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文檔簡(jiǎn)介

1、榆林莊船閘課程設(shè)計(jì) 第一章 工程概況北運(yùn)河水系位于海河流域北部,東經(jīng)115°30118°30、北緯39°0541°30之間,西界為永定河,東界為潮白河,南至海河。北運(yùn)河縱貫京津冀都市圈,沿程流經(jīng)北京市的通州區(qū)、河北省的香河縣、天津市的武清區(qū)、天津市的北辰區(qū)以及天津市部分市區(qū)。北運(yùn)河發(fā)源于燕山北部軍都山南麓昌平、延慶一帶,流域面積6166 km2,其中山區(qū)面積為952 km2,占流域總面積的16,平原面積5214 km2,占流域總面積的84。以北京市通州區(qū)北關(guān)閘為界,北關(guān)閘以上稱溫榆河,以下始稱北運(yùn)河。2007年北關(guān)攔河閘下移800m重建,稱新北關(guān)閘。北運(yùn)

2、河干流即從新北關(guān)閘(以下均指新北關(guān)閘)至天津市區(qū)子北匯流口,河道全長(zhǎng)141.9km。本次工程研究范圍自北關(guān)閘至北辰區(qū)的屈家店閘,全長(zhǎng)127km。圖1-1 北運(yùn)河水系分布圖考慮到北運(yùn)河未來與京杭大運(yùn)河南段溝通的可能性,北運(yùn)河船型采用京杭大運(yùn)河標(biāo)準(zhǔn)船型。考慮到北運(yùn)河綜合整治對(duì)環(huán)保要求的特點(diǎn),主要考慮通航集裝箱船,不考慮其它具有污染性的干散貨船,但可以通航液體散貨船。V級(jí)航道集裝箱船裝載16標(biāo)箱,相當(dāng)于載重量為300t的貨船,VI級(jí)航道集裝箱船型標(biāo)準(zhǔn)船型中未列出,故按100t油船和客船考慮。采用4座保水型船閘,包括榆林莊閘、楊洼閘、木廠閘和新三孔閘。本課程設(shè)計(jì)只對(duì)榆林莊閘進(jìn)行計(jì)算。 第二章 設(shè)計(jì)依據(jù)

3、第一節(jié) 自然條件一、地形、地貌和地質(zhì)條件北運(yùn)河干流流域位于湖積平原,地勢(shì)平緩、廣闊,由西北向東南微傾斜,河道兩岸僅分布一級(jí)階地,除通州城區(qū)段以外,河道灘地多為農(nóng)田,堤防外側(cè)為農(nóng)田、村莊;下游兩側(cè)多洼地。北運(yùn)河河道蜿蜒曲折,堤外地面高程上游北關(guān)閘附近在20.0m左右,下游屈家店附近在3.0m左右,地面坡度為1/50001/10000,灘地高程與堤外地面基本一致。楊洼閘和榆林莊閘壩址處地質(zhì)條件較好,主要由粉沙和粘土組成,承載力一般在200kPa。木廠閘場(chǎng)區(qū)主要由粉土、粘性土和砂土組成,場(chǎng)地土除第-1層為軟弱土外,其它各層均屬中軟土,建筑場(chǎng)地類別為類。河道沿程各層土質(zhì)主要由粉土、粉砂、粘性土和砂土組

4、成,各層均屬中軟土,承載力標(biāo)準(zhǔn)值80100kPa。建筑場(chǎng)地類別為類。新三孔閘和八孔閘壩址區(qū)持力地層主要為粉砂層和粘土層,承載力標(biāo)準(zhǔn)值均為80kPa。地下水對(duì)混凝土無腐蝕性,對(duì)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋具弱腐蝕性。船閘位置土類型f /°c /kPa飽和容重 /KN/m3浮容重 /KN/m3水上水下榆林莊閘粉砂231801810楊洼閘粉土1816121810木廠閘粘土2824151810三孔閘砂土262001910表2-1 各類土的物理力學(xué)指標(biāo)二、水位及水頭方案地點(diǎn)上游通航水位(m)下游通航水位(m)水頭(m)四船閘榆林莊閘17.1512.934.22楊洼閘12.9310.862.07木廠閘

5、10.868.002.86新三孔閘8.004.803.20表2-2 船閘水位及水頭圖2-1四船閘方案三、水文、氣象北運(yùn)河流域?qū)贃|亞暖溫帶大陸性季風(fēng)氣候區(qū),四季分明。春季干旱多風(fēng),蒸發(fā)量大;夏季受海洋性氣候及臺(tái)風(fēng)影響,炎熱多雨,且降雨集中;秋季天高氣爽,降雨稀少;冬季多北風(fēng),寒冷少雨雪。多年平均氣溫11.312.7,1月份溫度最低,月平均氣溫-5.0-5.3,7月份溫度最高,月平均氣溫25.826.1。無霜期206d左右,最大凍土深度62 cm70cm,多年平均日照時(shí)數(shù)2651小時(shí)2744小時(shí)。多年平均風(fēng)速為3.03.5m/s,歷年最大風(fēng)速24 m/s。多年平均蒸發(fā)量1133mm1200mm。多

