =9.8（8.52.5）13=764.4對前趾O點的力臂 =13.5/2=6.755、 船舶荷載船舶荷載主要為撞擊力和系纜力，其值較小計算時忽略不記。船舶撞擊力可按下式計算：式中： 系數(shù)，閘室取1船隊排水量6、 閘面活荷載閘面活荷載可取25，當閘面有汽車、牽引車通行或堆放材料時，應根據(jù)具體情況確定。（三）穩(wěn)定計算一） 抗滑穩(wěn)定抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)可按下式計算：式中：結(jié)構(gòu)與地基接觸面的抗剪摩擦系數(shù),查表取0.34作用于結(jié)構(gòu)上全部荷載時滑動面法向投影的總和（）作用于結(jié)構(gòu)上全部荷載時滑動面切向

34、投影的總和（）= 14.251584.73851134286.35110.2563.7764.4=2668.45=240.1539.61176.4=603.31安全系數(shù)=1.51.3（船閘水工建筑物設計規(guī)范規(guī)定）滿足抗滑穩(wěn)定要求二） 抗傾穩(wěn)定抗傾穩(wěn)定安全系數(shù)可按下式計算：對計算截面前趾的穩(wěn)定力矩之和（）對計算截面前趾的傾覆力矩之和（）=14.252.731584.75.313856.711349.13268.3511.49110.251.25176.41.5=24872.33=240.12.33539.613.6263.77.59764.46.75=8156.0安全系數(shù) =3.051.5（船閘

35、水工建筑物設計規(guī)范規(guī)定）滿足抗傾穩(wěn)定要求三） 抗浮穩(wěn)定抗浮穩(wěn)定安全系數(shù)可按下式計算：式中：向下的垂直力總和揚壓力總和=14.251584.73851134268.35110.25=3469.55=63.7764.4=828.1安全系數(shù) =4.22 1.1（船閘水工建筑物設計規(guī)范規(guī)定）滿足抗浮穩(wěn)定要求（四）地基反力及承載力一）地基反力作用在地基基礎底邊緣處的最大和最小應力按偏心受壓計算：式中：作用于閘室上外荷載合力的垂直分力（）=基礎的面積（）基礎的縱向長度（）合力的偏心距（）=3496.55-828.1=2668.45=0.24則：=為了防止閘墻產(chǎn)生過大的不均勻沉降，應控制地基的不均勻性。在通

36、常情況下，要求地基反力的最大值與最小值之比不大于3。地基反力滿足要求二）地基承載力=17.710,則按條形基礎計算對于條形基礎,當?shù)鼗休d力按下式計算：式中：地基極限承載力豎向分力（）基礎的有效寬度（）、承載力系數(shù)C粘聚力（）基礎底面以上的邊載（）條形基礎底面的有效受壓寬度應按下式計算：=B2e=1320.24=12.52資料提供的土層數(shù)據(jù)如下：第層土：容重=18.8、比重=2.74、空隙比=0.92、粘聚力=24、摩擦角=、土層厚度=0.45第層土：容重=18.8、比重=2.70、空隙比=0.82、粘聚力=14、摩擦角=、土層厚度=1.1第層土：容重=19.3、比重=2.71、空隙比=0.7

37、9、粘聚力=57、摩擦角=、土層厚度=1.7浮容重=8.88=9.15=9.36則地基的土力學指標：對各層土的土力學指標加權(quán)平均=9.22=37.88則：由=、0.24，查表C.0.3-1得承載力系數(shù)=11.67 承載力系數(shù) =6.47承載力系數(shù) 先確定承載力因子的值式中：基礎的有效寬度（）基礎面上的邊載（）=9.61.5=14.4 查表C.0.3-45得承載力系數(shù)=4.67則地基承載力 =12.52（1/29.2212.524.6737.8811.6714.46.47）=10063.06地基承載力安全系數(shù) 滿足要求式中：地基承載力的安全系數(shù)地基極限承載力的豎向分力作用于墻底面或基礎上的豎向合力（五）地基沉降由于設計資料中未提供閘址處地基土的壓縮曲線或可以使用的壓縮指標，所以不能求地基的沉降。三 整體式閘室結(jié)構(gòu)（一）閘室結(jié)構(gòu)尺寸的確定同樣的，閘室結(jié)構(gòu)的尺寸的確定可根據(jù)前面章