二线船闸毕业设计

港口航道与海岸工程专业毕业设计

目 录

1 设计基本资料 ............................................................................................... - 3 - 1.1 设计依据和必要性 ............................................................................. - 3 - 1.2 设计标准、规范 ................................................................................. - 3 - 1.3 地形资料 ............................................................................................. - 3 - 1.4 地质资料 ............................................................................................. - 3 - 1.5 公路及桥梁 ......................................................................................... - 3 - 1.6 地震 ..................................................................................................... - 3 - 1.7 经济资料 ............................................................................................. - 3 - 1.8 水文资料和气象资料 ......................................................................... - 4 - 1.9 交通、建筑材料供应情况 ................................................................. - 5 - 2 总体设计 ....................................................................................................... - 5 - 2.1 船闸规模 ........................................................................................... - 5 - 2.2 各部分高程确定 ................................................................................. - 6 - 2.3 引航道型式及尺度确定 ..................................................................... - 6 - 2.4 船闸通过能力 ..................................................................................... - 7 - 2.5 船闸耗水量计算 ................................................................................. - 8 - 3 结构型式选择 ............................................................................................... - 9 - 3.1 闸室结构型式选择 ............................................................................. - 9 - 3.2 闸首结构型式选择 ........................................................................... - 10 - 3.3 闸门与阀门型式选择 ....................................................................... - 10 -

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刘老涧二线船闸工程设计

4 水利计算及输水系统设计 ......................................................................... - 11 - 4.1 上下闸首断面最大平均流速计算 ................................................... - 11 - 4.2 廊道进口最小淹没水深计算 ........................................................... - 11 - 4.3 短廊道输水系统水力计算 ............................................................... - 12 - 5 上闸首结构稳定计算 ................................................................................. - 19 - 5.1 荷载计算 ........................................................................................... - 19 - 5.2 稳定计算 ........................................................................................... - 32 - 5.3 地基反力及承载力 ........................................................................... - 34 - 6 底板内力计算 ............................................................................................. - 35 - 6.1 底板的纵向分段及中和轴的确定 ................................................... - 35 - 6.2 不平衡剪力的计算 ........................................................................... - 36 - 6.3 荷载计算 ........................................................................................... - 38 - 6.4 底板计算简图 ................................................................................... - 40 - 6.5 底板内力及内力调整 ....................................................................... - 44 - 7 配筋计算 ..................................................................................................... - 60 - 7.1 底板第一段各截面钢筋面积计算 ................................................... - 60 - 7.2 底板第二段各截面钢筋面积计算 ................................................... - 71 - 7.3 底板第三段各截面钢筋面积计算 ................................................... - 81 - 7.4 钢筋的选用 ....................................................................................... - 92 -

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1 设计基本资料

1.1 设计依据和必要性

刘老涧船闸建地宿迁县境内，京杭大运河上，它和原小船闸及二座节制闸组成刘老涧枢纽。

由于小船闸年通过能力仅为300万吨，58年苏北大运河整治之后，运河上先后建成了20×230×5(4)米的大型船闸七座，实际通过能力达800万吨左右。因此刘老涧小船闸10×90.8×2.0米成了卡脖子的关口，大量船只滞留在船闸两侧，等待过闸时间长达5~7天，严重影响交通运输．随着国民经济的发展，徐州煤炭的南运，浦津铁路部分货物转京杭大运河运输，矛盾将要突出，故兴建此闸成为当务之急。

1.2 设计标准、规范

刘老涧二线船闸按Ⅱ级建筑物标准设计，附属建筑物按Ⅲ级标准设计。

设计采用中华人民共和国运输部《船闸水工建筑物设计规范》（JTJ 307-2001）。

1.3 地形资料

见“刘老涧船闸闸址地形图”。

1.4 地质资料

见表2刘老涧船闸“地基钻探土工试验设计资料采用表”，回填土资料见表3“回填土资料表”。

1.5 公路及桥梁

水运、公路运输方便，可直达工地。船闸上有公路桥。

1.6 地震

刘老涧二线船闸按抗震烈度8度设防。附属建筑物按照降低1度设防。

1.7 经济资料

1.7.1 货运量

该船闸设计年货运量为2100万吨

1.7.2 船型

设计船型见下表

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刘老涧二线船闸工程设计

设计船型表

顶（拖）轮 驳 船 船 型 马力— 长×宽×吃水 长×宽×吃水 —顶+2×370马力 2000 —顶+2×270马力 1000 —拖+4×500 —拖+12×100 270-27.5×6.1×53×8.8×1.9 2.46 250-23×4.9×1.85 24.85×5.24×1.5 321.2×5.2×本省现状 1.85 239.5×8.8×246 本省现状 2.0~2.2 2.0~2.2 推荐 2.6~2.8 62×10.6×2.6~2.8 160×10.6×推荐 可行性研究75×14×186×14×可行性研究长×宽×吃水 船 队 资料来源 1.7.3 通航情况

通航期N?350天/年，客轮及工作船过闸次数n0?3。 船只载重量利用系数??0.9，月不平均系数??1.1。 船闸昼夜工作时间??22小时。

1.8 水文资料和气象资料

1.8.1 水文情况

上游特殊洪水位+21.5，为山东沂蒙山区暴雨及南水北调工程实施后引洪Q＝ 2000m2/s发生的水位。

上游最高通航水位+20.0，为南水北调后，洪泽湖以北利用中运河向北送水Q= 600m2/s时的水位。

上游最低通航水位+17.00，为南水北调及水文资料统计所得。 下游最高洪水位+21.10相应a情况。 下游最高通航水位+18.50,相应b情况。

下游最低通航水位+14.50，大运河整治后，历年水文资料均在14.00左右。

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根据南水北调600m2/s，节制闸近期泄洪Q=1000m3/s，远期Q=2000m3/s，拟定； 设计情况：上游+20.00 下游+15.00 校核情况①上游+20.00 下游+14.50 ②上游+21.50 下游+21.10 检修情况：上游+19.00 下游+18.00

