航道設計 船閘

2023年12月30日發(作者：店慶活動)

航道工程課程設計

題目：學院：專業：學號：姓名：日期：1

目 錄

第一部分：設計基本資料

1.1設計目的

1.2設計任務

1.3設計標準、規范

1.4地質資料

1.5水文氣象資料

1.6航運資料

1.7公路及橋梁

第二部分：船閘總體設計

2.1船閘基本尺度的確定

2.2 船閘閘首尺寸的確定

2.3船閘各部分高程的確定

2.4引航道平面布置及尺度確定

2.5船閘通過能力計算

2.6 船閘耗水量及經濟損失計算2.7船閘總體布置原則

2.8 船閘設計論證

第三部分：船閘布置圖

3.1船閘總平面布置圖（附一）

3.2船閘縱斷面布置圖（附二）

2

第一部分：設計基本資料

1.1設計目的

設計的目的在于鞏固和加深課堂中所學的基本概念和基本理論，了解渠化、整治工程設計的一般原則、步驟和方法，樹立正確的設計思想，培養和提高計算、繪圖的基本能力。

1.2 設計任務

通過航道工程課程設計，可以將所學的基礎課和專業基礎課同專業知識有機的結合起來，使學生更好地明確學習目的，加深專業印象，為今后從事航道及通航建筑物的勘測、規劃、可行性研究、設計、施工和科學研究工作打下堅實的基礎，以達到本專業培養目標的要求。

1.3設計標準、規范

船閘總體設計規范，JTJ305-2001，人民交通出版社

內河通航標準，GB50139-2004，中華人民共和國建設部

船閘閘閥門設計規范，JTJ308-2003，人民交通出版社

船閘水工建筑物設計規范，JTJ307-2001，人民交通出版社

船閘輸水系統設計規范，JTJ306-2001，人民交通出版社

渠化工程，劉曉平、陶桂蘭主編，人民交通出版社。

航道工程學，程昌華主編，人民交通出版社

航道工程學（Ⅱ），詹世富主編，人民交通出版社

港口工程制圖標準，JTJ206-96，人民交通出版社

1.4地質資料

壩址區地層巖性較為簡單，主要為第四系沖積層(Qal)、燕山四期(γ53⑴)花崗巖及燕山二期(ηγ52⑵)二長花崗巖。第四系沖積層(Qal)：廣泛分布于兩岸一級階地及河床。層底高程為5.66～-28.43m，厚度一般10～25m。巖性為沖積粘土、粉質粘土，細～中粗砂、含礫中粗砂和砂卵礫石層。壩址河床第四系沖積砂、砂礫卵石層厚度15～18m，自上到下分為2-2～2-4層，2-2層為粉細砂，松散狀；2-3層為含礫中粗砂，松散～稍密狀；2-4層為砂礫卵石層，中密～密實狀。根據壩址區工程地質條件，河床表面(2-2)粉細砂層呈松散狀態，穩定性差，不宜采用作為天然地基；河床(2-3)層及以下地基根據實際情況可進行密實處理，滿足承載力要求后可作為建筑物的天然地基。