6、年平均降雨量561585mm,汛期降雨量占全年的80%85%,且多以暴雨形式出現(xiàn)在7、8月份。降雨年際變化也很明顯,豐枯比達(dá)數(shù)倍之多。第二節(jié) 工程要求一、船隊(duì)、船型及貨運(yùn)量北運(yùn)河規(guī)劃近期貨運(yùn)量為160萬噸,集裝箱可按平均每箱8噸折合。表2-3 設(shè)計(jì)船型尺度航道等級(jí)船舶噸級(jí)設(shè)計(jì)船型尺度(m)總長(zhǎng)L型寬B設(shè)計(jì)吃水TV級(jí)航道16TEU船40426.62.0VI級(jí)航道100t油船29315.01.21.6二、建筑物等級(jí)根據(jù)船閘水工建筑物設(shè)計(jì)規(guī)范(JTJ307)規(guī)定船閘建筑物等級(jí)如表7-2所示。由此確定V級(jí)船閘閘首、閘室按3級(jí)建筑設(shè)計(jì),導(dǎo)航建筑物按4級(jí)設(shè)計(jì),臨時(shí)建筑物按5級(jí)設(shè)計(jì)。VI級(jí)船閘閘首、閘室按4

7、級(jí)建筑設(shè)計(jì),導(dǎo)航建筑物按5級(jí)設(shè)計(jì)。表2-4 船閘建筑物等級(jí)船閘等級(jí)主要水工建筑物次要建筑物臨時(shí)建筑物V級(jí)345VI級(jí)45-三、計(jì)算船閘通過能力的基本數(shù)據(jù)船舶裝載系數(shù)0.7;運(yùn)量不均衡系數(shù)1.3;一次過閘運(yùn)量:年通航天數(shù)270天;兩班制日工作時(shí)間14小時(shí);三班制21小時(shí);過閘航速:?jiǎn)蜗颍哼M(jìn)閘0.5米/秒,出閘0.7米/秒;雙向:進(jìn)閘0.7米/秒,出閘1.0米/秒;每天非貨船過閘次數(shù):2次。四、材料供應(yīng)及施工技術(shù)條件建筑材料購(gòu)買地土方就地取材石料薊縣混凝土離城鎮(zhèn)較近就地購(gòu)買離城鎮(zhèn)較遠(yuǎn)現(xiàn)場(chǎng)拌合鋼材鋼材市場(chǎng)其它裝飾材料市場(chǎng)表2-5 建筑材料及購(gòu)買地各種材料的物理指標(biāo):混凝土=24.0kN/m3;鋼筋混

8、凝土=24.5kN/m3;漿砌塊石=22.0kN/m3;水泥砂漿或干砌塊石=20kN/m3。第三章 船閘總體布置第一節(jié) 船閘建設(shè)位置和具體形式一、船閘的具體位置 船閘布置在榆林莊,上、下游引航道口門區(qū)宜布置在深泓線一側(cè),與主航道平順連接。且為了保證原始公路暢通,綜合工程造價(jià)的各種因素,采用突出壩下游的布置方式。二、船閘的線數(shù) 根據(jù)船閘設(shè)計(jì)水平年內(nèi)的客、貨運(yùn)量,過閘的船型、地形地質(zhì)條件以及船閘的尺度及通過能力,可以看到單線船閘可以滿足設(shè)計(jì)水平年內(nèi)過閘船舶數(shù)量、總噸位、客貨運(yùn)輸量的通過能力,而且此處船閘也沒有不允許由于船閘檢修、疏浚、沖沙和事故等原因造成斷航的要求。故:采用單線船閘。三、船閘的級(jí)數(shù)

9、榆林莊附近的上游通航水位為17.15,下游通航水位為12.93,水頭為。根據(jù)船閘總體設(shè)計(jì)規(guī)范(JTJ305-2001)可以初步確定:水頭,采用單級(jí)船閘。四、引航道的布置引航道采用對(duì)稱型布置,即引航道軸線與船閘軸線重合,且引航道的橫斷面采用梯形,坡度為1:3。引航道的停泊段的兩側(cè)均停船。五、導(dǎo)航和靠船建筑物布置 上、下閘首入口兩側(cè)設(shè)置導(dǎo)航建筑物。主、輔導(dǎo)航建筑物均采用弧形,兩側(cè)導(dǎo)航建筑物之間的距離由閘首口門寬度逐漸拓寬到引航道的正常寬度。本設(shè)計(jì)中導(dǎo)航和靠船建筑物無隔流要求,導(dǎo)航建筑物采用墩板式結(jié)構(gòu),靠船建筑物采用獨(dú)立墩式結(jié)構(gòu)。第二節(jié) 船閘主要結(jié)構(gòu)的高程一、閘室墻結(jié)構(gòu)的高程1、閘室墻頂部高程船閘閘

10、室墻頂部高程為上游設(shè)計(jì)最高通航水位加超高值,且其超高值不應(yīng)小于設(shè)計(jì)過閘船舶、船隊(duì)空載時(shí)的最大干舷高度。其中榆林莊閘通過的最大船舶為16TEU船,相當(dāng)于載重量為300t的貨船,船舶空載時(shí)的最大干舷高度為。故:閘室墻頂部高程,取為19.0m2、閘室墻底板頂部高程閘室底板頂部高程不應(yīng)高于上、下閘首門檻頂部高程。故取閘室底板頂部高程二、閘首結(jié)構(gòu)的高程1、閘門頂部高程由于榆林莊船閘的閘首不用于擋水,故其閘門頂部高程為上游設(shè)計(jì)最高通航水位加安全超高。榆林莊船閘的等級(jí)為和級(jí),所以安全超高值不應(yīng)小于故:閘門頂部高程,取為18.50m2、閘首墻頂高程榆林莊船閘的閘首不用于擋水,不得低于閘門和閘室墻頂部高程。故:

11、閘首墻頂部高程3、船閘上、下閘首門檻頂部高程閘首上、下閘首門檻頂部高程為上、下游設(shè)計(jì)最低通航水位值減去門檻最小水深值。門檻最小水深由節(jié)計(jì)算得出為。故:上閘首門檻頂部高程 下閘首門檻頂部高程三、引航道的高程1、上、下游引航道堤頂高程上、下游引航道堤頂高程為上、下游設(shè)計(jì)最高通航水位加超高,其超高值不宜小于設(shè)計(jì)船舶的最大空載干舷高度。故:上游引航道堤頂高程 下游引航道堤頂高程2、上、下游引航道底高程上、下游引航道底高程為上、下游設(shè)計(jì)最低通航水位減去引航道設(shè)計(jì)最小水深。其中由節(jié)可知引航道的設(shè)計(jì)最小水深為。故:上游引航道底高程 下游引航道底高程四、導(dǎo)航和靠船建筑物頂高程上、下游導(dǎo)航和靠船建筑物頂高程為上

12、、下游設(shè)計(jì)最高通航水位加超高,其超高值不宜小于設(shè)計(jì)船舶的最大空載干舷高度。故:上游導(dǎo)航和靠船建筑物頂高程 下游導(dǎo)航和靠船建筑物頂高程第三節(jié) 船閘的平面尺寸一、船閘閘室的平面尺寸分別就一次過閘船隊(duì)為: 每次過一艘船 每次過兩艘船兩種方案進(jìn)行初步設(shè)計(jì)。1、船閘閘室的有效長(zhǎng)度 閘室有效長(zhǎng)度不應(yīng)小于按式(3-1)計(jì)算的長(zhǎng)度,并取整數(shù)。 (3-1)式中 閘室有效長(zhǎng)度(m) 設(shè)計(jì)船隊(duì)、船舶計(jì)算長(zhǎng)度(m) 富裕長(zhǎng)度,其中: 頂推船隊(duì) 拖帶船隊(duì) 機(jī)動(dòng)駁和其他船舶 根據(jù)公式,計(jì)算結(jié)果如下表:方案船隊(duì)類型計(jì)算有效長(zhǎng)度實(shí)際取有效長(zhǎng)度一艘船426.148.150兩艘船908.598.5100表3-1 閘室有效長(zhǎng)度計(jì)算

13、表2、船閘閘室的有效寬度閘室的有效寬度是指閘室內(nèi)兩側(cè)墻面最突出部分之間的最小距離,為閘室兩側(cè)閘墻面間的最小凈寬度。船閘閘首口門有效寬度為閘首兩邊墩內(nèi)側(cè)墻面間的最小凈寬度。船閘閘首口門和閘室有效寬度不應(yīng)小于按公式(3-2)和(3-3)計(jì)算的寬度,并宜采用現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)河通航標(biāo)準(zhǔn)(GBJ139)中規(guī)定的8m、12m、16m、23m、34m寬度。 (3-2) (3-3)式中:船閘閘首口門和閘室有效寬度(m) 同一閘次過閘船舶并列停泊于閘室的最大寬度(m),此設(shè)計(jì)中只有一個(gè)船隊(duì)或一艘船舶單列過閘,則為設(shè)計(jì)最大船隊(duì)或船舶的寬度。 富裕寬度(m) 富裕寬度附加值(m),此設(shè)計(jì)中,故,取。 過閘停泊在閘室的

14、船舶列數(shù),此設(shè)計(jì)中所以船閘閘首口門和閘室有效寬度 取3、船閘門檻最小水深 船閘門檻最小水深應(yīng)為設(shè)計(jì)最低通航水位至門檻頂部的最小水深,滿足設(shè)計(jì)船舶、船隊(duì)滿載時(shí)的最大吃水加富裕深度的要求,按公式(3-4)計(jì)算。 (3-4) 式中:門檻最小水深(m) 設(shè)計(jì)船舶、船隊(duì)滿載時(shí)的最大吃水(m),此設(shè)計(jì)中故:, 取為4、最小過水?dāng)嗝娴臄嗝嫦禂?shù) 為保證船舶、船隊(duì)安全順利地過閘,一般要求: (3-5)式中:設(shè)計(jì)最低通航水位時(shí),閘室過水?dāng)嗝婷娣e(),此設(shè)計(jì)中 最大設(shè)計(jì)船隊(duì)、船舶滿載吃水時(shí)船舯斷面水下部分的斷面面積(),此設(shè)計(jì)中故: 可以看出最小過水?dāng)嗝娴臄嗝嫦禂?shù)滿足要求,不需再調(diào)整門檻水深。綜上所述:可取船閘閘室