1.8.2 气象资料

1.8.2.1 降雨量

它主要影响施工设计，从略。 1.8.2.2 气温

它主要影响施工设计及通航期长短。本船闸靠近南方，冰冻不影响航行，从略。 1.8.2.3 风向、风力

最多风向：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。

1.9 交通、建筑材料供应情况

水运、公路运输方便，可直达工地。水泥、砂由附近经水路运抵工地；石料从徐州一带由水上运来，木材较缺。从江西，福建运来。钢材由南京上海运来。供应充裕。

2 总体设计

2.1 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拖+12?100t两排并列一次过闸，1拖+2?500两排并列一次过闸，以及1顶＋2?1000＋1拖+6?100两排解队并列过闸四种组合情况。 ①1顶?2?2000t

富裕长度：lf?2?0.06?186?13.2m 富裕宽度： bf??b?0.025??n?1?bc?1.2m 有效宽度：bc?bf?14?1.2?15.2m

②1拖?12?100t解队成六个一列，两列同时过闸

富裕宽度：bf??b?0.025??n?1?bc?1.2?0.025??2?1??5.25?1.3m ③1拖?2?500t两排

富裕长度：lf?3?0.03?133.5?6.0m

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富裕宽度：bf??b?0.025??n?1?bc?1.2?0.025?8.8?1.42m 其计算结果如表

船闸基本尺度计算表

船队长组合情况 度 ①1顶?2?2000 富裕长度 有效长度 船队宽度 富裕宽度 有效宽度 186.0 13.2 199.2 14.0 1.2 15.2 ② 172.1 7.2 179.3 10.5 1.3 11.8 ③1拖?2?500 133.5 6.0 139.5 17.6 1.4 19.0 ④1拖?6?100 186.0 13.2 199.2 21.1 1.7 22.8 综上所述，选取船闸长度210m，宽度23m。

2.2 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17.0?5.0?12.0m 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?2.5?22.5m 上闸首门顶高程：上游校核洪水位+安全超高21.5?0.5?22.0m 上闸首墙顶高程：门顶高程+结构安装高度22.0?1.0?23.0m 上闸首门槛高程：上游设计最低通航水位-门槛水深17.0?5.0?12.0m 闸室底高程：下游设计最低通航水位-闸室设计水深14.5?5.0?9.5m

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?22.5m 实际工程中，墙顶设1.0m高的胸墙，实际墙顶高程取为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?20.5m 下闸首墙顶高程：门顶高程+结构安装高度20.5?1.0?21.5m 下闸首门槛高程：下游设计最低通航水位-门槛水深14.5?5.0?9.5m

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14.5?5.0?9.5m 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）18.5?2.5?21.0m

2.3 引航道型式及尺度确定

2.3.1 引航道长度

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导航段：l1?lc，lc为顶推船队全长，1顶+2?2000吨级船队长，lc?186m，l1取190m 调顺段：l2??1.5~2.0?lc??279~372?m，取l2?300m 停泊段：l3?lc（主要考虑拖带船队）?321.2m，取l3?325m 过渡段：l4?10?B?142m，取l4?145m

制动段：l5??lc，船队进入航道航速2.5~4.5m/s，取??3.0 ，l5?3.0?186?558m

2.3.2 引航道宽度

B0?bc?bc1?bc2?2?b?14?21.2?21.2?2?14?84.4m

2.3.3 引航道水深

H0/T?1.4~1.5，其中T?2.6m，H0?2.8?1.5?4.2m，取H0?5.0m

2.4 船闸通过能力

2.4.1 进出闸时间计算

单向一次过闸时间：T1?4t1?t2?2t3?t4?2t5 式中： t1—开门或关门的时间，取t1?2min t2—单向第一个船队进闸时间，进闸距离： 10?30?70?186?296m ，t2?296?9.87min 0.5 t3—闸室灌泄水时间，取t3?7min

t4—单向一个船队出闸时间，出闸距离：230m，t4? t5—船舶船队进出闸间隔时间，取t5?2min

230?5.48min 0.7T1?4t1?t2?2t3?t4?2t5?4?2?9.87?2?7?5.48?2?2?41.35min

''双向一次过闸时间：T2?4t1?2t2?2t3?2t4?4t5

式中：t2—双向第一个船队进闸时间，进闸距离：190?300?186?10?30?716m，

't2?716?17.05min 0.7- 7 -

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'' t4—双向第一个船队出闸时间，出闸距离716m， t4?716?11.9min 1''T2?4t1?2t2?2t3?2t4?4t5?4?2?2?17.05?2?7?2?11.9?4?2?87.9min

2.4.2 单级船闸一次过闸时间

T?1T1(T1?2)?(41.35?43.95)?42.65min 2222.4.3 日平均过闸次数

n???60T?21.5?60?30.2次，取30次

42.652.4.4 年通过能力计算 P?(n?n0)NG?? 式中：??0.9 ??1.1 n0?3

G为过闸吨位，1顶?2?2000t船队占40%，两列1顶?2?1000t船队占50%，1拖

?2?500t两列占5%，1顶?2?1000t与1拖?6?100t三排占5%。G?0.4?4000?0.5?4000?0.05?2000?0.05?3200?3860吨

