船闸毕业设计

算例
摘要
Abstract
目录
1 工程概况及相关设计资料---------------------------------------------------------------------------6
1.1 兴建缘由----------------------------------------------------------------------------------------6
1.2 基本资料----------------------------------------------------------------------------------------6
1.2.1 水文基本资料------------------------------------------------------------------------6
1.2.2地质情况----------------------------------------------------------------------------------6
1.2.3 地震烈度---------------------------------------------------------------------------------7
1.2.4 船闸规模---------------------------------------------------------------------------------7
1.2.5 设计船型船队---------------------------------------------------------------------------7
1.2.6 通航净空---------------------------------------------------------------------------------8
1.2.7 水位组合---------------------------------------------------------------------------------8
1.2.8 引航道布置要求------------------------------------------------------------------------9
1.3 船闸总体布置-----------------------------------------------------------------------------------9
2 船闸参数设计及总体布置--------------------------------------------------------------------------10
2.1 输水系统计算----------------------------------------------------------------------------------10
2.1.1 灌泄水时间计算-----------------------------------------------------------------------10
2.1.2 设计指标计算及消能措施-----------------------------------------------------------10
2.1.3 输水系统的水力特性曲线的绘制--------------------------------------------------12
2.2 船闸通过能力及耗水量的计算-------------------------------------------------------------21
2.2.1 船闸通过能力的计算-----------------------------------------------------------------21
2.2.2 船闸耗水量的计算--------------------------------------------------------------------23
2.3 船闸总体结构布置----------------------------------------------------------------------------23
2.3.1 上闸首布置-----------------------------------------------------------------------------23
2.3.2 下闸首布置-----------------------------------------------------------------------------24
2.3.3 闸室布置--------------------------------------------------------------------------------24
2.3.4 翼墙布置--------------------------------------------------------------------------------24
2.3.5 引航道布置-----------------------------------------------------------------------------24
2.3.6 上下游护底布置-----------------------------------------------------------------------24
3 船闸渗流计算-----------------------------------------------------------------------------------------25
3.1 船闸各部分的地下轮廓线的布置----------------------------------------------------------25
3.1.1 上闸首底线轮廓线布置--------------------------------------------------------------25
3.1.2 下闸首地下轮廓线布置--------------------------------------------------------------26
3.1.3 闸室墙地下轮廓线布置--------------------------------------------------------------26
3.1.4 船闸翼墙地下轮廓线布置-----------------------------------------------------------27
3.2 船闸渗流稳定验算----------------------------------------------------------------------------28
3.2.1 上闸首渗流稳定验算-----------------------------------------------------------------28
3.2.2 下闸首渗流稳定验算-----------------------------------------------------------------31
3.2.3 闸室墙渗流稳定验算-----------------------------------------------------------------34
3.2.4 船闸翼墙渗流稳定验算--------------------------------------------------------------36
4 船闸稳定验算-----------------------------------------------------------------------------------------39
4.1 上闸首稳定验算-------------------------------------------------------------------------------39
4.1.1 上闸首自重及设备重的计算--------------------------------------------------------39
4.1.2 上闸首在完建期的稳定验算--------------------------------------------------------41
4.1.3 上闸首在设计水位情况的稳定验算-----------------------------------------------43
4.1.4 上闸首在检修情况下的稳定验算--------------------------------------------------50
4.1.5 上闸首在校核水位情况下的稳定验算--------------------------------------------53
4.2 下闸首稳定验算-------------------------------------------------------------------------------60
4.2.1 下闸首自重及设备重的计算--------------------------------------------------------60
4.2.2 下闸首在完建期的稳定验算--------------------------------------------------------62
4.2.3 下闸首在设计水位情况的稳定验算-----------------------------------------------63
4.2.4 下闸首在检修情况下的稳定验算--------------------------------------------------67
4.2.5 下闸首在校核水位情况下的稳定验算--------------------------------------------71
4.3 闸室墙稳定验算-------------------------------------------------------------------------------77
4.3.1 闸室墙自重及作用在其上的各种荷载的计算-----------------------------------77
4.3.2 闸室墙稳定验算-----------------------------------------------------------------------79
4.3.3 闸室墙地基承载力稳定验算--------------------------------------------------------80
4.4 船闸翼墙稳定验算----------------------------------------------------------------------------80
4.4.1翼墙自重及作用在其上的各种荷载的计算--------------------------------------80
4.4.2 翼墙稳定验算--------------------------------------------------------------------------83
4.4.3 闸室墙地基承载力稳定验算--------------------------------------------------------83
5 船闸结构计算-----------------------------------------------------------------------------------------84
5.1 下闸首底板结构计算-------------------------------------------------------------------------84
5.1.1 下闸首底板内力计算-----------------------------------------------------------------84
5.1.2 下闸首底板配筋计算及抗裂验算--------------------------------------------------91
5.2 下闸首闸墩的结构计算----------------------------------------------------------------------94
5.2.1 下闸首闸墩的内力计算--------------------------------------------------------------94
5.2.2 下闸首闸墩的抗裂验算--------------------------------------------------------------98
5.3 闸室挡土墙结构计算-------------------------------------------------------------------------99
5.3.1 闸室挡土墙立板的内力计算及配筋计算-----------------------------------------99
5.3.2 闸室挡土墙立板的抗裂验算------------------------------------------------------104
5.3.3 闸室挡土墙底板的内力计算及配筋计算---------------------------------------105
5.3.4 闸室挡土墙底板的抗裂验算------------------------------------------------------109
5.3.5 闸室挡土墙扶壁的内力计算及配筋计算---------------------------------------109
5.3.6 闸室挡土墙扶壁的抗裂验算-------------------------------------------------------112
6 交通桥结构设计-------------------------------------------------------------------------------------113
6.1 交通桥设计资料------------------------------------------------------------------------------113
6.2 交通桥尺寸布置------------------------------------------------------------------------------113
6.3 交通桥主梁计算------------------------------------------------------------------------------113
6.3.1 交通桥恒载内力计算----------------------------------------------------------------113
6.3.2 交通桥活载内力计算----------------------------------------------------------------114
6.3.3 主梁的配筋计算----------------------------------------------------------------------117
6.3.4 主梁的抗剪强度上下限复核-------------------------------------------------------119
6.4 交通桥行车道板的计算---------------------------------------------------------------------123
6.4.1 行车道板的恒载及其内力的计算-----------------------------------------------123
6.4.2 行车道板所受的汽车荷载--------------------------------------------------------123
6.4.3 行车道板的荷载组合--------------------------------------------------------------124
6.4.4 行车道板的截面配筋计算--------------------------------------------------------124
6.4.5 行车道板的截面尺寸验算--------------------------------------------------------125
6.4.6 行车道板的抗剪强度验算--------------------------------------------------------125
7 人字型闸门结构设计-----------------------------------------------------------------------------126
7.1 闸门设计基本资料-------------------------------------------------------------------------126
7.2 闸门平面布置---------------------------------------------------------------------------------126
7.3 闸门结构设计---------------------------------------------------------------------------------127
7.3.1 闸门面板的计算--------------------------------------------------------------------127
7.3.2 水平次梁的计算--------------------------------------------------------------------128
7.3.3 主横梁的计算-----------------------------------------------------------------------131
7.3.4 底主横梁的计算--------------------------------------------------------------------138
7.3.5 接缝梁的计算-----------------------------------------------------------------------143
7.3.6 竖向连接系的计算-----------------------------------------------------------------145 致谢------------------------------------------------------------------------------------------------------146 参考文献------------------------------------------------------------------------------------------------147 附表一不平衡剪力计算表--------------------------------------------------------------------------148 附表二闸底板弯矩计算表--------------------------------------------------------------------------149 附表三底板弯矩计算续表--------------------------------------------------------------------------150 附表四下闸首底板配筋弯矩表--------------------------------------------------------------------151 附图一船闸总体布置图-----------------------------------------------------------------------------152 附图二下闸首底板结构及其配筋图--------------------------------------------------------------153
附图三闸墩结构及其配筋图-----------------------------------------------------------------------154
附图四交通桥结构及其配筋图--------------------------------------------------------------------155
附图五闸室墙结构及其配筋图--------------------------------------------------------------------156
附图六人字闸门结构图-----------------------------------------------------------------------------157
1工程概况及相关设计资料
1.1 兴建缘由
泰州引江河贯穿于苏中地区的泰州市，南连长江、北接新通扬运河，是江苏省广大里下河地区及盐城市的重要通江口门。

