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    上海海事大学港航航道工程课程设计

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    航道工程课程设计

    题目：高良涧二线船闸总体设计学院：海洋环境与工程学院专业：港口航道与海岸工程学号：200710613004姓名：袁雷




    设计书目录

    第一部分：设计基本资料第一部分：设计基本资料1.1设计依据1.2设计标准、规范1.3地形资料1.4地质资料1.5水文资料1.6经济资料
    1.7交通及建筑材料供应情况1.8公路及桥梁
    第二部分：船闸总体设计2.1船闸基本尺度的确定2.2船闸各部分高程的确定2.3引航道平面布置及尺度确定2.4船闸通过能力计算2.5船闸总体布置原则第三部分：船闸布置图3.1船闸总平面布置图（附一）3.2船闸纵断面布置图（附二）



    1.1设计依据
    本工程以国家计委关于《开发淮河运输两淮煤矿水运建设任务书》的批复（计交[1982]979文号）主要依据，并按照1978年9月交通部会同煤炭部和安徽省、江苏省共同编制上报的《两淮煤炭淮申线水运建设计划任务书》及1981年9月18日交通部《关于报送对两淮煤炭淮申线水运建设计划任务书的调整意见的报告》以及安徽省交通厅、交通部水运规划设计院编制的《两淮煤炭淮申线水运建设可行性研究报告》等文件的有关规定进行设计。1.2设计标准、规范
    高良涧二线船闸按III级船闸、II级建筑物（闸首、闸室）、III级附属建筑物标准设计。
    设计采用中华人民共和国行业标准《船闸总体设计规范JTJ305-2001》1.3地形资料
    本船闸位于洪泽湖南面，其南面是苏北灌溉总渠，夹于两水系之间，同时两水系之间还隔有一道防洪大堤。
    在大堤的北面与洪泽湖水边线之间有一片洼地，标高在12.0～14.0之间。另外，在大堤上有一条淮阴通往南京方向的公路。1.4地质资料
    高良涧二线船闸位于洪泽湖大堤，土质较为复杂。上部为人工夯实的湖堤，多为黄色粘土，持力层为粘土、亚粘土、粉砂夹层，但层次划分不明，软硬变化较大，下卧层基本上为承载力较高的砂性土。通过对有代表性的02号钻孔（下闸首部位）土层分布及试验成果的分析，范围为1.5～17.10的地基土的平均允许承载力为0.27MPa，平均变形模量为5054KPa，泊松比为0.32。
    回填土的力学性能指标表1-1湿容重KN/m318.8
    容重KN/m38.88
    24
    内摩擦角(水上
    水下22
    24粘聚力CKPa
    1.5水文资料
    1.5.1特征水位
    特征水位表表1-2
    特征水位
    最高
    校核水位设计水位通航水位规划蓄水位1.5.2水位组合
    水位组合表表1-3
    组合情况设计I设计II校核

    上游16.013.517.0
    下游10.88.511.2
    水位差5.25.05.8
    17.016.016.0
    13.5上游
    最低10.8
    最高11.210.810.8
    下游
    最低8.5


    1.5.3风力、风向
    最大风力8级，偏西方向，风速达21m/s。

    1.6经济资料
    1.6.1过闸货流
    可行性研究报告提供的淮河货运量规划（万吨）表1-4
    1985年750
    1987年950
    1990年1250
    1995年1750
    1.6.2设计船型
    船型表表1-6
    船型一顶+2×1000t一拖+12×100t一拖+4×500t
    顶（拖）轮马力驳船船队资料来源长×宽×吃水(m长×宽×吃水(m长×宽×吃水(m270马力27.5×6.1×2.46
    62×10.6×2.2
    160×10.6×2.46可行性报
    告推荐317.2×5.24×
    1.85239.5×8.8×
    2.46
    江苏现状江苏现状
    250马力24.85×5.24×1.523.0×4.9×1.85270马力27.5×6.1×2.46
    53×8.8×1.9
    设计过闸船队组合：4000吨/闸次
    1.6.3通航情况
    通航期N=360天/年；
    客轮及工作船过闸次数n0=6；船舶载重量不均匀系数=0.83；月不均匀系数β=1.1；
    船闸昼夜工作时间=22小时。1.6.4抗震烈度：8度
    1.7交通、建筑材料供应情况
    水运可直达工地，公路运输亦方便；除木材外，其他材料供应充足，钢材由南京发货，水泥、石料、砂由安徽提供，木材由江西福建运来。
    1.8公路及桥梁
    本工程桥梁载重及尺寸按II级路标准，公路接线按III级标准。（1）公路桥载重标准：汽—20，挂—100；（2）公路桥桥面宽：净9.0+2×1.5米；（3）公路路面宽：9.0米；（4）公路路基宽：12.0米
    （5）桥头接线最小曲线半径：125米。


