船闸设计计算书

船闸设计计算书
目录
一、设计基本资料 (2)
二、船闸总体规划 (3)
三、船闸输水系统型式选择及水力计算 (6)
四、结构设计 (6)
五、设计中应注意的问题 (15)
指导老师：拾兵
组长：王桂兰
组员：刘邑雨
金恒
张建
张俊杰
一． 设计基本资料
1． 经济资料
（1）建筑物设计等级：某二级船闸，其闸门，闸首，闸室等主要结构按二级标准设计，导航墙，靠船码头等按三级标准设计，临时建筑物按四级标准设计。

（2）货运量：2009年过闸货流2100万t ，其中上行1000万t ，下行1100万t ，年设计通过能力为2100万t 。

（3）通航情况：通航期N=360d/年，客轮，工作轮过闸坝数n 0=5，舶载重量系数a=0.83。

月不均匀系数β=1.1，船闸昼夜工作时间t=22h 。

（4） 设计船型：见表1-1
表1-1 设计船型
2. 水文与气象资料
（1）特征水位及水位组合：见表1-2和表1-3
表1-2 特征水位表 表1-3
水位组合表
（2）气象资料：降雨量主要影响施工设计（略）；气温主要影响施工设计及通航期长短，此
处冰冻不影响航速，最多风向为东南风，设计8级风。

风速V=20.8m/m ，校核10级风，V=25.6m/s 。

3．地质资料及回填土资料
回填土的实验结果如表1-4所示，地基土的物理力学指标如表1-5所示。

表1-5 地基土物理力学特性
4．地震 根据地震基本烈度区划图，该地区基本烈度为6度，不进行抗震设计。

5. 交通及建筑材料供应情况 水运，公路均直达工地，运输方便。

钢材供应充足，由南京发货，水泥，石料均由安徽北部提供，水运而来，价格便宜。

木材较缺，需由福建。

江西运来，供应有限。

二`. 船闸总体规划
1． 船闸规模
根据设计船型资料，考虑1顶+2*2000t 船队一次过闸，1顶+2*1000t 船队两排并列一次过闸，一顶2*1000t 与1拖12*100t 解队并排过闸三种组合，其计算结果如表1-6所示。

表1-6 船闸基本尺度计算表 单位（m ）
综合以上三种组合情况计算结果，取闸室有效长度l c =200m,考虑镇静长度10m ，则闸室长度取210m 。

闸室的有效宽度B c =23m ，由最大船舶吃水得槛上水深H c ≥1.6×2.8=4.48m,考虑到二级航道标准及预留一定的富裕，取槛上水深H c =5.0m ，则闸室尺度为210m ×23m ×5m.
船闸最小过水断面的断面系数n=
Ω
Φ=
23×5
21.2×2.8
=1.94≥1.5∼2.0,符合要求.
2.各部分高程确定
上游引航道底高程=上游设计最低通航水位—引航道最小水深=14.5-5.0=9.5m.
上游导航建筑物顶高程=上游设计最高通航水位+超高（空载干舷）=20.0+2.5=22.5m. 上闸室首门顶高程=上游校核洪水位+安全超高=23.5+0.5=24.0m.
当门前产生立波时，上闸首门顶高程=上游设计洪水位+H 0+2H w +安全超高=21.0+0.19+0.72+0.5=22.41m ，上述两者取最大值，取闸门顶高程为24.0m.
上式中H 0为波浪中心线超过静水位高度，2H w 为波高，2L w 为波长，可按下式计算：
H 0≈π
(2H w )22L w
, 2H w =0.0151H 0.34WD 0.33, 2L w =0.104H 0.573WD 0.33.
式中：H 为闸前水深，H=21.0-9.5=11.5m;W 为计算风速，W=20.8m/s;D 为吹程,与闸前水面宽度有关，近似取D=1km.经计算：2H w =0.72m,2L w =8.77m, H 0=0.19m.
上闸首墙顶高程=门顶高程+结构安装高度=24.0+1.0=25.0（m ）,取与邻近挡水建筑物高程一致为25.5m.
上闸首门槛高程=上游设计最低通航水位-门槛水深=14.5-5.0=9.5（m ）. 闸室底高程=下游设计最低通航水位-闸室设计水深=14.0-5.0=9.0（m ）.
闸室墙顶高程=上游设计最高通航水位+超高（空载干舷）=20.0+2.5=22.5（m ）.墙顶设1.0m 胸墙，则实体墙顶高程取21.5m.
下闸首门顶高程=上游设计最高通航水位+超高=20.0+0.5=20.5（m ）. 下闸首墙顶高程=门顶高程+结构安装高度=20.5+1.0=21.5（m ）.
下闸首门槛高程=下游设计最低通航水位-门槛水深=14.0-5.0=9.0（m ）.
下游引航道底高程=下游设计最低通航水位-引航道最小水深=14.0-5.0=9.0（m ）.
下游导航建筑物顶高程=下游设计最高通航水位+超高（空载干舷）=15.1+2.5=17.6（m ）.
船闸各部分高程如下图所示:
3．引航道型式及尺度确定
根据地形条件、开挖工程量等，引航道型式采用不对称式。