1350?3860?0.9 P?(30?3) ?1492万吨?0.7?2100?1470万吨，满足通过能力要求。

21.12.5 船闸耗水量计算

船闸耗水量包括船舶过闸用水量和闸、阀门漏水量两部分。

2.5.1 单级船闸单向一次过闸用水量 V0?CH

式中：C—闸室水域面积 C?210?23?4830m2 H—计算水头，取5m V0?CH?4830?5?24150m3

在单向和双向过闸机会相等的情况下，一次过闸用水量采用单双向过闸用水量的平均值。 V0''?1(V0?V0')?0.75V0?0.75?24150?18112.5m3 22.5.2 闸阀门漏水量 q?eu

式中：e—当水头小于10m时，e?0.0015~0.0020m3/s/m

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u—止水线长度

u?12.45?2?3?(20?14.5)?41.4m

q?eu?0.0016?41.4?0.06624m3/s

2.5.3 船闸一天平均耗水量

Q?__0.75V0n18112.5?30?q??0.06624?6.355m3/s

8640086400

3 结构型式选择

3.1 闸室结构型式选择

3.1.1 整体式闸室结构

整体式闸室系由两侧闸墙和底板连结在一起的槽型结构，又称为坞式闸室结构，其工作状态如同弹性地基上的U形框架。整体式闸室的地基反力分布比较均匀，两侧闸墙相对变位小，无需考虑闸墙的滑移稳定及闸室的渗流稳定问题。由于闸墙与底板刚性连接，可以适应不均匀沉降。但底板与闸墙刚性连接对底板的工作条件不利，若有不均匀沉降，将在地板内产生附加应力。与悬臂式闸室和双铰式闸室等结构相比，闸室底板所承受的弯矩较大，底板一般较厚，钢筋用量也较多。对于大型船闸，为改善底板工作条件，可以考虑在底板中设临时施工缝，待闸墙沉降基本稳定后再进行封缝，形成整体。整体式闸室结构适用于水头较大、闸墙较高、对抗震要求较高或具有软弱夹层的情况。

3.1.2 扶壁式闸墙

扶壁式结构由立板、肋板和底板组成，底板分趾板和内底板。立板、肋板和底板等连接部位需要设置斜托。立板厚度一般不小于30cm，肋板厚度不小于30cm，顶宽不小于

0.8m，底宽与底板长度相同，趾板前端厚度不小于25cm，内底板厚度不小于30cm，肋

板间距一般为2~5m。建于土基上的扶壁式船闸，由于地基的承载能力一般较小，因此一般不设尾板。扶壁式闸墙的工作特点是依靠工作底板上的回填土重力和结构自重来维持墙身稳定。由于利用肋板和立板构成薄壁T型断面，结构断面较小，地基反力也较小，因此对地基承载能力要求较低。其缺点是结构形态较复杂，钢筋用量大，施工技术要求较高。

闸墙高度=闸室墙顶高程-闸室底高程?22.5?9.5?13.0m

闸墙底宽与底板厚度一般取0.16~0.25倍墙高，13?0.18?2.34m，取2.4m

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胸墙高取1m，闸墙顶宽40~60cm，取50cm

综合考虑，整体式结构综合性能较好，现采用整体式闸室结构。

3.2 闸首结构型式选择

3.2.1 方案比选

在较好的地基上的闸首边墩一般采用混凝土或钢筋混凝土重力式边墩，当地基较差时，闸首结构采用轻型结构。此工程中，地基承载力良好，经综合比选，闸首结构采用整体式结构。

3.2.2 闸首结构尺寸确定

门前段长度l1，门前段长度主要根据工作闸门型式，检修闸门尺度，门槽构造以及检修要求确定。

l1?(1.0~2.0)?C1

式中：C1—检修门槽宽度，取1.2m l1= 1.5?1.2?2.7m

门龛段长度l2，对于人字型闸门，l2?(1.1~1.2) 式中：Bk—闸首门口宽度

d—门龛深度，一般为门厚加0.4~0.8m ?—闸门与船闸横轴线的夹角，取22.5? l2?1.1?23?1.2?14.4m 取14.5m

2cos22.5?Bk?d 2cos?支持段长度l3?(0.4~2.1)H?13.4m

3.3 闸门与阀门型式选择

m?T7??3.13 H5式中：m—判别系数 H—设计水头（m） T—闸室灌水时间（min）

因此选用集中式短廊道对冲输水系统，另外，用消力槛及消力齿进行消能。

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4 水利计算及输水系统设计

4.1 上下闸首断面最大平均流速计算

上闸首：Vmax?2LcH1HT(Sc?)2

下闸首：Vmax?1.8LcH1

TSc式中：Vmax—对上闸首为灌水时闸室最大的断面平均流速；对下闸首为灌水时闸室最大的断面平均流速?m/s?

Lc—闸室水域长度（m） H—设计水头（m） T—闸室灌泄水时间（s） Sc—槛上最小水深（m） 上闸首：Vmax?2?210?5??0.67m/s 57?60?(5?)21?0.9m/s 下闸首：Vmax?1.8?210?5?7?60?5根据《船闸输水系统设计规范》上、下闸首都应布置简单的消能工，而不需另外布

1置消能室。

4.2 廊道进口最小淹没水深计算

2Vm h?1.2?

