船闸课程设计

第一章工程概况
北运河水系位于海河流域北部，东经115°30′～118°30′、北纬39°05′～41°30′之间，西界为永定河，东界为潮白河，南至海河。

北运河纵贯京津冀都市圈，沿程流经北京市的通州区、河北省的香河县、天津市的武清区、天津市的北辰区以及天津市部分市区。

北运河发源于燕山北部军都山南麓昌平、延庆一带，流域面积6166 km2，其中山区面积为952 km2，占流域总面积的16％，平原面积5214 km2，占流域总面积的84％。

以北京市通州区北关闸为界，北关闸以上称温榆河，以下始称北运河。

2007年北关拦河闸下移800m重建，称新北关闸。

北运河干流即从新北关闸（以下均指新北关闸）至天津市区子北汇流口，河道全长141.9km。

本次工程研究范围自北关闸至北辰区的屈家店闸，全长127km。

图1-1 北运河水系分布图
考虑到北运河未来与京杭大运河南段沟通的可能性，北运河船型采用京杭大运河标准船型。

考虑到北运河综合整治对环保要求的特点，主要考虑通航集装箱船，不考虑其它具有污染性的干散货船，但可以通航液体散货船。

V级航道集装箱船装载16标箱，相当于载重量为300t的货船，VI级航道集装箱船型标准船型中未列出，故按100t油船和客船考虑。

采用4座保水型船闸，包括榆林庄闸、杨洼闸、木厂闸和新三孔闸。

本课程设计只对榆林庄闸进行计算。

第二章设计依据
第一节自然条件
一、地形、地貌和地质条件
北运河干流流域位于湖积平原，地势平缓、广阔，由西北向东南微倾斜，河道两岸仅分布一级阶地，除通州城区段以外，河道滩地多为农田，堤防外侧为农田、村庄；下游两侧多洼地。

北运河河道蜿蜒曲折，堤外地面高程上游北关闸附近在20.0m左右，下游屈家店附近在3.0m左右，地面坡度为1/5000～1/10000，滩地高程与堤外地面基本一致。

杨洼闸和榆林庄闸坝址处地质条件较好，主要由粉沙和粘土组成，承载力一般在200kPa。

木厂闸场区主要由粉土、粘性土和砂土组成，场地土除第①-1层为软弱土外，其它各层均属中软土，建筑场地类别为Ⅲ类。

河道沿程各层土质主要由粉土、粉砂、粘性土和砂土组成，各层均属中软土，承载力标准值80~100kPa。

建筑场地类别为Ⅲ类。

新三孔闸和八孔闸坝址区持力地层主要为粉砂层和粘土层，承载力标准值均为80kPa。

地下水对混凝土无腐蚀性，对钢筋混凝土结构中的钢筋具弱腐蚀性。

船闸位置土类型
φ /︒
c /kPa
饱和容重
/KN/m3
浮容重
/KN/m3水上 水下
榆林庄闸粉砂23 18 0 18 10
杨洼闸粉土18 16 12 18 10
木厂闸粘土28 24 15 18 10
三孔闸砂土26 20 0 19 10
表2-1 各类土的物理力学指标
二、水位及水头
方案地点上游通航水位（m）下游通航水位（m）水头（m）
四船闸榆林庄闸17.15 12.93 4.22
杨洼闸12.93 10.86 2.07 木厂闸10.86 8.00 2.86
新三孔闸8.00 4.80 3.20表2-2 船闸水位及水头
图2-1四船闸方案
三、水文、气象
北运河流域属东亚暖温带大陆性季风气候区，四季分明。

春季干旱多风，蒸发量大；夏季受海洋性气候及台风影响，炎热多雨，且降雨集中；秋季天高气爽，降雨稀少；冬季多北风，寒冷少雨雪。

多年平均气温11.3℃～12.7℃，1月份温度最低，月平均气温-5.0℃～-5.3℃,7月份温度最高，月平均气温25.8℃～26.1℃。

无霜期206d左右，最大冻土深度62 cm～70cm，多年平均日照时数2651小时～2744小时。

多年平均风速为3.0～3.5m/s，历年最大风速24 m/s。

多年平均蒸发量1133mm～1200mm。

多年平均降雨量561～585mm，汛期降雨量占全年的80%～85%，且多以暴雨形式出现在7、8月份。

降雨年际变化也很明显，丰枯比达数倍之多。

第二节工程要求
一、船队、船型及货运量
北运河规划近期货运量为160万吨，集装箱可按平均每箱8吨折合。

表2-3设计船型尺度
航道等级船舶吨级
设计船型尺度（m）
总长L型宽B设计吃水T
V级航道16TEU船40~42 6.6 2.0 VI级航道100t油船29~31 5.0 1.2~1.6
二、建筑物等级
根据《船闸水工建筑物设计规范》（JTJ307）规定船闸建筑物等级如表7-2所示。