（1）引航道长度：
导航段：l 1≥l c ,l c 为顶推船队全长，1顶+2000t 级船队长l c =185m,取l 1=190m. 调顺段：l 2≥（1.5~2.0）l c =（277.5~370）m,取l 2=300m. 停泊段：l 3≥l c （主要考虑拖带船队）≥321.2，取l 3=325m.
过度段：l 4≥10ΔB , ΔB 为引航道宽度与航道宽度之差，二级航道宽为70m ，引航道宽由计算为70m,则ΔB =70-70=0，l 4=0.
制动段：对通行顶推船队的船闸，其制动段长度可按式l 5=αl c 估算，当船队进入口门航速为2.5~4.5m/s 时，α=2.5~4.5，取α=3.0，则l 5=3.0×185=555（m ）.
引航道总长=l 1+l 2+l 3+l 4+l 5=190+300+325+0+555=1370（m ）.
（2）引航道宽度：
考虑到河流上船舶较多，取两侧靠船，设计最大船宽b c =14m,一侧等候过闸的船队总宽b c1=14m,另一侧等候过闸的船队宽度b c2=14m,富裕宽度Δb =b c ,则B 0=b c +b c1+b c2+2Δb =14+14+14+2×14=70m ，取引航道宽度为70m.
（3）引航道水深：
引航道水深应满足H 0T ⁄≥1.4~1.5，其中T 为设计最大船队满载吃水，取T=2.8m,则H 0≥1.5×2.8=4.2m,取引航道水深H 0=5.0m.
4.船闸通过能力
（1）进出闸时间：船队进出闸时间，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。

