航道设计 船闸

2023年12月30日发(作者：店庆活动)

航道工程课程设计

题目：学院：专业：学号：姓名：日期：1

目 录

第一部分：设计基本资料

1.1设计目的

1.2设计任务

1.3设计标准、规范

1.4地质资料

1.5水文气象资料

1.6航运资料

1.7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 船闸闸首尺寸的确定

2.3船闸各部分高程的确定

2.4引航道平面布置及尺度确定

2.5船闸通过能力计算

2.6 船闸耗水量及经济损失计算2.7船闸总体布置原则

2.8 船闸设计论证

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）

2

第一部分：设计基本资料

1.1设计目的

设计的目的在于巩固和加深课堂中所学的基本概念和基本理论，了解渠化、整治工程设计的一般原则、步骤和方法，树立正确的设计思想，培养和提高计算、绘图的基本能力。

1.2 设计任务

通过航道工程课程设计，可以将所学的基础课和专业基础课同专业知识有机的结合起来，使学生更好地明确学习目的，加深专业印象，为今后从事航道及通航建筑物的勘测、规划、可行性研究、设计、施工和科学研究工作打下坚实的基础，以达到本专业培养目标的要求。

1.3设计标准、规范

船闸总体设计规范，JTJ305-2001，人民交通出版社

内河通航标准，GB50139-2004，中华人民共和国建设部

船闸闸阀门设计规范，JTJ308-2003，人民交通出版社

船闸水工建筑物设计规范，JTJ307-2001，人民交通出版社

船闸输水系统设计规范，JTJ306-2001，人民交通出版社

渠化工程，刘晓平、陶桂兰主编，人民交通出版社。

航道工程学，程昌华主编，人民交通出版社

航道工程学（Ⅱ），詹世富主编，人民交通出版社

港口工程制图标准，JTJ206-96，人民交通出版社

1.4地质资料

坝址区地层岩性较为简单，主要为第四系冲积层(Qal)、燕山四期(γ53⑴)花岗岩及燕山二期(ηγ52⑵)二长花岗岩。第四系冲积层(Qal)：广泛分布于两岸一级阶地及河床。层底高程为5.66～-28.43m，厚度一般10～25m。岩性为冲积粘土、粉质粘土，细～中粗砂、含砾中粗砂和砂卵砾石层。坝址河床第四系冲积砂、砂砾卵石层厚度15～18m，自上到下分为2-2～2-4层，2-2层为粉细砂，松散状；2-3层为含砾中粗砂，松散～稍密状；2-4层为砂砾卵石层，中密～密实状。根据坝址区工程地质条件，河床表面(2-2)粉细砂层呈松散状态，稳定性差，不宜采用作为天然地基；河床(2-3)层及以下地基根据实际情况可进行密实处理，满足承载力要求后可作为建筑物的天然地基。

