航道工程课程设计指导书

《航道工程学》课程设计指导书重庆交通大学河海学院水道教研室二〇〇六年三月《航道工程学》课程设计指导书一、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。

二、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。

三、基本内容与要求第一部分渠化工程课程设计（一）基本内容第一章船闸总体规划及平面布置1.1船闸型式选择对船闸的各种型式进行综合比较，确定适宜的船闸型式。

1.2船闸的平面尺寸及各部高程1.2.1船闸的有效尺度设计1.2.2船闸的最小断面系数1.2.3引航道的平面形状与尺寸1.2.4船闸的各部高程1.3船闸的通过能力为本章难点，首先应分别对近、远期过闸的不同船型进行过闸船队组合，找出一次过闸的平均吨位，再根据船闸的平面尺度等计算过闸平均时间等，继而计算其近、远期通过能力，满足货运量的要求。

1.4船闸的耗水量及经济损失计算需计算船闸一昼夜过闸的平均耗水量和闸阀门漏水，进一步计算电能损失。

1.5船闸在枢纽中的布置第二章船闸输水系统型式选择及水力计算2.1船闸输水系统型式选择2.1.1集中输水与分散式输水系统选择2.1.2消能工选择2.2船闸水力计算2.2.1计算输水廊道的断面面积2.2.2输水系统设计包括输水系统廊道的具体布置及细部尺寸（如进出口、转弯、直线段等细部设计），应在方格纸上画出输水系统布置图，并计算输水系统的阻力系数，进而校核流量系数、停泊条件满足要求否。

2.2.3绘制输水系统水力特性曲线水力特征曲线的计算及绘制力求用计算机完成。

第三章闸阀门及启闭机型式选择3.1闸门型式选择及门扇尺寸确定3.2阀门型式选择及尺寸确定3.3闸阀门启闭机型式选择第四章闸室结构设计4.1闸室结构型式选择需进行型式比选，确定两个方案进行初步设计。

4.2初步设计两个方案需进行同等精度的计算，并对墙后的排水设施，汇填土进行设计。

针对高水、低水、检修、施工、完建等不同计算情况，选择其中两种情况计算，计算内容主要包括地基计算和闸墙结构计算。

钢筋混凝土闸墙应计算配筋率；各种力（土压力、水压力、扬压力、船舶荷载、自重、地基反力等）的计算采用手算应列表，可以用计算机进行电算。

4.3结构计算根据所选择的最终方案，将其余的计算情况进行完善。

（二）设计资料及有关规定1、航运资料（1）航道等级：Ⅱ级。

（2）建筑物等级：闸室，闸首，闸门按Ⅱ级建筑物设计；导航建筑物，靠船建筑物按Ⅲ－Ⅳ级建筑物设计；临时建筑物Ⅳ级。

（3）设计船型：根据调查，该河段近、远期船型资料见表1。

表1 船型资料（4）货运量近期：1200万吨/年；远期：2200万吨/年。

（5）通航情况n＝6，船只装载量利用系数α＝0.84，货通航期N＝352天/年，客轮及工作船每天过闸次数运量不均匀系数β＝1.30，船闸昼夜工作时间t＝21小时，一般船速V=9.5km/小时，空载干弦高度（最大）取1.5m。

2、地质资料根据地质钻探资料得知，地基无不良地质构造情况，地层分布近似水平，地基土表层至▽7.0m 以上为重壤土，厚约1.5～3m，其下▽7.0～6.0m为轻砂壤土，厚约1.0m，▽6.0m以下为亚粘土，土壤物理性质见表2。

表2 各种土壤的主要物理力学性质3、水文气象资料特征水位：上游设计洪水位：▽ 11.2m上游最高通航水位：▽11.2m上游最低通航水位：▽8.5m下游最高通航水位：▽9.0m下游最低通航水位：▽7.2m下游校核低水位：▽6.8m检修水位：上游▽10m；下游▽8.0m气象资料：降雨量及气温资料从略。