15、的有效尺度為: (長(zhǎng)×寬×門檻水深) (長(zhǎng)×寬×門檻水深)二、引航道的平面尺寸1、引航道的長(zhǎng)度引航道一般由導(dǎo)航段、調(diào)順度、停泊段、過渡段、制動(dòng)段組成。 導(dǎo)航段長(zhǎng)度導(dǎo)航段長(zhǎng)度應(yīng)大于設(shè)計(jì)最大船泊的長(zhǎng)度即: (3-6)取 調(diào)順段長(zhǎng)度調(diào)順段是進(jìn)出船閘的船舶從引航道線轉(zhuǎn)到船閘軸線或從船閘軸線轉(zhuǎn)到引航道航線,或曲線進(jìn)閘船舶由??枯S線轉(zhuǎn)到船閘軸線所需的長(zhǎng)度。滿足: (3-7) 即: 取 停泊段長(zhǎng)度停泊段長(zhǎng)度應(yīng)滿足: (3-8)取 過渡段長(zhǎng)度過渡段的長(zhǎng)度應(yīng)按下式確定: (3-9) 式中,B引航道寬度與航道寬度之差,本航道為單線船閘,可不做考慮。 制動(dòng)段長(zhǎng)度制動(dòng)段長(zhǎng)度可按

16、下式估算: (3-10)其中:頂推船隊(duì)的制動(dòng)距離系數(shù),取故: 取 所以 引航道長(zhǎng)度 2、引航道寬度單線船閘引航道寬度應(yīng)按雙向過閘確定,即出閘船舶與停在靠船建筑物等候進(jìn)閘的船舶錯(cuò)讓時(shí)所需要的寬度,停泊段采用兩側(cè)停船進(jìn)行計(jì)算。所以引航道寬度為: (3-11) 式中:設(shè)計(jì)最大船舶的寬度, 取 一側(cè)等候過閘船舶的總寬度,取 另一側(cè)等候過閘船舶的總寬度,取 船舶之間的富裕寬度,取故:引航道寬度為:取 3、引航道的最小水深引航道最小水深應(yīng)滿足: IV級(jí)以下船閘采用: (3-12) 式中:設(shè)計(jì)最大船舶的滿載吃水,考慮應(yīng)留有一定的富裕,?。?、引航道彎曲半徑與航道加寬 彎曲半徑引航道直線段外為彎曲航道時(shí),其彎

17、曲半徑不得小于最小限制,即: (3-13)?。涸谝降揽陂T區(qū)和連接段最小彎曲半徑值應(yīng)適當(dāng)加大一個(gè),取為 航道加寬彎曲航道上,船舶的漂角增大,航跡帶寬度比直航段寬。其加寬值為: (3-14)取:三、導(dǎo)航建筑物的尺寸導(dǎo)航建筑物的長(zhǎng)度(在閘室軸線上的投影長(zhǎng)度):主導(dǎo)航建筑物:,取為30m輔導(dǎo)航建筑物:,取為20m第四章 船閘通過能力設(shè)計(jì)第一節(jié) 過閘時(shí)間計(jì)算一、方案(一艘船)的過閘時(shí)間計(jì)算1、單向過閘時(shí): 當(dāng)船隊(duì)自下游向上游單向通過船閘時(shí),假定閘室已泄水,閘室內(nèi)位下游水位,且閘門已打開,則完成一次單向過閘程序所需的各項(xiàng)作業(yè)時(shí)間如下: 同閘次最后一個(gè)船舶與第一個(gè)船舶進(jìn)閘啟動(dòng)時(shí)間間隔,此時(shí) 同閘次最后一個(gè)

18、船舶游下游進(jìn)入閘室的時(shí)間,進(jìn)閘的距離:進(jìn)閘為船舶、船隊(duì)的船首自引航道??课恢弥灵l室內(nèi)停泊位置之間的距離。估算閘首縱向分段長(zhǎng)度為船舶自停靠處到閘首前的距離為根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn),鎮(zhèn)靜段長(zhǎng)度取為。所以:?jiǎn)蜗蜻M(jìn)閘距離故: 關(guān)閉下閘門的時(shí)間 根據(jù)JTJ 309-2005船閘啟閉機(jī)設(shè)計(jì)規(guī)范第3.1.1節(jié),估算閘門啟閉時(shí)間為1.2min。 閘室灌水時(shí)間初步估計(jì)閘室灌水時(shí)間為8min 開啟上閘門的時(shí)間假設(shè)閘門啟閉時(shí)間相同,所以也為1.2min。 同一閘次最后一個(gè)船舶與第一個(gè)船舶出閘啟動(dòng)時(shí)間的間隔, 同一閘次最后一個(gè)船舶由閘室駛向引航道的時(shí)間出閘距離:出閘為船舶、船隊(duì)的船尾自閘室內(nèi)停泊位置至閘門外側(cè)邊緣的距離。故:

19、關(guān)閉上閘門的時(shí)間, 閘室泄水時(shí)間假設(shè)閘室管泄水時(shí)間相等,即閘室泄水時(shí)間為8min 打開下閘門的時(shí)間故:方案完成一次單向過閘所需時(shí)間: (4-1)2、雙向過閘:雙向過閘是指一個(gè)方向的過閘船舶出閘后,另一個(gè)方向等候過閘的船舶迎向進(jìn)閘,與單向過閘相比,閘門的啟閉時(shí)間與閘室灌泄水時(shí)間均相同。進(jìn)閘距離:進(jìn)閘時(shí)間:出閘距離:出閘時(shí)間:故:方案完成一次雙向過閘所需時(shí)間: (4-2)故:方案完成一次過閘所需時(shí)間: (4-3)二、方案(兩艘船)的過閘時(shí)間計(jì)算1、單向過閘時(shí):與方案相比其中閘門的啟閉相同,不同的是:(1)船舶進(jìn)出閘時(shí)間進(jìn)閘距離:進(jìn)閘時(shí)間:出閘距離:出閘時(shí)間:(2)船舶灌泄水時(shí)間初步估算船舶灌泄水時(shí)

20、間(3)同一閘次最后一個(gè)船舶與第一個(gè)船舶進(jìn)出閘啟動(dòng)時(shí)間間隔取為:故:方案的完成一次單向過閘時(shí)間為: (4-4)2、雙向過閘時(shí):雙向過閘與單向過閘相比只有進(jìn)出閘時(shí)間不相同,其余均相同。進(jìn)閘距離:進(jìn)閘時(shí)間:出閘距離:出閘時(shí)間:故:方案的完成一次雙向過閘時(shí)間為: (4-5)故:方案完成一次過閘所需時(shí)間: (4-6)第二節(jié) 通過能力計(jì)算一、船閘的日均過閘次數(shù)船閘日均過閘次數(shù): (4-7)式中:船閘日工作時(shí)間;如果實(shí)行兩班制,則 故:方案時(shí):次 方案時(shí):次二、船閘年通過能力計(jì)算雙向年過閘客貨運(yùn)量: (4-8)式中:日非運(yùn)客貨船過閘次數(shù),取 船舶的裝載系數(shù),取 運(yùn)量不均勻系數(shù),取年通航天數(shù),取天 一次過閘

21、平均載重噸位,故:方案時(shí):萬噸<160萬噸所以方案不符合要求。方案時(shí):萬噸>160萬噸 所以方案符合要求。故:選取方案第五章 船閘水工建筑物設(shè)計(jì)第一節(jié) 閘門選型本船閘選擇中型人字閘門。一、門扇長(zhǎng)度門扇的計(jì)算長(zhǎng)度是門扇支墊座的支撐面到兩扇門葉相互支承的斜接面的距離。其值按公式4-1求得: (5-1)式中:閘首邊墩墻面間的口門寬度, 由門扇的支墊座與枕墊座的支承面至門龕外緣的距離,取 閘門關(guān)閉時(shí)門扇軸線與閘室橫軸的交角,取故: 二、門扇高度門扇高度是指閘門面板底至頂?shù)木嚯x,可按公式4-2確定: (5-2)式中:上游設(shè)計(jì)最高水位與下游最低通航水位之間的水位差, 門檻水深, 閘門面板頂在上

22、游設(shè)計(jì)最高水位以上的超高,取 閘門面板底與門檻頂?shù)木嚯x,由于設(shè)計(jì)閥門為升降式平面閥門,故止水設(shè)在門檻頂部,取故:其中,上閘首門扇高度為:三、門扇厚度初步選取人字閘門門扇厚度為門扇計(jì)算長(zhǎng)度的,即: 門扇厚度?。洪T扇厚度為第二節(jié) 閘首選型一、閘首的尺度1、閘首的長(zhǎng)度閘首在長(zhǎng)度上一般分為門前段、門龕段和支持段。 門前段長(zhǎng)度對(duì)于人字閘門門前段長(zhǎng)度按公式4-3計(jì)算: (5-3)式中:檢修門槽寬度, 故: ?。?門龕段長(zhǎng)度對(duì)于人字閘門門龕段長(zhǎng)度按公式4-4計(jì)算 (5-4)式中:閘首的口門寬度 門龕深度,取為門厚加,故取 閘門和船閘橫軸線的夾角,取為22.5°故:?。?閘門支持段長(zhǎng)度閘門支持段長(zhǎng)度

23、的范圍按公式4-5計(jì)算 (5-5)式中:設(shè)計(jì)水頭故: ,取為4.6m閘門支持段長(zhǎng)度還應(yīng)滿足輸水廊道出口的布置要求,在此處還無法確定。2、邊墩的寬度 邊墩寬度一般取為23倍廊道寬度,由6.2節(jié)可知廊道寬度為1.5m,故可取邊墩寬度為4m。3、閘首的寬度閘首的寬度等于閘首的口門寬度加上兩側(cè)邊墩的寬度,所以閘首寬度為16m。4、底板厚度 底板的適宜厚度為()倍的邊墩自由高度,但不應(yīng)小于其凈跨的,取為2.5m二、閘首的材料及結(jié)構(gòu)形式1、 閘首選用現(xiàn)澆混凝土2、 為保證閘首結(jié)構(gòu)具有足夠的整體剛度,避免由于閘首邊墩相對(duì)沉陷而影響船閘的正常工作,在粉砂質(zhì)地基上采用整體式結(jié)構(gòu),邊墩與底板剛性連接。第三節(jié) 閘室