泰州引江河高港船闸枢纽位于江苏省泰州市高港区境内的泰州引江河入江出口处，距江边1300m。

枢纽现已建成节制闸、抽水站、船闸一座以及相应的管理配套设施。

泰州引江河高港枢纽船闸在2000年使用以来，随着经济发展，货运量运量增加很快，目前年货运量已近3000万吨，现有船闸规模已经不能满足航运要求，过闸的待航时间达4小时左右，从而经常造成交通堵塞，影响了该航运的交通舒畅。

从利用泰州引江河的水运能力，充分发挥工程综合效益考虑，在泰州引江河高港枢纽原船闸的基础上修建复线船闸，缓解目前交通压力，扩大泰州引江河的对外门是可行的。

扩建复线船闸后，将充分发挥枢纽工程的综合效益和社会效益，勾通泰州应江河和长江的航运。

泰州市及盐城市部分地区的入境，物资主要由长江水运经泰州引江河船闸入境，经测算到2031年入境运量达2500万吨，同时入境年货运量达977万吨，年过闸量为2902万吨。

泰州引江河近期通过船只主要为300吨级顶推船队，经过规模论证后，设计第二船闸闸室有效尺寸190
⨯。

23⨯
5.5
m
1.2 基本资料
1.2.1 水文基本资料
1.引航道基本资料为：上游引航道底宽40m，底高程—0.5m,边坡1：
2.5，坡顶高程5.5m,引航道直线段
15，门口区引航道中心线与泰州引江河中心线交汇会角为长度为300m,弯道曲率半径260m,中心角︒
︒15，下游引航道宽40m,底高程—1.95m ，边坡1：3，东侧堤顶设计高程7.0m,西侧堤顶设计高程9.2m,边坡中间在高程7.0m 处设计一平台，宽度5m.引航道直线段长度300m,弯道曲率半径260m,中心角为︒15，口门区引航道中心线与泰州引江河中心线交会角为︒15。

2.上闸首稳定计算水位组合表 设计情况 水位（m)
备注
上游（内河）
下游（闸室） 完建期
—1.95 —1.95 正向 设计 3.0 1.89 71年引水期平均低潮
位1.89m
校核 3.9 1.05 54年汛期旬平均高潮
位4.73m
船闸大修 3.0 —1.95 3.3.下闸首稳定计算水位组合 设计情况 水位（m)
备注
上游（内河）
下游（闸室） 完建期
—1.95 —1.95 正向 设计 3.2 0.56 （百年一遇低潮位
0.56）
校核
3.9 1.56 船闸大修 —1.95 5.32 （五年一遇高潮位
5.32）
1.2.2 地质情况
1.2.2.1 土层地质
（1）经钻探揭示，勘区钻探深度内土质以其结构和物理力学性指标自上而下可分为4个大层11个小亚层，与区域地层及泰州引江河历史勘探分析对比，其中：)1(1层为现代人工堆积，（21）、（31）、
)'1(3、
（13）、（23）、（33）层为第四纪全新世冲洪积或冲湖积层，)'4(1、（14）、（24）层为第四纪晚更新世冲洪积层。