2g 式中：h—最小淹没水深（m）

Vm—最大流量时，廊道进口断面的平均流速(ms) g—重力加速度(m/s2)

42?0.98m 由于Vm不宜大于4m/s，因此h?1.2?2?9.8本船闸为Ⅱ级，根据《船闸输水系统设计规范》，上闸首廊道最小淹没水深不得小于2m，下闸首廊道最小淹没水深不得小于1.5m，因此，取上闸首廊道淹没水深2m，下闸首廊

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道淹没水深1.5m。廊道入口处的尺寸选为4m?4m，阀门处廊道的尺寸选为4m?4m，出口处，断面宜扩大为廊道阀门处断面的1.2~1.6倍，取1.5倍，出口廊道的面积为。在廊道自转弯段至出口，应设置16?1.5?24m2，尺寸定为5.2m?4.5m（比24m2略小）

中间导墙，廊道进口段中心线的平均曲率半径不小于0.9~1.0倍廊道转弯段的平均宽度，取为4m；廊道内侧的曲率半径可取为0.15倍设计水头，取为0.75m；廊道出口转弯段的平均曲率半径不小于1.0~1.4倍廊道转弯段的平均宽度，取为5.5m；廊道内侧的曲率半径可取0.2~0.25倍设计水头，取为1.1m；廊道直线段的长度一般取1.3~2.5倍廊道宽度，取为9m。

4.3 短廊道输水系统水力计算

4.3.1 输水阀门处廊道断面面积

??2cH

?T2g[1?(1??)kv] 式中：?—输水阀门处廊道断面面积m2

c —计算闸室水域面积m2，对单级船闸，取闸室水域面积；对多级船闸中间级，取闸室水域面积的一半 L —闸室水域长度?m? H—设计水头?m?

?—阀门全开时，输水系统流量系数，可取0.6~0.8 T—闸室灌水时间?s?

?—系数，??0.7时，??0.56 Kv—取0.6~0.8 g—重力加速度 ??2?210?23?5?24.0m2

0.7?7?60?2?9.8?1??1?0.56??0.7?????4.3.2 输水系统的阻力系数和流量系数

4.3.2.1 阻力系数

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（1）进口处：进口边缘未做成圆弧形，?en?0.5 （2）进口转弯处：?k??k'?90??0.4

式中：?k—廊道转弯阻力系数 ?—转角，取90?

?k'—系数，与廊道形状及转弯曲率半径有关，此处进口转弯位方形廊道

b?4m，R?4m

b—矩形廊道宽度?m? R—廊道轴线的曲率半径?m?

b4??0.5 查表得：?k'?0.4 2R2?4（3）出口转弯处：?k??k'?0.4（式中各符号意义同上） 90?b4 其中：??90? ??0.5 查表得：?k'?0.4

2R2?4'（4）圆锥形扩大：?pk???1??k??1????

2??' 式中：?pk—以扩大前的断面?1为计算断面的阻力系数

2 k—系数，与圆锥顶角?有关 ?1?4?4?16m2 r1? l1?

?2?4.5?5.2?23.4m2

23.4?14?2.73m ??2.26m r2????180??r???5.5?8.64m

12式中：?—转弯段的转角，取为90?

r—转弯段的曲率半径

tan?2'pk?r2?r12.73?2.26??0.0544，解得??6.23?，查规范得：k?0.140 l18.6422????1?16????k?1??0.140?1????0.014 ????23.4?2??- 13 -

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（5）出口处：?ex?1.0 出口为单叉孔出水

将各部分阻力系数转化为阀门处廊道断面的阻力系数（假设进口段廊道断面尺寸不变，出口处逐渐扩大）

??1??16??16??16??16??16???c???i?1??0.5??0.4??0.4??0.014??1???????????②???16161623.423.4??????????i?12??n222222?0.5?0.4?0.0065?0.47?1.374.3.2.2 流量系数

?1t??vn??'?? 考虑阀门全开时，?vn?0，对平面阀门，c??t?10?0.1?1.37?0.825

4.3.3 输水阀门开启时间（校核）

kr? tDW2gHv?P

L??c??? 式中：tv—输水阀门开启时间?s?

kr—系数，对锐缘平面阀门，取0.725 ?—输水阀门处廊道断面面积?m2? H—设计水头?m? g—重力加速度?m/s2?

?c—初始水位的闸室横断面面积?m2? ?c??17?9.5??23?172.5m2

?—船舶、船队浸水横断面面积?m2? ??10.6?2?2.2?0.85?39.64?m2? D—波浪力系数，取1.0

W—船舶、船队排水量?t? W?1.2?1000?1200t

PL—允许系缆力的纵向水平分力?KN? 查表得：PL?32KN

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?'?0.1

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tv?0.725?32?1?1200?2?9.8?5?114.3s 取120s

32??115?39.64?4.3.4 闸室输水时间（校核公式）

T?2CH??1???tv

??2g 式中：T—闸室输水时间?s?

C—计算闸室水域面积，对单级船闸取闸室水域面积；对多级船闸中间级，取闸室水域面积的一半 H—设计水头?m?

