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
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1、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
2、 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
3、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
4、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
5、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 3
6、00 100 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
7、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
8、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
9、、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)
10、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
11、.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1
12、09m。(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
13、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
14、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
15、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
16、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
17、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
18、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
19、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
20、.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H
21、0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
22、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
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