1.2.2.2 工程地质评价
船闸底板基本上以第（13）、（23）层沙壤土、粉砂、极细沙为持力层。

在船闸部位第（13）、（23） 层分布较稳定，层顶面平均高层为—6.0m 左右，层底为—16.0m,平均厚度为10.00m,水平产状，土质均匀，土质结构呈中密状态，容许承载力130kpa-180kpa ，可以作为基础持力层。

第（23）层以下无软弱土层。

船闸底板下为第（13）、（23）层沙壤土、极细沙，渗透性能较好，因此底板下应采取防渗措施，扩大渗透长度。

（21）层潜水含水层经测试其静止水位为4.60m ；渗透系数k=6.6⨯510-cm/s.该层分布范围仅在船闸下闸首及下游引江河处，分布高程在2.0m 以下，由于该层透水性能低，在施工时只需进行明渠排水即可。

第（13）、（23）层含水经水文地址测验，该层平均水平渗透系数为7.1⨯310-cm/s ，静水1.25m 左右，承压水头6_7m,且富水性及透水性均较强，必须做好施工时期的排、降水工作。

在施工排水设计时，可采用渗透系数k=7.1⨯310-cm/s,静止水位1.25m 左右，承压水头6—7m ，且富水性及透水性均较强，必须做好施工时期的排、降水工作。

在施工排水设计时，可采用渗透系数k=7.1⨯310-cm/s;影响半径R=290m.
第（31）层粉质粘土、重粉质壤土，土层较厚，土源充足，土质均匀，天然含水量适宜，压实性能良好，可选作本工程回填土料，施工时含水量可控制在18%-25%,干密度控制1.55g/cm3。

挡土墙设计时可采用：c=28pa,φ= 13。

1.2.3 地震烈度
根据国家地震局1990年版《中国地震烈度区划图》查得，工程位于6 °基本烈度区，因此建筑物按规范规定按照6 °地震设防。

1.2.4船闸规模
1.2.5设计船型船队
根据泰州引江河地区航运现状，近期通航主要船只为100吨级拖带船队，船型尺寸为（长×宽×设计吃水）26m ×5.2m ×1.8m ，船队为一托十二，尺度（长×宽×设计吃水）为361m ×5.5m ×2.0m,考虑船队分两次过闸，则一次过闸船队为182m ×5.5m ×2.0m 。

按内河通航标准，五级船闸设计船队应为300吨级顶推船队，设计船队尺寸为87m ×9.2m ×1.3m 。

表1.1 设计采用船型、船队尺度表
船型
驳船尺度 船队形式 船队尺度 500吨级分节驳
45×10.8×1.6 一顶二单列式 109×10.8×1.6 300吨级分节驳
35×9.2×1.3 一顶二单列式 87×1.2×1.3 100吨级分节驳
26×5.2×1.8 一托十二单列式 361×5.5× 2.0 60吨级分节驳
21×4.5×1.34 一托十二单列式 276.5×4.5× 1.35 1000吨级分节驳 67.5×10.8×2.0 一顶二单列式 160×10.8×2.0
1.2.6通航净空
枢纽下游以建的灰管桥通航净空为最高通航水位以上7.0米，泰州引江河沿线桥梁通航净空为5.0米，本船闸为五级船闸，同时考虑过闸船队主要为拖带船队及与闸站工程公路接坡要求，船闸上下闸首通航净空区6.0米。

1.2.7引航道布置要求
上游引航道底宽40米，底高程-0.5米，边坡1：2.5，坡顶高程5.5米，引航道直线段长度300米，弯道曲率半径为260米，中心角15°，，口门区引航道中心线与泰州引江河中心线交汇角为15°。

1.3总体布置
船闸总体布置如船闸总体布置图图1.1所示：
236300
300船闸上游引航道下游引航道
图1.1 船闸位置布置示意图R 260R 260
2船闸参数计算及总体布置
2.1输水系统计算
2.1.1 灌泄水时间计算
本设计采用头部集中式输水，由设计水位关系，取上游正常通航水位3.9m ，下游正常通航水位2.5m,水头差1.4m 。

min 5,14.44.15.3为取T m H m T =⨯=⨯=
式中：T 为输水时间
M 为集中输水系数，要求要大于等于3.5m ，取3.5
H 为设计水头差
2.1.2设计指标计算及消能措施
2.1.2.1消能措施的计算
对上闸首：
,max 1122190 1.40.344/1.4()300(4.45)22m C C V L H m s H T S =⨯⨯⨯
=⨯⨯⨯=⨯+⨯+ 对下闸首：
,max 111.8 1.8190 1.40.358/300 4.45
m C C V L H m s TS ==⨯⨯⨯=⨯ 在式中：
,max m V 对上闸首为灌水时间时闸室最大的断面平均流速；
对下闸首为泄水时下闸首门后段最大的断面的平均流速（米/秒）
C L 为闸室水域长度，初步取镇静段长度为5米，水域长度取195米（米）
H 为闸首水位差（米）
T 为闸室灌（泄）水时间（秒）
C S 为闸坎上最小水深（米）
由《船闸设计规范》JTJ262第2.1.4条，无需消能工。

