渠江富流滩船闸输水系统施工组织设计说明书

港口航道与海岸工程专业毕业设计

前 言

随着当前社会经济的发展，渠江流域经济也有了很大的发展。产业结构的变化，工农业及其他产业的发展，社会对交通运输系统提出了新的要求。同时为充分利用水资源，节约不可再生资源，缓解电力供不应求的矛盾，完善渠江梯级开发也是迫在眉睫的重大项目。渠江梯级开发不仅有利于航运事业的发展，同时可以满足岳池县工农业发展的用电需求，并促进当地灌溉农业的发展。 一、航运现状

渠江具有悠远的通航历史，历来是川东北的交通运输干线，广安和达州地区对外物质交流的重要通道之一。

交通部门非常重视渠江的水运发展，从60年代开始，按照四级航道标准，先后建成舵石鼓船闸，渠江干流建成南洋滩、凉滩和四九滩船闸，渠化支流18公里，渠化干流127公里，较大地改善了渠江三汇镇至广安航道的航行条件。枯水航道尺度为1.8×45×400（水深×航道宽度×弯曲半径），可通航500吨级船舶。其余173公里自然航道，经过多年的整治和维护，枯水期航道尺度为0.8×10×100米，枯水期通航10～30吨级船舶，中洪水期能通航30～120吨级船舶。自1976年以来由于航运建设资金不足，部分滩险的整治建筑物和设施水毁后不能修复，同时又受已建电站调峰和上游用水的影响，自然航道段时有枯水期航道尺度不能达到0.8×10×100米的要求，船舶航行较为困难。加之公路和铁路的兴建，长途运输货运分流比发生较大变化，致使渠江航运形成矿建材料和煤炭的区间运输及客运的短途运输现状。1994年货运量145.79万吨，货运周转量357915吨—公里；客运量537.9万人，客运周转量4075万人次。1997年货运量212.37万吨，货运周转量3815万吨—公里；客运量401.5万人，客运周转量3280万人次。 二、设计的目的、意义

渠江流域内森林面积广，矿产资源丰富。丰富的矿产资源为该地区经济发展提供了良好的条件，也为水运提出了一定的要求。

富流滩电航工程是岳池县唯一有开发价值的水利资源。岳池县幅员面积1457平方公里，97年统计全县人口109.48万人，其中农业人口101万人。该县是四川农业大县，盛产水稻，历史上有“银岳池”的美称。根据《岳池县国民经济和社会发展“九五”计划和2010年远景目标纲要》（草案），2000年国内生产总值17.88亿元，工农业总产值27.94亿元，其中工业总产值18.10亿元，农业总产值9.84亿元。

富流滩腹地包括达州地区、华蓥市和广安地区等一市二地区所属十七个县市（区）。

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：渠江富流滩船闸输水系统设计

腹地水路交通方便，基本形成以铁路、公路和水路等运输方式组成的交通网络。但山区公路标准低、路况差、通过能力小，铁路运力紧张，水运没有充分发挥作用，因此交通运输已成为制约腹地经济发展的重要因素之一。

渠江梯级开发的逐步完善，对广安地区电网的形成，缓解岳池县电力供需矛盾，改善供电质量，促进区域经济的发展将起到重要的作用。同时，库区形成形成较广的水域，淹没浅滩，改善库区航道，沟通上下游航运的联系，为实现渠江全线渠化，促进水运事业的发展，以及城镇和工农业用水提供良好的条件。富流滩船闸作为沟通渠江、嘉陵江和长江的联系，将会发挥更大的作用。

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第1章 设计资料

1.1富流滩电航工程概况

富流滩电航工程位于四川省广安地区岳池县罗渡镇渠江干流的富流滩。该枢纽是渠江干流梯级开发规划中的第五个梯级,上距四九滩电站57公里,下距罗渡镇1.0公里,距渠江出口渠河咀90公里,距嘉陵江花滩子电站95公里。富流滩电航工程上游正常挡水位213.80米，水库回水与四九滩电站尾水相衔接，下游花滩子电站正常挡水位与富流滩或四九滩电站尾水相衔接。

富流滩电站是岳池县境内唯一有开发价值的水利资源。为了满足岳池县工农业发展用电的需求，完善渠江干流的渠化阶梯，改善57公里河道的航行条件，沟通上下游航运的联系，促进航运事业的发展，以及为城镇和工农业用水提供良好的条件，因此拟建设富流滩电航工程。