?—阀门全开时输水系统的流量系数，可取0.6~0.8 ?—输水阀门处廊道断面面积m2 ?—系数，可按表3.3.2选用，取0.53 tv—阀门开启时间?s? g—重力加速度m/s2 T?2?210?23?5??1?0.53??120?274.2s 取280s，满足要求

0.7?32?2?9.8????4.3.5 通过能力校核

T1'?T1??7?4.57??41.35??7?4.57??38.92min T2'?T2??T?4.57??87.9??7?4.57??85.47min

1?'T2'?T1??? T????2?2?'1?1??38.92??85.47??40.8min 2?2? n'???60T'?21.5?60?31.6＞30.2 因此，通过能力满足要求 40.84.3.6 船舶、船队在闸室内的停泊条件可按下列公式核算

P1?PL 灌水时：P1?PB?kr?DW2gH

tv??c???- 15 -

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空箱2：?4.8?6.3??21.5?14.5??25??5292KN 空箱3：?5?6.3??21.5?14.5??25??5512.5KN 门槽：?0.6?1.2??21.5?9.5??25??216KN

第三段自重：20502?38759.5?5111.4?1220.6?5292?5512.5?216?41909KN 以下，将计算结果列成表格：

下闸首自重计算表

第一段

自重对边墩内侧编号 部位 自重力〔KN〕 自重对下游端面的矩 的矩 1 底板 5508.0 29.3 161109.0 32080.2 边墩 7209.0 29.3 210863.3 4.45 05 3 门槽 -216.0 29.5 -6372.0 0.30 -64.80 -5731.14 空箱 -1069.3 28.6 -30527.1 5.36 8 合计 11431.8 335073.2 第二段

自重对边墩内侧编号 部位 自重力〔KN〕 自重对下游端面的矩 的矩 1 底板 22185.0 20.7 458120.3 1187782 边墩 33458.8 20.7 690923.2 3.55 .56 26284.07 - 21 -

刘老涧二线船闸工程设计

-17739.3 廊道 -5068.4 20.7 -104661.4 3.5 23 -13723.4 空箱1 -3865.8 25.6 -98769.9 3.55 41 -7795.85 空箱2 -2196.0 19.4 -42602.4 3.55 0 -12993.6 空箱3 -3660.0 19.4 -71004.0 3.55 00 -6550.67 空箱4 -1845.3 14.5 -26756.1 3.55 4 合计 39008.4 805249.6 第三段

自重对边墩内侧编号 部位 自重力〔KN〕 自重对下游端面的矩 的矩 1 底板 20502 6.7 137363.4 1724792 边墩 38759.5 6.7 259688.65 4.45 .78 -27345.3 廊道 -5111.4 8.05 -41146.77 5.35 99 -6530.24 空箱1 -1220.6 12.9 -15745.74 5.35 1 5

59976.49 空箱2 -5292 9 - 22 -

-47628 4.55 -24078.港口航道与海岸工程专业毕业设计

60 -25081.6 空箱3 -5512.5 3.3 -18191.25 4.55 88 7 门槽 合计 -216 41909 1.1 -237.6 274102.69 0.3 -64.80 89378.30 注：以上为闸首一半自重

下闸首自重计算主要结果汇总表

自重对下游自重对边墩一侧边墩自编号 自重 端面的矩 第一段 第二段 第三段 求和 11431.8 39008.4 41909.0 92349.2 335073.2 805249.6 274102.7 1414425.4 内侧的矩 26284.1 59976.5 89378.3 175638.9 重 5923.8 16823.4 21407.0 44154.2 5508.0 22185.0 20502.0 48195.0 半底板自重 注：以上为半闸首自重

5.1.2 下闸首水重

下闸首水重包括廊道水重以及底板水重，分段计算。 第一段：门前段，长2.7m

23底板水重：?2.7??20?9.5??10?3570.75KN

2第二段：门龛段，长14.5m

底板水重：14.5?13.3??20?8.5??10?22177.75KN 边墩水重：5068.35/2.5?2027.34KN 第三段：门后段，长13.4m

23底板水重：?13.4??20?9??10?16951KN

2- 23 -

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边墩水重：5111.4/2.5?2044.56KN

水重计算重要结果汇总表

水重对下游端面编号 边墩水重 底板水重 水重 的矩 第一段 第二段 第三段 合计 2027.3 2044.6 4071.9 3570.8 22177.8 9246.0 34994.5 3570.8 24205.1 11290.6 39066.4 104444.4 498314.6 77282.4 680041.4 注：以上为闸首一半水重

5.1.3 土压力计算

作用于闸首边墩上平行于船闸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

???d?1?32％??14.5?1?32％??19.14KN/m3，则地下水位以下土的重度为9.14KN/m3。土体内摩擦角??25????Ka?tan2?45????0.406，主动土压力压缩系数，静止土压力系数2??k0?0.406?1.35?0.548,地面活荷载4.0Kpa，排水管坡度取为1：200，闸室长210m，下闸首长30.6m，出口高程15m，则进口高程为16.203m。 5.1.3.1 下闸首下游面土压力及力矩计算

下闸首下游端面地下水位高15m，下闸首下游端面宽7.9m 分层计算：第一层高度h1?21.5?15?6.5m

?h1?19.14?6.5?124.41Kpa

11第一层单宽土压力k0?h12??0.548?124.41?6.5?221.57KN

22第一层宽度7.9m，第一层总土压力221.57?7.9?1750.4KN

第一层土对下游端面的矩：

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1?1???1750.4??h2?h1??1750.4??9.5??6.5??20421.3KN?m

3?3???第二层（左边）高度：h2?15?5.5?9.5m

第二层（左边）单宽土压力k0?h1h2?0.548?124.41?9.5?647.68KN 第二层（左边）宽7.9m，第二层左边总土压力647.68?7.9?5116.67KN 第二层（左边）土压力对下游端面的矩： 116116.67?h2?5116.67??9.5?24304.2KN?m

