港口航道工程学课程设计东江水利枢纽通航建筑物初步设计.docx

港口航道工程学课程设计东江水利枢纽通航建筑物初步设计 港口航道工程学 课程设计 东江水利枢纽通航建筑物初步设计 姓名： 学号： 班级： 港航X班 指导老师： 2013年X月 书目 枢纽中的船闸布置 1确定船闸的等级 1 2船闸布置方案比较论证 1 2.1船闸平面布置形式 1 2.2船闸布置位置 1 2.3闸首与坝轴线的关系 2 2.4引航道的平面布置 2 3确定船闸的各平面尺寸 2 3.1船闸设计船型、船队 2 3.2船闸有效尺度 3 3.2.1闸室有效长度 3 3.2.2闸室有效宽度 4 3.2.3主导航建筑物长度 4 3.2.4靠船建筑物长度 4 3.3引航道尺寸 5 3.3.1引航道长度 5 3.3.2引航道宽度 6 4船闸的通航水位 6 4.1上游最高通航水位 6 4.2下游最高通航水位 7 4.3上游最低通航水位 7 4.4下游最低通航水位 7 5.船闸高程 8 5.1闸门顶部高程 8 5.2闸首墙顶部高程 8 5.3门槛最小水深 8 5.4上、下闸首门槛高程 9 5.5闸室墙顶部高程 9 5.6闸室底板顶部高程 9 5.7船闸上、下游导航和靠船建筑物的顶部高程 9 5.8上、下游引航道和口门区及连接段底部高程 9 6输水系统选型及廊道断面尺寸拟定 10 6.1输水系统选型 10 6.2廊道断面尺寸拟定 11 7船闸通过实力计算 12 7.1一次过闸时间 12 7.1.1进出闸时间 12 7.1.1.1运行距离 12 7.1.1.2运行距离进出闸的平均速度 13 7.1.2闸门启闭时间 13 7.1.3船闸灌泄水时间 13 7.1.3.1输水阀门处廊道断面面积 13 7.1.3.2输水阀门开启时间 14 7.1.3.3船闸灌泄水时间 14 7.1.4船舶、船队进出闸间隔时间 15 7.2日平均过闸次数 16 7.3单级船闸年通过实力 17 7.3.1单向年过闸船舶总载重吨位: 17 7.3.2单向年过闸客货运量: 17 8船闸耗水量 18 9人字闸门尺寸拟定 18 9.1门扇长度 19 9.2门扇高度 19 9.3门扇厚度 20 船闸稳定及结构设计 10船闸闸首结构尺寸确定 21 10.1闸首长度 21 10.1.1门前段长度 21 10.1.2门龛段长度 21 10.1.3闸门支持段长度 22 10.2闸首宽度 22 11闸首结构结构型式选定 22 12船闸闸室结构型式选定 22 13确定荷载及其组合 23 13.1计算状况 23 13.2荷载组合 24 13.3作用于船闸水工建筑物上的荷载 25 14稳定性分析闸首墙和闸室墙 28 14.1闸首墙 28 14.1.1受力分析 28 14.1.2抗滑稳定性 30 14.1.3抗倾稳定性 30 14.1.4地基承载力 31 14.2闸室墙 31 14.2.1左重力式闸室墙 32 14.2.1.1受力分析 32 14.2.1.2抗滑稳定性 32 14.2.1.3抗倾稳定性 32 14.2.1.4地基承载力 33 14.2.2 右倒梯形衬砌墙 33 14.2.2.1抗滑稳定性 33 14.2.2.2断面强度核算 33 14.2.2.3配筋计算 34 附录 34 1设计图 34 2 课程设计给定背景资料 34 枢纽中的船闸布置 1确定船闸的等级 已知东江水利枢纽航道等级为级航道，由航道等级划分可知，级航道对应设计舶载重为500吨。船闸分级指标与航道分级指标相同，故再依据船闸分级指标，该船闸属于级船闸。 表4 船闸分级指标表 船闸级别 设计最大 船舶吨级 3000 2000 1000 500 300 100 50 注：设计最大船舶吨级系指通过船闸的最大船舶载重吨（DWT）；当为船队通过时，指组成船队的最大驳船载重吨（DWR）。 2船闸布置方案比较论证 2.1船闸平面布置形式 依据船闸总体设计规范，船闸平面布置可分为下列形式： (1 )按并列排列船闸数分为单线和多线船闸; (2) 按纵向排列闸室数分为单级和多级船闸，多级船闸又分为连续多级船闸和设中间渠道船闸。