1.5水文氣象資料

1.5.1特征水位：

上游設計洪水位：16.0m

3

下游設計洪水位：10.8m

上游設計最高通航水位：16.0m

上游設計最低通航水位：10.8m

下游設計最高通航水位：10.8m

下游設計最低通航水位：8.5m

庫區規劃蓄水位：13.5m

上游最高校核水位：17.0m

下游最高校核水位：11.2m

1.5.2風速、風向

最大風力8級，偏西方向，風速達21m/s。

1.6航運資料

1.6.1航道為Ⅲ級航道，最大通航船舶為1000t。

1.6.2船閘按Ⅲ級船閘、Ⅱ級建筑物（閘首、閘室）、Ⅲ級附屬建筑物標準設計。

1.6.3設計船型

船 型

頂（拖）輪

長×寬×吃水（m）

一頂＋2×1000t 27.5×6.1×2.00

駁 船

長×寬×吃水（m）

62.0×10.6×1.8

船 隊

長×寬×吃水（m）

可研報告

151.5×10.6×2.00

推薦

一拖＋12×100t

一拖＋4×500t

23.0×4.9×1.85

27.5×6.1×2.00

24.85×5.24×1.3

53.0×8.8×1.6

341.2×5.24×1.85

239.5×8.8×2.00

現狀

現狀

備注

設計過閘船隊組合：3000t / 閘次

1.6.4貨運量

設計水平年為2020年。

規劃預測年貨運量為：近期950萬噸/年，遠期1500萬噸/年。

1.6.5通航情況

通航期N＝355天/年；

客輪及工作船每天過閘次數船舶裝載系數?＝0.82；

貨運量不均勻系數?＝1.1；

船閘晝夜工作時間t＝22小時；

n0＝5；

4

1.7公路及橋梁

船閘上有公路橋，橋梁載重及尺寸按Ⅱ級路標準，公路接線按Ⅲ級標準。

公路橋載重標準：汽-20，掛-100；

公路橋橋面寬：（凈9.0+2×1.5）m。

第二部分：船閘總體設計

2.1船閘基本尺度的確定

2.1.1船閘型式選擇

根據設計資料可知，

上、下游設計最高通航水位差：16.0-10.8=5.2m；

上、下游設計最低通航水位差：10.8-8.5=2.3m。

依據《船閘設計總體規范》3.2.1和3.3.3，水頭差小于30米，確定船閘型式為單級、單線船閘。

2.1.2船閘基本尺度的確定

1）船閘的基本尺度包括閘室有效長度、閘室有效寬度及門檻水深。

根據《船閘設計總體規范》3.1.5，3.1.8的規定，有如下計算式：

Lx?lc?lf，

式中Lx---閘室有效長度；

lc---設計船隊，船舶計算長度；

lf---富裕長度，頂推船隊lf?2?0.06lc；拖帶船隊lf?2?0.03lc。

閘室有效寬度宜采用8m、12m、16m、23m、34m，且應滿足下式

Bx??bc?bf，bf??b?0.025?n?1?bc

式中

Bx---船閘閘首口門和閘室有效寬度；

?bc---同一次過閘船舶并列停泊于閘室的最大總寬度；

bc---設計最大船隊或船舶的寬度；

?b---富裕寬度附加值，當bc?7m時，?b?1m；當bc?7m時，?b?1.2m；

n---過閘停泊在閘室的船舶的列數。

根據設計船型資料，考慮以下船舶過閘組合并將相應的船閘尺度列于下表中。

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船閘基本尺度計算表（單位：m）

組合情況

1、一頂+2×1000t與

一拖+2×500t并列

2、一拖+4×500t與

一拖+2?500t

3、一拖+12×100t

一頂+2×1000t并列

組合形式如圖2-1

172.1 7.16

186.5 7.6

船隊長度 富裕長度 有效長度 船隊寬度 富裕寬度 有效寬度

151.5 11.1 162.6

取180

194.1

取200

179.26

取190

21.08 1.47

17.6 1.42

19.4 1.47 20.87

取23

19.02

取23

22.55

取23

圖2-1 船隊過閘組合形式

根據以上組合，綜合考慮本航線上貨運密度和工程量大小等方面的情況，取閘室的有效長度為200m，閘室的有效寬度取23m。

由《船閘設計總體規范》3.1.9，船閘門檻水深H?1.6T?1.6?2.00?3.2m（T為設計船舶、船隊滿載時的最大吃水），考慮留有一定的富裕取3.5m。

由《船閘輸水系統設計規范》2.1.4，船閘輸水系統可由以下公式確定：

m?T

H式中m---判別系數

H---設計水頭（m）,5.2m

T---閘室灌水時間 (min),7.0min

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m?T7.0??2.56

H7.5當m為2.5~3.5時，應進行經濟論證，在本設計中由于水頭較低，且考慮到輸水的時效性，船舶過閘時間較短，可采用較貴的分散輸水系統，以滿足船閘的遠期通過能力。