22第二层（右边）高度：h2?15?5.5?9.5m

112第二层（右边）单宽土压力k0?'h2??0.548?9.14?9.52?226.02KN

22第二层（右边）宽7.9m，总土压力226.02?7.9?1785.6KN

第二层（右边）总土压力对下游端面的矩：

111785.6?h2?1785.6??9.5?5654.4KN?m

33

下闸首下游端面土压力计算结果汇总表

分层总土压高度 分层 （m) (KN/m) (m) (KN) 面的矩 第一层 第二层（左） 第二层（右） 6.5 9.5 9.5 221.57 647.68 226.02 7.9 7.9 7.9 1750.4 5116.67 1758.6 20421.3 24304.2 5654.4 单宽土压力 宽度 总土压力 力对下游端下闸首下游端面（一半）土压力对下游端面的矩：

M?20421.3?24304.2?5654.4?50379.9KN?m

5.1.3.2 下闸首上游面土压力及力矩计算

下闸首上游端面地下水位高15.15m，下闸首上游端面宽7.9m 分层计算：第一层高度h1?21.5?15.15?6.35m

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?h1?19.14?6.35?121.54Kpa

11第一层单宽土压力k0?h12??0.548?121.54?6.35?211.47KN

22第一层宽度7.9m，总土压力211.47?7.9?1670.6KN

第一层土对下游端面的矩：

1?1???1670.6??h2?h1??1670.6??9.65??6.35??19657.4KN?m

3?3???第二层（左边）高度h2?15.15?5.5?9.65m

第二层（左边）单宽土压力k0?h1h2?0.548?121.54?9.65?642.73KN 第二层（左边）宽度7.9m，总土压力642.73?7.9?5077.57KN 第二层土压力对下游端面的矩： 115077.57?h2?5077.57??9.65?24499.3KN?m

22第二层（右边）高度h2?15.15?5.5?9.65m

112第二层（右边）单宽土压力k0?'h2??0.548?9.14?9.652?233.21KN

22第二层（右边）宽7.9m，总土压力233.21?7.9?1842.4KN

第二层（右边）土压力对下游端面的矩：

111842.4??h2?1842.1??9.65?5926.4KN?m

33

下闸首下游端面土压力计算结果汇总表

分层总土压高度 分层 （m) (KN/m) (m) (KN) 面的矩 第一层 第二层（左） 第二层（右） 6.35 9.65 9.65 211.47 321.36 233.21 7.9 7.9 7.9 1670.6 2538.7 1842.4 19657.4 24499.3 5926.4 单宽土压力 宽度 总土压力 力对下游端下闸首上游端面（一半）土压力对下游端面的矩：

M?19657.4?24499.3?5926.4?50083.1KN?m

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5.1.3.3 下闸首墙后土压力计算

第一段：墙后水位高15.15m，下闸首第一段宽2.7m

第一层：高度h1?21.5?15.15?6.35m，中和轴高程7.5m

?h1?19.14?6.35?121.539Kpa

11单宽土压力k0?h12??0.548?121.539?6.35?211.47KN

22单宽土压力合力作用点距底板中和轴的距离：1h1?15.15?7.5?9.77m 3单宽土压力对底板中和轴的矩：211.47?9.77?2066.1KN?m

第二层（左边）：高度h2?15.15?5.5?9.65m，中和轴高程7.5m 单宽土压力：k0?h1h2?0.548?121.539?9.65?642.72KN

1单宽土压力合力作用点距底板中和轴的距离：h2?5.5?7.5?2.825m

2单宽土压力对底板中和轴的矩：642.72?2.825?1815.7KN?m

第二层（右边）：高度h2?15.15?5.5?9.65m，中和轴高程7.5m

112??0.548?88.201?9.65?233.21KN 单宽土压力：k0?'h2221单宽土压力合力作用点距底板中和轴的距离：h2?5.5?7.5?1.217m

3单宽土压力对底板中和轴的矩：233.21?1.217?283.8KN?m

第一段单宽土压力对底板中和轴的矩：2066.1?1815.7?283.8?4165.6KN?m 第二段：墙后水位高15.103m，下闸首第二段宽14.5m

第一层：高度h1?21.5?15.103?6.397m，中和轴高程7.22m

?h1?19.14?6.397?122.439Kpa

11单宽土压力：k0?h12??0.548?122.439?6.397?214.61KN

22单宽土压力合力作用点距底板中和轴的距离：1h1?15.103?7.22?10.015m 3214.61?10.015?2149.3KN?m 单宽土压力对底板中和轴的矩：

第二层（左边）：高度h2?15.103?5.5?9.603m，中和轴高程7.22m

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单宽土压力：k0?h1h2?0.548?122.439?9.603?644.33KN

1单宽土压力合力作用点距底板中和轴的距离：h2?5.5?7.22?3.0815m

2单宽土压力对底板中和轴的矩：644.33?3.0815?1985.5KN?m

第二层（右边）：高度h2?15.103?5.5?9.603m，中和轴高程7.22m

112单宽土压力：k0?'h2??0.548?87.77?9.603?230.9KN

221单宽土压力合力作用点距底板中和轴的距离：h2?5.5?7.22?1.481m

3单宽土压力对底板中和轴的矩：230.9?1.481?342.0KN?m

第二段单宽土压力对底板中和轴的矩：2149.3?1985.5?342.0?4476.8KN?m 第三段：墙后水位高15.034m，下闸首第二段宽13.4m

第一层：高度h1?21.5?15.034?6.466m，中和轴高程7.32m

?h1?19.14?6.466?123.759Kpa

11单宽土压力：k0?h12??0.548?123.759?6.466?219.26KN

22单宽土压力合力作用点距底板中和轴的距离：1h1?15.034?7.32?9.869m 3单宽土压力对底板中和轴的矩：219.26?9.869?2163.9KN?m