1.5水文气象资料

1.5.1特征水位：

上游设计洪水位：16.0m

3

下游设计洪水位：10.8m

上游设计最高通航水位：16.0m

上游设计最低通航水位：10.8m

下游设计最高通航水位：10.8m

下游设计最低通航水位：8.5m

库区规划蓄水位：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风速、风向

最大风力8级，偏西方向，风速达21m/s。

1.6航运资料

1.6.1航道为Ⅲ级航道，最大通航船舶为1000t。

1.6.2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。

1.6.3设计船型

船 型

顶（拖）轮

长×宽×吃水（m）

一顶＋2×1000t 27.5×6.1×2.00

驳 船

长×宽×吃水（m）

62.0×10.6×1.8

船 队

长×宽×吃水（m）

可研报告

151.5×10.6×2.00

推荐

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

现状

现状

备注

设计过闸船队组合：3000t / 闸次

1.6.4货运量

设计水平年为2020年。

规划预测年货运量为：近期950万吨/年，远期1500万吨/年。

1.6.5通航情况

通航期N＝355天/年；

客轮及工作船每天过闸次数船舶装载系数＝0.82；

货运量不均匀系数＝1.1；

船闸昼夜工作时间t＝22小时；

n0＝5；

4

1.7公路及桥梁

船闸上有公路桥，桥梁载重及尺寸按Ⅱ级路标准，公路接线按Ⅲ级标准。

公路桥载重标准：汽-20，挂-100；

公路桥桥面宽：（净9.0+2×1.5）m。

第二部分：船闸总体设计

2.1船闸基本尺度的确定

2.1.1船闸型式选择

根据设计资料可知，

上、下游设计最高通航水位差：16.0-10.8=5.2m；

上、下游设计最低通航水位差：10.8-8.5=2.3m。

依据《船闸设计总体规范》3.2.1和3.3.3，水头差小于30米，确定船闸型式为单级、单线船闸。

2.1.2船闸基本尺度的确定

1）船闸的基本尺度包括闸室有效长度、闸室有效宽度及门槛水深。

根据《船闸设计总体规范》3.1.5，3.1.8的规定，有如下计算式：

Lxlclf，

式中Lx---闸室有效长度；

lc---设计船队，船舶计算长度；

lf---富裕长度，顶推船队lf20.06lc；拖带船队lf20.03lc。

闸室有效宽度宜采用8m、12m、16m、23m、34m，且应满足下式

Bxbcbf，bfb0.025n1bc

式中

Bx---船闸闸首口门和闸室有效宽度；

bc---同一次过闸船舶并列停泊于闸室的最大总宽度；

bc---设计最大船队或船舶的宽度；

b---富裕宽度附加值，当bc7m时，b1m；当bc7m时，b1.2m；

n---过闸停泊在闸室的船舶的列数。

根据设计船型资料，考虑以下船舶过闸组合并将相应的船闸尺度列于下表中。

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船闸基本尺度计算表（单位：m）

组合情况

1、一顶+2×1000t与

一拖+2×500t并列

2、一拖+4×500t与

一拖+2500t

3、一拖+12×100t

一顶+2×1000t并列

组合形式如图2-1

172.1 7.16

186.5 7.6

船队长度 富裕长度 有效长度 船队宽度 富裕宽度 有效宽度

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

图2-1 船队过闸组合形式

根据以上组合，综合考虑本航线上货运密度和工程量大小等方面的情况，取闸室的有效长度为200m，闸室的有效宽度取23m。

由《船闸设计总体规范》3.1.9，船闸门槛水深H1.6T1.62.003.2m（T为设计船舶、船队满载时的最大吃水），考虑留有一定的富裕取3.5m。

由《船闸输水系统设计规范》2.1.4，船闸输水系统可由以下公式确定：

mT

H式中m---判别系数

H---设计水头（m）,5.2m

T---闸室灌水时间 (min),7.0min

6

mT7.02.56

H7.5当m为2.5~3.5时，应进行经济论证，在本设计中由于水头较低，且考虑到输水的时效性，船舶过闸时间较短，可采用较贵的分散输水系统，以满足船闸的远期通过能力。

闸室的有效尺度200×23×3.5m。

2）船闸的最小断面系数

由《航道工程学》公式（6—4），

最小断面系数nBxH233.52.42.0满足大于1.5～2.0的要求。

33.16 式中：---最低通航水位时，闸室过水断面面积；

---最大设计过闸船队（舶）满载吃水时船中断面水下部分的断面面积，

10.61.88.81.633.16m；

2.2船闸闸首尺寸的确定

闸首长度计算：

《船闸闸阀门设计规范》7.1.5门龛长度由门扇长度和富余长度确定，其富余长度应考

虑对闸门启闭力的影响，不宜小于1/20门扇长度。

人字闸门轴线与船闸横轴线交角取22，闸室有效宽度为23m，则门扇长度可估算为

212.4m，取12.5m，富余长度不小于0.63m，取1.0m，故门龛长度为13.5m。

《船闸闸阀门设计规范》7.2.2，人字闸门主梁高度可根据门扇高度、宽度和载荷等情

况，取门扇计算长度的1/8~1/12，取1/10门扇长度，为1.3m

由《航道工程学》可知

门前段长度l1一般在中小型船闸中可取1.0m

门龛段长度l2取13.5m

闸门支持段长度l3大致为0.4~2.1设计水头，设计水头为5.2m，

1.95.29.88m，取10m

Ll1l2l31.013.51024.5m，取25m

闸首宽度计算：

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由《航道工程学》可知

闸首宽度由闸首口门宽度与边墩厚度确定，边墩厚度一般取为2~3倍廊道宽度。

根据已建船闸资料廊道宽度可取3.0m，边墩厚度取6.0m，闸首宽度可取35m。

由《船闸与升船机设计》钮新强编

门龛深度初步设计可取0.1~0.15倍的航槽宽度，航槽宽度为23m，取门龛深度为2.3m，门龛深度通常为闸门厚度的1.3~1.5倍，可取闸门厚度为1.6m。

2.3船闸各部分高程的确定

船闸的各部分高程不仅要保证船舶能安全、顺利的通过，而且要保证船闸运转操作的安全和方便。在这个前提下还要降低工程造价。船闸各部分高程可参考《船闸总体设计规范》中的有关内容计算确定。船闸各部分高程示意图如图2-2