由此确定V级船闸闸首、闸室按3级建筑设计，导航建筑物按4级设计，临时建筑物按5级设计。

VI级船闸闸首、闸室按4级建筑设计，导航建筑物按5级设计。

表2-4 船闸建筑物等级
船闸等级主要水工建筑物次要建筑物临时建筑物
V级 3 4 5
VI级 4 5 -
三、计算船闸通过能力的基本数据
船舶装载系数0.7；
运量不均衡系数1.3；
一次过闸运量：
年通航天数270天；
两班制日工作时间14小时；三班制21小时；
过闸航速：单向：进闸0.5米/秒，出闸0.7米/秒；
双向：进闸0.7米/秒，出闸1.0米/秒；
每天非货船过闸次数：2次。

四、材料供应及施工技术条件
建筑材料购买地
土方就地取材
石料蓟县
混凝土离城镇较近就地购买离城镇较远现场拌合
钢材钢材市场其它装饰材料市场
表2-5 建筑材料及购买地
各种材料的物理指标：
混凝土γ=24.0kN/m3；
钢筋混凝土γ=24.5kN/m3；
浆砌块石γ=22.0kN//m3；
水泥砂浆或干砌块石γ=20kN/m3。

第三章 船闸总体布置
第一节 船闸建设位置和具体形式
一、船闸的具体位置
船闸布置在榆林庄，上、下游引航道口门区宜布置在深泓线一侧，与主航道平顺连接。

且为了保证原始公路畅通，综合工程造价的各种因素，采用突出坝下游的布置方式。

二、船闸的线数
根据船闸设计水平年内的客、货运量，过闸的船型、地形地质条件以及船闸的尺度及通过能力，可以看到单线船闸可以满足设计水平年内过闸船舶数量、总吨位、客货运输量的通过能力，而且此处船闸也没有不允许由于船闸检修、疏浚、冲沙和事故等原因造成断航的要求。

故：采用单线船闸。

三、船闸的级数
榆林庄附近的上游通航水位为17.15m ，下游通航水位为12.93m ，水头为4.22m 。

根据船闸总体设计规范（JTJ305-2001）可以初步确定：水头30H m <，采用单级船闸。

四、引航道的布置
引航道采用对称型布置，即引航道轴线与船闸轴线重合，且引航道的横断面采用梯形，坡度为1:3。

引航道的停泊段的两侧均停船。

五、导航和靠船建筑物布置
上、下闸首入口两侧设置导航建筑物。

主、辅导航建筑物均采用弧形，两侧导航建筑
物之间的距离由闸首口门宽度逐渐拓宽到引航道的正常宽度。

本设计中导航和靠船建筑物无隔流要求，导航建筑物采用墩板式结构，靠船建筑物采用独立墩式结构。

第二节 船闸主要结构的高程
一、闸室墙结构的高程
1、闸室墙顶部高程
船闸闸室墙顶部高程为上游设计最高通航水位加超高值，且其超高值不应小于设计过闸船舶、船队空载时的最大干舷高度。

其中榆林庄闸通过的最大船舶为16TEU 船，相当于载重量为300t 的货船，船舶空载时的最大干舷高度为1.4m 。

故：闸室墙顶部高程17.15 1.418.55m =+=，取为19.0m
2、闸室墙底板顶部高程
闸室底板顶部高程不应高于上、下闸首门槛顶部高程。

=
故取闸室底板顶部高程9.30m
二、闸首结构的高程
1、闸门顶部高程
由于榆林庄船闸的闸首不用于挡水，故其闸门顶部高程为上游设计最高通航水位加安全超高。

榆林庄船闸的等级为Ⅴ和Ⅵ级，所以安全超高值不应小于0.3m
=+=，取为18.50m
故：闸门顶部高程17.150.317.45m
2、闸首墙顶高程
榆林庄船闸的闸首不用于挡水，不得低于闸门和闸室墙顶部高程。

=
故：闸首墙顶部高程18.70m
3、船闸上、下闸首门槛顶部高程
闸首上、下闸首门槛顶部高程为上、下游设计最低通航水位值减去门槛最小水深值。

门槛最小水深由3.3节计算得出为3.5m。

=-=
故：上闸首门槛顶部高程17.15 3.513.65m
=-=
下闸首门槛顶部高程12.93 3.59.45m
三、引航道的高程
1、上、下游引航道堤顶高程
上、下游引航道堤顶高程为上、下游设计最高通航水位加超高，其超高值不宜小于设计船舶的最大空载干舷高度。