依据东江航运状况及设计水平年运输要求不高的状况，故采纳单线船闸；该处船闸水头小于30m，采纳单级船闸。2.2船闸布置位置 依据船闸总体设计规范，船闸宜布置在位于深泓线一侧，且船闸宜临岸布置，不应布置在紧邻的溢流坝、泄水闸、电站等两过水建筑物之间。东江水利枢坝轴线位于泗湄洲洲头处，泗湄洲将河道分为左河汊和右河汊，主流位于右河汊。此外，右岸为岩石基础的山坡，地质条件较好，便于取材，因而在右汊临岸布置船闸。2.3闸首与坝轴线的关系 依据船闸总体设计规范，船闸闸室宜布置在挡水建筑物下游，因而选择船闸伸向坝轴线下游的布置方式。此时闸室墙承受的水压力较小，下游引航道进出口离溢流坝较远，所需下游导堤的长度可以缩短。2.4引航道的平面布置 此处采纳反对称型引航道即直线进闸，曲线出闸布置。由于我国90%多的大、中型船闸都采纳该方式布置，故沿用此方式。 3确定船闸的各平面尺寸 3.1船闸设计船型、船队 依据内河通航标准关于自然和渠化河流航道尺度的规定、限制性航道尺度的规定，及广东航道局供应的通航船队（只）尺度要求，该船闸代表船舶、船队为2排1列或一个顶推船队。 限制性航道尺度 3.2船闸有效尺度 依据内河通航标准中关于船闸有效尺度的规定（表），分别确定船闸的平面尺寸。船闸有效尺度可按后面列出的公式计算，但不得小于表所列数值。 3.2.1闸室有效长度 船闸闸室有效长度不应小于按式(3.1.5)计算的长度，并取整数。 LX=lc+lf 式中:LX闸室有效长度（m）； lc设计船队、船舶计算长度（m），当一闸次只有一个船队或一艘船舶单列过闸时，为设计最大船队、船舶的长度；当一闸次有两个或多个船队船舶纵向排列过闸时，则为各设计最大船队、船舶长度之和加上各船队、船舶间的停岸间隔长度； lf富有长度（m），顶推船队lf2+0.06 lc；拖带船队lf2+0.02 lc；机动驳和其他船舶lf4+0.05 lc 这里，依据广东航道局供应的通航船队（只）尺度要求： lc为109m,为一个500吨级船队(一顶一)长度; lf为8.54m(2+0.06*109)，大于规范中规定的6m最小值； 故Lx为117.54m（109+8.54），取118m，依据表，最终定为120m。 设冷静段长度为10m，则闸室的总长度为130m。3.2.2闸室有效宽度 闸室有效宽度为闸室两侧闸墙面间的最小净宽度。船闸闸室有效宽度小应小于按公式(3.1.8-1)和公式(3.1.8-2)计算的宽度，并宜采纳现行国家标准内河通航标准(GBJ 139)中规定的8m,12m,16m,23m,34m宽度。 这里，依据广东航道局供应的通航船队（只）尺度要求： Bc取13m，为一个500吨级船队(一顶一)宽度； b为1.2m，n为1,bf为1.2。 Bx为14.2m.最终取16m。3.2.3主导航建筑物长度 主导航建筑物长度应与导航段长度相同，取109m。3.2.4靠船建筑物长度 靠船建筑物的长度应采纳一个设计最大船舶、船队长度。这里为109m。3.3引航道尺寸 3.3.1引航道长度 引航道直线段的轴线应平行于船闸轴线，直线段应由导航段、调顺段和停岸段组成，见图5.5.1。引航道的长度应满意下列要求。 依据船闸总体设计规范，当采纳直线进闸、曲线出闸布置时，引航道的各段长度，应符合下列规定: (1)导航段长度： l1Lc 式中 Lc顶推船队为设计最大船队长，拖带船队或单船为其中的最大船长（m）。 依据枢纽资料，设计最大船长为109m，故导航段长度l1取109m。(2)调顺段长度l2： l21.5-2.0Lc 调顺段长度l2取163.5m（1.5*109）。(3) 停岸段长度l3按式(5.5.1-3)确定，当引航道内停岸的船舶、船队数不止1个时，应按须要加长。l3Lc 式中 顶推船队为设计最大船队长，拖带船队或单船为其中的最大船长（m）。停岸段长度l3取109m。