1.2自然条件及航运现状

1.2.1河流概况

渠江位于四川省盆地东北部边缘地区，是嘉陵江左岸的最大支流，省内六大水系之一。渠江水系发源于巴山南麓，上源为州河和巴河水系，在渠县三汇镇汇合后称为渠江。干流经渠县、广安等县在重庆合川市上游8.0公里的渠河咀注入嘉陵江，全长300公里。流域内大小支流34条，河流总长3700公里。 1.2.2气象

渠江流域位属四川盆地亚热带湿润气候区，具有冬春干旱少雨，秋季阴雨连绵的特点。多年平均气温17℃；历年极端最高气温38.9℃；极端最低气温-3.8℃。多年平均降雨量1019.6毫米。日最大降雨量为168.5毫米，每年5～10月的降雨量占全年的86.2％。 1.2.3水文

船闸工程所需的水文资料，取用于省水利院根据罗渡水文站1954～1996年资料的计算分析成果，资料可靠，代表性好。流域内河流洪水来自暴雨。渠江干流洪水主要来源于巴河，其次为洲河和区间来水，洪峰流量依次向下游递增，具有峰高量大，发生频繁的特点。

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多年平均流量724M3/s ，多年平均径流量228亿立方米。丰水期在每年的5～10月水量占全年的86.2％，枯水期在每年的11月至次年4月，水量占全年的13.8％。洪水过程多为复峰，洪水历时一般3～5天。

渠江泥沙主要来自上游。多年平均输沙量2951万吨，年最小输沙量360万吨，年最大输沙量6690万吨。 1.2.4地质地貌特征

渠江流域属于丘陵地形，地貌。受岩性控制较为明显，砂岩多呈陡坎，砂质粘土岩呈缓坡地形或平台，山脊不明显，主要为馒头山或方山。坝区位于罗渡背斜南翼，地质构造简单，岩层平缓，无断裂及次级褶曲存在。区内无构造断裂变动，河床基岩完整，未见断裂破碎现象。无地震构造影响。 1.2.5航运现状

渠江具有悠远的通航历史，历来是川东北的交通运输干线，广安和达州地区对外物质交流的重要通道之一。主流航道，枯水期航道尺度为1.8×45×400米，可通航500吨级船舶。其余173公里自然航道，枯水期能通航10～30吨级船舶，中洪水期能通航30～120吨级船舶。通航状况受限，加之公路和铁路的兴建，致使渠江航运形成矿建材料和煤炭的区间运输及客运的短途运输现状。

1994年货运量145.75万吨，货运周转量357915吨／公里，客运量537.9万人，客运周转量4075万人次。1997年货运量212.37万吨，货运周转量3815万吨／公里。客运量401.05万人，客运周转量3280万人次。

1.3货运量预测

渠江腹地属亚热带季风气候，气候温和，雨量充沛，自然资源丰富，农业比较发达，是四川重点粮棉产区之一。

流域内森林面积广，矿产资源丰富。丰富的矿产资源将为该地区经济发展提供良好的条件，也为水运提供了充足的货源。随着腹地产业结构的变化，工农业及其他产业的发展，为交通运输提供了大量的货源。

随着腹地产业结构的变化，工农业及其他产业的发展，渠江梯级开发的逐步完善，为大宗货物流通创造了良好的条件。富流滩船闸作为沟通渠江、嘉陵江和长江的联系，将会发挥重要作用。

腹地水陆交通方便，基本形成以铁路，公路和水运等运输方式组成的交通运输网

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络。但山区公路标准低，路况差，通过能力小，铁路运力紧张，水运没有充分发挥作用，因此交通运输已成为制约腹地经济发展的重要因素之一。随着襄渝铁路进入四川境内后沿线主要城市均于其连接，对本地区的物资交流起着重要的作用。

完成渠化的渠江将成为我国第一条四级航道的渠化河流，为沟通嘉陵江和长江水系的联系，促进腹地经济的发展将发挥更大作用。

主要的货运为大宗货物煤、铁、粮食、木材、石油及土特产品等通过水运运往重庆、南充及长江各地，因此下行货运密度大于上行密度，约占70％左右。货运量预测见下表1.1。

渠江客货运量预测表 表1.1 1990年实际 运量 438.64 652.02 周转量 3684.57 6183.61 1994实际 运量 145.75 537.91 周转量 3597.15 4128.94 2000年 运量 232.94 617.72 周转量 5724.31 5020.2 2020年 运量 507.27 944.46 周转量 10814.12 24995.51 货运 客运 注：1.货运量（吨），货运周转量（吨—公里）；客运量（万人），客运周转量（万人次）。 2.2000年运量按年均递增率10％计算，2000～2020年年均递增率5.9％