2.1.2.2 水力指标计算
2.1.2.2.1 廊道断面计算
由《船闸设计规范》JTJ262第2.3.3条有 ()()2223040 1.411.052110.730029.8110.560.7V C H m T g K ωμα⨯⨯===--⨯⨯⨯⨯--⨯⎡⎤⎡⎤⎣⎦⎣⎦
式中：
ω为输水廊道阀门处断面面积（2m ）
C 对单级船闸
H 为设计水位（米）
μ为闸门全开时输水廊道的流量系数，可假定取为0.7
T 为闸室输水时间（秒）
g 为重力加速度（米/2秒）
α为系数，与阀门门型和流量系数有关，对于平板门μ取0.7m 时，取为0.56 V K 为输水闸门开启时间与输水时间的比值，可以取为0.6--0.8，取为0.7
取输水廊道阀门处断面面积为3.×2㎡（宽×高），实际总面积为12㎡.
2.1.2.2.2 输水闸门开启时间计算
由《船闸设计规范》JTJ262第2.3.5条有
20.7251212081.0429.8 1.4175.538()9.12(71.211.96)
r v L C K DW gH t s P x ωω⨯⨯⨯⨯⨯⨯===-⨯- 取为200秒。

式中：
v t 为输水阀门开启时间（秒）
r
K 为系数，对于锐缘平面闸门，取0.725 ω为阀门处廊道断面面积（2m ）
D 为波浪系数，取为1.0
W 为船队排水量（吨）
H 闸首水位差（米）
g 重力加速度（米/2秒）
L P 为允许系缆力的纵向水平分力（千牛）
C
ω为初始水位闸室的断面面积（2m ） x 为船队浸水横断面面积（2m ）
2.1.3输水系统的水力特性曲线的绘制
2.1.
3.1流量系数与时间的关系曲线
由《船闸设计规范》JTJ 附 2.5
'
1
t vn c
μξξξ=
++
式中：
t μ——为时刻t 时的输水系统的流量系数；
vn ξ——为时刻t 阀门开度n 时的阀门局部阻力系数；
、ξ——为阀门井或者门槽的损失系数，对平面阀门，、ξ=0.25； c ξ——为阀门全开后输水系统总阻力系数，包括进口、拦污栅；
转弯、扩大、收缩等局部阻力系数，以及沿程摩阻损失的阻力系数，但是均应换算为阀门
处廊道断面的阻力系数，即各阻力系数应乘以2
⎪⎪⎭
⎫ ⎝⎛i ω
ω。

廊道断面进出口扩大到122m ，扩大倍数为2，
i
ωω
为0.5。

扩大断面后vn ξ要修正为、
vn ξ，修正公式为2
-1）
（、
vn vn ξαξ+=，列表计算如下： 表 局部阻力系数计算表
开度n
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 vn ξ
186.2 43.78 17.48 8.38 4.28 2.16 1.01 0.39 0.09 0 、vn ξ 192.2 46.73 19.36 9.70
5.23
2.85
1.50
0.71
0.27
0.22
表2.1 局部阻力系数计算表
c ξ的计算：
进口0.1eu ξ=；出口0.8ex ξ=；拦污栅4
43
3
2.01.790.08320bar s b ξβ⎛⎫⎛⎫
==⨯= ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭
；转弯
'
0.490k k θξξ︒
==︒。

沿程阻力系数（长度约为20米）
6.652220.320.3014.0116
16
1
=⎪⎭
⎫ ⎝⎛⨯+⨯⨯==
R n C
113.06
.06.6520
8.9222
2=⨯⨯⨯==
R C gl ξ 换算成阀门处的阻力系数：
对于进出口：进口05625.08/6.102
=⨯
）（，出口45.0)8/6(8.02=⨯ 所以5.1113.0083.024.045.005625.0=++⨯++=c ξ 开度n 0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1.0
t(s)
20
40
60
80
100
120
140
160
180
200
t μ 0.072 0.143 0.218 0.297 0.383 0.476 0.568 0.658 0.731 0.746
2.1.
3.2闸室水位与时间的关系曲线
水位计算表如下：
对于集中输水惯性水头可以忽略不计，由《船闸设计规范》JTJ262中式（附4.1）有： 闸门开启过程中
2
1222⎪⎪⎭
⎫ ⎝⎛∆-=c g t h h mt ωμ 式中：
2h ——计算时段末的水位差（m ）； 1h ——计算时段开始时的水位差（m ）
； t ∆——为计算时段，取为30秒；
mt μ——为计算时段的平均流量系数；
ω——为输水阀门处的廊道断面面积（2m ）
；
g ——为重力加速度（2s /m ）。

C 对单级船闸，Ω=C ,对多级船闸，2
Ω
=
C 。

Ω为闸室水域面积（2m ） 水位计算表如下：
表 闸室水位与时间的关系表
t
0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200
h 1.4
1.385 1.341 1.269 1.169 1.045 0.898 0.734 0563 0.396 0250
闸门完全开启后
d c g t d h h -⎪⎪⎭
⎫ ⎝⎛∆-+=2
1222μω 式中：
D ——为惯性水头（m ），为0；
μ——为阀门全开后输水系统的流量系数。

表 闸室水位与时间关系计算表
t 220 240 260 280 300 h 0.137
0.058
0.01
在260秒和280秒之间存在h 为零的点，与初估计算估值相近 ，符合要求。