(4）引航道直线段的总长度 L: L1=l1+l2+l3 L为381.5m（109+163.5+109） 3.3.2引航道宽度 依据船闸总体设计规范，反对称型引航道宽度计算公式为： B0bc+bc1+b1+b2 式中：B0设计最低通航水位时，设计最大船舶、船队满载吃水船底处的引航道宽度(m)； bc设计最大船舶、船队宽度(m)，设计取20m； bc1一侧等候过闸船舶、船队的总宽度(m)，设计取20m； b1船舶、船队之间的富有宽度(m)，取b1=bc； b2船舶、船队与岸之间的富有宽度(m)，取b2=0.5bc 依据船闸总体设计规范（JTJ 305-2001）规定，对单线反对称型引航道宽度按下式计算： 式中：设计最低通航水位时，设计最大船舶、船队满载吃水船底处的引航道宽度(m)； 设计最大船舶、船队宽度(m)，设计取13m； 一侧等候过闸船舶、船队的总宽度(m)，设计取13m； 船舶、船队之间的富有宽度(m)，取； 船舶、船队与岸之间的富有宽度(m)，取。bc取13m,bc1取13m，b1取13m，b2取6.5。故Bo为45.5m(13+13+13+6.5)。综上： 单位：m 闸室有效长度 120 闸室有效宽度 16 主导航建筑物长度 109 靠船建筑物长度 109 引航道长度 381.5 引航道宽度 45.5 4船闸的通航水位 4.1上游最高通航水位 依据船闸总体设计规范中关于上游设计最高通航水位设计洪水频率的规定（表），以及东江水利枢纽的水文资料，级船闸对应洪水重现期为20-10年，对应频率为5%-10%。此处选取10年，频率为10%。依据水文资料，对应洪峰流量为8250 m3/s。闸前水位为12.01m，相应下游水位为11.79m。 4.2下游最高通航水位 船闸下游设计最高通航水位，应采纳表4.1.2规定的设计洪水频率相应的最大下泄流量对应的下游最高水位。依据水文资料，该处闸前水位为12.01m，相应下游水位为11.79m。 4.3上游最低通航水位 依据对上有设计最低通航水位保证率的规定（表），级船闸对应保证率为98%-95%,该处取95%，依据依据水文资料，电站停发流量Q为2800m3/s，相应上游水位为6.13m，即为上游最低通航水位。表6 船闸设计最低通航水位保证率 船闸级别 、 保证率(%) 99-98 98-95 95-90 4.4下游最低通航水位 船闸下游设计最高通航水位，应采纳表4.1.2规定的设计洪水频率相应的最大下泄流量对应的下游最高水位。依据资料，船闸枯水停航时，通航保证率为95%的流量Q为600m3/s时，相应下游水位为1.0m，即为下游最低通航水位。综上， 单位：m 上游最高通航水位 12.01 下游最高通航水位 11.79 上游最低通航水位 6.13 下游最低通航水位 1.0 5.船闸高程 5.1闸门顶部高程 船闸挡水前缘闸首的闸门顶部高程应为上游校核高水位加平安超高确定。船闸非挡水前缘闸首的闸门顶部高程应为上游设计最高通航水位加平安超高。依据船闸总体设计规范对平安超高值的规定，船闸闸门顶部最小的平安超高值，- 级船闸不应小于0.5m。对于有波浪或水面涌高状况的闸首门顶高程应另加波高或涌高影响。且位于枢纽工程中的船闸，其挡水前缘的闸首顶部高程应不低于与相互连接的枢纽工程建筑物挡水前缘的顶部高程。依据水文资料，上游校核洪水位为15.29m，依据前面计算，上游设计最高通航水位为12.01m，平安超高值取0.5m，故最终船闸挡水前缘闸首的闸门顶部高程取15.79m (15.29+0.5)，非挡水前缘闸首的闸门顶部高程取12.51m (12.01+0.5)。取下闸门与上闸门一样，为15.79m。5.2闸首墙顶部高程 闸首墙顶部高程应依据闸门顶部高程和结构布置等要求确定，并不得低于闸门（15.79m）和闸室墙顶部高程（14.51m）。位于枢纽工程中的船闸，其挡水前缘的闸首顶部高程应不低于与相互连接的枢纽工程建筑物挡水前缘的顶部高程。船闸与相邻建筑物或堤岸的连接建筑物属前缘挡水的，其顶部高程应与其他前缘挡水建筑物的顶部高程的标准一样。依据枢纽工程资料，已知拦河闸闸顶高程为17.3m，故最终选取上闸首墙顶部高程为17.3m，下闸首墙也为17.3m。5.3门槛最小水深 船闸门槛最小水深应为设计最低通航水位至门槛顶部的最小水深，并应满意设汁船舶、船队满载时的最大吃水加富有深度的要求，可按公式(3.1.9)计算。 