=+=
故：上游引航道堤顶高程17.15 1.418.55m
=+=
下游引航道堤顶高程12.93 1.414.33m
2、上、下游引航道底高程
上、下游引航道底高程为上、下游设计最低通航水位减去引航道设计最小水深。

其中由3.3节可知引航道的设计最小水深为3.5m。

=-=
故：上游引航道底高程17.15 3.513.65m
=-=
下游引航道底高程12.93 3.59.43m
四、导航和靠船建筑物顶高程
上、下游导航和靠船建筑物顶高程为上、下游设计最高通航水位加超高，其超高值不宜小于设计船舶的最大空载干舷高度。

故：上游导航和靠船建筑物顶高程17.15 1.418.55m =+= 下游导航和靠船建筑物顶高程12.93 1.414.33m =+=
第三节 船闸的平面尺寸
一、船闸闸室的平面尺寸
分别就一次过闸船队为： ① 每次过一艘船
② 每次过两艘船两种方案进行初步设计。

1、船闸闸室的有效长度
闸室有效长度不应小于按式（3-1）计算的长度，并取整数。

x c f L l l =+ （3-1） 式中 x L ——闸室有效长度（m ）
c l ——设计船队、船舶计算长度（m ）
f l ——富裕长度，其中： 顶推船队20.06f c l l ≥+ 拖带船队20.03f c l l ≥+
机动驳和其他船舶40.05f c l l ≥+ 根据公式，计算结果如下表： 方案 船队类型 ()c l m
()f l m
计算有效长度()x L m
实际取有效长度()x L m
① 一艘船 42 6.1 48.1 50 ②
两艘船
90
8.5
98.5
100
表3-1 闸室有效长度计算表
2、船闸闸室的有效宽度
闸室的有效宽度是指闸室内两侧墙面最突出部分之间的最小距离，为闸室两侧闸墙面间的最小净宽度。

船闸闸首口门有效宽度为闸首两边墩内侧墙面间的最小净宽度。

船闸闸首口门和闸室有效宽度不应小于按公式（3-2）和（3-3）计算的宽度，并宜采用现行国家标准《内河通航标准》（GBJ139）中规定的8m 、12m 、16m 、23m 、34m 宽度。

x c f B b b =+∑ （3-2） 0.025(1)f c b b n b =∆+- （3-3）
式中：X B ——船闸闸首口门和闸室有效宽度（m ）
c
b
∑——同一闸次过闸船舶并列停泊于闸室的最大宽度（m ），此设计中只有一个船
队或一艘船舶单列过闸，则为设计最大船队或船舶的宽度 6.6c b m =。

f b ——富裕宽度（m ）
b ∆——富裕宽度附加值（m ），此设计中 6.67
c b m m =≤，故1b m ∆≥，取1b m ∆=。

n ——过闸停泊在闸室的船舶列数，此设计中1n = 所以船闸闸首口门和闸室有效宽度 6.617.6x f c
B b
b m =
+=+=∑
取8.0x B m = 3、船闸门槛最小水深
船闸门槛最小水深应为设计最低通航水位至门槛顶部的最小水深，满足设计船舶、船队 满载时的最大吃水加富裕深度的要求，按公式（3-4）计算。

1.6H
T
≥ (3-4) 式中：H ——门槛最小水深（m ）
T ——设计船舶、船队满载时的最大吃水（m ），此设计中 2.0T m = 故： 2.0 1.6 3.2H m ≥⨯=， H 取为3.5m 4、最小过水断面的断面系数
为保证船舶、船队安全顺利地过闸，一般要求： 1.5~2.0ηΩ
=
≥Φ
（3-5） 式中：Ω——设计最低通航水位时，闸室过水断面面积（2
m ），此设计中
28 3.528m Ω=⨯=
Φ——最大设计船队、船舶满载吃水时船舯断面水下部分的断面面积（2
m ），
此设计中2
8 3.5 6.6214.8m Φ=⨯-⨯=
故： 28
1.8914.8
η=
= 可以看出最小过水断面的断面系数满足要求，不需再调整门槛水深。

综上所述：可取船闸闸室的有效尺度为：① 508 3.5m m m ⨯⨯ (长×宽×门槛水深) ② 1008 3.5m m m ⨯⨯ (长×宽×门槛水深)
二、引航道的平面尺寸
1、引航道的长度
引航道一般由导航段、调顺度、停泊段、过渡段、制动段组成。

① 导航段长度1l
导航段长度应大于设计最大船泊的长度
即： 142c l L m ≥= （3-6） 取150l m = ② 调顺段长度2l
调顺段是进出船闸的船舶从引航道线转到船闸轴线或从船闸轴线转到引航道航线，或曲线进闸船舶由停靠轴线转到船闸轴线所需的长度。