2.1.3.3流量与时间的关系曲线
由《船闸设计规范》JTJ262中式（附4.3）有：
()2t t t t Q g h d μω=+
式中： t Q 为时刻t 的流量（米3/秒）
t μ为时刻t 的流量系数
t h 为时刻t 的水位差（米） t d 为时刻t 的惯性水头（米），取0
g 为重力加速度（米/秒2） ω为阀门处廊道断面面积（米2）
表2.5 流量与时间关系计算表
t
0 20 40 60 80 100 120 140 t h
1.4
1.385 1.341 1.269 1.169 1.045 0.898 0.734 t μ 0
0.072 0.143 0.218 0.297 0.383 0.476 0.568 t Q 0
4.5 8.79 13.05 17.06 20.80 23.96 2
5.85 t
160 180 200 220 240 260 280 300 t h
0.563
0.396 0.250 0.137 0.058 0.01 t μ 0.658
0,731 0.746 0.746 0.746 0.746 t Q 26.23
24.44
19.82
14.67
9.54
3.96
2.1.
3.4能量与时间的关系曲线计算
由《船闸设计规范》JTJ262中式（附4.4）有： 9.81t t t E Q h = 式中：t E 为时刻t 时的能量（千瓦）
t Q 为时刻t 的流量（米3/秒） t h 为时刻t 的水位差（米）
表2.6 能量与时间关系计算表
t
0 20 40 60 80 100 120 140 t h
1.4 1.385 1.341 1.269 1.169 1.045 0.898 0.734 t Q 0 4.5 8.79
13.05
17.06
20.80 23.96 25.85 t E
0 61.14 115.63 162.46 195.64 213.23 211.07 186.13 t
160 180 200 220 240 260 280 300 t h
0.563 0.396 0.250 0.137 0.058 0.01 t Q 26.23 24.44 19.82 14.67 0.54 3.96 t E
144.87
94.94
48.60
19.72
5.43
0.39
2.1.
3.5比能与时间的关系曲线计算
由《船闸设计规范》JTJ262中式（附4.5）有：.t
p t t
E E ω=
式中：.p t E 为时刻t 时的比能（千瓦/米3）
t ω为时刻t 时的闸室过水横断面面积（米2）
，闸室宽为16米 表2.7 比能与时间关系计算表
t
0 20 40 60 80 100 120 140 t h
1.4 1.385 1.341 1.269 1.169 1.045 0.898 0.734 t ω
71.2 71.44 72.14 73.30
74.90
76.88 79.23 81.86 t E 0 61.14 115.63 162.46 195.64 213.23 211.07 186.13 .p t
E 0
0.855
1.6
2.22
2.63
2.77
2.63
2.29
t
160 180 200 220 240 260 280
300
t h
0.563 0.396 0.250 0.137 0.058 0.01 t ω
84.60 87.2 89.6 91.41 92.67 93.60 t E 144.87 94.94 48.6 19.72 5.43 0.39 .p t
E 1.71
1.09
0.54
0.22
0.059
2.1.
3.6闸室断面平均流速与时间的关系曲线计算
由《船闸设计规范》JTJ262中式（附4.6）有：t
t t
Q V ω=
式中：t V 为时刻t 时闸室断面平均流速（米/秒）
t ω为时刻t 时闸室过水横断面面积（米2）
t Q 为时刻t 的流量（米3/秒）
表2.8 闸室断面平均流速与时间的关系计算表
t
0 20 40 60 80 100 120 140 t
Q
4.5
8.79
13.05
17.06
20.80
23.96
25.85
t ω
71.2 71.44 72.14 73.30 74.90 76.88 79.23 81.86
t V 0
0.063 0.122 0.184 0.23 0.26 0.3 0.316 t 160
180
200
220
240
260
280
300
t
Q
26.23 24.44 19.82 14.67 0.54 3.96
t ω
84.60 87.2 89.6 91.41 92.67 93.60
t V 0.31
0.28 0.22 0.16 0.10 0.04
表2.9 输水系统的水力特性曲线数据表
t
20 40 60 80 100 120 140 vn ξ 186.2 43.78 17.48 8.38 4.28 2.16 1.01 0.39 'vn ξ 192.2
46.73 19.36 9.70
5.23 2.85 1.50 0.71 t μ 0
0.072 0.143 0.218 0.297 0.383 0.476 0.568 t h 1.4
1.385 1.341 1.269 1.169 1.045 0.898 0.734 t Q 0 4.5 8.79 13.05
17.06
20.80 23.96 25.85 t E
61.14
115.63
162.46 195.64
213.23
211.07
186.13
ω71.2 71.44 72.14 73.30 74.90 76.88 79.23 81.86 t
E0 0.855 1.6 2.22 2.63 2.77 2.63 2.29 .p t
V0 0.063 0.122 0.184 0.23 0.26 0.3 0.316
t
t 160 180 200 220 240 260 280 300
ξ0.09 0 0 0 0 0 0 0 vn
'
ξ0.27 0.22 0.22 0.22 0.22 0.22 0.22 0.22 vn
μ0.658 0,731 0.746 0.746 0.746 0.746 0.746 0.746
t
h0.563 0.396 0.250 0.137 0.058 0.01 0 0
t
Q26.23 24.44 19.82 14.67 0.54 3.96 0 0 t
E144.87 94.94 48.6 19.72 5.43 0.39 0 0
t
ω84.60 87.2 89.6 91.41 92.67 93.60 0 0 t
E 1.71 1.09 0.54 0.22 0.059 0 0 0
.p t
V0.31 0.28 0.22 0.16 0.10 0.04 0 0
t
输水系统的水力特性曲线：
其中各图中横坐标均为时间轴，纵坐标为相应特性轴，时间轴中每格表示20秒。