双向进闸距离是船队自引航道中停靠位置至闸室内停泊处之间的距离，双向出闸距离是船队自闸室内停泊处至双向过闸靠船码头的距离。

单向进闸距离是船队自引航道中停靠位置至闸室内停泊处之间的距离，出闸时，是船队自闸室内停泊处至船尾驶离闸门之间的距离。

其距离可分别按下式近似确定：
单向进闸：L 1=L c (1+α1)
单向出闸：L 1′=L c (1+α1′
) 双向过闸：L 2=L 2′=L c (1+α2)+l 1+l 2
式中：L c 为闸室有效长度200m; α1、α1′、α2为系数，可取α1=0.4，α1′
=0.1，α2=0,1；l 1为导航段长度190m; l 2为调顺段长度300m.将以上数值代入上式中，则
L 1=280m, L 1′=220m, L 2=L 2′
=710m.
根据《船闸设计规范》查得单向进闸速度V 1=0.5m/s ，单向出闸速度V 1′
=0.7m/s,双向进
闸速度V 2=0.7m/s ，双向出闸速度V 2′
=1.0m/s.
进出闸时间可按下式计算：
单向进闸：t 1=L 1/V 1=280/0.5=9.33(min) 单向出闸：t 4=L 1′/V 1′
=220/0.7=5.24(min)
双向进闸：t 1′
=L 2/V 2=710/0.7=16.90(min)
双向出闸：t 4′=L 2′/V 2′
=710/1.0=11.83(min)
（2）开启、关闭闸门时间t 2：闸门启闭时间与闸门型式和闸门型式和闸首口门宽度有关，当闸首口门宽为20∼34m 时，t 2约为2∼3min,取t 2=2min.
（3）闸室灌泄水时间t 3：船闸灌泄水时间与水头、输水系统型式、闸室尺度等有关，取t 3=8min.
（4）船队进出闸间隔时间t 5:取 t 5=5.0min.
（5）过闸时间：单级船闸一次过闸时间可按下式计算：
T=1
2(T 1+
T 22
)
式中：T 1为单向一次过闸时间, T 1=t 1+4t 2+2t 3+t 4+2t 5=9.33+4×2+2×8+5.24+
2×5.0=48.57min; T 2/2为双向一次过闸时间，T 2/2=t 1′
+2t 2+t 3+t 4′+2t 5=16.90+2×2.0+8+11.83+2×5.0=50.73min.
过闸时间：T=1
2(T 1+
T 2
2
)= 1
2×(48.57+50.73)=49.65（min ） 日平均过闸次数：n=τ×60T
=22×60
49.65=26.6,取n=26
（6）年通过能力按下式计算：P=(n-n 0)
NG αβ
式中：G 为一次过闸平均吨位，根据运量预测，一顶+2×2000t 船队约占30%，二列一顶+2×1000t 船队约占50%，一顶+2×1000t +一拖+12×100t 船队约占20%，则 G=4000×30%+4000×50%+3200×20%=3840（t ） P=(26-5) ×360×3840×0.83
1.1
=2190.5(万t)>2100（万t ）
满足通过能力要求。

三．船闸输水系统型式选择及水力计算
1. 船闸输水系统型式选择
（1）集中输水系统和分散输水系统选择
判别系数 5.30.40
.50.8>==
=
H
T m
采用集中输水系统，结合已建船闸的输水型式采用环形短廊道输水。

根据《船闸输水系统设计规范》集中式输水系统的布置原则，可初步确定输水系统的尺寸。

1) 输水廊道的进口
输水廊道的进口应布置在水下一定深度，一般低于设计最低通航水位以下0.5～1.0m 以上，以保证廊道进口顶部不产生负压，避免输水时吸入空气使进入闸室的水流掺气而加剧水流的紊乱。