满足： 2(1.5~2.0)c l L ≥ （3-7） 即：263~84l m m ≥ 取 280l m = ③ 停泊段长度3l
停泊段长度应满足：
342c l L m ≥= （3-8） 取 350l m =
④ 过渡段长度4l
过渡段的长度应按下式确定：
410l B ≥∆ (3-9)
式中，△B ——引航道宽度与航道宽度之差，本航道为单线船闸，可不做考虑。

⑤ 制动段长度'
4l
制动段长度可按下式估算：
'
4c l L α= (3-10)
其中：α——顶推船队的制动距离系数，取 3.5α=
故：'4 3.542147l m =⨯= 取 '
4150l m =
所以 引航道长度 '1234508050150330l l l l l m =+++=+++=
2、引航道宽度
单线船闸引航道宽度应按双向过闸确定，即出闸船舶与停在靠船建筑物等候进闸的船舶错让时所需要的宽度，停泊段采用两侧停船进行计算。

所以引航道宽度为：
01212c c c B b b b b ≥+++∆ (3-11) 式中：c b ——设计最大船舶的宽度， 取 6.6c b m = 1c b ——一侧等候过闸船舶的总宽度，取1 6.6c b m = 2c b ——另一侧等候过闸船舶的总宽度，取2 6.6c b m = 1b ∆——船舶之间的富裕宽度，取1 6.6c b b m ∆== 故：引航道宽度为：0121233c c c B b b b b m ≥+++∆= 取 035B m = 3、引航道的最小水深
引航道最小水深应满足： IV 级以下船闸采用：
1.4H T
≥ (3-12) 式中：T ——设计最大船舶的满载吃水， 2.0T m = 考虑应留有一定的富裕，取：0 3.5H m = 4、引航道弯曲半径与航道加宽 ① 弯曲半径
引航道直线段外为弯曲航道时，其弯曲半径不得小于最小限制，即：
5210
c R L m ≥= (3-13)
取：240R m =
在引航道口门区和连接段最小弯曲半径值应适当加大一个42c L m =，取为280m ② 航道加宽
弯曲航道上，船舶的漂角增大，航迹带宽度比直航段宽。

其加宽值为：
22
042 3.882221035
c
L B m R B ∆===+⨯+ (3-14)
取：4B m ∆=
三、导航建筑物的尺寸
导航建筑物的长度（在闸室轴线上的投影长度）：
主导航建筑物：(0.5~1.0)21~42a c S L m m ==，取为30m 辅导航建筑物：(0.35~0.75)14.7~31.5b c S L m m ==，取为20m
第四章船闸通过能力设计
第一节过闸时间计算
一、方案①（一艘船）的过闸时间计算
1、单向过闸时：
当船队自下游向上游单向通过船闸时，假定闸室已泄水，闸室内位下游水位，且闸门已打开，则完成一次单向过闸程序所需的各项作业时间如下：
①同闸次最后一个船舶与第一个船舶进闸启动时间间隔
5(min)
t，此时
50
t=
②同闸次最后一个船舶游下游进入闸室的时间
2(min)
t，
进闸的距离：进闸为船舶、船队的船首自引航道停靠位置至闸室内停泊位置之间的距离。

估算闸首纵向分段长度为12m
船舶自停靠处到闸首前的距离为140m
根据工程经验，镇静段长度取为10m。

所以：单向进闸距离
11405012202
L m =++=
故：
2202
404 6.73min 0.5
t s ===
③关闭下闸门的时间
1(min)
t
根据JTJ 309-2005《船闸启闭机设计规范》第3.1.1节，估算闸门启闭时间为1.2min。

④闸室灌水时间
3(min)
t
初步估计闸室灌水时间为8min
⑤开启上闸门的时间
1(min)
t
假设闸门启闭时间相同，所以也为1.2min。

⑥同一闸次最后一个船舶与第一个船舶出闸启动时间的间隔
5(min)
t，
50
t=
⑦同一闸次最后一个船舶由闸室驶向引航道的时间
4(min)
t
出闸距离：出闸为船舶、船队的船尾自闸室内停泊位置至闸门外侧边缘的距离。

242121050114
L m =+++=
故：4114
163 2.71min 0.7
t s =
== ⑧ 关闭上闸门的时间1(min)t ，1 1.2min t = ⑨ 闸室泄水时间3(min)t
假设闸室管泄水时间相等，即闸室泄水时间为8min ⑩ 打开下闸门的时间1(min)t
故：方案①完成一次单向过闸所需时间：
1123454224 1.2 6.7328 2.7130.24min T t t t t t =++++=⨯++⨯+= （4-1）
2、双向过闸：
双向过闸是指一个方向的过闸船舶出闸后，另一个方向等候过闸的船舶迎向进闸，与单向过闸相比，闸门的启闭时间与闸室灌泄水时间均相同。