图2.1 流速（m/s ）与时间关系曲线
流速（m/s）与时间关系曲线
0.050.10.150.20.250.30.3512345678910111213141516
Vt
图2.2 比能（kw/m 2）与时间关系曲线
比能(kw/m²)与时间关系曲线
0.511.522.5312345678910111213141516
Ept
图2.3 能量（kw ）与时间关系曲线
能量（kw）与时间关系曲线
501001502002501
2
3
4
5
678910111213141516
Et
图2.4 流量（m 3/s ）与时间关系曲线
流量(m³/s)与时间的关系曲线
510152025301234567891011121314
Qt
图2.5 水位（m ）与时间关系曲线
水位（m）与时间关系曲线
0.20.40.60.811.21.41.612345678910111213141516
Ht
2.1.
3.7船队在闸室内停泊条件核算
由《船闸设计规范》JTJ262中式（2.3.8-2）有：
()
12r B v c K DW gH
P P t x ωω==-
式中：
B P 为灌水初期的波浪作用力（千牛） 1P 为船舶所受的水流作用力（千牛）
其他符号与前面所提相同。

()
10.72512.512081.0429.81 3.24
8.459.1230071.211.96B l P P kN P kN ⨯⨯⨯⨯⨯⨯==
=<=⨯-
符合要求，在引航道中船舶停泊在较远处不用验算。

2.2船舶通过能力及耗水量计算
2.2.1船闸通过能力计算
船闸过船基本情况及相关参数的选取 2.2.1.1一次过闸平均吨位
过闸主要船型为两300吨级，闸室有效尺寸为16×190×3。

2.2.1.2日工作时间的选取
船闸所在河道每天有2n =2小时平潮时间，船闸可工作1n =22小时；年通航天数取N=360天。

2.2.1.3相关系数的选取
货船载重量的平均利用系数a=0.8，运量不均匀系数b=1.2。

2.2.1.4一次过闸时间的计算
由《船闸设计规范》JTJ261式（5.1.9）有： 单向过闸：T 1=4t 1+t 2+2t 3+t 4+2t 5 双向过闸：T 2=4t 1+2t 2′+2t 3+2t 4′+4t 5 其中：T 1为单向一次过闸时间（分） T 2为双向一次过闸时间（分）
t 1 为开（关）门时间（分），取2分钟。

t 2 为单向进闸时间（分）
由《船闸设计规范》JTJ261中表5.1.5船队进闸速度单向取0.5米/秒，双向取0.7米/秒；出闸速度单向取0.7米/秒，双向取1.0米/秒。

进闸是指船队自引航道中位置至闸室内停泊处之间的距离，计算如下：
150114
5288.8min 0.5
S +== t 3 为闸室灌（泄）水时间（分），取7min 。

t 4 为单向出闸时间（分）
出闸指船队自闸室内停泊处至船尾离开闸门，计算如下:
11443.5
225 3.75min 0.7
s +== t 5为船队（进）出闸间隔时间（分）,取3分钟。

t 2′为双向进闸时间（分）
150114
377 6.28min 0.7
s +== t 4′为双向出闸时间（分）
150114
477 6.28min 1.0
s +== T 1=4t 1+t 2+2t 3+t 4+2t 5=3275.3728.824⨯++⨯++⨯=40.55min
T 2=4t 1+2t 2′+2t 3+2t 4′+4t 5=3428.627228.6224⨯+⨯+⨯+⨯+⨯=59.12min
211159.1240.5535.06min 2222T T T ⎛⎫⎛⎫
=+=+= ⎪ ⎪⎝⎭
⎝⎭
在平潮时，单向过闸：T 1=t 2+t 4=8.8+3.75=19.1min 双向过闸：T 2=2t 2′+2t 4′=25.12min
211125.1212.5512.56min 2222T T T ⎛
⎫⎛⎫
=+=
+= ⎪ ⎪⎝⎭
⎝⎭
2.2.1.5船闸日过闸次数计算
船闸工作时日过闸次数11602260
37.6435.06
t n T ⨯⨯=
==；平潮时日过闸次数260260
9.55
12.56
t n T ⨯⨯=
==，则： 日过闸总次数1237.649.5547.2n n n =+=+=，取47次。

2.2.1.6通过能力计算
年过闸船舶总载重吨位14736019003214.8P nNG ==⨯⨯=万吨 年过闸货运量()()2036019000.8
4761869.61.2
NGa P n n b ⨯⨯=-=-=万吨 式中：
0n 为平均日过非货客船次数，其它符号意义与前一致。

2.2.2船闸耗水量计算
一天平均耗水量的计算依据《船闸设计规范》JTJ261中式（5.2.1）有：
n
86400
V Q q =
+平均 式中：
Q 平均为一天内平均耗水量（立方米/秒） n 为日平均过闸次数（次）n=47 V 为一次过闸用水量（立方米） V=LBH=190×16×1.4=4256m 3
q 为闸门、阀门的漏水损失（立方米），q=eu ，e 为止水线上的渗漏损失，水头小于10米，取0.0020立方米/秒米，u 为闸门、阀门止水长度（米），为8.8米。

所以：
3n 425647
0.00208.8 2.338640086400
V Q q m ⨯=
+=+⨯=平均 2.3船闸总体结构布置
闸室有效尺寸为16×190×3m ，闸室总长为200米，船闸口门宽为16米，船闸公路桥与闸站公路桥接坡坡比为3%，枢纽布置图见附图一：船闸总体布置图。

2.3.1上闸首布置
上闸首为整体式结构，闸底板顺水流方向长度为16米，垂直水流方向长度为22米，底板门槛高程为-0.5米，底板面高程为-4.2米，采用短廊道集中输水形式，边墩顶高程为6.8米，闸首两侧设两层控制楼，闸门采用人字型闸门。

2.3.2下闸首布置
下闸首采用整体是结构，闸底板顺水流方向长度为22米，垂直水流方向长度为28米，底板门槛高程为-1.95米，底板面高程为-2.75米，采用短廊道集中输水形式，边墩顶高程为8.3米，闸首两侧设两层控制楼，由于下闸首有挡潮作用，闸门采用横拉式平板闸门。