式中：H门槛最小水深（m）； T设计船舶、船队满载时的最大吃水（m）。 此处依据航运资料，船舶、船队满载时的最大吃水取3m,故H取4.8 m (1.6*3)。5.4上、下闸首门槛高程 船闸上、下闸首门槛顶部高程应为上、下游设计最低通航水位值减去门槛最小水深值。此处上闸首门槛顶部高程为1.33m(6.13-4.8)，下闸首门槛顶部高程为-3.8m(1.0-4.8)。5.5闸室墙顶部高程 船闸闸室墙顶部高程应为上游设计最高通航水位加超高值，超高值不应小于设计过闸船舶、船队空载时的最大干舷高度。依据航运资料，船舶最大干舷高度取2.5m，取超高值为2.5m时，闸室墙顶部高程为14.51m(12.01+2.5)。5.6闸室底板顶部高程 闸室最小水深 闸室最小水深应为设计最低通航水位至闸室底板顶部的最小水深，其值应不小于门槛最小水深。该处取4.8m。船闸闸室底板顶部高程不应高于上、下闸首门槛顶部高程。已知上、下闸首门槛顶部高程分别为1.33m、-3.8m，故此处闸室底板顶部高程取-3.8m。5.7船闸上、下游导航和靠船建筑物的顶部高程 船闸上、下游导航和靠船建筑物的顶部高程应为上、下游设计最高通航水位加超高值，超高值不宜小于设计过闸船舶、船队空载时的最大干舷高度。这里，上游设计最高通航水位12.01, 下游设计最高通航水位11.79；依据航运资料，船舶最大干舷高度取2.5m，取超高值为2.5m，故最终上游导航和靠船建筑物的顶部高程为14.51m（12.01+2.5），下游导航和靠船建筑物的顶部高程为14.29m（11.79+2.5） 5.8上、下游引航道和口门区及连接段底部高程 船闸上、下游引航道和口门区及连接段的底部高程应为上、下游设计最低通航水位减去引航道设计最小水深值。引航道最小水深 依据船闸总体设计规范，-及船闸引航道最小水深应按下式计算： H0T1.5 式中Ho在设计最低通航水位时，引航道底宽内最小水深(m ) ; T 设计最大船舶、船队满载吃水(m) T此处为3m,故H0取4.5m(1.5*3)。对应上游引航道和口门区及连接段的底部高程为1.63m(6.13-4.5)。下游引航道和口门区及连接段的底部高程-3.5m（1.0-4.5）。 综上： 单位：m 上闸门顶部高程 15.79 下闸门顶部高程 15.79 上、下闸首墙顶部高程 17.3 上闸首门槛顶部高程 1.33 下闸首门槛顶部高程 -3.8 闸室墙顶部高程 14.51 船闸闸室底板顶部高程 -3.8 上游导航和靠船建筑物的顶部高程 14.51 下游导航和靠船建筑物的顶部高程 14.29 上游引航道底部高程 1.63 下游引航道底部高程 -3.5 6输水系统选型及廊道断面尺寸拟定 6.1输水系统选型 船闸输水系统可分为集中输水系统和分散输水系统两大类。输水系统的类型可依据判别系数按式(2.1.4)初步选定。 m=TH 式中 m判别系数; H设计水头(m); T闸室灌水时间 当m>3.5时，采纳集中输水系统;当m<2.5时，采纳分散输水系统;当m为2.5一3.5时，应进行技术经济论证或参照类似工程选定。此处，T为8min, H为5.13m 故m为3.5。选集中式输水系统 6.2廊道断面尺寸拟定 集中输水系统可分为短廊道输水、干脆利用闸门输水和组合式输水。(1)短廊道输水包括无消能室、有消能室和槛下输水; (2)干脆利用闸门输水包括三角闸门门缝、平面闸门门下和闸门上开小门输水; (3)组合式输水由上述某两种输水型式组成。输水阀门处廊道断面面积 输水阀门处廊道断面面积（短廊道输水系统），可按式(3.3.2-1)估算，亦可依据给定的输水时间和阀门全开时输水系统流量系数按式(3.3.2-2)计算。 此处，采纳式(3.3.2-1)估算： C为120*16=1920m2； Lc=120m H=6.13-1=5.13m 故=7.1m2 用式(3.3.2-1)估算时， T=470s =0.7 =0.59 kv=0.7 故=8.3 m2 依据规范要求，此处廊道宽度取为4m，廊道高度取为2m。 