进闸距离：1212L m = 进闸时间：'
2212
303 5.05min 0.7
t s =
== 出闸距离：2212L m = 出闸时间：'
4212
212 3.53min 1.0
t s =
== 故：方案①完成一次双向过闸所需时间：
''
212345422244 1.22 5.05282 3.5337.96min T t t t t t =++++=⨯+⨯+⨯+⨯= （4-2）
故：方案①完成一次过闸所需时间：
1211137.96
()(30.24)24.61min 2222
T T T =
+=+= （4-3） 二、方案②（两艘船）的过闸时间计算 1、单向过闸时：
与方案①相比其中闸门的启闭相同，不同的是： （1）船舶进出闸时间
进闸距离：114010012252L m =++= 进闸时间：2252
5048.4min 0.5
t s =
== 出闸距离：2901210100212L m =+++=
出闸时间：4212
303 5.05min 0.7
t s =
== （2）船舶灌泄水时间3(min)t
初步估算船舶灌泄水时间39min t =
（3）同一闸次最后一个船舶与第一个船舶进出闸启动时间间隔5(min)t
取为：53min t =
故：方案②的完成一次单向过闸时间为：
1123454224 1.28.429 5.052342.25min T t t t t t =++++=⨯++⨯++⨯= （4-4）
2、双向过闸时：
双向过闸与单向过闸相比只有进出闸时间不相同，其余均相同。

进闸距离：1262L m = 进闸时间：'
2262
374 6.24min 0.7
t s =
== 出闸距离：2262L m = 出闸时间：'
4262
262 4.37min 1.0
t s =
== 故：方案②的完成一次双向过闸时间为：
''
212345
422244 1.22 6.24292 4.374356.02min
T t t t t t =++++=⨯+⨯+⨯+⨯+⨯= （4-5）
故：方案②完成一次过闸所需时间： 1211156.02
()(42.25)35.13min 2222
T T T =
+=+= （4-6）
第二节 通过能力计算
一、船闸的日均过闸次数
船闸日均过闸次数： 60
n T
τ⨯=
（4-7）
式中：τ——船闸日工作时间；如果实行两班制，则14h τ=
故：方案①时：1460
3424.61n ⨯=
=次
方案②时：1460
2435.13
n ⨯=
=次 二、船闸年通过能力计算
双向年过闸客货运量：
0()
NG P n n α
β
=- （4-8）
式中：0n ——日非运客货船过闸次数，取02n =
α——船舶的装载系数，取0.7α=
β——运量不均匀系数，取 1.3β=
N ——年通航天数，取270N =天
G ——一次过闸平均载重吨位，300G t = 故：方案①时：02703000.7
()
(342)139.571.3
NG P n n α
β
⨯⨯=-=-⨯
=万吨<160万吨
所以方案①不符合要求。

方案②时：02706000.7
()
(242)191.911.3
NG P n n α
β
⨯⨯=-=-⨯
=万吨>160万吨
所以方案②符合要求。

故：选取方案②
第五章 船闸水工建筑物设计
第一节 闸门选型
本船闸选择中型人字闸门。

一、门扇长度
门扇的计算长度n l 是门扇支垫座的支撑面到两扇门叶相互支承的斜接面的距离。

其值按公式4-1求得：
22cos k n B c
l θ
+=
（5-1）
式中：k B ——闸首边墩墙面间的口门宽度，8k B m =
c ——由门扇的支垫座与枕垫座的支承面至门龛外缘的距离，取
0.060.48k c B m ==
θ——闸门关闭时门扇轴线与闸室横轴的交角，取22.5o
θ=
故： 2820.48
4.852cos 2cos 22.5k n o
B c l m θ++⨯=
==⨯
二、门扇高度
门扇高度是指闸门面板底至顶的距离，可按公式4-2确定：
k h H h k m =++± （5-2） 式中：H ——上游设计最高水位与下游最低通航水位之间的水位差，
17.1512.93 4.2
H m =-= k h ——门槛水深， 3.5k h m =
k ——闸门面板顶在上游设计最高水位以上的超高，取0.5k m =
m ——闸门面板底与门槛顶的距离，由于设计阀门为升降式平面阀门，故止水
设在门槛顶部，取0.2m m =-
故： 4.22 3.50.50.28.02k h H h k m m =++±=++-=
其中，上闸首门扇高度为： 4.220.50.2 4.52k h H h k m m =++±=+-=
三、门扇厚度
初步选取人字闸门门扇厚度为门扇计算长度的
11
~128
，即：
门扇厚度11
(
~)0.40~0.61128
n l m m == 取：门扇厚度为0.50m
第二节 闸首选型
一、闸首的尺度
1、闸首的长度
闸首在长度上一般分为门前段、门龛段和支持段。