为减少水流进口的损失，在廊道进口修圆，修圆半径为（0.1～0.5）b （b 为输水廊道进口宽度），取0.5m 。

2) 输水廊道的弯曲段
廊道弯曲段的主要设计任务是选择合适的曲率半径，特别是内侧曲面的曲率半径。

根据规范，取进口转弯段内侧曲率半径1.5m ，外侧6.5m ，转弯中心线4m ；出口转弯段内侧曲率半径1.5m ，外侧6.5m ，转弯中心线4m 。

3) 输水廊道的出口
为减小输水廊道出口的水流流速，扩大水流对冲面积增加消能效果，并减少出口损失，廊道出口断面面积取阀门断面面积的1.5倍（6m ）。

为使出流均匀增加消能效果，在转弯的起点即开始扩大并增设导墙。

导墙的位于廊道正中而略偏向内侧0.8m 。

为使廊道出口处水流平稳，增加对冲消能的效果，并提高廊道内侧曲面的压力，廊道出口淹没水深通常上闸首大于1.0～2.0m ，下闸首应大于0.5～1.5m 。

4) 输水廊道的直线段 在廊道的转弯段之间，应有一定的直线段长度，主要是为了使阀门后水流能够得到充分
扩散，同时便于布置输水阀门和检修阀门。

直线段的长度一般为（1.3～2.5）b ，取9.0m 。

（2）消能工选择
集中输水系统消能工的布置应使水流能够充分消能和均匀扩散，并不妨碍输水系统的泄流能力。

根据后面水力计算中求出的流速和水头，查规范可采用简单消能工。

选用消力槛消能。

2. 船闸水力计算
⑴ 输水廊道断面面积
]
)1(1[22V k g T H
c αμω--=
式中：c —计算水域面积 210×23=48302m
H —设计水头 取5.0m
μ—阀门全开时输水系统的流量系数，可取0.6～0.8，取0.7 α—系数，锐缘平板阀门μ=0.7时，取0.56
V k —可取0.6～0.8，取0.8
T —闸室灌水时间，取8.0min
则；
2.432]
8.0)56.01(1[8.926087.05
48302=⨯--⨯⨯⨯⨯⨯⨯=
ω2m
⑵ 输水系统的阻力系数和流量系数 流量系数
c
vn t ξξξμ+'+=
1
式中：t μ—时刻t 时的输水系统流量系数
vn ξ—时刻t 时阀门开度n 时的阀门局部阻力系数，可按表A.0.4选用 ξ'—阀门井或门槽的损失系数，平面阀门取0.1，这里用0.1×2（两个门槽）
c ξ—阀门全开后输水系统总阻力系数
输水系统总阻力系数c ξ包括进口、进口弯、出口弯、扩大、出口等的局部阻力系数和沿层摩阻损失的阻力系数，即
沿层出口扩大出弯进弯进口ξξξξξξξ+++++=c
各局部阻力系数可按《船闸输水系统设计规范》附录A 表A.0.1中提供的计算方法计算选取，其中：
进口ξ—对于边缘微带圆弧形的进口时为0.2～0.25，取0.25 进弯ξ—进口转弯可由公式︒
'
=90θξξk k 计算，其中θ为转角（︒90），k
ξ'为系数与廊道的形状及转弯的曲率半径有关，当42.0.8
424
2==⨯R b 时，可查得k ξ'=0.37，则进弯
ξ=0.37
出弯ξ—可用上面的方法求得，为0.37
扩大ξ—可用公式2
)1(2
1ωωξ-=k 扩大计算，式中1ω、2ω为前后计算断面的面积分别为4×3.5和6.5×3.5，k 为系数，与圆锥顶角有关，由几何关系可知θ为︒27.6，则查表得k =0.13，则可以求出扩大ξ=0.015
出口ξ—对于多支孔出口，出口ξ为0.7～0.9，需将出口处的阻力系数换算为阀门
处廊道断面的阻力系数乘以2
）
（出口
ωω，则当出口阻力系数为0.8时实际阻力系数为0.35 沿层ξ—忽略沿层阻力的影响，取沿层ξ=0
则 c ξ=0.25+0.37+0.37+0.015+0.35+0=1.355 当阀门全开时 2
.0355.11+=t μ=0.81
⑶ 输水阀门开启时间
)
(2χωω-=
C L r v P gH
DW K t
式中：r K —系数，对锐缘平板阀门取0.725
ω—输水阀门处廊道断面面积 ω=22.432m
D —波浪力系数，当船舶（队）长度接近闸室长度时，取1
W —船舶（队）排水量，计算阀门开启时间时用单船2×2000×1.3=5200 t L P —船舶允许系缆力，按《船闸输水系统设计规范》表2.2.1确定，取40KN
C ω—初始水位时闸室的横断面积5×23=1152m
χ—船舶（队）进水横断面积2.8×14×0.9×2=70.562m ，其中0.9为船舶断面
系数
则： min .537.6211)
6.570115(400
.58.9252001.4322725.0==-⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯=
s t v
⑷ 闸室输水时间
闸室输水时间应根据确定的流量系数和阀门开启时间核算
v t g
H
c T )1(22αμω-+=
式中：c —闸室水域面积 230×23=52902m
μ—阀门全开时输水系统的流量系数，取0.8 ω—输水阀门处的断面面积22.432m
α—系数，按表3.3.2确定，取0.53
v t —阀门的开启时间，3.5min
则：min 2.6.6s 37060.53)53.01(8
.923.4228.00.548302==⨯⨯-+⨯⨯⨯⨯⨯=
T
3. 闸室输水水力特征曲线
船闸的水力特征曲线包括流量系数与时间的关系曲线、闸室水位与时间的关系曲线、流量与时间的关系曲线、能量与时间的关系曲线、比能与时间的关系曲线以及闸室与上下游引航道断面平均流速与时间的关系曲线。