    第二部分：船闸总体设计
    2.1船闸基本尺度的确定
    2.1.1闸室有效长度的确定3.1.5根据《船闸总体设计规范》（JTJ305-2001）：
    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（3.1.5）
    其中,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、船舶间的停泊间隔长度；
    lf——富裕长度(m，顶推船队lf≧2+0.06lc；拖带船队lf≧2+0.03lc；
    货船和其他船舶lf≧4+0.05lc
    2.1.2闸室有效宽度的确定根据《船闸总体设计规范》（JTJ305-2001）：
    3.1.8船闸闸首口门和闸室有效宽度不应小于按下列两公式计算的宽度，并宜采用现行国家标准《内河通航标准》(GBJ139中规定的8m,12m,16m,23m,34m宽度。
    Bx=bc+bf（3.1.8-1）bf=Δb+0.025(n-1bc（3.1.8-2）
    其中，Bx——船闸闸首口门和闸室有效宽度(m;
    bc——同一闸次过闸船舶并列停泊于闸室的最大总宽度(m。当只有一个
    船队或一艘船舶单列过闸时，则为设计最大船队或船舶的宽度bc;
    bf——富裕宽度(m;
    Δb——富裕宽度附加值(m，当bc≦7m时，Δb≧lm;当bc>7m时，Δb≧1.2m;
    n——过闸停泊在闸室的船舶的列数。
    2.1.3门槛水深的确定
    根据《船闸总体设计规范》（JTJ305-2001）：
    3.1.9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，并应满足设汁船舶、船队满载时的最大吃水加富裕深度的要求，可按下式计算，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。设计采用的门槛最小水深和闸室最小水深，在满足计算的最小水深值基础上，应充分考虑船舶、船队采用变吃水多载时吃水增大以及相邻互通航道上较大吃水船舶、船队需通过船闸的因素，综合分析确定。
    H/T≥1.6（3.1.9）
    其中：H——门槛最小水深(m;
    T——设计船舶、船队满载时的最大吃水(m。