第二层（左边）：高度h2?15.034?5.5?9.534m，中和轴高程7.32m 单宽土压力：k0?h1h2?0.548?12.759?9.534?646.60KN

1单宽土压力合力作用点距底板中和轴的距离：h2?5.5?7.32?2.947m

2单宽土压力对底板中和轴的矩：646.60?2.947?1905.5KN?m

第二层（右边）：高度h2?15.034?5.5?9.534m，中和轴高程7.32m

112??0.548?87.14?9.534?227.6KN 单宽土压力：k0?'h2221单宽土压力合力作用点距底板中和轴的距离：h2?5.5?7.32?1.358m

3单宽土压力对底板中和轴的矩：227.6?1.358?309.1KN?m

第三段单宽土压力对底板中和轴的矩：

2205.5?2028.4?309.1?4543.0KN?m

墙后土压力计算结果汇总表

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结构段 分段单宽土压力 分段单宽土压力对底板中和轴的矩 第一段 1087.4 第二段 1089.84 第三段 1093.46 4165.6 4476.8 4543.0 5.1.4 扬压力计算

作用于底板上的扬压力包括渗透压力和浮托力。 5.1.4.1 渗透压力计算

渗透压力计算图示

渗径长度：210?30.6?2?6.5?4?281.7m

4?30.61点处的渗透压力：P?10?5??6.14Kpa 1281.74?27.92点处的渗透压力：P2?10?5??5.66Kpa

281.74?13.43点处的渗透压力：P3?10?5??3.09Kpa

281.744点处的渗透压力：P4?10?5??0.71Kpa

281.7底板渗透压力：

1第一段：F渗1?2.7?40.8???6.14?5.66??649.94Kpa

21第二段：F渗2?14.5?40.8???5.66?3.09??2588.25Kpa

21第三段：F渗3?13.4?40.8???3.09?0.71??1038.77Kpa

25.1.4.2 浮托力计算

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刘老涧二线船闸工程设计

对于下闸首的浮托力，采用分段计算的方法 第一段地下水位高程15.54m

第一段浮托力：F浮1??gV1?1?103?9.8?2.7?40.8??15.15?5.5??10417.83KN 第二段浮托力：F浮2??gV2?1?103?9.8?14.5?40.8??15.103?5.5??55675.12KN 第三段浮托力：F浮3??gV3?1?103?9.8?13.4?40.8??15.034?5.5??51081.80KN 扬压力=浮托力+渗透力

第一段扬压力：F扬1?10417.83?649.94?11067.77KN 第二段扬压力：F扬2?55675.12?2588.25?58263.37KN 第三段扬压力：F扬3?51081.80?1038.77?52120.57KN

底板浮托力：P浮?F浮1?F浮2?F浮3?10417.83?55675.12?51081.80?117174.75KN 浮托力对下游端面的矩：M浮?117174.75?30.6?1792773.68KN?m 2底板渗透压力：P渗?P渗1?P渗2?P渗3?649.94?2588.25?1038.77?4276.96KN

2渗透压力对下游端面的矩：M渗?4276.96??30.6?87249.98KN?m

35.1.5 闸门阀门及其它设备重

5.1.5.1 人字门自重（单扇门自重）按下式计算 G?0.84h1.17l1.55

式中：h—门扇高度h?20.5?8.5?12m l—门扇长度l?13.68m

G?0.84?121.17?13.681.55?886.86KN，距下游端面13.8m，对下游端面的矩

MG?886.86?13.8?12238.67KN?m 5.1.5.2 阀门自重按下式计算 G??3~5?F0.86

式中：F—阀门面积F?4?4?16m2

G?4?160.86?43.41KN，距下游端面13.4m，对下游端面的矩

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港口航道与海岸工程专业毕业设计

M?43.41?13.4?581.69KN?m

5.1.5.3 启闭设备及控制室的自重计算

启闭设备及控制室的自重每侧边墩按1500KN考虑，距下游端面10m，对下游端面的矩

M?1500?10?15000KN?m

5.1.6 水压力

下闸首边墩水压力分为三段计算，分别是门前段，门龛段和支持段。 第一段墙后水位高h1?15.54?5.5?9.65m

11单宽水压力?h12??1?104?9.652?465.6KN

22第二段墙后水位高h2?15.103?5.5?9.603m

11单宽水压力?h12??1?104?9.6032?461.11KN

22第三段墙后水位高h3?15.034?5.5?9.534m

11墙后水压力计算图示 单宽水压力?h12??1?104?9.5342?454.5KN

22下闸首上游端面水位高hs?15.15?5.5?9.65m

11上闸首上游端面单宽水压力?hs2??104?9.652?465.6KN

22下闸首下游端面水位高hx?15?5.5?9.5m

11上闸首上游端面单宽水压力?hx2??104?9.52?451.3KN

22水压力计算结果汇总表

水压力对下部位 单宽水压力 宽度 总水压力 游端面的矩 第一段 下闸首边墩 第二段 第三段 下闸首上游端面 465.6 461.1 454.5 465.6 - 31 -

2.7 14.5 13.4 7.9

1257.1 6686.0 6090.3 3678.2 11831.5 刘老涧二线船闸工程设计

下闸首下游端面 451.3 7.9 3565.3 11290.1 5.1.7门推力

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15.0m，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12.45m，门扇轴线与闸室横轴线的夹角??22.5?，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：

122 P0??10??20?8.5???15?8.5??450KN

2P450?12.45闸门推力R???7320.02KN ?2sin?2sin22.5??纵向分力V?Rsin2??7320.02?sin45??5176.04KN 门推力计算图示 横向分力S?Rcos2??7320.02?cos45??5176.04KN

水压力合力距下闸首下游端面的距离：

11661.25??11.5?221.25??6.533L??4?8.62m

450门推力纵向分力对下游端面的矩：M?VL?5176.04?8.62?44617.46KN?m

5.2 稳定计算

5.2.1 抗滑稳定计算

作用于闸首上的荷载对称于船闸纵轴线，因此，对整体式闸首只需进行沿船闸纵轴线方向水平滑移稳定验算，可按下式计算： Kc?f??V?U??Et?Ep?H1?H2???E1?E2? Et?2KtEtan?