1、挡水前缘闸首的闸门顶部高程=上游最高校核水位+安全超高=17.0+0.5=17.5m

2、下闸首的闸门顶部高程=上游设计最高通航水位+安全超高=16.0+0.5=16.5m

3、上闸首门槛的顶部高程=上游设计最低通航水位—门槛最小水深=10.8-3.5=7.3m

4、下闸首门槛的顶部高程=下游设计最低通航水位—门槛最小水深=8.5-3.5=5.0m

5、闸室墙顶部高程=上游设计最高通航水位+超高（不小于设计过闸船舶、船队空载时的最大干舷高度）=16.0+1.7=17.7m

6、闸室底板顶部高程上、下闸首门槛顶部高程，取5.0m

7、上闸首墙顶部高程=上闸门顶高程+结构超高=17.5+1.3=18.8m

8、下闸首墙顶部高程=下闸门顶高程+结构超高=16.5+1.3=17.8m

9、上游引航道和靠船建筑物的顶部高程=上游设计最高通航水位+超高（不小于设计船舶、船队空载时的最大干舷高度）=16.0+1.7=17.7m

10、下游引航道和靠船建筑物的顶部高程=下游设计最高通航水位+超高（不小于设计船舶、船队空载时的最大干舷高度）=10.8+1.7=12.5m

11、上游引航道和口门区及连接段的底部高程=上游设计最低通航水位-引航道设计最小水深值=10.8-3.5=7.3m

12、下游引航道和口门区及连接段的底部高程=下游设计最低通航水位-引航道设计最小水深值=8.5-3.5=5.0m

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图2-2 船闸各部分高程示意图

2.4引航道平面布置及尺度确定

2.4.1引航道平面布置

由《船闸总体设计规范》5.4.1和4.4.2可知，引航道应由导航段、调顺段、停泊段和制动段等组成，其平面布置应保证通航期内过闸船舶、船队畅通无阻，安全行驶。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。

本设计采用不对称型引航道布置，船舶（队）可以沿直线进闸，曲线出闸。由于受到地形和水利枢纽的影响，引航道向一侧拓宽。

航道平面图如图2-3

图2-3 引航道平面图

2.4.2航道尺寸

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1、引航道直线段由导航段、调顺段、停泊段和过度段组成

由《船闸总体设计规范》5.5.1可知：当采用直线进闸，曲线出闸布置时，引航

道的各段长度如下：

1）导航段长度

l1lc，lc---顶推船队为设计最大船队长，拖带船队为其中最大船长（m）

一顶+2×1000t船队长lc=151.5m；拖带船队中的最大船长为53.0m， 取导航

段长度为160m。

2）调顺段长度

l21.5~2.0lc

l21.5151.5227.3m，取230m

3）停泊段长度

l3lc

主要考虑拖带船队长，一拖+12×100t解队后的长度为172.1m，取180m

4）过渡段长度

l410B，B---引航道直线段宽度与航道宽度之差

三级航道宽为45m，引航道宽度45m,两者一样可不考虑过渡段。

5）制动段长度

' 由l4lc估算，---顶推船队制动距离系数，根据资料，一般可在2.5～4.5

之间取用，则l52.5×151.5=378.75m.取400m

为减少引航道的工程量，过渡段和制动段重合适用，采用400m，布置在引航道

直线段的延长线上。

6）引航道直线段的总长度

Ll1l2l3160230180570m

2.4.3引航道宽度

本船闸为单线船闸，不对称型引航道，由《船闸总体设计规范》5.5.2.1可知宽度为：

B0bcbc1b1b2

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、船队的宽度（m），最大船舶、船队的宽度为10.6m；

bc1---一侧等候过闸船舶、船队的总宽度（m），取最大船宽为10.6m；

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b1---船舶、船队之间的富裕宽度，取b1bc10.6m；

b2---船舶、船队与岸之间的富裕宽度（m），b20.5bc0.510.65.3m。

故引航道宽度为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

本船闸为Ⅲ级船闸，由《船闸总体设计规范》5.5.3，

引航道最小水深H0

H01.5，T---设计最大船舶、船队满载吃水（m）

T 即H01.5T1.52.003.00m，考虑留有一定的富裕，取3.5m

2.5船闸通过能力计算

2.5.1船舶（队）进出闸时间

船舶（队）进出闸时间，可根据其运行距离和进出闸速度确定。对单向过闸和双

向过闸方式应分别计算。

单向过闸，进闸为船舶（队）的船首自引航道停靠位置（距闸首80m）至闸室内

停泊处之间的距离，出闸为船舶（队）的船尾自闸室内停泊处至闸门外侧边缘的距离。

双向过闸，进闸为船舶（队）自引航道停靠位置至闸室内停泊处之间的距离，出闸

为船舶（队）自闸室内停泊处至靠船建筑物之间的距离。

单向进闸距离L18020025305m

单向出闸距离L225200225m

双向进闸距离L316023020025615m

双向出闸距离L416023025200615m

根据《船闸总体设计规范》查得

单向进闸v10.5m/s 单向出闸v20.7m/s

双向进闸v30.7m/s 双向出闸v41.0m/s

则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闸门的启、闭时间t1

闸门的启、闭时间与闸门型式和闸首口门宽度有关，本设计采用人字闸门，闸首

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口门宽度为23m， 《船舶启闭机设计规范》表3.1.1当闸首口门宽度16～23m时，t1