    船队组合情况按下列方式排列组合予以考虑：（根据表1-6）
    1.一顶+2×1000t两列并排组合，组合方式如图：
    Lc=160Lf=2+0.06Lc=11.6，则Lx=Lc+Lf=171.6mbc=10.6*2=21.2∵bc>7∴Δb≥1.2m(取1.2mbf=b+0.025(2-1Bc=1.465
    Bx=bc+bf=21.2+1.465=22.665T=2.46m，H=1.6T=3.936m
    2.（一拖+12×100t）×2，每队拆成2列4排并排组合，组合方式如图：
    lc=172.1m，lf2+0.03lc=7.163m,则Lx=lc+lf=179.263mbc=5.24×4=20.96m∵bc>7∴Δb≥1.2m(取1.2mbf=Δb+0.025(n-1bc=1.2+0.025(4-120.96=2.772mBx=bc+bf=20.96+2.772=23.732mT=1.85m,H=1.6×1.85=2.96m
    3.（一拖+4×500t）×2，两列并排组合，组合方式如图：
    lc=239.5m,lf2+0.03lc=9.185m,则Lx=lc+lf==248.685mbc=8.8×2=17.6m∵bc>7∴Δb≥1.2m(取1.2mbf=Δb+0.025(n-1bc=1.2+0.025(2-117.6=1.64mBx=bc+bf=17.6+1.64=19.24mT=2.46m,H=1.6×2.46=3.936m
    4.（一顶+2×1000t）与（一拖+12×100t），组合方式如图：
    lc=172.1m，lf2+0.03lc=7.163m,则Lx=lc+lf=179.263mbc=10.6+5.24×2=21.08m，∵bc>7,∴Δb≥1.2m(取1.2mbf=Δb+0.025(n-1bc=1.2+0.025(3-121.08=2.254mBx=bc+bf=21.08+2.254=23.334mT=2.46m,H=1.6×2.46=3.936m
    5.（一拖+12×100t）与（一拖+4×500t），组合方式如图：
    lc=239.5m,lf2+0.03lc=9.185m,则Lx=lc+lf=248.685mbc=8.8+5.242=19.28m，∵bc>7,∴Δb≥1.2m(取1.2mbf=Δb+0.025(n-1bc=1.2+0.025(3-119.28=2.164mBx=bc+bf=19.28+2.164=21.444mT=2.46m,H=1.6×2.46=3.936m
    6.（一顶+2×1000t）与（一拖+4×500t），组合方式按右图：
    lc=215m,lf2+0.06lc=14.9m,则Lx=lc+lf=229.9m
    bc=10.6+8.8=19.4m，∵bc>7∴Δb≥1.2m(取1.2mbf=Δb+0.025(n-1bc=1.2+0.025(2-119.4=1.685mBx=bc+bf=19.4+1.685=21.085mT=2.46m,H=1.6×2.46=3.936m


    由此，闸室基本尺度确定如下表：
    闸室有效长度（m）
    250
    闸室有效宽度（m）
    24
    船闸门槛水深（m）
    4

    2.2船闸各部分高程的确定
    2.2.1船闸闸门门顶高程根据《船闸总体设计规范》（JTJ305-2001）：
    4.2.1船闸挡水前缘闸首工作闸闸门顶部高程应为上游校核高水位加安全超高确定。对溢洪船闸的闸门顶部高程应为上游设计最高通航水位加安全超高。
    4.2.2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安全超高。4.2.3船闸闸门顶部最小的安全超高值，I～IV级船闸不应小于0.5m,V～VII级船闸不应小于0.3m，对于有波浪或水面涌高情况的闸首门顶高程应另加波高或涌高影响值。设计取值：
    本船闸为Ⅲ级船闸，取安全超高值为0.5m；取波浪超高为0.8m；以溢洪船闸来设计。
    上闸首闸门顶部高程＝上游最高通航水位＋安全超高值+波浪超高＝17.3m；下闸首闸门顶部高程取于上闸首一致为17.3m；
    2.2.2闸室墙顶高程根据《船闸总体设计规范》（JTJ305-2001）：
    4.2.6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。
    长江分节驳船空载干舷高度
    驳船吨级（t）10030050010003000空载干舷高度（m）1.01.41.6~1.71.6~1.73.0~3.3由表和船型数据可知，按1000t船型安全考虑，取最大干舷高度为1.7m。
    船闸闸室墙顶高程=上游设计最高通航水位+最大干舷高度=16m+1.7m=17.7m。
    2.2.3闸首墙顶高程根据《船闸总体设计规范》（JTJ305-2001）：
    4.2.4船闸闸首墙顶部高程应根据闸门顶部高程和结构布置等要求确定，并不得低于闸门和闸室墙顶部高程。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。设计取值：
    结构安装高度=1m。
    上闸首墙顶高程＝上闸首闸门顶部高程＋结构安装高度＝18.3m；下闸首墙顶高程＝下闸首闸门顶部高程＋结构安装高度＝13.1m。
    由于闸室墙顶高程为17.7m，取上闸首墙顶高程为18.3m，下闸首墙顶高程18m。
    2.2.4闸首槛顶高程根据《船闸总体设计规范》（JTJ305-2001）：
    4.2.5船闸上、下闸首门槛的高度应有利于船闸运用和检修，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。