计算公式可参见《船闸输水系统设计规范》附录C 中的有关规定，具体计算过程可以编程计算。

将计算结果绘成水力曲线如下： （1）流量系数与时间的关系曲线 流量系数可由公式c
vn t ξξξμ+'+=
1
计算，其中vn ξ可由阀门的开启度变化确定。

计
算结果见流量系数与时间关系曲线。

（2）闸室水位与时间关系曲线
当忽略阀门开启过程惯性水头的影响时，阀门开启过程中任一时刻段末的水头可按下式计算：
2
1)22t (c
g h h mt i i ωμ∆-
=+
则闸室水位可用上游水位－水头，计算结果如下图：
0123456789
0.10.20.30.40.50.6
0.70.80.9时间（min ）
流量系数
流量系数与实际关系曲
线
（3）流量与时间关系曲线
流量与时间关系曲线可通过下列公式计算： 其中，t d 为时刻t 的惯性水头，
对集中输水系统可忽略不计。

具体计算结果见下图：
（4）能量与时间关系曲线
能量与时间关系曲线可由下式计算 0123456789
时间（min ）
闸室水位（m ）
闸室水位与时间关系曲线
12
34
5678
时间（min ）
流量（m 3）
流量与时间关系曲线
)(2t t t t d h g Q +=ωμ
t t t h Q E 81.9=
（5）比能与时间的关系曲线
比能与时间的关系曲线可由下式计算：
t
t
pt E E ω=
计算结果见下图：
1234
5678
0500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
时间（min ）
能量（k w ）
能量与时间关系曲线
01234
5678
时间（min ）
比能（k w /m 2）
比能与时间关系曲线
（6）流速与时间关系曲线
灌泄水过程各时刻的闸室与引航道断面平均流速可按下式计算：
t
t
t Q v ω=
计算结果见下图：
四．闸阀门及启闭机型式选择
上、下闸首结构选用整体式结构，闸室结构选用钢筋混凝土重力式，上、下游翼墙选用浆砌块石重力式，上、下闸门均选用人字门，阀门选用平板阀门，人字闸门选用卧式液压活塞杆式启闭机，平板阀门选用液压式启闭机。

五．结构设计
船闸结构设计包括闸首结构结构和闸室结构设计计算，主要进行了上闸首结构稳定计算。

具体计算过程如下：
1.荷载计算
计算情况选用运用情况，上游水位20.0m ，下游水位14.0m 。

（1）上闸首自重。

上闸首分为三段，门前段长2.3m ，门龛段长15.2m ，门后段长9.0m 。

闸首自重分段分块计算，刚劲混凝土重度γ=25kN/m 3。

其第Ⅲ段自重计算结果如表1-7所示，空箱及廊道等挖空部分自重及力矩以负值表示。

限于篇幅，第Ⅰ、第Ⅱ段自重仅将其计算结果列于表1-8。

1234
5678
时间（min ）
流速（m /s ）
流速与时间关系曲线
表1-7 上闸首自重结果计算表（Ⅲ段，L
上闸首结构图
表1-8 上闸首自重计算主要结果
（2）上闸首水重。

上闸首水重包括廊道水重及底板水重，可分段列表计算。

限于篇幅先仅将结果列于表1-9。

注：以上为闸首一半水重。

（3）纵向土压力计算，作用于闸首边墩上平行于船闸轴线的轴线的纵向土压力按静止土压力计算，静止土压力系数取主动土压力系数的1.35倍。

地下水位以上土的重度可按下式计算：
γ=ρɡ=ρd（1+ω）ɡ（4-30）
由回填土资料，ρd=16.5kN/m3，W=20%，得γ=19.8kN/m3，内摩擦角φ上=26°。

主动土压力系数ka1=0.3905，静止土压力系数k01=0.5272；水下土的重度γ′=10.4kN/m3，内摩擦角γ下=24°，主动土压力系数ka2=0.4217，静止土压力系数k02=0.5693；饱和重度γ饱=20.4 kN/m3，地面活荷载4.0Pa。

作用于闸首上游端面的土压力包括上游翼墙墙后填土对闸首边墩的土压力及作用于底板上的土压力。

作用于边墩上的土压力强度列表计算如下：
将翼墙的自重及翼墙上的填土重简化为在下部地基土上的超载，其中浆砌石重度γ浆=24 kN/m3，钢筋混凝土重度γ混凝土=25 kN/m3。

地下水位以上填土重度为19.8 kN/m3，地下水位以下填土重度为20.4kN/m3。

经计算翼墙自重为1561.8kN；翼墙上的回填土自重力1711.90kN，作用于翼墙前趾上的水重W=（20.0-9.5）×2.5×10.0=252.5（kN），作用于翼墙上的扬压力P扬=10.0×（20.0-8.1）×12.96=1499.4（kN）。