閘室的有效尺度200×23×3.5m。

2）船閘的最小斷面系數

由《航道工程學》公式（6—4），

最小斷面系數n??Bx?H23?3.5???2.4?2.0滿足大于1.5～2.0的要求。

??33.16 式中：?---最低通航水位時，閘室過水斷面面積；

?---最大設計過閘船隊（舶）滿載吃水時船中斷面水下部分的斷面面積，

??10.6?1.8?8.8?1.6?33.16m；

2.2船閘閘首尺寸的確定

閘首長度計算：

《船閘閘閥門設計規范》7.1.5門龕長度由門扇長度和富余長度確定，其富余長度應考

慮對閘門啟閉力的影響，不宜小于1/20門扇長度。

人字閘門軸線與船閘橫軸線交角取22?，閘室有效寬度為23m，則門扇長度可估算為

212.4m，取12.5m，富余長度不小于0.63m，取1.0m，故門龕長度為13.5m。

《船閘閘閥門設計規范》7.2.2，人字閘門主梁高度可根據門扇高度、寬度和載荷等情

況，取門扇計算長度的1/8~1/12，取1/10門扇長度，為1.3m

由《航道工程學》可知

門前段長度l1一般在中小型船閘中可取1.0m

門龕段長度l2取13.5m

閘門支持段長度l3大致為?0.4~2.1?設計水頭，設計水頭為5.2m，

1.9?5.2?9.88m，取10m

L?l1?l2?l3?1.0?13.5?10?24.5m，取25m

閘首寬度計算：

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由《航道工程學》可知

閘首寬度由閘首口門寬度與邊墩厚度確定，邊墩厚度一般取為2~3倍廊道寬度。

根據已建船閘資料廊道寬度可取3.0m，邊墩厚度取6.0m，閘首寬度可取35m。

由《船閘與升船機設計》鈕新強編

門龕深度初步設計可取?0.1~0.15?倍的航槽寬度，航槽寬度為23m，取門龕深度為2.3m，門龕深度通常為閘門厚度的1.3~1.5倍，可取閘門厚度為1.6m。

2.3船閘各部分高程的確定

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操作的安全和方便。在這個前提下還要降低工程造價。船閘各部分高程可參考《船閘總體設計規范》中的有關內容計算確定。船閘各部分高程示意圖如圖2-2

1、擋水前緣閘首的閘門頂部高程=上游最高校核水位+安全超高=17.0+0.5=17.5m

2、下閘首的閘門頂部高程=上游設計最高通航水位+安全超高=16.0+0.5=16.5m

3、上閘首門檻的頂部高程=上游設計最低通航水位—門檻最小水深=10.8-3.5=7.3m

4、下閘首門檻的頂部高程=下游設計最低通航水位—門檻最小水深=8.5-3.5=5.0m

5、閘室墻頂部高程=上游設計最高通航水位+超高（不小于設計過閘船舶、船隊空載時的最大干舷高度）=16.0+1.7=17.7m

6、閘室底板頂部高程?上、下閘首門檻頂部高程，取5.0m

7、上閘首墻頂部高程=上閘門頂高程+結構超高=17.5+1.3=18.8m

8、下閘首墻頂部高程=下閘門頂高程+結構超高=16.5+1.3=17.8m

9、上游引航道和靠船建筑物的頂部高程=上游設計最高通航水位+超高（不小于設計船舶、船隊空載時的最大干舷高度）=16.0+1.7=17.7m

10、下游引航道和靠船建筑物的頂部高程=下游設計最高通航水位+超高（不小于設計船舶、船隊空載時的最大干舷高度）=10.8+1.7=12.5m

11、上游引航道和口門區及連接段的底部高程=上游設計最低通航水位-引航道設計最小水深值=10.8-3.5=7.3m

12、下游引航道和口門區及連接段的底部高程=下游設計最低通航水位-引航道設計最小水深值=8.5-3.5=5.0m

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圖2-2 船閘各部分高程示意圖

2.4引航道平面布置及尺度確定

2.4.1引航道平面布置

由《船閘總體設計規范》5.4.1和4.4.2可知，引航道應由導航段、調順段、停泊段和制動段等組成，其平面布置應保證通航期內過閘船舶、船隊暢通無阻，安全行駛。引航道的平面布置應根據船閘的級別、線數、設計船型船隊、通過能力等，結合地形、地質水流、泥沙及上、下游航道等條件研究確定。