    已知：上游设计最低通航水位=10.8m,下游设计最低通航水位=8.5m,门槛水深=4m上闸首门槛的顶部高程＝上游设计最低通航水位－门槛水深＝6.8m下闸首门槛的顶部高程＝下游设计最低通航水位－门槛水深＝4.5m。
    2.2.5引航道底高程
    根据《船闸总体设计规范》（JTJ305-2001）：
    4.2.9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。
    5.5.3引航道最小水深应符合下列规定:
    I～IV级船闸应按下式计算:H0/T≥1.5
    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
    已知：设计最大船队满载吃水T=2.46m，上游设计最低通航水位=10.8m,下游设计最低通航水位=8.5m。
    引航道设计最小水深值Ho=1.5×2.46=3.69m，
    上游引航道底高程＝上游设计最低通航水位－引航道设计最小水深值＝7.11m下游引航道底高程＝下游设计最低通航水位－引航道设计最小水深值＝4.81m
    2.2.6船闸闸室底板顶部高程
    根据《船闸总体设计规范》（JTJ305-2001）：
    4.2.7船闸闸室底板顶部高程不应高于上、下闸首门槛顶部高程。
    船闸闸室底板顶部高程＝下闸首门槛高程＝4.5m。
    2.2.7导航建筑物和靠船建筑物顶高程与引航道堤顶高程根据《船闸总体设计规范》（JTJ305-2001）：4.2.8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。
    已知：上游设计最高通航水位16m、下游设计最高通航水位10.8m，设计过闸船舶空载时的最大干舷高度为1.7m。
    上游导航建筑物顶高程=上游设计最高通航水位+超高值=17.7m；下游导航建筑物顶高程=下游设计最高通航水位+超高值=12.5m。取引航道堤顶高程=导航建筑物堤顶高程：
    上游引航道堤顶高程=17.7m；下游引航道堤顶高程=12.5m。
    计算结果：
    上游下游
    闸首的闸门顶高程17.317.3闸首墙顶高程18.318闸首门槛高程6.84.5闸室墙顶高程17.7闸室底板顶高程4.5引航道底高程7.114.81导航和靠船建筑物的顶高程17.712.5
    引航道堤顶高程17.712.5



    2.3引航道平面布置及尺度确定
    2.3.1引航道平面布置根据《船闸总体设计规范》（JTJ305-2001）：5.4.2引航道的平面布置应根据船闸的级别、线数、设计船型船队、通过能力等，结合地形、地质水流、泥沙及上、下游航道等条件研究确定。5.4.3引航道的平面布置可采用下列型式:(1反对称型，见图5.4.3(a;(2对称型，见图5.4.3(6;
    (3不对称型，见图5.4.3(c,图5.4.3（取自设计规范）根据设计要求，本次设计采用单线船闸形式，反对称布置。
    2.3.2引航道尺度2.3.2.1引航道宽度
    根据《船闸总体设计规范》（JTJ305-2001）：
    5.5.2.1单线船闸引航道的宽度，应根据下列型式确定：反对称型和不对称型引航道宽度：
    B0≧bc+bc1+Δb1+Δb2
    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;bc——设计最大船舶、船队的宽度(m;
    bc1——侧等候过闸船舶、船队的总宽度(m;
    Δb1——船舶、船队之间的富裕宽度，取Δb1=bc;
    Δb2——船舶、船队与岸之间的富裕宽度，取Δb2=0.5bc。B0=10.6+（10.6+5.24+8.8）+10.6+10.6/2=51.14m。取B0=52m
    2.3.2.2引航道长度
    根据《船闸总体设计规范》（JTJ305-2001）：5.5.1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、调顺段和停泊段组成，见图。引航道的长度应满足下列要求。
    5.5.1.1当采用直线进闸、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l1:l1≧Lc式中l1——导航段长度(m；
    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。(2调顺段长度l2:l2≧(1.5～2.0Lc(3停泊段长度l3:l3≧Lc(4引航道直线段的总长度L:L=l1+l2+l3
    (5当各种设计船队的推轮均具有良好的操纵性能时，调顺段通过论证可适当缩短;(6通航多种船队的船闸，引航道直线段的总长度L应分别计算，并取其大值;
    (7对山区II一VI级和平原IV一VI级的船闸，当受地形等条件限制，不能满足直线段长度要求时，可在满足安全进、出闸和通过能力要求的条件下，通过技术经济论证进行布置。


