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1、港口航道工程学课程设计武汉大学水利水电学院2013/6/20指导教师：张劲松 田兴参010301580039 XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX
2、XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX作者：陈旭东学号：2010301580039东江水利枢纽通航建筑物初步设计港口航道工程学课程设计目 录1概述32基本资料32.1气象32.1.1气温32.1.2风速32.2水文32.2.1洪水32.2.2水位及其他高程42.2.3泥沙42.3地质42.4航运52.5枢纽工程其他资料63设计内容63.1枢纽中的船闸布置63.1.1船闸等级的确定63.1.2船闸布置方案比较论证63.1.3船闸各平面尺寸及高程的确定73.1.3.1各平面尺寸73.1.3.2各高程83.1.4船闸通航水位的确定103.1.5船闸通过
3、能力及耗水量103.1.5.1通过能力103.1.5.2耗水量113.1.6输水系统选型及廊道断面尺寸拟定123.1.6.1输水系统选择123.1.6.2输水廊道断面尺寸123.1.7引航道布置及尺寸123.1.8人字闸门尺寸拟定133.1.8.1门扇长度133.2船闸的稳定及结构设计143.2.1船闸闸首墙及闸室墙的结构形式143.2.2确定荷载及其组合163.2.2.1闸首墙荷载及其组合163.2.2.2闸室墙荷载及其组合193.2.3闸首墙尺寸拟定及稳定分析233.2.3.1闸首墙抗滑稳定性分析233.2.3.2闸首墙抗倾稳定性分析243.2.3.3闸首墙抗浮稳定性分析253.2.3.4
4、地基承载力分析253.2.4闸室墙尺寸拟定及稳定分析263.2.4.1闸室墙抗滑稳定性分析263.2.4.2闸室墙抗倾稳定性分析263.2.4.3闸室墙抗浮稳定性分析273.2.4.4地基承载力分析283.2.5衬砌墙计算283.2.5.1衬砌墙应力计算293.2.5.2锚筋计算294设计图304.1船闸平面图304.2船闸纵剖面布置图314.3船闸上、下闸首横剖面图314.4船闸闸室首横剖面图315参考文献321 概述广东省惠州东江水利枢纽工程位于东江下游惠城区河段的泗湄洲处，上距惠州市惠城区约9.4 km，下距博罗水文站3.3 km。坝址以上控制集水面积25325 km2，是以改善水环境为
5、主，结合发电，兼顾航运，并且有改善城市供水和农田灌溉条件，发展旅游等多项综合利用效益而兴建的水利枢纽工程。2 基本资料枢纽坝轴线位于泗湄洲洲头处，泗湄洲将河道分为左河汊和右河汊，主流位于右河汊。枢纽工程由拦河闸、电站、船闸等建筑物组成。右河汊的右侧布置船闸，紧靠船闸布置12孔拦河闸，右河汊的左侧布置电站；左河汊布置10孔拦河闸，左、右河汊之间（泗湄洲）连接为土坝。枢纽右岸为岩石基础的山坡，边坡约为13。主要资料如下：2.1 气象2.1.1 气温灌区属于亚热带气候，夏季78月常有高温出现，最高气温为38.2；冬季12月2月有霜冻，最低气温达2.4；多年平均气温为21.8，全年降雨集中在48月间。
6、年最大降雨量2722.8mm。2.1.2 风速洪水期多年平均最大风速为8.0 m/s，极端风速达32.5m/s。2.2 水文2.2.1 洪水洪水集中在49月，枢纽上游有枫树坝、新丰江、白盆珠三大水库削峰。现根据枢纽附近水水文站近三十年的观测资料整理出不同频率之洪峰流量如表1。各种频率与相应洪峰流量：频率0.20.330.512510%20流量1440013700130001197010910942082507300船闸枯水时停止通航（相应通航保证率=95）时，流量Q=600m3/s，相应下游水位为1.0m。电站停发流量Q=2800m3/s，相应上游水位为6.13m。10年一遇（P=10%）的洪
7、水闸前水位为12.01m，相应下游水位为11.79m。122.12.22.2.12.2.2 水位及其他高程电站建成后，拦河闸闸底板高程为3.2m，拦河闸闸顶高程17.30m，上游正常蓄水水位为10.5m。2.2.3 泥沙东江河道含沙量少，本次设计可不考虑泥沙问题。2.3 地质坝址区两岸阶地表层主要为第四系冲积层，由地质剖面图知在枢纽轴线位置的河槽范围以内，河床上部主要为第四系粉细砂、中粗砂、含砾粗砂、砂卵石层自上而下分布至基岩面，层厚约为1423m。基岩主要为燕山二期及燕山四期入侵岩，燕山二期入侵岩为二长花岗岩。靠近右岸为岩石基础，花岗岩，风化层23米。坝址地基土层力学参数表（见表1、表2）表