7船闸通过实力计算 船闸通过实力的计算应包括在设汁水平年内各期的过闸船舶总载重吨位、过闸货运量两项指标。并应以年单向通过实力表示。7.1一次过闸时间 一次过闸时间，应依据船舶、船队进出闸时间，闸门启闭时间，灌泄水时间，船舶、船队进出闸间隔时间等因索确定。对不同的过闸方式应分别计算。7.1.1进出闸时间 船舶、船队进出闸时间，可依据其运行距离和进出闸速度确定。7.1.1.1运行距离 船舶、船队进出闸运行距离可按下列状况分别确定: (1) 单向过闸，进闸为船舶、船队的船首自引航道停靠位置至闸室内停岸位置之间的距离;出闸为船舶、船队的船尾自闸室内停岸位置至闸门外侧边缘的距离。(2)双向过闸，进闸为船舶、船队自引航道停靠位置至闸室内停岸位置之间的距离;出闸为船舶、船队自闸室内停岸位置至靠船建筑物之间的距离。进闸距离 单向过闸，双向过闸均取引航道调顺段和导航段长度、上闸首长度、闸室有效长度之和，减去船舶长度作为近似进闸距离。故计算结果为：163.5+109+30+120-50=372.5m。出闸距离 单向过闸，取闸室有效长度、下闸首长度之和，减去船舶长度，作为近似出闸距离； 计算结果为：120+30-50=100m。双向过闸，取闸室有效长度、下闸首长度、引航道调顺段和导航段长度之和，减去船舶长度，作为近似出闸距离。计算结果为：120+30+163.5+109-50=372.5m。7.1.1.2运行距离进出闸的平均速度 进出闸的平均速度宜依据同类船闸实测资料确定，当无资料时，可按表6.1.5采纳。 这里取机动单船数据进行计算 故进闸时间为： 单向：372.5/0.8=7.7min 双向：同单向 出闸时间为 单向：100/1=1.7min 双向：372.5/1.4=4.4min 7.1.2闸门启闭时间 闸门启闭时间应依据闸门启闭机设计确定依据船闸启闭机设计规范的有关规定， 此处闸门启闭时间取2min 7.1.3船闸灌泄水时间 7.1.3.1输水阀门处廊道断面面积 具体计算过程见5.2，计算结果为7.1m2。 7.1.3.2输水阀门开启时间 输水阀门开启时间可按下式计算: 此处，kr取0.725，=7.1m2，H=5.13m，g=10m/s2 闸室内水深最大为：15.59m(11.79-(-3.8) 最小为：4.8m（1-（-3.8） 此处c取最小值76.8 m2（16*4.8） 取最大值39 m2(13*3) D取0.3 W取1950t（49.9*13*3） Pl取25kN 故最终，tv=32.3s 7.1.3.3船闸灌泄水时间 闸室输水时间应依据确定的流量系数和阀门开启时间按下式核算: 其中，C取1920m2(120*16) H=5.13m =0.6 =7.1m2 a=0.59 tv=32.3s g=10m/s2 故：T=470s=7.8min 依据规范t3的范围为8-10min,故最终此处取8min 7.1.4船舶、船队进出闸间隔时间 船舶、船队进出闸间隔时间，系指同一闸次第一个船舶、船队与最终一个船舶、船队启动的间隔时间。当无实测资料时可采纳3一l0min。此处取10min. 综上， 单位：min 进闸时间 单向 7.7 双向 7.7 出闸时间 单向 1.7 双向 4.4 闸门启闭时间 2 船闸灌泄水时间 8 船舶、船队进出闸间隔时间 10 依据船闸总体设计规范，对单级船闸，一次过闸时间应符合下列规定： （1）单向过闸： T1=4t1+t2+2t3+t4+2t5 式中T1 单向一次过闸时间(min) ; t1 开门或关门时间(min); t2 单向第一个船队进闸时间(min); t3 闸室灌水或泄水时间(min); t4 单向第一个船队出闸时间(min); t5 船舶、船队进闸或出闸间隔时间(min)o 故T1=4*2+7.7+2*8+1.7+2*10=53.4 min （2）双向过闸： T2=4t1+2t2+2t3+2t4+4t5 式中T2 上、下行各一次的双向过闸时间(min) ; t2 双向第一个船队进闸时间(min); t4 双向第一个船队出闸时间(min). 故T2=4*2+2*7.7+2*8+2*4.4+4*10=88.2 min （3）一次过闸时间应依据单向过闸和双向过闸的闸次比率确定。