    去最大船型进行计算：Lc=160m，所以L1=160m；L2=320m；L3=160m直线段总长为L=640m。
    过渡段长度：L4’=(2.5～4.5Lc,取L4’=3×160=480m
    引航道总长度=L1+L2+L3+L4’=640+480=1120m
    2.3.2.3引航道水深
    根据《船闸总体设计规范》（JTJ305-2001）：5.5.3Ⅰ~Ⅳ级船闸引航道最小水深应按下式计算:
    H0/T≥1.50
    式中H0——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.
    由设计资料，T=2.46m，最小水深H0=2.46×1.5=3.69m。
    2.3.2.4弯曲半径和弯道加宽根据《船闸总体设计规范》（JTJ305-2001）：按设计最大船型进行设计，取Lc=160m
    则弯曲半径R(m=640m，弯道加宽ΔB(m=19.3m
    2.4船闸通过能力计算
    2.4.1过闸时间计算根据《船闸总体设计规范》（JTJ305-2001）：
    6.1.9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（2）双向过闸：T2=4t1+2t2’+2t3+2t4’+4t5
    （3）一次过闸时间应根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(T1+T2/2。式中T——一次过闸时间。由设计数据可知：
    t1=2.0min，t2=9.3min，t3=9min，t4=5.5min，t5=6.0min，t2'=16.1min，t4'=12.9min∴T1=52.8min，T2=108min
    平均一次过闸时间T=53.4min。
    2.4.2船闸日平均过闸次数根据《船闸总体设计规范》（JTJ305-2001）：6.1.14船闸日平均过闸次数应按下式计算：n=
    式中n——日平均过闸次数；——日工作小时(h。有设计数据可知：=22小时
    n=τ×60/T=22×60/53.4=24.72（次），取n=25次。
    2.4.3一次过闸平均吨位（按上述6中排列方式测算）
    G=400050%+320033.3%+240016.7%=3467t



    2.4.4船闸年通过能力根据《船闸总体设计规范》（JTJ305-2001）：
    单向年过闸船舶总载重吨位：P1=n/2(NG=25/2(360*3467=1555.65万吨单向年过闸客、货运量：P2=0.5(n-n0NGα/β=894.7万吨总体满足设计要求。
    2.5船闸总体布置
    根据《船闸总体设计规范》（JTJ305-2001）：
    5.1.1闸址应根据船闸级别、枢纽规模和自然条件等，进行全面分析综合考虑选定。
    5.1.2选择闸址时，必须贯彻综合利用水资源的原则，妥善解决船闸在枢纽布置中的问题。5.1.3闸址宜选在地形、地质条件较好，且顺直、稳定、开阔的河段。5.1.4有船闸的水利枢纽选择坝址时，应使船闸具有良好的通航条件，满足船闸的通航要求。5.1.5选择闸址应考虑下列因素：
    (1船闸与已建和拟建的永久水工建筑物、跨河建筑物、铁路、公路、码头等的相互影响；(2枢纽下泄水流对船闸通航条件的影响；(3泥沙淤积对船闸通航条件的影响。
    5.1.6选择闸址应与临近的城市、工业布局相协调，保护文物古迹、名胜游览地和生态资源。5.1.7新建第二线或第三线船闸时，其船闸中心线与已有船闸中心线应有足够距离;保证引航道口门区与主航道平顺连接;新建船闸的施工不应影响已有船闸建筑物安全和运行。
    5.1.8闸址距交叉河流口或支流口应有足够的距离，并应充分研究交叉河流的水文等条件及其对航行影响。
    5.1.9在有支流汇入的河段选择闸址时，尚应考虑支流开发、淹没损失、水文特征等因素。5.1.10闸址应选择在场地开阔、交通方便、便于取材和有利施工的河段。


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