① 门前段长度1l
对于人字闸门门前段长度1l 按公式4-3计算：
11(1.0~2.0)l c =+ （5-3）
式中：1c ——检修门槽宽度， 10.0350.035 4.2280.42k c H B m ==⨯⨯= 故：11(1.0~2.0) 1.42~2.42l c m m =+= 取：1 1.8l m = ② 门龛段长度2l
对于人字闸门门龛段长度2l 按公式4-4计算
2(1.1~1.2
)2c o s
k
B d
l θ+= （5-4）
式中：k B ——闸首的口门宽度
d ——门龛深度，取为门厚加0.4~0.8m ，故取1d m = θ——闸门和船闸横轴线的夹角，取为22.5°
故：281
(1.1~1.2)(1.1~1.2) 5.36~5.842cos 2cos 22.5
k B d l m m θ++==⨯=⨯
取：2 5.6l m = ③ 闸门支持段长度3l
闸门支持段长度3l 的范围按公式4-5计算
3(0.4~2.1)l H ≈ (5-5)
式中：H——设计水头
故：
31.69~8.86
l m m
，取为4.6m
闸门支持段长度
3
l还应满足输水廊道出口的布置要求，在此处还无法确定。

2、边墩的宽度
边墩宽度一般取为2~3倍廊道宽度，由6.2节可知廊道宽度为1.5m，故可取边墩宽度为4m。

3、闸首的宽度
闸首的宽度等于闸首的口门宽度加上两侧边墩的宽度，所以闸首宽度为16m。

4、底板厚度
底板的适宜厚度为（1/3~1/4.5）倍的边墩自由高度，但不应小于其净跨的1/6~1/7，取为2.5m
二、闸首的材料及结构形式
1、闸首选用现浇混凝土
2、为保证闸首结构具有足够的整体刚度，避免由于闸首边墩相对沉陷而影响船闸的正
常工作，在粉砂质地基上采用整体式结构，边墩与底板刚性连接。

第三节闸室结构选型
一、闸室墙结构技术经济分析
方
案
项目
重力式闸墙板桩式闸墙
结
构
简
图
主要 材料 钢筋混凝土 用量大
钢筋混凝土 用量小 优点 能适应荷载变化，稳定可靠，适用范围广，防渗透性好。

自重轻，减少开挖，结构简单，施工进度快。

缺点
不能充分发挥墙身材料的强度。

对地基要求高，不能承受拉力。

抗弯性能低，防渗要求高，耐久性
差。

由于当地不产石料，采用钢筋混凝土结构，地基为土基，主要由粉砂和粘土组成，榆林庄闸坝处地质条件较好，承载力一般在200kpa ，在此处建重力式闸室，可以不需要对地基进行特别处理。

如果采用板桩结构的话则需要直接打桩即可，施工较为方便。

另外，根据我国实践经验，当墙高在8m 以内时，板桩式闸墙结构是一种较为经济的结构，此设计的墙高为9.40m ，用板桩式闸墙结构不太合理。

故，选用重力式闸室墙结构比较合理。

二、闸室墙的选型
本船闸中闸室墙选用重力式结构 1、重力式闸室墙结构的尺度 ① 闸室总长
镇静段为10m ，则闸室总长为100m+10m=110m ② 闸墙高
闸墙顶高程为19.00m ，闸室墙底板高程为9.30m 故：闸室墙高19.009.309.70H m =-= 墙后回填土填至墙顶部。

③ 墙底板宽度
底板宽度为（0.7~1.3）倍的墙高
故：底板宽度(0.7~1.3)9.7 6.79~12.61m m =⨯= 取为11m ④ 墙顶板宽
取墙顶板宽为2m 。

⑤ 前趾长度
前趾长度取为(0.1~0.3)倍的墙高
故：前趾长度(0.1~0.3)9.70.97~2.91m m =⨯=
取为2m ⑥ 墙底宽度
墙底宽度为（0.5~0.8）倍的墙高
故：墙底宽度(0.5~0.8)9.7 4.85~7.76m m =⨯= 取为：6m ⑦ 墙底板厚度
取墙底板厚度为1m 。

⑧ 前趾宽度
前趾宽度为（0.15~0.25）倍的墙高，取为2m 。

2、闸室结构的其他构造要求 ① 闸墙的保护措施
为防止船舶对闸墙产生的摩擦和撞击，以及当闸室泄水时，干舷较大的非满载船舶的护舷木挂在闸墙顶面，引起闸墙和船舶的损坏，在闸墙表面采用不低于C30的混凝土抹面。