当单向过闸与双向过闸次数相等时可按下式确定: T=0.5*(53.4+0.5*88.2)=48.75 min 7.2日平均过闸次数 船闸的日工作小时可采纳20 22h 船闸日平均过闸次数应按下式计算： 取21时，n=21*60/48.75=26次 7.3单级船闸年通过实力 单级船闸年通过实力可按式(6.1.18-1)和式(6.1.18-2)计算。7.3.1单向年过闸船舶总载重吨位: P1=n2NG 式中 P1 单向年过闸船舶总载重吨位(t) ; n 日平均过闸次数; N 年通航天数(d); G 一次过闸平均载重吨位(t) 这里取N取365*0.95=347天，G取1000t 故P1=0.5*26*347*1000=451万 7.3.2单向年过闸客货运量: P2=12(n-n0)NG 式中 P2 单向年过闸客、货运量(t); no 日非运客、货船过闸次数; 船舶装载系数; 运量不均衡系数。船舶装载系数 船舶装载系数与货物种类、流向和批量有关，可依据各河流统计或规划资料选用。在没有资料的状况下，可采纳0.5-0.8. 此处取0.6. 运量不均衡系数 运量不均衡系数应依据统计资料按式(6.1.16)计算。当无资料时，可取1.3一1.5. 此处取1.4。综上， 故n0取1时 P2=0.5*（26-1）*347*1000*0.6/1.4=186万 8船闸耗水量 依据船闸总体设计规范，船闸一天内平均耗水量可按下列计算： 故，q=0.0017*3000=5.1 m3/s V=130*16*5.13=10670 m3 Q=26*10670/86400+5.1=8.31 m3/s 9人字闸门尺寸拟定 依据船闸闸阀门设计规范，人字闸门宜采纳平面横梁人字闸门。人字闸门位于关门位置时，门扇轴线与船闸横轴线的夹角可采纳22.5o。人字闸门门轴柱支承点伸入闸墙面的距离可取0.5-1.2m，门轴柱和斜接柱支撑点连线距下翼缘的距离不宜小于100mm。人字闸门门龛宽度应按门扇厚度、缓冲垫块厚度和富有宽度之和确定。门龛长度应按门扇长度和富余长度确定，其富有长度应考虑对闸门启闭力的影响，不宜小于1/20门扇长度。人字闸门的下游面必需设置背拉杆其倾角宜取40o-50o。当门扇尺度较大时，可沿竖向或水平向布置多组背拉杆。背拉杆宜采纳预应力结构。 关于闸门高程的计算在第5章节中有详细计算，这里给出门扇高度、门扇宽度和门扇厚度三个尺寸。 9.1门扇长度 门扇的计算长度ln是门扇支垫座的支撑面到两扇门叶相互支承的斜接面的距离。其值按以下公式求得： ln=Bk+2c2cos 式中：Bk闸首边墩墙面间的口门宽度 c由门扇的支垫座与枕垫座的支承面至门龛外缘的距离 闸门关闭时门扇轴线与闸室横轴的交角 船闸闸首口门和闸室有效宽度应分别为闸首两边墩内侧墙面和闸室两侧闸墙面间的最小净宽度。本设计取Bk=16m， 故 ln=Bk+2c2cos=162×cos22.5°=8.7m，即门扇长度为8.7m 9.2门扇高度 门扇高度是指闸门面板底至顶的距离，可按下式确定： h=H+hk+k±m 式中：H上游设计最高水位与下游最低通航水位之间的水位差 hk门槛水深 k闸门面板顶在上游设计最高水位以上的超高 m闸门面板底与门槛顶的距离 这里取m=-0.2，取k=0.5 则门扇高度： h=H+hk+k±m=11.01+4.8+0.5-0.2=16.11m 9.3门扇厚度 初步选取人字闸门主横梁高度时，可依据门扇高度、宽度和荷载等状况，取门扇计算长度的1/8-1/12。此处，取1/10,计算结果为0.87m，取门扇厚度为0.87m。综上， 单位：m 门扇长度 8.7 门扇高度 16.11 门扇厚度 0.87 船闸稳定及结构设计 10船闸闸首结构尺寸确定 闸首结构如图： 10.1闸首长度 闸首在长度上一般分为门前段、门龛段和支持段。10.1.1门前段长度 门前段长度主要依据工作闸门型式、检修门尺度、门槽构造及检修要求确定。