24、結(jié)構(gòu)選型一、閘室墻結(jié)構(gòu)技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析 方案項(xiàng)目重力式閘墻板樁式閘墻結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖主要材料鋼筋混凝土用量大鋼筋混凝土用量小優(yōu)點(diǎn)能適應(yīng)荷載變化,穩(wěn)定可靠,適用范圍廣,防滲透性好。自重輕,減少開挖,結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,施工進(jìn)度快。缺點(diǎn)不能充分發(fā)揮墻身材料的強(qiáng)度。對(duì)地基要求高,不能承受拉力。抗彎性能低,防滲要求高,耐久性差。由于當(dāng)?shù)夭划a(chǎn)石料,采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu),地基為土基,主要由粉砂和粘土組成,榆林莊閘壩處地質(zhì)條件較好,承載力一般在,在此處建重力式閘室,可以不需要對(duì)地基進(jìn)行特別處理。如果采用板樁結(jié)構(gòu)的話則需要直接打樁即可,施工較為方便。另外,根據(jù)我國(guó)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn),當(dāng)墻高在8m以內(nèi)時(shí),板樁式閘墻結(jié)構(gòu)是一種較為經(jīng)濟(jì)的結(jié)構(gòu),此設(shè)

25、計(jì)的墻高為9.40m,用板樁式閘墻結(jié)構(gòu)不太合理。故,選用重力式閘室墻結(jié)構(gòu)比較合理。二、閘室墻的選型本船閘中閘室墻選用重力式結(jié)構(gòu)1、重力式閘室墻結(jié)構(gòu)的尺度 閘室總長(zhǎng)鎮(zhèn)靜段為10m,則閘室總長(zhǎng)為100m+10m=110m 閘墻高閘墻頂高程為19.00m,閘室墻底板高程為9.30m故:閘室墻高墻后回填土填至墻頂部。 墻底板寬度底板寬度為(0.71.3)倍的墻高故:底板寬度取為11m 墻頂板寬取墻頂板寬為2m。 前趾長(zhǎng)度前趾長(zhǎng)度取為(0.10.3)倍的墻高故:前趾長(zhǎng)度 取為2m 墻底寬度 墻底寬度為(0.50.8)倍的墻高故:墻底寬度取為:6m 墻底板厚度取墻底板厚度為1m。 前趾寬度前趾寬度為(0.

26、150.25)倍的墻高,取為2m。2、閘室結(jié)構(gòu)的其他構(gòu)造要求 閘墻的保護(hù)措施為防止船舶對(duì)閘墻產(chǎn)生的摩擦和撞擊,以及當(dāng)閘室泄水時(shí),干舷較大的非滿載船舶的護(hù)舷木掛在閘墻頂面,引起閘墻和船舶的損壞,在閘墻表面采用不低于C30的混凝土抹面。 胸墻為保證閘上工作人員的安全及減少實(shí)體閘墻的高度,沿墻頂部設(shè)置與墻正面齊平的胸墻。胸墻高度為1m,厚度為0.4m。 建筑物的分縫 建筑物的分縫做成垂直貫通的永久縫,縫內(nèi)設(shè)置垂直和水平止水,閘室分縫間距為15m,縫寬為2cm。三、閘室底板的選型 本船閘采用透水船閘,透水船閘由護(hù)面及反濾層組成,護(hù)面采用混凝土板,厚度為1m。反濾層采用中石子、小石子、中粗砂和細(xì)粗砂,其

27、中中石子25cm,小石子25cm,中粗砂25cm,細(xì)粗砂25cm。第四節(jié) 防滲結(jié)構(gòu)的布置一、閘首的防滲布置1、閘首底板在砂性土上地基上,當(dāng)閘首底板滲徑長(zhǎng)度不夠時(shí),可采用板樁及鋪蓋等防滲措施,并在滲流排出的地方設(shè)置反濾層。2、閘首邊墩閘首邊墩兩側(cè)回填土內(nèi)的滲流,主要是防止回填土與混凝土邊墩接觸處產(chǎn)生集中滲流,主要防滲措施: 邊墩背面不能有向回填土側(cè)的倒坡,水下部分沿墻高不宜有突出部分。 當(dāng)閘首為擋水線的一部分時(shí),在擋水線的上游設(shè)置粘土防滲墻,必要時(shí)還可以設(shè)置刺墻等防滲措施。二、閘室墻的防滲布置船閘的閘室為透水底板,在閘墻下面產(chǎn)生橫向滲流,采取的防滲措施是:設(shè)置齒墻,在閘室內(nèi)側(cè)閘墻下滲流出口處設(shè)置

28、一道板樁,在閘室內(nèi)設(shè)置反濾層。為減小滲流水頭和作用在閘墻上的水壓力時(shí),在閘墻的回填土內(nèi)設(shè)置明溝或排水管排水。明溝和排水管的起始點(diǎn)布置在閘室起點(diǎn)附近,高程根據(jù)檢修要求確定。排水管及明溝的縱坡取為1:350,。墻后回填土中的排水管距墻背的距離為2.5m。沿排水管每個(gè)40m設(shè)置檢查井。第五節(jié) 閘室墻設(shè)計(jì)驗(yàn)算一、重力式閘室墻所受荷載檢修情況:最不利情況為閘室內(nèi)的水完全抽干,墻后地下水位為下游通航水位時(shí)。 水壓力由于反濾層含水,故: 土壓力閘室墻墻身:墻背對(duì)垂直面的傾斜角 墻背外摩擦角采用,取,采用庫(kù)侖土壓力計(jì)算閘室墻墻身。土壓力計(jì)算公式:水上: 水下: 水平分土壓力強(qiáng)度: 水平土壓力: 垂直分土壓力強(qiáng)