故作用于翼墙底部（▽8.1高程）处的荷载强度q=（1561.8+1711.9+262.5-1499.4）/12.6=161.6（kPa）。

高程▽8.1出土压力强度：e8-3=0.5693×161.2=92.0（kPa）
高程▽5.5出土压力强度:e5-5=0.5693×[161.6+10.4×（8.1-5.5）]=107.4（kPa）
闸首上游端面边墩土压力强度分布
作用于中间底板部分的土压力强度：
e′5-5=0.5693×10.4×（9.5-5.5）=23.68（kPa）
作用于闸首边墩上的纵向土压力应分块计算，翼墙上的填土对闸首的纵向土压力，可将其作用面积简化为等面积矩形，其土压力作用点近似作用于土压力强度图形的形心位置。

其计算结果见表1-11。

表1-11 上闸首上游土压力及力矩计算表（半闸首）
注：0-0轴为上闸首下游端面与地面的交界线
作用于上闸首下游端面上的土压力计算方法同作用于闸首上游端面的土压力计算，主要包括闸墙墙后填土对边墩的纵向土压力及作用于闸首底板上的纵向土压力。

上闸首下游端面的地下水位由墙后排水管高程决定。

排水管进口布置于上闸首与闸室交界处，拍书馆出口置于下闸首末端空箱内，坡度取1:200。

闸室长210m，下闸首长27m，出口高程取14.6m，则计算得排水管进口高程为15.8m，上闸首下游端面土压力强度分布见图1-14。

上闸首下游端面土压力强度分布
作用于边墩上的土压力强度计算结果如表1-12所示，为安全起见，闸首边墩下游端填土面上不考虑活荷载作用。

为简化计算，将闸墙自重及闸墙上的填土简化为作用在下部地基土上的超载进行计算。

经计算，闸墙自重为110.8.75kN，闸墙上的回填土重为2573.32kN。

前趾上的水重为W=125.00kN。

作用在闸底板上的扬压力P扬=1072.5kN。

故作用于闸墙底部（▽7.4高程）处的荷载强度=（1108.75+2537.32+125.00-1072.5/14.3）=188.7（kPa），高程▽7.4处土压力强度e7-4=0.5693×188.71=107.43（kPa），高程▽5.5处土压力强度为e5-5=0.5693×[188.71+10.4×（7.4-5.5）]=188.68（kPa）。

作用于中间底板部分的土压力强度e′5-6=0.5693×10.4×（9.0-5.5）=20.71（kPa）。

作用于闸首下游端面的纵向土压力计算结果图标1-13所示。

（4）水压力。

作用与闸首上的纵向水压力包括作用于边墩部分的水压力，作用于底板部分的水压力及作用于闸门上的水压力。

由于翼墙与闸首间及闸室墙与闸首间均设有结构缝，缝宽1～2cm，有渗水作用，因此应计及结构缝间的水压力。

上游翼墙墙后水位为20.0m，闸首下游端面与闸墙交界处墙后水位为排水管水位，去15.8cm。

此时上游水位20.0m、下游水位为14.0m。

闸首上、下游端面边墩及底板水压力计算见表1-14。

内容上游端面下游端面
一侧边墩半底板一侧边墩半底板
顶面强度(Kp) 0 105 0 45
底面强度(Kp) 145 145 103 85
单位宽度合力(KN*m) 1051.25 500.00 -530.45 -260.00
作用宽度(m) 9.1 11.5 9.1 11.5
水压力合力(KN) 5566.38 5750.00 -1827.10 -2990.0
据下游0-0轴距离(m) 4.83 1.89 3.43 1.79
46237.47 10867.50 16556.95 -5352.1
对下游0-0轴
力矩(KN*m)
在运用工况下，工作闸门关闭，门前为上游水位20.0m，门后为下游水位14.0m，闸门承受较大水压力作用，由此而产生闸门推力。