约为1.5~3.0min，取2.5min

2.5.3闸室灌、泻水时间t3

由《航道工程学》第111页，船闸的灌泻水时间应满足过闸客货运量的要求，船闸

的灌泻水时间一般多定为7~10min，取t37.0min

2.5.4船舶（队）进出闸门间隔时间t5

由《船闸总体设计规范》6.1.8船舶（队）进出闸门间隔时间可采用3~10min，

取8.0min

则：单向过闸时间

T14t1t22t3t42t542.510.227.05.42855.6min

 （t4t2，t2t1）

双向过闸时间

'4t542.5214.727210.348106minT24t12t22t32t4'' （t2，t4）

t3t4 实际上，由于上行与下行船舶（队）均难以保证到闸的均匀性在设计中一般采用船

舶（队）单向过闸与双向过闸所需时间的平均值来计算昼夜过闸次数，过闸时间

T1/2(T1T2106)1/255.654.3min

22 船闸日平均过闸次数

n60T226024.31， 取24次

54.30NG 船闸年通过能力

P(nn0)24535530000.821510万吨

1.1 式中：n0---日非运客、货船过闸次数，取5

n---日平均过闸次数，

---日工作小时，取22h

N---年通航天数，取355天

G---一次过闸平均载重吨位，取3000t

---船舶装载系数，取0.82

---运量不均衡系数，取1.1

2.6船闸的耗水量及经济损失计算

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由《船闸总体设计规范》6.2.1

船闸一天内平均耗水量可按下列计算：

QnVq

86400

qeu

3式中：错误!未找到引用源。Q---一天内平均耗水量m/s

v---一次过闸用水量m3，必要时应考虑上、下行船舶、船队排水量差额

q---闸门、阀门的漏水损失m3/s

e---止水线每米上的渗漏损失m3/sm， 当水头小于10m时取

0.0015~0.0020m3/sm，当水头大于10m时取0.002~0.003m3/sm，

水头为5.2m，取0.0015m/sm

3u---闸门、阀门止水线总长度m，上闸首闸门高17.57.310.2m，下闸首

闸门高16.55.011.5m，闸门底部的止水线长度为12.5225m，闸门止

水线总长度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船闸总体布置原则

船闸在布置时应遵照综合利用、统筹兼顾的原则，正确处理船闸与溢流坝、泄水阀、电站等建筑物的关系与矛盾，优化布置，以发挥最大的综合效益；根据国民经济的发展规划，做到近远期结合，既要满足设计水平年的通航需求，又要考虑远景发展，留有余地；在满足航运的要求下，应尽量选择经济合理，工程投资少，能就地取材，施工方便的方案；船闸在通航期内应有良好的通航条件，满足船舶安全迅速畅通过闸，并有利于运行管理和检修。

2.8 船闸设计论证

在本船闸设计中，船闸位于三级航道上，近期、远期的货运量不是较大，可采用与航道等级相同的船闸，选择三级船闸。在船闸处上下游水位差不是很大只有五米多，选择单级船闸较为经济合理，且考虑到近期的通过能力要求不是很高，可以选择单线船闸作为船闸的线数，在未来如有较大的通过能力要求可以在本船闸边上再加闸室。为保证船闸的工程投资较少，选择船闸伸向坝轴线下游，原因在于下游水深较小，且能满足通航的要求，将船闸闸室布置在下游，水头差也较小，闸室结构简单可以省下大量的工程量。本船闸所处的河段为微弯河段且河宽能满足航行要求，导航段布置为不对称型，在坝边布置直线导航墙，且将船闸

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布置在岸边，这样可以减少泄水时水流对于船闸通航的影响，保证通航条件。船舶进闸采用直线进闸，曲线出闸，保证船舶过闸时间。在设计闸室有效尺度时，在满足一拖+12100t和一顶+21000t一次过闸的前提下闸室的宽度为23m,长度为190m。而对于一拖+4500t的船队，单船队过闸时有较大的富裕，且不能和其他驳船很好的组合，故决定将船闸的长度加10m, 这样可以一闸次通过一个半一拖+4500t，另外的半个船队可以与一顶+21000t船队一起过闸，这样就提高了过闸的效率，且有利于闸室的利用。最后确定闸室的有效尺度为200233.5m。在船闸建成后可能会使船队重组，成为一拖6500t或一拖一拖+12100t和一顶+21000t3500t，这样能够更好的过闸，减少船队的等候时间，的船队形式还会是该河段的主导船队形式。

第三部分：船闸布置图

3.1船闸总平面布置图（见附图）

3.2船闸纵断面布置图（见附图）

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