29、度: 垂直土壓力: 自重所以自重為: 滲透壓力所以滲透壓力:二、滲透穩(wěn)定性強(qiáng)度驗(yàn)算可以看出滿足滲透要求。三、抗滑穩(wěn)定性驗(yàn)算滿足六級(jí)船閘的抗滑要求。四、抗傾穩(wěn)定性驗(yàn)算1、傾覆力矩:土壓力水平分力力矩滲透壓力力矩水壓力力矩總傾覆力矩2、穩(wěn)定力矩土壓力垂直分力力矩自重力力矩總的穩(wěn)定力矩3、抗傾穩(wěn)定系數(shù) 抗傾穩(wěn)定系數(shù) 故滿足抗傾要求。五、地基承載力驗(yàn)算地基極限承載力的豎向分力 地基承載力安全系數(shù)故:需做地基處理,提高地基的承載力。六、基地應(yīng)力驗(yàn)算故: 可以看出均小于承載力滿足地基承載力的要求。第六節(jié) 船閘輔助設(shè)備船閘附屬設(shè)施根據(jù)船閘總體設(shè)計(jì)規(guī)范(JTJ305-2001)中的有關(guān)內(nèi)容進(jìn)行布置:一、系船設(shè)

30、備1、 在閘室、引航道、錨地和前港的靠船建筑物靠船一側(cè),應(yīng)設(shè)置系船設(shè)備,并不得突出墻面。2、 閘室墻、引航道等靠船建筑物的頂部宜設(shè)置固定系船柱。其在閘室內(nèi)的布置,首尾系船柱距閘室的有效長(zhǎng)度兩端的距離為8m,系船柱的間距與設(shè)計(jì)單船長(zhǎng)相適應(yīng)。3、 因?yàn)樵O(shè)計(jì)水頭為4.22m,系船柱采用龕式系船柱。布置在建筑分段中線墻面上。4、 在引航道、錨地和前港的靠船建筑物和導(dǎo)航墻靠船的墻面上,按建筑分段中線,從設(shè)計(jì)最低通航水位時(shí)的設(shè)計(jì)最大船隊(duì)滿載干舷高度處開始,至墻頂以下1.1m處的范圍內(nèi),按2.0m等距分設(shè)置龕式系船柱。二、安全防護(hù)和檢修設(shè)備1、 船閘各部頂面臨水側(cè)或高于地面2.5m的通道一側(cè),應(yīng)設(shè)置高度為1

31、.5m剛性安全護(hù)欄,另外在閘室墻前沿應(yīng)設(shè)置護(hù)輪坎。2、 在閘首兩側(cè)邊墩在其前沿各設(shè)一道嵌入式爬梯;閘室兩側(cè)設(shè)三道嵌入式爬梯,其中第一道中線距上、下閘首邊緣的距離為15m;主、輔導(dǎo)航墻根據(jù)布置形式設(shè)嵌入式爬梯2道。3、 引航道每一個(gè)靠船墩在朝閘首一側(cè),距前沿0.8m處設(shè)凸出式爬梯一道。4、 嵌入式爬梯凹槽平面尺寸采用正面式5、 閘首、閘室、導(dǎo)航墻爬梯高程為自閘底板至閘墻頂;靠船墩自引航道底至墩頂。每一梯級(jí)間距為0.25m。6、 在上閘首的上游面和下閘首的下游面設(shè)置檢修門槽、檢修閘門,而且檢修門型式、門槽規(guī)格尺寸都應(yīng)做到標(biāo)準(zhǔn)化、系列化、通用化。三、信號(hào)和標(biāo)志1、 船閘應(yīng)按晝夜通航要求設(shè)置信號(hào)和標(biāo)志

32、,而且應(yīng)符合國(guó)家現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)有關(guān)信號(hào)和標(biāo)志的規(guī)定。2、 每道工作閘門上、下游都應(yīng)設(shè)置水尺。四、控制、通信和動(dòng)力照明1、 中央控制室布置在可以清楚看到閘室和上、下游引航道船舶、船隊(duì)的動(dòng)態(tài)的地方,還要設(shè)置工業(yè)電視。2、 在上、下閘首和控制室的控制系統(tǒng)中設(shè)專用的緊急開關(guān)。3、 在船閘管理部門、控制室內(nèi)設(shè)生產(chǎn)調(diào)度電話、行政電話、廣播通訊和計(jì)算機(jī)管理系統(tǒng)。4、 船閘轄區(qū)的房屋、閘首、閘室、引航道、錨地等建筑物及有關(guān)場(chǎng)地是指照明設(shè)備。5、 在上、下閘首靠控制墻一側(cè)邊墩內(nèi)設(shè)置水位計(jì)井,每道工作閘門的上、下游各設(shè)一個(gè)。水位計(jì)井底分別設(shè)置在上、下游通航水位以下1.2m處,并分別與上、下水體聯(lián)通。五、房屋和道路1、