远期过闸运量按设计水平年15年计算，2015年为439.25万吨/年；设计水平年按20年计算，2020年为507.27万吨/年。

1.4 其他设计资料

1.4.1特征水位

船闸设计通航水位表 表1.2

水位名称 枢纽正常挡水位 上游最高通航水位 下游最高通航水位 上游最低通航水位 下游最低通航水位 上游检修水位 下游检修水位 上坝趾水位（米） 213.80 218.05 214.40 212.40 200.72 213.80 202.72 下坝址水(米) 231.80 218.01 214.30 212.30 200.47 213.80 202.47 备注 洪水频率P＝80％ 洪水频率P＝80％ 最低运行水位降1.0米 低水保证率98％ 上游正常挡水位 相当于低水保证率85％水位

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上游正常挡水位213.80m，上游最高通航水位218.05m，上有检修水位213.80m，下游检修水位202.72m。单级船闸上、下工作闸门门顶高程应相等。

上、下闸门门顶高程＝上游最高通航水位218.05m + 超高1.00m＝219.05m 上游检修闸门门顶高程＝上游检修水位213.80m + 超高0.70m＝214.50m 下游检修闸门门顶高程＝下游检修水位202.72m + 超高0.70m＝203.42m 2、闸首墙顶、槛底高程

闸首墙顶高程应根据闸门门顶高程和结构布置要求确定。现拟采用人字闸门，考虑人字门顶枢的构造和布置要求，上下闸首槛底高程分别取上下游设计最低通航水位减船闸门槛水深（3.0m）。

上下闸首墙顶高程＝工作闸门顶高程219.05m + 0.65m＝219.70m 上闸首槛底高程＝上游最低通航水位212.40m–3.00m＝209.40m 下闸首槛底高程＝下游最低通航水位200.72m–3.00m＝197.72m 3、闸室墙顶及底板高程高程

闸室墙顶高程应为上游设计最高通航水位加超高，根据《船闸总体设计规范》（JTJ305－2001）第4.2.6条，超高取值不小于设计过闸船队（舶）空载时的最大干弦高度，根据设计资料取超高为1.65m。故闸室墙顶高程与闸首墙顶高程一致，为219.70m 。闸室底板顶高程取下闸首门槛高程，即为197.72m 。 3、引航道底高程及墙顶高程

根据《船闸总体设计规范》（JTJ305－2001）第4.2.8条，上下引航道墙顶高程和靠船建筑物的顶高程由上下游设计最高通航水位加超高（不应小于空载时的最大干弦高度，现取1.65m）来确定。上下引航道和口门区连接段的底部高程应为上下游设计最低通航水位减去引航道设计最小水深（3.0m）。故，

上引航道墙顶高程＝上游最高通航水位218.05m + 超高1.65m＝219.70m 下引航道墙顶高程＝下游最高通航水位214.40m + 超高1.65m＝216.05m 上下引航道靠船建筑物的顶部高程分别取219.70m和216.05m。

上引航道底高程＝上游最低通航水位212.40m－最小水深3.00m＝209.40m 下引航道底高程＝下游最低通航水位200.72m－最小水深3.00m＝197.72m

2.5 船闸通过能力和船舶过闸时间

船闸的通过能力是指每年通过船闸的船舶总数或货物的吨数，前者为过船能力，

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后者为过货能力。由于过闸船舶包括货船、客船、工作船、服务船以及其他类型的船舶，而且在货船中又有满载船、非满载船和空船的区别，因此过船能力相同的船闸，通过货物的数量并不完全相同。在一般情况下，船闸的通过能力是指设计水平年期限内，每年自两个方向（上、下行）通过船闸的货物总吨数，即年过闸货运量。 2.5.1计算过闸时间

根据《船闸总体设计规范》（JTJ305－2001）第6.1.9条，单级船闸一次过闸时间可按下式计算： 单向过闸：

T1?4t1?t2?2t3?t4?2t5

双向过闸：

''T2?4t1?2t2?2t3?2t4?t5

式中：

； T2双向一次过闸时间（min）； T1单向一次过闸时间（min）

； t2单向进闸时间（min）； t1闸门开（关）时间（min）

； t4单向出闸时间（min）； t3灌（泄）水时间（min）

'； t2双向进闸时间（min）； t5船队进出闸间隔时间（min）'双向出闸时间（min）。 t4实际上，由于上行于下行船舶（队）很难保证到达船闸的均匀性，在设计中采用船舶（队）单向过闸与双向过闸所需时间的平均值来计算昼夜过闸次数，计算过闸时间取为