本設計采用不對稱型引航道布置，船舶（隊）可以沿直線進閘，曲線出閘。由于受到地形和水利樞紐的影響，引航道向一側拓寬。

航道平面圖如圖2-3

圖2-3 引航道平面圖

2.4.2航道尺寸

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1、引航道直線段由導航段、調順段、停泊段和過度段組成

由《船閘總體設計規范》5.5.1可知：當采用直線進閘，曲線出閘布置時，引航

道的各段長度如下：

1）導航段長度

l1?lc，lc---頂推船隊為設計最大船隊長，拖帶船隊為其中最大船長（m）

一頂+2×1000t船隊長lc=151.5m；拖帶船隊中的最大船長為53.0m， 取導航

段長度為160m。

2）調順段長度

l2??1.5~2.0?lc

l2?1.5?151.5?227.3m，取230m

3）停泊段長度

l3?lc

主要考慮拖帶船隊長，一拖+12×100t解隊后的長度為172.1m，取180m

4）過渡段長度

l4?10?B，?B---引航道直線段寬度與航道寬度之差

三級航道寬為45m，引航道寬度45m,兩者一樣可不考慮過渡段。

5）制動段長度

' 由l4???lc估算，?---頂推船隊制動距離系數，根據資料，一般可在2.5～4.5

之間取用，則l5?2.5×151.5=378.75m.取400m

為減少引航道的工程量，過渡段和制動段重合適用，采用400m，布置在引航道

直線段的延長線上。

6）引航道直線段的總長度

L?l1?l2?l3?160?230?180?570m

2.4.3引航道寬度

本船閘為單線船閘，不對稱型引航道，由《船閘總體設計規范》5.5.2.1可知寬度為：

B0?bc?bc1??b1??b2

B0---設計最低通航水位時，設計最大船舶、船隊滿載吃水船底處的引航道寬度

（m），

bc---設計最大船舶、船隊的寬度（m），最大船舶、船隊的寬度為10.6m；

bc1---一側等候過閘船舶、船隊的總寬度（m），取最大船寬為10.6m；

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?b1---船舶、船隊之間的富裕寬度，取?b1?bc?10.6m；

?b2---船舶、船隊與岸之間的富裕寬度（m），?b2?0.5bc?0.5?10.6?5.3m。

故引航道寬度為B0?bc?bc1??b1??b2?10.6?10.6?10.6?5.3?36.8m，

取45m。

2.4.4引航道最小水深

本船閘為Ⅲ級船閘，由《船閘總體設計規范》5.5.3，

引航道最小水深H0

H0?1.5，T---設計最大船舶、船隊滿載吃水（m）

T 即H0?1.5T?1.5?2.00?3.00m，考慮留有一定的富裕，取3.5m

2.5船閘通過能力計算

2.5.1船舶（隊）進出閘時間

船舶（隊）進出閘時間，可根據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。

單向過閘，進閘為船舶（隊）的船首自引航道停靠位置（距閘首80m）至閘室內

停泊處之間的距離，出閘為船舶（隊）的船尾自閘室內停泊處至閘門外側邊緣的距離。

雙向過閘，進閘為船舶（隊）自引航道停靠位置至閘室內停泊處之間的距離，出閘

為船舶（隊）自閘室內停泊處至靠船建筑物之間的距離。

單向進閘距離L1?80?200?25?305m

單向出閘距離L2?25?200?225m

雙向進閘距離L3?160?230?200?25?615m

雙向出閘距離L4?160?230?25?200?615m

根據《船閘總體設計規范》查得

單向進閘v1?0.5m/s 單向出閘v2?0.7m/s

雙向進閘v3?0.7m/s 雙向出閘v4?1.0m/s

則t1??L1305L225???10.2min，t2?2??5.4min

v10.5?60v20.7?60L3615L615???14.7min，t4?4??10.3min

v30.7?60v41.0?60?t3? 2.5.2閘門的啟、閉時間t1

閘門的啟、閉時間與閘門型式和閘首口門寬度有關，本設計采用人字閘門，閘首

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口門寬度為23m， 《船舶啟閉機設計規范》表3.1.1當閘首口門寬度16～23m時，t1