经计算门扇长度l n=13.94m，门扇轴线与闸室横轴线的夹角θ选22度5分，则门推力可计算如下。

垂直于门扇轴线的单位宽度的动水压力合力：
P3=1/2×10.0×『(20.0-9.5)2-(14.0-9.52)』=450.0(KN)
闸门推力：R=P/2sinθ=8196.07（KN）
纵向分力：V1=Rsin2θ=5795.5（KN）
横向分力：S=Rcos2θ=5795.5（KN）
水压力合力距下游端0-0轴的距离（图4-17）：
L=(551.25×1/3×10.5-101.25×1/3×4.5)/450/0+4.0=7.95（m）
纵向分力对下游端面0-0轴产生的力矩V1×L=46074.23（KN*m）
（5）扬压力：由于闸室结构为透水底板，因此上闸首须单独进行防渗布置，其渗透稳定性可由下式计算：
L=∑L h+m∑L v>CH
式中：∑L h为地下轮廓线水平段长度；∑L v为地下轮廓线
垂直段长度，由已知∑L h=26.5m, ∑L v=7.5m；m
为垂直段换算为水平段长度的换算系数，墙身垂直段
m=1.0m；H为计算渗透水头检修情况下，渗透水头H=20.0
—9.0=11.0（m）；C为渗径系数，由船闸规范表4.4.4
查得粘土C=4.0，则L=26.5+1.0×7.5=34.0（m），CH=4
×11.0=44.0（m）。

L>CH，需进行防渗布置。

拟在上游设
置长15m的钢筋混凝土防渗铺盖，则渗径长度
L49.0m>CH=44.0m满足渗透稳定要求。

运用工况下作用于上闸首地板上的扬压力包括浮托力和渗透压力（见下图）。

渗透压力计算示意图
点3的渗透压力强度：P 3=10.0×6.0×30.0/49.0=36.73（KPa ） 点4的渗透压力强度：P 4=10.0×6.0×3.5/49.0=4.29（KPa ）
地板渗透压力：P 渗=（4.29+36.73）/2×26.5×41.2=22392.82（KN ） 底板浮托力：P 浮=10.0×（14.0-5.5）×26.5×41.2=92803.00（KN ） 对下游端面0—0轴的距：
M 1=22392.82×{26.5-（2×4.29+36.73）/3×（4.29+36.73）}×26.5=374919.85（KN*m ） M 2=92803.00×26.5/2=1229639.75（KN*m ）
（6）闸门、阀门及其他设备重：人字阀门重（单扇门自重）按下式计算：
G=0.841.14l
0.86
式中：h 为门扇高度14.80m ；l 为门扇长度13.94m 。

单扇门自重G=0.84×14.81.14×13.941.35
=1167.06（KN ）距下游端面的距离l=12.0m ，对下游端面0—0轴的力矩M G =1167.06×12.0=14004.72（KN*m ）。

阀门自重按下式计算： G=（3～5）F 0.86
(
式中：F 为阀门面积，F=4.2×3.2=13.44m 2，G=4×13.440.86
=37.37(KN),距下游墙面的距离：L=11.5m ，对下游端面0—0轴的力矩=37.37×11.5=429.76（KN*m ）。

启闭设备及控制是自重每侧边墩按1500KN 考虑，距下游端面距离L=10.0m ，对下游端面0—0轴的力矩M=1500×10.0=15000.0（KN*m ）。

2.稳定计算
（1） 抗滑稳定计算：作用于闸首的荷载对称于船闸纵轴线。

因此，对整体式闸首只须进行 沿船闸纵轴线方向水平滑移稳定的验算，可按下式计算：
式中：Σν为作用于闸首的垂直力总和；Σν-闸首自重+闸阀门重等，其中闸首自重（1167.06+37037+1500）*2，则Σν=255252.38kN ；u 为作用于闸首底板的扬压力（kN ）
，)
()()(2
1
2
1
E
E H H E
E K
p l c
u f -+-++
-∑=
υ
u=22392.82+92803.00=115195.82（kN ）。

H1、H2为作用于闸首上、下游端面的水压力（kN ），包括闸门纵向推力；H1=（9566.38+5750.00) *2=15316.38*2（kN ），H2=（4827.10+2990.0）*2=7817.1*2（kN ），闸门纵向推力H1=5795.5*2=11591.0（kN ）；E1、E2为作用于闸首上下游端面静止土压力（kN ）。