② 胸墙
为保证闸上工作人员的安全及减少实体闸墙的高度，沿墙顶部设置与墙正面齐平的胸墙。

胸墙高度为1m ，厚度为0.4m 。

③ 建筑物的分缝
建筑物的分缝做成垂直贯通的永久缝，缝内设置垂直和水平止水，闸室分缝间距为15m ，缝宽为2cm 。

三、闸室底板的选型
本船闸采用透水船闸，透水船闸由护面及反滤层组成，护面采用混凝土板，厚度为1m 。

反滤层采用中石子、小石子、中粗砂和细粗砂，其中中石子25cm ，小石子25cm ，中粗砂25cm ，细粗砂25cm 。

第四节 防渗结构的布置
一、闸首的防渗布置
1、闸首底板
在砂性土上地基上，当闸首底板渗径长度不够时，可采用板桩及铺盖等防渗措施，并在渗流排出的地方设置反滤层。

2、闸首边墩
闸首边墩两侧回填土内的渗流，主要是防止回填土与混凝土边墩接触处产生集中渗流，主要防渗措施：
①边墩背面不能有向回填土侧的倒坡，水下部分沿墙高不宜有突出部分。

②当闸首为挡水线的一部分时，在挡水线的上游设置粘土防渗墙，必要时还可以设
置刺墙等防渗措施。

二、闸室墙的防渗布置
船闸的闸室为透水底板，在闸墙下面产生横向渗流，采取的防渗措施是：设置齿墙，在闸室内侧闸墙下渗流出口处设置一道板桩，在闸室内设置反滤层。

为减小渗流水头和作用在闸墙上的水压力时，在闸墙的回填土内设置明沟或排水管排水。

明沟和排水管的起始点布置在闸室起点附近，高程根据检修要求确定。

排水管及明沟的纵坡取为1:350,。

墙后回填土中的排水管距墙背的距离为2.5m。

沿排水管每个40m设置检查井。

第五节闸室墙设计验算
一、重力式闸室墙所受荷载
检修情况：最不利情况为闸室内的水完全抽干，墙后地下水位为下游通航水位时。

① 水压力
由于反滤层含水，故：
2110(12.939.30)36.3/p kN m =⨯-=
22136.3/p p kN m ==
136.3 3.6336.31102.00/2
P kN m =⨯⨯+⨯=水 ② 土压力 闸室墙墙身：墙背对垂直面的倾斜角4tan 22.419.70
o arc α== 墙背外摩擦角采用(0~1/3)ϕ，取13δϕ=，采用库仑土压力计算闸室墙墙身。

土压力计算公式：222
cos ()
sin()sin cos cos()1cos cos a k ϕδϕδϕααδαα+=⎡⎤+++⎢⎥⎣⎦ 水上：1
7.673
o δϕ== 0.330a k = cos()0.285ax a k k αδ=+= s i n ()/t a n
0.4a y a k k αδα=+= 水下：163
o δϕ== 0.439a k = cos()0.386ax a k k αδ=+= s i n ()/t a n
0.5a y a k k αδα=+= 水平分土压力强度：21(19.0012.93)180.28531.14/x e kN m =-⨯⨯=
'21(19.0012.93)180.38642.17/x
e kN m =-⨯⨯= []22(19.0012.93)18(12.939.30)100.38656.19/
x e k N m =-⨯+-⨯⨯= []23 6.0718 3.6310100.43968.29/x e kN m =⨯+⨯+⨯=
水平土压力：10.531.14 6.0794.51/x E kN m =⨯⨯=
20.5(42.1756.19) 3.63178.52/x E kN m =⨯+⨯=
30.5(56.1968.29)162.24/x E kN m =⨯+⨯=
94.51178.5262.24335.27/x E kN m =++=
垂直分土压力强度：21(19.0012.93)180.40043.70/y e kN m =-⨯⨯=
'22(19.0012.93)180.50755.39/y e kN m =-⨯⨯=
[]22(19.0012.93)18(12.939.30)100.50773.80/y e kN m =-⨯+-⨯⨯=
垂直土压力：
10.543.70 6.07tan 22.4154.69/y E kN m
=⨯⨯⨯=()20.555.3973.80 3.63tan22.4196.69/y E kN m =⨯+⨯⨯=
54.6996.69151.38/y E kN m =+=
③ 自重
12(19.0012.93)24291.34/G kN m =⨯-⨯=
220.5(19.0012.93)49.7024182.33/G kN m =⨯-⨯÷⨯=
32(12.739.30)(2410)101.64/G kN m =⨯-⨯-=
4(19.0012.93)49.7 3.63(2410)127.21/G kN m =-⨯÷⨯⨯-=
5(4 6.0749.70)(12.939.30)(2410)76.07/G kN m =-⨯÷⨯-⨯-=
60.54 6.079.70 6.0718136.74/G kN m =⨯⨯÷⨯⨯=
7 6.07(7 6.0749.7)18491.33/G kN m =⨯-⨯÷⨯=
80.5 3.63(4 6.0749.70)1027.17/G kN m =⨯⨯-⨯÷⨯=
93 3.6310108.9/G kN m =⨯⨯=
10111(2410)154/G kN m =⨯⨯-=
所以自重为：
1696.73/G kN m =∑
③ 渗透压力 211010/a p kN m =⨯=
2(12.939.20)1037.3/b p kN m =-⨯=
所以渗透压力：0.510+37.3)11260.15/P kN m =⨯
⨯=渗透（
二、渗透稳定性强度验算
11 1.53220 4.22416.88L m m =+⨯⨯=>⨯=
可以看出满足渗透要求。