8、1 坝址区各岩土层主要力学指标建议值表层序号岩土层名称饱和快剪强度固结试验（饱和）变形模量泊松比地基承载力标准粘聚力内摩擦角压缩系数压缩模量CkPa（）MPa-1MPaMPakPa2-1粘土、粉质粘土13.216.10.394.9120160淤泥质粘土79.50.63.560902-2粉细沙、中细沙02830101201402-3含砾中粗砂03031161802002-4砂卵砾石层0343540350400全风化带20250.394.81280300强风化带150020000.30.35600800弱风化带500055000.230.2520002500表2 混凝土与基础摩擦系数建议值表项 目
9、摩擦系数粘聚力(MPa)混凝土/粘土、粉质粘土（2-1层）0.25混凝土/细中粗砂（2-2层）0.350.4混凝土/含砾中粗砂（2-3层）0.40.45混凝土/砂卵砾石层（2-4层）0.450.5混凝土/全风化带（）0.35混凝土/强风化带（）0.50.60.70.30.4混凝土/弱风化带（）0.60.81.00.60.7沿河一带由于河道常有水，故地下水位相对较稳定，一般在3.0米左右。填筑土料：工程填筑土料控制干密度 渗透系数：K=1.010-4cm/sC=15kPa=252.4 航运根据交通部、水利部、国家经贸委发1998659号和广东省政府粤府函1998270航道等级的批复，航道为IV级
10、航道。广东航道局提供的通航船队（只）尺度要求为：500t级船舶：（4549.9）m（1013）m（2.53）m（长宽吃水深度），船队（一顶一）尺度为109m10.8m1.6m（长宽吃水深度）；300t级船舶：（3545）m（7.510）m（1.52.5）m（长宽吃水深度）；100t级船舶：（2530）m（67.5）m（1.01.2）m（长宽吃水深度）。船舶的最大干舷高度取2.5m。2.5 枢纽工程其他资料本工程属I等工程，拦河水闸为2级建筑物，按照50年一遇（P=2%）洪水设计，200年一遇（P=0.5%）的洪水校核。因本次课设不涉及拦河闸的相关设计内容，其计算成果可直接引用：（1）上游正常蓄
11、水位10.5m；（2）上游设计洪水位13.91m；（3）上游校核洪水位15.29m；（4）综合确定最终的拦河闸闸顶高程为17.3m。3 设计内容3.1 枢纽中的船闸布置3.1.1 船闸等级的确定根据交通部、水利部、国家经贸委发1998659号和广东省政府粤府函1998270航道等级的批复，航道为IV级航道。该航道设计最大船舶吨位为500t，故设船闸级别为IV级。3.1.2 船闸布置方案比较论证船闸的总体布置，必须保证船舶、船队在通航期内安全通畅过闸，并有利于运行管理和检修。因而船闸宜布置在在地形、地质条件较好，且顺直、稳定、开阔的河段。东江枢纽坝轴线位于泗湄洲洲头处，泗湄洲将河道分为左河汊和右
12、河汊，枢纽所在河道右汊为主汊，水深较大，在枯水期时能更好地满足通航要求，左河汊为支流，河道较窄，且泥沙淤积较多，不满足通航要求。并且，船闸宜临岸布置，并且不宜布置在拦河闸与电站之间，以避免泄水对通航条件造成不良影响。另外，右岸拥有修建船闸所要具备的良好地形地质条件，右岸山体可提供石料及混凝土部分骨料，故将船闸布置在右河汊的右侧较为合理。为防止枢纽下泄水流对船闸通航条件造成影响，应将船闸布置在右河汊右侧靠岸位置且在上游闸首设在洲头附近。船闸与泄水闸必须有足够长度隔流堤或隔流墙。船闸的平面布置类型，在纵轴上分为单线、多线船闸；按并列的闸室数分类分为单线船闸和多线船闸。设计规范规定，船闸线数主要根据
13、航道设计水平年的运输要求确定；船闸级数应综合考虑水头、地形、地质、水源、水力学等自然和技术条件进行技术经济分析比较确定。由于本船闸级别为IV级，设计水平年的运输要求不高，客运、旅游船只也很少，可常用单线船闸，能够满足航运的要求。船闸总体设计规范建议船闸优先采用单级船闸，可按下列情况确定：（1）水头40m，采用两级或多级船闸。该河段处水头不超过30m，故采用单级船闸即可。因而该船闸设为单线单级。3.1.3 船闸各平面尺寸及高程的确定3.1.3.1 各平面尺寸1. 闸室有效长度：闸室有效长度LX为从下闸首门龛或防撞设置的上游边缘到上闸首门龛或帷墙下游边缘的长度，根据船闸总体设计规范 ，船闸闸室有效长度不应小于按式计算的长度，并取整数：式中闸室有效长度（m）；设计船队、船舶计算长度（m），当一闸次只有一个船队或一艘船舶单列过闸时，为设计最大船队、船舶的长度；当一闸次有两个或多个船队船舶纵向排列过闸时，则为各设计最大船队、船舶长度之和加上各船队、船舶间的停泊间隔长度；富裕长度（m），顶推船队；拖带船队；机动驳和其他船舶。取设计船舶500t级的船队，且船队为一顶一顶推船队，其尺度为109m10.8m1.6m（长宽吃水深度），即， ，代入式中得到：Lx=Lc+Lf=109+0.06109+2=117.