由表1-21及表1-33知：E1=6648.32*2kN ，E2=7805.10*2kN ；Ep 为闸首下游端面埋深部分的抗力，Ep=0；El 为边墩背面与回填土料间的摩擦力，El=0；f 为摩擦系数，f=tg φ+C/n σ，其中σ为底板平均正应力。

C=126.0kPa ，n=4，φ=， f 值一般不大于0.45。

取f=0.45。

满足抗滑稳定要求。

（2） 闸首抗倾稳定按下式计算：
式中：MR 为对下游端面0—0轴的稳定力矩，由自重力矩，水重力矩，闸阀门及设备自重产生的力矩组成，其中：
自重力矩=（287372.06+825269.37+127289.03）*2=2479860.92（kN ·m ）； 水重力矩=（72933.92+377115.96+29773.24）*2=959646.04（kN ·m ）；
闸阀门设备自重产生的力矩=（14004.72+429.76+15000.0）*2=58868.96（kN ·m ）； 则MR=3498375.92kN ·m 。

M0为对下游端面0-0的倾覆力矩，由上下游端面土压力、水压力、扬压力及阀门纵向推力产生的力矩组成，由表1-31、表1-33和表1-34得上下游端的土压力矩分别为M 上=85364.01*2kN ·m ，M 下=-44657.84*2kN ·m ，上下游端的水压力矩分别为M 上=（46237.47+10867.50）*2（kN ·m ），M 下=-（16556.95+5352.10）*2(kN ·m)，扬压力产生力矩=374919.85+1229639.75=1604599.60（kN ·m ），门推力产生的力矩=46074.23*2（kN ·m ），计算得M0=1748512.24kN ·m 。

，满足要求。

（3）抗浮稳定按下式计算：
式中：v 为由闸首自重、水重、闸阀门及设备重组成，由前计算得v=255252.38kN ； u 为扬压力，u=115195.82kN 。

则，满足要求。

3. 地基反力及承载力 )
(28.1285
.262.4182.11519538.255252kPa A
u =⨯-=-=
∑νσ
273
.160.22)10.780532.6648(2)1.78175.579538.15316()
82.11519538.255252(45.0>=⨯-+⨯-+-⨯=c K 00M M K R
=
5
.10.224.174851292
.34983750>==
K u f ν
=
K 1
.122.282.11519538.255252f ≥==K 755
.028
.12840
.12627=⨯+
= tg f
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21 作用在地基基础底边缘处的最大和最小压应力，按偏心受压公式计算：
（
式中：N 为作用于闸首上外荷载合力的垂直分力,
N=Σν-u=255252.38-115195.82=140056.56(kN)；
A 为基础面积，A= 26.5*41.2；b 为基础纵向长度，b=25.6；e 为合力偏心距，
地基容许承载力按汉森公式计算，考虑成层地基影响，经计算地基容许承载力为
[σ]=620.78kPa 。

，满足地基承载力要求。

，应力比满足要求。

六、设计中应注意的问题
1.地基条件分析：地基条件与结构型式、施工方法等密切相关，设计中应首先对地基土性质，
如压缩性、渗透性、承载力等进行分析。

2．枢纽布置：枢纽布置时一般应选择2～3个方案进行同行条件、施工条件、开挖、回填及
拆迁等工程量分析，以便选择经济合理的枢纽布置方案。

3．结构型式：船闸各部分的结构型式密切相关，如闸首结构型式与门型、输水系统型式、
闸阀们启闭设备型式等有关，设计中应综合考虑。

4．结构设计：结构计算的关键是正确合理地确定设计荷载，对闸首结构宜分段分块计算，
并结合一定的图标。

设计中应正确地确定地下水位，土、水压力作用面积以及土压力状态等。

计算应认真仔细，以免遗漏或发生计算错误。

构建强度应按各种计算工况的内力包络图进行
设计。

因时间有限，不能对所有工况进行计算，根据工程检验取集中可能起控制作用的工况
进行计算与组合。

)61(max min b e A N ±⨯=σ2m )(76.056.14005624.174851292.349837525.2620m N M M b e R =--=--=kPa kPa 78.620)(28.128)5.2676.061(2.415.2656.140056max min <=⨯±⨯⨯=σ342.121.10635.150min max <===
σσm。