对于人字闸门门前段长度可以按下列公式计算： l1=1.02.0+c1 式中：c1检修门槽宽度 其中，c1=0.035HBk 式中：设计水头 Bk闸首的口门宽度 故c1=0.035HBk=0.035×5.13×16=0.72m 门前段长度l1=2+c1=2.7m 10.1.2门龛段长度 对于人字闸门门龛段长度可以按以下公式计算： l2=（1.11.2）Bk+d2cos 式中：Bk闸首的口门宽度 d门龛深度，取为门厚加0.40.8m 闸门和船闸横轴线的夹角，取20°22.5° 在本设计中，取Bk=16m，d=0.8+0.6=1.4m，=22.5° 故 l2=1.2*16+1.42cos22.5°=11.3m 10.1.3闸门支持段长度 闸门支持段长度的范围按以下公式计算： l3（0.42.1）H 式中：设计水头 故l3=2.1*5.13=10.8m 10.2闸首宽度 边墩的宽度 边墩宽度一般取为23倍廊道宽度。已经设计廊道宽度为4m，故可取边墩宽度为l3=2.5*4=10m。船闸闸首口门宽度为闸首两边墩内侧墙面间的最小净宽度。闸首的宽度等于闸首的口门宽度加上两侧边墩的宽度。故闸首宽度为16+10=26m。综上，闸首尺寸为为 闸首长度 门前段长度 2.7 25 门龛段长度 11.3 支持段长度 10.8 闸首宽度 口门宽度 16 26 边墩宽度 10 11闸首结构结构型式选定 在岩石地基上，通常采纳分别式闸首结构。当岩石较完整时，可不设底板，只有当岩石裂隙较多或岩石较懦弱时，方加设底板或护底，必要时也可以采纳整体式结构。这里选取分别式闸首结构。12船闸闸室结构型式选定 船闸闸室是由上、下闸首和两侧闸墙环绕而形成的空间。由闸室墙和闸底构成。闸室结构按其受力状态可分为整体式结构和分别式结构两大类。两侧闸墙和底板浇筑在一起的为整体式结构；闸墙和闸底分别设置的为分别式结构。此处，由于水头不高，地基较好，采纳分别式闸室结构。分别式闸室一般选用透水闸底。 土基上的分别式闸室结构的闸墙可分为重力式、悬臂式、扶壁式、板桩式和地下连续墙等型式。 岩基上分别式闸室结构的闸墙常用的型式有重力式、衬砌式和混合式。重力式结构只适用于较好的地基，而当基岩顶面高程高于闸墙顶高程时，可采纳衬砌式闸室结构。衬砌式结构有重力式衬砌和带锚筋的薄壁衬砌。我国小型船闸，多采纳砌石倒梯形重力式衬砌，中大型船闸则采纳混凝土和钢筋混凝土衬砌。这里右闸墙选用混凝土衬砌，倒梯形断面，带适量锚筋；左闸墙采纳重力式结构。13确定荷载及其组合 13.1计算状况 船闸结构的计算状况，主要由运用、检修、完建、施工和特别工况等。在船闸水工建筑物设计时，需依据建筑物在施工、完建、运用及检修等不同时期所承受的全部荷载，并按各种可能的最不利荷载组合进行计算。这里选取运用、检修、特别工况中的校核洪水三种计算状况探讨。(1)运用状况。最不利水位组合为： 指向回填土方向的水平力最大。闸室内为上游最高通航水位，墙后地下水取可能出现的最低地下水位。此时，除水压力，土压力及自重力等荷载外，还应考虑船舶撞击力的作用。指向闸室方向的水平力较大。闸室内为下游最低通航水位，墙后取可能出现的最高地下水位。此时，除水压力，土压力及自重力等荷载外，还应考虑系缆力及闸面活荷载的作用。(2)检修状况。最不利水位组合为： 指向闸室方向的水平力较大，对于透水闸底的闸室，其渗透压力较大。将闸室内的水完全抽干，墙后地下水处于检修期可能出现的最高水位，并有闸面活荷载的作用。(3) 特别工况。考虑校核洪水。闸首结构除闸室结构的计算中所列的几种计算状况外，通常还应考虑闸首本身的检修状况，这是由于闸首上的闸门、阀门等设备常常沉没在水中，须要检修的机会较多；在下闸首边墩的上游端面上作用有较大的水压力，这种状况对下闸首的稳定特别不利。13.2荷载组合 设计船闸时，应依据建筑物的工作条件以及各种荷载同时作用的实际可能性来确定最不利的荷载组合，选用相应的平安系数。荷载组合可分为基本组合和特别组合。基本组合是指常常作用的或在建筑物某一出现概率较多的工作状况下的作用和杂的组合；特别组合是指建筑物偶然发生的或出现概率较少的工作状况下的作用荷载的组合。