风力：冬天盛行东北风，夏天盛行东南风，最大风力设计8级，校核12级。

4、其它资料船闸上有公路桥，宽10m，桥下净空为7m。

5、设计成果要求（1）设计说明书一份，包括相应的图、表、文字说明，以及分析计算过程及计算结果等。

2、设计图纸若干，包括：总平面布置图一张，以及相应的立面图、断面图、输水系统布置图。

6、物资准备计算器，丁字尺，直角三角尺，绘图板，1#绘图纸一张，绘图铅笔（HB，2B型号）若干，以及设计所需的信签纸等。

7、主要图式、表式1、主要图式：总平面布置图，断面图，高程示意图，输水系统布置图，结构计算示意图及其一些细部图等。

2、主要表式：船闸布置比较表，闸室、闸首及闸、阀门结构比较表，输水系统水力计算表，闸墙结构计算表等。

8、参考日程1、设计资料分析，0.5天。

2、船闸总体规划与平面布置，2.5天。

3、船闸输水系统选择及水力计算：3天。

4、闸室结构设计：4天。

5、绘图：2天。

9、考核内容与方式考核评分主要包括以下几方面的内容：1、设计内容是否齐全。

2、报告格式、设计深度是否符合要求。

3、分析、计算方法和过程是否正确。

4、图纸是否完整，正确以及绘图的基本能力（线条、字体和整洁度等）。

10、参考书目1、《船闸设计规范》，人民交通出版社。

2、《船闸设计》，王作高主编，人民交通出版社。

3、《渠化工程学》，蔡志长主编，人民交通出版社。

4、港口航道与海岸工程毕业设计指南，中国水电出版社。

5、航道工程学，人民交通出版社。

第二部分航道整治课程设计(一) 设计水位、最低通航水位计算1、基站设计水位用保证率频率法推算。

按皮III型曲线“求矩适线法”配线。

采用《工程水文学》上册4－7和3－6表计算。

资料表中缺两年样本水位，系由本人根据该年日平均水位资料，计算各年水位保证率曲线推求补入。

此项计算亦应提交成果。

2、用水位相关分析法求出回归方程，推求浅滩基本水尺设计水位。

用《工程水文学》上册3－14表计算。

3、其它水尺设计水位，根据与基本水尺相关水位资料用“瞬时水位法”推求。

按《工程水文学》上册4－8表计算。

4、水位桩及各计算断面设计水位用“比降图解法”确定。

（二）计算浅滩床沙特征粒径，按资料和所附表式计算，点绘粒配曲线（用半对数坐标点绘，该坐标可自制），确定d 50 , d 65 等特征粒径。

按所附表式计算平均粒径d cp 作为本设计的计算粒径。

（三）根据地形图资料，假定局部阻力损失为零，计算整治河段特征断面至II －II 断面以及II －II 断面至III －III 断面绘图水位时的原河床糙率供计算水面曲线用。