T?T1(T1?2) 22根据《船闸总体设计规范》（JTJ305－2001）第6.1.5条，计算各时间参数和一次过闸时间T，

取t1=1.5 min（船闸口门宽度小于16米）

l(1??1)170?(1?0.4)t2?c??7.93min

0.5?600.5?60取t3=10 min

lc(1??1')170?(1?0.2)t4???4.86min

0.7?600.7?60取t5=0 min（一闸只过一个船队）

l(1??2)?l1?l2170?(1?0.2)?160?315''t2?t4?c??16.2min0.7?600.7?60 T1?4t1?t2?2t3?t4?2t5?4?1.5?7.93?2?10?4.68?2?0?38.79min

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''T2?4t1?2t2?2t3?2t4?t5?4?1.5?2?16.2?2?10?2?16.2?2?0?90.80min

T1190.80T?(T1?2)?(38.79?)?42.01min

2222取T= 43min。

2.5.2计算船闸年通过能力P

根据《船闸总体设计规范》（JTJ305－2001）第6.1.18条，年货运通过能力用下式计算P

NG? P?(n?n0)?n船闸每昼夜过闸次数，n???60T?22?60?30.69 取30次 43?船闸日平均工作时间，取22 h；

n0每昼夜非运货船过闸次数；

N船闸每年通航天数，取350天；

G一次过闸平均吨位，近期取G=525吨/次，远期取G=1050吨/次；

?船舶装载系数，与货物种类、流向和批量有关，取0.7；

P运量不均匀系数，取1.3。

350?525?0.7?2572500t ，取为275.25万吨

1.3350?1050?0.7?514500t ，取为514.50万吨 近期P2?(30?4)1.3近期P1?(30?4)通过以上分析与计算可知，设计船闸每天工作22小时，近期年通过能力275.2万吨大于近期过闸货运量232.94万吨的要求，远期年通过能力514.50万吨大于远期货运量507.27万吨的要求，即年通过能力满足设计水平年的货运要求。

2.6 船闸耗水

船闸的耗水量是船闸的一项重要技术经济指标，以通过每吨货物的单位耗水量来衡量。船闸耗水量包括过闸用水与闸、阀门漏水两部分。 1、一次过闸耗水量

单级船闸单向一次过闸耗水量（忽略船队排水量）

VO1?L'cBcH0?182?12?13.08?28566.72m3

式中：

L'c— 闸室水域长度 ( m )，取182 m；

Bc— 闸室的有效宽度；

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H0— 船闸的计算水头，取设计水头13.08m。

单级船闸双向过闸时，上下两个方向各通过一个船队（只）完成一次循环操作，只需灌泄水一次，故双向一次过闸的用水量为单向一次过闸用水量的一半，即

1VO2?VO1

2故一次过闸用水量应采用单、双向过闸的平均值，即

V1VO?(VO1?O2)＝0.75VO1＝21425.04 m3

222、闸、阀门漏水量

闸、阀门漏水两g(m3/s)按下式估算

3g?ue?102.69?0.0025?0.26m/s

式中：

按《船闸总体设计规范》（JTJ305－2001）第6.2.1e— 1m长止水线上的渗漏损失。

条，当水头H > 10m时,取e=0.002～0.003m3/(s?m)，现取e=0.0025m3/(s?m)

3+7.25×2+（2.8+3.1）×2×2＝102.9 m u— 1闸、阀门边沿止水的长度。u＝21.53×故船闸的平均耗水量为

Q?nV0?g86400

30?21425.04??0.26?7.70m3/s86400

2.7 确定船闸在枢纽中的位置

船闸的总体布置是一个十分重要的，关系到船闸能否安全畅通及保证良好运行条件的问题。

1、船闸平面型式的选择

富流滩船闸年通过能力较大，因此船闸平面形状采用闸首口门宽度与闸室宽度相等的等宽船船闸。

船闸引航道平面布置型式根据工程所在位置的地形、地质条件、航运要求及船舶通过罗渡大桥等因素，采用对称式。

鉴于富流滩河床宽度较大而且顺直的情况，把船闸与拦河坝、泄水建筑物及电站并列布置，即采用闸坝并列方式。这种布置方式的优点是占地面积小，开挖工程量小，同时可与其他建筑物在同一围堰内施工；对于船闸闸室与坝轴线相对位置，根据工程量、闸室结构和承受水压力等方面的比较，采取船闸突出于坝轴线下游的布置方式。

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2、导航建筑物和靠船建筑物的布置

为引导船舶从水域宽度较大的引航道安全畅通的进入宽度较小的较窄的船闸，在闸首两侧引航道的导航段内布设导航建筑物。主导航建筑物位于左岸，总长160米，其中上游采用透空式的透水墙结构，下游采用实体重力式结构；