在设计时，通常依据闸室、闸首各种计算状况的荷载性质： 以运用状况作为基本组合； 检修状况、完建状况及施工状况作为基本组合，其平安系数比基本组合可以适当降低； 特别组合可分为两种状况： 特别组合为相应于校核洪水、排水管堵塞或止水破坏状况下的荷载； 特别组合为相应于运用期和检修期地震状况的荷载。这里计算涉及基本组合运用、检修状况和特别组合校核洪水状况。荷载组合状况见下表： 13.3作用于船闸水工建筑物上的荷载 该船闸闸首、闸室稳定性验算涉及的荷载包括以下几类。1建筑物的自重(包括填料) 建筑物的自重力以及其填料的重力依据建筑物尺寸和材料的重力密度计算。2设备重量 闸门、阀门、启闭机及其他设备的重力可按有关阅历公式或参照类似工程进行估算。3静水压力 作用于建筑物表面的静水压力依据不同的水位组合状况进行计算。水的重度取为10kNm3。4扬压力 作用于建筑物基础底面垂直向上的总水压力称为扬压力，包括浮托力和渗透压力。建筑物基底浮托力的强度等于低水一侧水位与建筑物基底的高程差乘以水的重度。渗透压力取决于地基的性质。土基上建筑物的渗透压力可依据渗径系数法计算，基础底面高水一侧取全水头H，低水一侧取零，其间可依据渗透轮廓按直线或折线相连。岩基上建筑物基底渗流的沿程水头损失比较困难，它与基岩特性、裂隙程度、节理分布、建筑物与基岩接触面材料和施工质量、防渗和排水效果等多种因素有关。对岩基上未设帷幕、排水的船闸，一般假定渗透压力呈三角形分布(图6-3)，图中为上游水深，为下游水深，为渗透水头。观测资料表明，岩基上渗透压力线的改变，往往不是一条直线，而是曲线。为了便于计算和比较符合实际，将曲线改变的渗透压力图折算为相应的直线改变的渗透压力图，即将渗透水头目乘以折减系数，使其按直线改变的三角形面积和按曲线改变的面积近似相等，则单位宽度上总渗透压力为： （6-14） 式中：总渗透压力（kN/m）； 渗压折减系数； 水的重度（kN/m3）； B建筑物基地宽度（m）。 作用于衬砌式闸墙背后的水压力，按静水压力乘以折减系数计，其 值应与墙底的渗压折减系数相协调，也取=0.31.0。 5船舶荷载 船舶荷载包括： 船舶行进时，船舶对建筑物的撞击力； 船舶停靠时，由系船设备传到建筑物上的系缆力。撞击力目前在港口工程中广泛采纳能量公式计算。由于船闸闸墙一般不设防撞设施等缘由，船闸工程采纳阅历公式计算船舶的撞击力，其计算公式为 （6-15） 式中：船舶撞击力(kN)； 船舶(队)排水量(t)； 系数：闸室=1.0，引航道中导航建筑物的直线段南=1.67，曲线段后：2O。对于连续的闸墙及导航墙，单位长度上的力往往不大，对结构影响较小。而对独立建筑物或轻型结构，如墩柱式或框架式等，则影响较大。船舶系缆力由配缆破断力计算确定。设计时，可依据过闸船舶的载重量，按表6-3选用。 船舶系缆力在建筑物长度方向上的分布与船舶撞击力相同。 6闸面活荷载 通常状况下，过闸船舶不用岸上曳引设备，可只考虑人群荷载，并考虑船闸检修期墙后堆放少量材料或运用轻巧设备机械的要求，闸面活荷载通常取为25kPa。当闸面有汽车、牵引车通行或堆放材料时，应依据详细状况确定。7波浪压力 资料中给出了洪水期多年平均最大风速为8.0 m/s，极端风速达32.5m/s的条件，故须要计算波浪压力。闸坝建成蓄水后，上游水面在风力的推动下形成波浪，当波浪推动与建筑物相遇，产生波浪压力。波浪压力的大小取决于波浪的大小、建筑物前水深以及建筑物的迎水面坡度。计算波浪压力，首先要确定波浪的大小即波浪要素波高和波长。受风浪作用的船闸建筑物，当无牢靠波高、波长资料时，依据船闸所处的位置，可参照下列方法进行波高计算： (1)平原地区船闸，按西晓夫公式计算： (6-18) (6-19) 式中：2波高(m)； 2波长(m)； 计算风速(ms)； 水深(m)； D吹程(km)，河道船闸宜取5倍闸前水面宽度。 (2)狭长山谷地带的船闸，按官厅水库公式计算： （6-20） （6-21） 式中：D吹程(km)，库区船闸取闸前沿水面至对岸的最大直线距离。 在波浪要素确定后，可依据建筑物轮廓形态(直立、斜坡或孤立墩柱)和计算状况的相应水深，选用有关公式计算波浪压力。14稳