计算断面一律取图中所标注的I －I 、II －II 和III －III 断面。

计算水面线时采用两糙率的平均值。

（四）用3－13和3－22式计算整治线宽度，计算断面一律取II －II 断面，且按图中所标注的点子点图。

整治水位在0.90~1.20米范围内取。

图比：横（河宽）1：2000、纵1：20。

（五）勾出原河床溪线和满足航深要求的等深线（取整数），根据计算的整治线宽度（注意：根据计算值取整数。

例如计算值为446米，可取440米或450米）和参考溪线走向布置整治线。

（六）按从上至下的顺序布置两岸丁坝。

第一座丁坝宜在水深稍浅或适航的断面上，坝间距按前坝投影长度的1－2倍确定，各坝按从上至下、左单右双（面向下游分左右）的习惯编号。

（七）计算各坝头断面的设计水位和整治水位，且将计算成果值汇总在同一表中。

（八）将溪线修直作挖槽轴线并绘出挖槽平面布置图，在浅滩上段、中段和下段垂直溪线点绘挖槽断面（以整治线为边线）用式6－19计算挖槽水深。

取与设计航深相近或稍深的计算值作挖槽设计依据。

（九）计算整治水位时的水流平面图，校核在整治水位时设计航道范围内河床是否冲刷。

计算步骤如下：1、按3－69式估算整治河段水位壅高，以确定各计算横断面的水面线。

2、确定计算横断面：每一丁坝断面为当然的计算断面，上深槽因某种原因可不取计算断面，下深槽计算断面的位置按最下游一座丁坝投影长度的2.5倍确定。

3、按“累积流量法”绘制水流平面图。

《山区航道整治》上册356页有计算实例。

累积流量图图比：横（河宽）1：4000，纵（水深）1：50，以横断面图的起伏点划分“流带”七等分累积虚流量。

调整后的各“流束”（也称流带）虚流量不等值应不大于±3％，附有计算表式。

4、按1：4000图比绘制平面缩图。

图中应表示出“流束”线，各横断面流速比较，判断整治水位时航道是否冲刷，以及整治线宽度是否合适，且列表（表式自己定）并附入平面缩图上。

5、计算各个横断面航道范围内各个流带床沙流的起动流速并与均该流束的平均流整比较，判断整治水位时航道是否冲刷，以及整治线宽度是否合适，且列表（表式自已定）并附入平面缩图上。

整治水位时应保证航道冲刷，因此航道范围内各流带的断面平均流速V 必须大于起动流速6/13/106H d v cp ，通常V ／V 0＝1.1~1.3。

比值太小，表示冲刷较弱，宜缩窄整治线；比值太大，冲刷较强列，宜加宽整治线，本次课程设计若不满足这一要求，只需写出结语，不必返工。

（十）设计水位时挖槽稳定性校核，设计方法可参考《航道整治》144页所举实例。

（十一）计算设计水位时的水面曲线、检验是否满足设计航深要求。

1、计算方法，先按式3－68经式计算各组丁坝的壅水高度，然后从上至下推算水面线。

2、计算断面：下游起算断面可取作水流平面图的相同断面，上深槽取一个终止断面，各丁坝断面是当然的计算断面。

3、回流区面积估算方法：下游回流按扩散角ß＝7°～11°扣除，上游回流区按ª＝(4～6)ß扣除。

4、局部阻力系数：因本图无合适的河段估算整治前局部阻力系数，故采用下式估算：扩散河段21⎪⎪⎭⎫⎝⎛-小大＝AAξ，A为过水面积，收敛河段局部阻力略去不计。

5、本设计应计算断面不多，宜用试算法计算。

上述航深检验方法没有考虑河床冲刷情况，对石质河床是适合的，对沙质河床和卵生河床是不够准确的，但偏于安全。

（十二）坝的纵横断面的设计和工程量计算按抛石坝设计。

作出1号丁坝纵横断面设计图。

横断面应表示出坝的顶宽，上下游边坡比等。

纵断面应表示出坝的纵坡比、坝头坡比、河底线、坝根与河岸的连接情况、高程尺寸尺以及设计水位、整治水位的具体数字等，工程量按规定表示，且紧贴纵断面设计图的底部用断面法计算。

（十三）挖槽纵横断面设计和工程量计算1、沿挖槽轴线点绘纵断面，根据整治前的设计水面线和挖槽水深放出挖槽河底线；2、将进出口布置成喇叭形；3、按纵断面的起优点点绘、设计挖槽断面，在挖槽断面设计图上，应标示出断面号（按从上至下的顺序，用“百米桩”法编号）设计水位、设计河底高程、挖槽底宽以及挖槽边坡比等；4、列表用断面法计算挖槽工程量。

（十四）编写设计说明书说明书通常包括如下内容：1、滩险概况（例如地理位置、浅滩和河段的主要特征、碍航原因、碍航程度以及历次整治情况等等）；2、滩险成因和整治方案；3、设计标准的确定及推算；（1）设计航道尺度（2）通航保证率及设计频率（3）基站、浅滩设计水位计算（4）床沙粒径的计算确定（5）河床糙率计算4．整治工程设计（1）整治水位和整治线宽度的计算确定（2）整治线的布置（3）整治建筑物的布置（4）挖槽轴线的选定（5）挖槽水深的计算确定5．水力计算（1）航道的冲刷校核（2）挖槽稳定性校核（3）水面曲线计算6．其它（例如施工建议及要求、整治效果估计等等）7．工程量及工程概算（本设计不作概算）同学们可根据自己的思路拟定说明书的目录，编写说明书。