三、抗滑稳定性验算
0.45(1696.73260.15151.38) 1.63 1.1335.27102.00
C f V
K H ⨯-+===>+∑∑ 满足六级船闸的抗滑要求。

四、抗倾稳定性验算
1、倾覆力矩： 土压力水平分力力矩1 3.6394.51( 6.07 4.63)42.17 3.63(1)321 6.0514.02 3.63 2.2156.1910.51146.07/23
kN m m =⨯⨯++⨯⨯++⨯⨯⨯+⨯⨯+=∙ 渗透压力力矩260.15113953.88/kN m m =⨯÷=∙
水压力力矩36.3 3.63 3.63636.30.597.87/kN m m =⨯⨯÷+⨯=∙
总倾覆力矩2197.82/kN m m =∙
2、稳定力矩 土压力垂直分力力矩 6.074254.69(
4)55.39 5.5(5.528)9.73
18.41 5.5/2(5.52/38)3859.49/kN m m ⨯⨯=⨯++⨯⨯÷++⨯⨯⨯⨯+=∙ 自重力力矩123456789102.5 2.553(
4)3(4)7(4)323
8.757.59.5510342.87/G G G G G G G G G G kN m m =⨯+⨯++⨯+⨯++⨯+⨯++⨯+⨯+⨯+⨯=∙ 总的稳定力矩3859.4910342.8714202.36/kN m m =+=∙
3、抗倾稳定系数
抗倾稳定系数 014202.36 6.46 1.42197.82
k =
=> 故满足抗倾要求。

五、地基承载力验算
地基极限承载力的竖向分力 112002200/K F kN m =⨯= 地基承载力安全系数2200 1.391696.73151.38260.15K =
=+-
故：需做地基处理，提高地基的承载力。

六、基地应力验算
014202.362129.35 6.04142.631696.73260.15R M M m V δ--=
==+-∑ 5.5 6.040.542
b e m δ=-=-=- max min 6(1)N e b b
σ=± 故：max 185.85kpa σ=
m i n 101.28k p a
σ= 可以看出均小于承载力 满足地基承载力的要求。

第六节 船闸辅助设备
船闸附属设施根据船闸总体设计规范（JTJ305-2001）中的有关内容进行布置：
一、系船设备
1、 在闸室、引航道、锚地和前港的靠船建筑物靠船一侧，应设置系船设备，并不得突出墙
面。

2、 闸室墙、引航道等靠船建筑物的顶部宜设置固定系船柱。

其在闸室内的布置，首尾系船
柱距闸室的有效长度两端的距离为8m ，系船柱的间距与设计单船长相适应。

3、 因为设计水头为4.22m ，系船柱采用龛式系船柱。

布置在建筑分段中线墙面上。

4、 在引航道、锚地和前港的靠船建筑物和导航墙靠船的墙面上，按建筑分段中线，从设计
最低通航水位时的设计最大船队满载干舷高度处开始，至墙顶以下1.1m 处的范围内，按2.0m 等距分设置龛式系船柱。

二、安全防护和检修设备
1、 船闸各部顶面临水侧或高于地面2.5m 的通道一侧，应设置高度为1.5m 刚性安全护栏，
另外在闸室墙前沿应设置护轮坎。

2、 在闸首两侧边墩在其前沿各设一道嵌入式爬梯；闸室两侧设三道嵌入式爬梯，其中第一
道中线距上、下闸首边缘的距离为15m ；主、辅导航墙根据布置形式设嵌入式爬梯2道。

3、 引航道每一个靠船墩在朝闸首一侧，距前沿0.8m 处设凸出式爬梯一道。

4、 嵌入式爬梯凹槽平面尺寸采用正面式0.30.7m m ⨯
5、 闸首、闸室、导航墙爬梯高程为自闸底板至闸墙顶；靠船墩自引航道底至墩顶。

每一梯。