下游侧设置公路桥，设计荷载为汽—20。

2.3.3闸室布置
闸室采用分离式透水底板，闸室墙为扶壁式挡土墙，墙顶高程为6.3米，设一米高栏杆，闸室为浆砌块石透水底板，中间设置钢筋混凝土撑梁兼作格梗，砌石面高程为-1.95米，下设反虑层，每20米进行分段。

2.3.4翼墙布置
上游翼墙采用重力式挡土墙，下游翼墙采用扶壁式挡土墙，上下游翼墙都采用分段式布置，采用不同高度可以有效节省材料。

2.3.5引航道布置 2.3.6上下游护底布置
上下游护底均由闸首向外50米，护底末端设抛石防冲槽，近闸首处设15米钢筋混凝土护坦，后接35米砌石护底。

以上各结构具体见船闸设计说明书及附图一：船闸总体布置图。

3船闸渗流计算
船闸底板基本上以第（31）、（32）层沙壤土、粉沙、极细砂为持力层。

土质均匀，呈中密状态，容许承载力为130千帕到180千帕，透水性能较好，底板下应该采取防渗措施，在底板周围设防渗连续墙，土层的渗径系数取9。

3.1船闸各部分的地下轮廓线的布置
3.1.1上闸首地下轮廓线布置
有《船闸设计规范》JTJ263中式（4.4.4）有
h v L L m L cH =∑+∑≥ 式中：
L 为地下轮廓线的化引总长（米）
h L 为地下轮廓线水平段总长（米） v L 为地下轮廓线垂直段长度（米）
m 为垂直段化引为水平段长度的换算系数，对于多板桩m=2.0,对于齿墙和单板桩m=1.5,对于墙身垂直段m 小于等于1.0。

H 为计算水头，正向最大水头为3.34米，反向最大水头为4.05米，按照反向水头布置。

C 为渗径系数，按照《船闸设计规范》JTJ263表4.4.4取9。

如图3.1
3.1 上闸首防渗地下轮廓线布置图
3.1.2下闸首地下轮廓线布置
如图3.2所示
图3.2 下闸首地下防渗轮廓线布置图（m）
3.1.3闸室墙地下轮廓线布置
闸室采用分离式透水底板，由于墙高大于9米，适宜采用扶壁式闸室墙，地基土质透水性较强，设置地下防渗墙，如图3.3所示：
.5
-1.95
-2.45
-7.45 3.3 闸室墙地下轮廓线布置
3.1.4船闸翼墙地下轮廓线布置（以上游翼墙为例）
上游翼墙高度为5.5+0.5+0.6=6.6米，采用重力式挡土墙，材料为混凝土，重度取为25千牛每立方米。

地下轮廓线的布置如图3.4所示：
3.4 翼墙地下轮廓线布置
3.2船闸渗流稳定验算
3.2.1上闸首渗流稳定验算
根据《船闸设计规范》JTJ263附录四进行验算，对闸首地基进行分段，如图3.5所示：
上图中底板尺寸见上闸首地下轮廓线布置图，按照阻力系数法进行验算。

3.2.1.1计算地基有效深度
由《船闸设计规范》JTJ263中式（附4.1-2）
0016 2.0757.7
L S ==< 000
5516
13.4416
1.621.62 6.4e L T m L S ⨯=
==++ 式中：
e T 为地基有效深度（米）
0L 为地下轮廓线的水平投影长（米），0L =16m
0S 为地下轮廓线的垂直投影长（米）,0S =7.7m
3.2.1.2计算各分段处的阻力系数及水头损失
进口段：由《船闸设计规范》JTJ263中式（附4.2）
32
0 1.50.441S T
ξ⎛⎫
=+ ⎪⎝⎭
式中：
S 为垂直防渗设施的长度（米）； T 为地基计算深度（米）
内部垂直段：由《船闸设计规范》JTJ263中式（附4.3）
1.46614y S ctg
T πξ⎡⎤⎛
⎫=- ⎪⎢⎥⎝⎭⎣
⎦
水平段：由《船闸设计规范》JTJ263中式（附4.4）
120.7x S S L T T T ξ⎛⎫
=
-+ ⎪⎝⎭
式中：
1S 、2S 为计算段两端垂直防渗设施的深度（米）；L 为计算段水平投影长度（米）
各段水头损失：由《船闸设计规范》JTJ263中式（附4.7）
i
i i
h H ξξ=∑ 式中：
i ξ∑为各段阻力系数之和
H 为渗透水头（米）H=1.4m
i ξ为第i 段的渗透系数
i h 为第i 段水头损失（米）
有以上各公式列表计算阻力系数及个分段水头如下：
表3.1 阻力系数及各段水头损失计算表
编号
各段名称
S
S 1
S 2
T
L
i ξ i h
① 进口段 7.7 13.44 1.091 0.37 ② 竖直段 3 8.74 0.350 0.120 ③ 水平段 3 3 8.74 16 1.35 0.456 ④ 竖直段 3 8.74 0.35 0.118 ⑤ 出口段
6.25
11.99
1.00
0.336
对进出口水头进行修正，利用《水闸设计规范》JTJ263中公式（附4.9）
2''1
1.211220.059T S T T β=-
⎡⎤⎛⎫⎛⎫++⎢⎥ ⎪ ⎪
⎢⎥⎝⎭⎝
⎭⎣⎦
1.0β≥时不用进行修正； 1.0β<时进行修正 式中：T 为进出口段地基深度（取大值一侧）（米）
'T 为进出口段另一端的地基深度（米） 'S 为底板埋深与板桩入土深度之和（米） 进出口阻力系数修正计算如下表：
表3.2 进出口阻力系数修正计算表
段别 T
'T 'S β
出口段 13.44 8.74 7.7 1 进口段
11.99
8.74
6.25
1.01
β值均大于1.0，所以不必进行修正，底板各点的渗透水头如下表所示：
表3.3 底板各点的渗透水头计算表
点号 1 2 3 4 5 6 水头 1.4
1.03
0.91
0.454 0.336
3.2.1.3渗透稳定验算
出口段允许渗透坡降[]J 参照《水闸设规范》JTJ263中附表4.1，取用0.4；平均坡降允许值[]J 取用0.15
出口段渗透坡降由《水闸设规范》JTJ263中公式（附4.15）
[]0.336
0.0540.46.25
f f h J J S =
=
=<= 符合要求 式中：
整体渗流稳定由《水闸设规范》JTJ263中公式（附4.16）
[]1.4
0.0250.154.14113.44
i H J J T ξ=
==<=∑⨯ 符合要求 3.2.2下闸首渗流稳定验算
闸首上下游两侧设置的防渗墙相同，所以在反向水头为4.05米是较为危险，所以验算此时的渗流稳定。