式中：Kc—抗滑稳定安全系数，取为1.3 f—闸首沿地基面的摩擦系数 ?V—作用于船闸的垂直力总和 U—作用于闸首底板的扬压力

Et—边墩背面与回填土之间的摩擦力，在粘性填土段可不计 Ep—作用于闸首下游端面埋深部分的抗力，土基可不计

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港口航道与海岸工程专业毕业设计

H1、H2—作用于闸首上、下游端面的水压力 E1、E2—作用于闸首上、下游端面的静止土压力 Kt—摩擦力折减系数，下闸首可取0.4 E—边墩背面的土压力

1 ?—回填土与边墩背面间的摩擦角，取?，?为土的内摩擦角

2下闸首自重：92349.15?2?184698.3KN

下闸首水重：39066.4?2?78132.8KN 闸门重：886.86?2?1773.72KN 阀门重：43.41?2?86.82KN

?V?184698.3?78132.8?1773.72?86.82?264691.6KN

作用于底板上的扬压力：11067.77?58263.37?52120.57?121451.71KN

H1包括作用于上游端面的水压力和门推力：

H1?3678.2?2?5176.04?2?11708.48KN

H2包涵作用于下游端面的水压力：H2?3565.3?2?7130.6KN

E1?8590.46?2?17180.92KN E2?8000.09?2?16000.18KN

Kc?0.35??264691.6?121451.71??4.26?1.3满足抗滑稳定要求 ?17708.48?7130.6???17180.92?16000.18?5.2.2 闸首抗倾稳定计算

K0?MR M0式中：MR—对下游端面的稳定力矩，由自重力矩，水重力矩，闸阀门及设备自重产生的力矩组成

M0—对下游端面的倾覆力矩，由上、下游端面土压力，水压力，扬压力以及闸门纵向推力产生的力矩组成

自重力矩：1414425.4?2?2828850.8KN?m 水重力矩：680041.4?2?1360082.8KN?m

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刘老涧二线船闸工程设计

闸阀门及设备重产生的力矩：

?12238.67?581.69?15000??2?55640.72KN?m

MR?2828850.8?1360082.8?55640.72?4244574.3KN?m

上游端面土压力矩M上?50083.1?2?100166.2KN?m 下游端面土压力矩M下??50379.9?2??100759.8KN?m 上游端面水压力矩：11831.5?2?23663KN?m 下游端面水压力矩：?11290.1?2??22580.2KN?m

扬压力产生的力矩：1792773.68?87249.98?1880023.66KN?m 门推力产生的力矩：44617.46?2?89234.92KN?m

M0?100166.2?100759.8?23663?22580.2?1880023.66?89234.92?1969747.78KN?mK0?MR4244574.3??2.15?1.5，满足抗倾稳定要求 M01969747.785.2.3 抗浮稳定计算

V U 式中：V—由闸首自重，水重，闸阀门及设备重组成

Kf? U—扬压力

V?92349.2?2?39066.4?2??886.86?43.41?1500??2?267691.7KN U?121451.71KN

V267691.7Kf???2.20?1.1，满足抗浮稳定要求

U121451.715.3 地基反力及承载力

作用在地基基础底边缘处的最大和最小压应力，按偏心受压公式进行计算。

max ?min?N?6e???1?? A?b? 式中：N—作用于闸首上外荷载合力的垂直分力 b—基础纵向长度，b?30.6m

A—基础面积，A?30.6?40.8?1248.48m2 e—合力偏心距

N?V?U?267691.7?121451.7?146240KN

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港口航道与海岸工程专业毕业设计

e?bMR?M030.64244574.3?1969747.78?????0.26m 2N2146240max?min?146240?6?0.26?123.1??1???111.2

1248.48?30.6??123.1?111.2?117.1Kpa，满足地基承载力要求

2?max??min2m??max123.1??1.11＜3，满足应力比的要求 ?min111.26 底板内力计算

6.1 底板的纵向分段及中和轴的确定

闸首底板沿纵向分为三段，其中门前段长l1?2.7m，门龛段长l2?14.5m，支持段长

l3?13.4m，总长30.6m。

由于闸首底板沿纵向厚度不同，为简化计算，每结构段底板厚度采用平均值，即按等代梁高进行计算，等代梁的截面惯性矩等于原结构段的横截面惯性矩。

6.1.1 第一段

门前段长2.7m，其底板厚度为9.5?5.5?4m 等代梁高4m，中和轴高程7.5m，

2.7?43Iz??14.4m4

126.1.2 第二段：门龛段长14.5m

中和轴距底面高度：

39?3??5.5?4?22y2??1.72m 9?3?5.5?4中和轴高程：5.5?1.72?7.22m

9?335.5?4314.5322Iz??9?3??7.22?7???5.5?4??7.5?7.22??h

121212解得：h?3.52，即等代梁高3.52m

6.1.3 第三段：支持段长13.4m

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