33、船閘分別設(shè)置生產(chǎn)、輔助生產(chǎn)、成活的用房,結(jié)合船閘建設(shè)規(guī)劃,做出統(tǒng)一的總體設(shè)計(jì),其布置要求合理緊湊,管理方便。2、 船閘各部位之間根據(jù)需要設(shè)置內(nèi)部道路和對(duì)外公路。六、環(huán)境保護(hù)1、 船閘設(shè)計(jì)應(yīng)貫徹執(zhí)行中華人民共和國(guó)環(huán)境保護(hù)法的有關(guān)規(guī)定,做到船閘工程設(shè)計(jì)與環(huán)保設(shè)計(jì)同步進(jìn)行,保護(hù)環(huán)境。2、 船閘施工期由于吹填或基坑開挖,場(chǎng)地填筑等產(chǎn)生的粉塵,以及施工機(jī)械的噪音,對(duì)環(huán)境構(gòu)成污染時(shí),應(yīng)采取防治保護(hù)措施。3、 閘區(qū)范圍內(nèi)進(jìn)行近、遠(yuǎn)期綠化總體規(guī)劃,其陸域綠化覆蓋系數(shù)應(yīng)不小于30%。4、 嚴(yán)禁向船閘轄區(qū)排放未經(jīng)處理的生產(chǎn)、生活污水和污染物。七、消防和救護(hù)1、 閘室、閘首等部位設(shè)置消防栓、滅火器、滅火材料等有關(guān)器

34、材,還要設(shè)置專用的消防通道、消防水泵等。2、 船閘房屋設(shè)計(jì)應(yīng)符合現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范的有關(guān)規(guī)定。3、 船閘在設(shè)當(dāng)?shù)牟课慌渲镁壬?、救生艇等救護(hù)設(shè)備。第六章 船閘輸水系統(tǒng)設(shè)計(jì)第一節(jié) 輸水系統(tǒng)的選型一、輸水系統(tǒng)的選擇輸水系統(tǒng)的類型可根據(jù)判別系數(shù)初步確定。 (6-1)當(dāng), 時(shí),故選用集中輸水系統(tǒng),采用短廊道輸水,對(duì)沖方式消能。二、輸水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)1、消能工的選擇集中輸水系統(tǒng)上閘首斷面最大平均流速為: (6-2)式中:閘室水域長(zhǎng)度; 設(shè)計(jì)水頭, 閘室灌泄水時(shí)間, 門檻最小水深,帶入公式6-2中得:集中輸水系統(tǒng)下閘首斷面最大平均流速為: (6-3)帶入式中各值得:根據(jù)船閘輸水系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范(JTJ3

35、06-2001)可知本船閘應(yīng)采用簡(jiǎn)單消能工,故在輸水廊道的出口布置消力檻。三、集中輸水系統(tǒng)的布置集中輸水系統(tǒng)及其消能工應(yīng)布置在閘首及靠近閘首的閘室墻范圍內(nèi),消能工后設(shè)鎮(zhèn)靜段,集中輸水系統(tǒng)及消能工的布置應(yīng)使水流能充分消能和均勻擴(kuò)散,并不應(yīng)妨礙輸水系統(tǒng)的泄流能力,在平面上應(yīng)和閘室或下游引航道的位置相適應(yīng),在立面上應(yīng)與閘室或下游引航道最大斷面的平均流速出現(xiàn)時(shí)段的上、下游水位條件相適應(yīng)。輸水廊道布置在兩邊墩下部,兩側(cè)廊道對(duì)稱布置。1、廊道進(jìn)口 為改善進(jìn)口水流條件,防治產(chǎn)生吸氣漩渦,同時(shí)為避免將空氣吸入廊道,使閘室內(nèi)水流因摻氣而加劇水流的紊亂,廊道進(jìn)口布置在水下一定深度處。 廊道進(jìn)口的最小淹沒水深應(yīng)按下

36、式確定,計(jì)算時(shí)應(yīng)考慮灌水廊道進(jìn)口前水面的降低。 (6-4) 2、輸水廊道長(zhǎng)度輸水廊道由進(jìn)口、進(jìn)口轉(zhuǎn)彎段、直線段及出口組成1)進(jìn)口段廊道進(jìn)口尺寸與閥門處輸水廊道控制斷面相同,進(jìn)口修圓,修圓半徑為,取為0.2m。2)進(jìn)口轉(zhuǎn)彎段進(jìn)口轉(zhuǎn)彎段中心線的平均曲率半徑適宜距離為(0.91.0)倍廊道轉(zhuǎn)彎段的平均寬度,取為1.45m;進(jìn)口內(nèi)側(cè)曲面的曲率半徑取為0.15倍的設(shè)計(jì)水頭,即為0.633m。3)直線段直線段適宜長(zhǎng)度為,取為3.5m,且在直線段設(shè)輸水閥門和檢修閥門。4)出口段為減小出口的水流流速,輸水廊道出口斷面應(yīng)擴(kuò)大為閥門處廊道斷面面積的1.21.6倍,保持廊道高度不變,寬度增大至2.4m。5)出口轉(zhuǎn)彎段廊道出口段轉(zhuǎn)彎中心的平均曲率半徑適宜距離為(1.01.4)倍廊道轉(zhuǎn)彎段的平均寬度,取為2m;內(nèi)側(cè)曲面的曲率半徑

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