根据《船闸设计规范》JTJ263附录四进行验算，对闸首地基进行分段，如图3.6所示：
上图中底板尺寸见下闸首地下轮廓线布置图，按照阻力系数法进行验算。

3.2.2.1计算地基有效深度
由《船闸设计规范》JTJ263中式（附4.1-2）
0022 5.11654.3
L S ==〉 00.511e T L ==
式中:e T 为地基有效深度（米）
0L 为地下轮廓线的水平投影长（米），0L =22m 0S 为地下轮廓线的垂直投影长（米）,0S =4.3m
3.2.2.2计算各段的阻力系数
所用公式同上闸首阻力系数计算公式，列表计算如下：
表3.4 阻力系数及各段水头损失计算表
编号
各段名称
S
S 1
S 2
T
L
i ξ i h
① 进口段 4.3 11 0.807 0.290 ② 竖直段 3 9.7 0.325 0.117 ③
水平段
3
3
9.7
1.629
0.586
④ 竖直段 3 9.7 0.325 0.117 ⑤ 出口段
4.3
11
0.807
0.290
进出口阻力系数修正，公式同上闸首阻力修正公式，列表计算如下：
表3.5 进出口阻力系数修正计算表
段别 T
'T 'S β
出口段 11 9.7 4.3 1.014 进口段 11
9.7
4.3
1.014
β值均大于1.0，所以不用修正，底板各点渗透水头值为：
表3.6底板各点的渗透水头计算表
点号 1 2 3 4 5 6 水头 1.4
1.11
0.993 0.407 0.290
3.2.2.3渗透稳定验算
出口段允许渗透坡降[]J 参照《水闸设规范》JTJ263中附表4.1，取用0.4；平均坡降允许值[]J 取用0.15
出口段渗透坡降由《水闸设规范》JTJ263中公式（附4.15）
[]0.29
0.0674.3
f f h J J S =
=
=<=0.4 符合要求 式中：
f J 为出口处的平均渗透坡降
f h 为出口段的水头损失（米）
S 为出口段的垂直长度（米）
整体渗流稳定由《水闸设规范》JTJ263中公式（附4.16）
[]1.4
0.030.153.89311
i H J J T ξ=
==<=∑⨯ 符合要求
3.2.3闸室墙渗流稳定验算
闸室墙两侧设置的防渗墙相同，所以在水头为4.35米是较为危险，所以验算此时的渗流稳定。

根据《船闸设计规范》JTJ263附录四进行验算，闸室墙地基进行分段，如下图3.7所示：
-2.45
-1.95
.5
上图中底板尺寸见闸室墙地下轮廓线布置图，按照阻力系数法进行验算。

3.2.3.1计算地基有效深度
由《船闸设计规范》JTJ263中式（附4.1-2）
008
1.655
L S ==< 000
558
8.7781.62
1.625e L T m L S ⨯=
==++ 式中：
e T 为地基有效深度（米）
0L 为地下轮廓线的水平投影长（米），0L =8m 0S 为地下轮廓线的垂直投影长（米）,0S =5m
3.2.3.2计算各段的阻力系数
所用公式同上闸首阻力系数计算公式，列表计算如下：
表3.7 阻力系数及各段水头损失计算表
编号
各段名称
S
S 1
S 2
T
L
i ξ i h
① 出口段 4.5 8.27 1.043 0.432 ② 竖直段 5 8.77 0.67 0.277 ③ 水平段 5 5 8.77 0.114 0.047 ④ 竖直段 5 8.77 0.67 0.277 ⑤ 进口段
5.5
9.27
1.126
0.466
进出口阻力系数修正，公式同上闸首阻力修正公式，列表计算如下：
表3.8 进出口阻力系数修正计算表
段别 T
'T
'S
β
出口段 8.27 8.77 5.5 1.121 进口段 9.27
8.77
5.5
1.09
β值均大于1.0，所以不用修正，底板各点渗透水头值为：
表3.9 底板各点的渗透水头计算表
点号 1 2 3 4 5 6 水头 1.5
1.068
0.791
0.744
0.467
3.2.3.3渗透稳定验算
出口段允许渗透坡降[]J 参照《水闸设规范》JTJ263中附表4.1，取用0.4；平均坡降允许值[]J 取用0.15
出口段渗透坡降由《水闸设规范》JTJ263中公式（附4.15）
[]0.466
0.0855.5
f f h J J S =
=
=<=0.4 符合要求 式中：
f J 为出口处的平均渗透坡降。