約為1.5~3.0min，取2.5min

2.5.3閘室灌、瀉水時間t3

由《航道工程學》第111頁，船閘的灌瀉水時間應滿足過閘客貨運量的要求，船閘

的灌瀉水時間一般多定為7~10min，取t3?7.0min

2.5.4船舶（隊）進出閘門間隔時間t5

由《船閘總體設計規范》6.1.8船舶（隊）進出閘門間隔時間可采用3~10min，

取8.0min

則：單向過閘時間

T1?4t1?t2?2t3?t4?2t5?4?2.5?10.2?2?7.0?5.4?2?8?55.6min

?? （t4?t2，t2?t1）

雙向過閘時間

'??4t5?4?2.5?2?14.7?2?7?2?10.3?4?8?106minT2?4t1?2t2?2t3?2t4'?'? （t2，t4）

?t3?t4 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，過閘時間

T?1/2(T1?T2106??)?1/2?55.6???54.3min

22?? 船閘日平均過閘次數

n???60T?22?60?24.31， 取24次

54.30N?G?? 船閘年通過能力

P?(n?n0)???24?5?355?3000?0.82?1510萬噸

1.1 式中：n0---日非運客、貨船過閘次數，取5

n---日平均過閘次數，

?---日工作小時，取22h

N---年通航天數，取355天

G---一次過閘平均載重噸位，取3000t

?---船舶裝載系數，取0.82

?---運量不均衡系數，取1.1

2.6船閘的耗水量及經濟損失計算

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由《船閘總體設計規范》6.2.1

船閘一天內平均耗水量可按下列計算：

Q?nV?q

86400

q?eu

3式中：錯誤!未找到引用源。Q---一天內平均耗水量m/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10m時取

0.0015~0.0020m3/?s?m?，當水頭大于10m時取0.002~0.003m3/?s?m?，

水頭為5.2m，取0.0015m/?s?m?

3u---閘門、閥門止水線總長度?m?，上閘首閘門高17.5?7.3?10.2m，下閘首

閘門高16.5?5.0?11.5m，閘門底部的止水線長度為12.5?2?25m，閘門止

水線總長度115.1m。

q?eu?0.0015?115.1?0.173m3/s

v??16?8.5??200?23?34500m3

Q?nV24?34500?q??0.173?9.756m3/s

8640086400??2.7船閘總體布置原則

船閘在布置時應遵照綜合利用、統籌兼顧的原則，正確處理船閘與溢流壩、泄水閥、電站等建筑物的關系與矛盾，優化布置，以發揮最大的綜合效益；根據國民經濟的發展規劃，做到近遠期結合，既要滿足設計水平年的通航需求，又要考慮遠景發展，留有余地；在滿足航運的要求下，應盡量選擇經濟合理，工程投資少，能就地取材，施工方便的方案；船閘在通航期內應有良好的通航條件，滿足船舶安全迅速暢通過閘，并有利于運行管理和檢修。

2.8 船閘設計論證

在本船閘設計中，船閘位于三級航道上，近期、遠期的貨運量不是較大，可采用與航道等級相同的船閘，選擇三級船閘。在船閘處上下游水位差不是很大只有五米多，選擇單級船閘較為經濟合理，且考慮到近期的通過能力要求不是很高，可以選擇單線船閘作為船閘的線數，在未來如有較大的通過能力要求可以在本船閘邊上再加閘室。為保證船閘的工程投資較少，選擇船閘伸向壩軸線下游，原因在于下游水深較小，且能滿足通航的要求，將船閘閘室布置在下游，水頭差也較小，閘室結構簡單可以省下大量的工程量。本船閘所處的河段為微彎河段且河寬能滿足航行要求，導航段布置為不對稱型，在壩邊布置直線導航墻，且將船閘

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布置在岸邊，這樣可以減少泄水時水流對于船閘通航的影響，保證通航條件。船舶進閘采用直線進閘，曲線出閘，保證船舶過閘時間。在設計閘室有效尺度時，在滿足一拖+12?100t和一頂+2?1000t一次過閘的前提下閘室的寬度為23m,長度為190m。而對于一拖+4?500t的船隊，單船隊過閘時有較大的富裕，且不能和其他駁船很好的組合，故決定將船閘的長度加10m, 這樣可以一閘次通過一個半一拖+4?500t，另外的半個船隊可以與一頂+2?1000t船隊一起過閘，這樣就提高了過閘的效率，且有利于閘室的利用。最后確定閘室的有效尺度為200?23?3.5m。在船閘建成后可能會使船隊重組，成為一拖?6?500t或一拖一拖+12?100t和一頂+2?1000t?3?500t，這樣能夠更好的過閘，減少船隊的等候時間，的船隊形式還會是該河段的主導船隊形式。

第三部分：船閘布置圖

3.1船閘總平面布置圖（見附圖）

3.2船閘縱斷面布置圖（見附圖）

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