为减小船舶撞击力，主、辅导航建筑物弧线半径均采用较大值，主、辅导航建筑物的弧半径分别为520 m和72 m。

导航及靠船建筑物的布置如下图2.3

R=520m靠船建筑物物主导航建筑35m船闸及引航道轴线辅导航建筑物R=75

图2. 3 导航及靠船建筑物的布置

靠船建筑物m

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第3章 船闸输水系统的设计

船闸输水系统是完成闸室灌泄水的主要设备，它包括进水口，输水廊道及输水阀门、出水口和消能设备等部分。输水系统是船闸的重要组成部分之一，直接关系到过闸船舶的通过能力及船闸的工程投资。

3.1 输水系统的选择

输水系统的型式可分为集中输水系统和分散输水系统两大类型，根据《船闸输水系统设计规范》（JTJ306－2001）第2.1.4条进行初步选定。

m?T/H=9.0/13.08＝2.49

T—闸室灌水时间（min）

H—设计水头（m）

判别值m<2.5，初选为集中短廊道输水系统，并设计较复杂的消能工进行消能，，以保证闸室的停泊条件。

3.2消能工的选择

根据《船闸输水系统设计规范》（JTJ306－2001）第3.1.5条选择消能工，并按第3.1.4条计算上下闸首断面最大平均流速。 上闸首：

Vmmax?2LCH1?2?182?13.08??0.832m/s600(3.0?13.08/2)下闸首：

1T(SC?H2)

Vmmax?1.8LCH1?1.8?182?13.08??2.38m/s600?3.0

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按规范，上闸首均采用复杂消能工。上闸首由于帷墙现拟建消能室；下闸首采用对冲消能的消力池并在池中设置消力槛，消力槛的作用主要是将底部较大的流速向上挑起，并利用撞击达到消能扩散的目的。

3.3 输水系统的布置

3.3.1环短廊道的布置

根据船闸的各部高程及地质、施工条件，采用环绕短廊道，廊道输水系统的特点是水流自上游经过两侧输水廊道流入消能室，消除部分能量使闸室水域具有较好的水流条件。 1、廊道进口

廊道进口断面初步拟定为3.0×3.0㎡，根据，廊道的进口淹没水深至少应大于下式的结果，并且低于设计最低水位以下0.5~1.0米以上，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。

2vm2

h=1.2×4.9/2g＝1.47m h?1.2?2g（m/s）,由水力计算得最大流量88.9m3，vm— 最大流量时廊道进口断面的平均流速从而vm＝4.9 m/s

考虑到上闸首帷墙较高，取廊道进口顶部在最低的通航水位以下1.5m，上闸首廊道顶面高程为210.90m，符合规范规定的。

下闸首廊道进口的最小淹没水深，采用挖深的方式来满足，其进口底面高程设为195.72m，顶面高程为198.42m，符合淹没水深要求。

为了减小进口损失，上下闸首廊道进口轮廓应稍加修圆，修圆半径根据《船闸输水系统设计规范》（JTJ306－2001）第3.2.3.2条可取（0.1～0.15）×3＝0.3～0.45m，现取修圆半径为0.4m。 2、廊道转弯半径

根据《船闸输水系统设计规范》（JTJ306－2001）第3.2.3.3条，廊道进口转弯段中心线的曲率半径Rm取为2.6m（不小于(0.9～1.0)bm= (0.9～1.0)×2.8=2.52～2.8m），内侧的曲率半径r取为2.0m（不小于0.15倍的设计水位差）。

廊道出口转弯段中心线的平均曲率半径Rm取为3.0m（不小于(1.0～1.4)bm= (1.0～1.4)×2.8=2.8～2.92m），内侧的曲率半径r取为2.7m（不小于(0.2～0.25)倍的设计水位

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差）。 3、廊道出口

廊道出口的淹没水深原则上越大越好，但出口位置过低也将增大工程投资。淹没水深的大小可根据航道等级与水位差的大小来确定。

根据规范下闸首廊道出口最小淹没水深为1.0m，现采用挖深的方式来满足，下闸首廊道的底高程设为195.72m，出口高度设为2.5m，所以下闸首廊道出口高程为198.22m。

根据《船闸输水系统设计规范》（JTJ306－2001）第3.3.3.4条，廊道出口断面扩大为廊道阀门断面的1.2～1.6倍，而且自转弯段的起点至出口设置导墙，导墙与消能室的导墙相连。

输水阀门处廊道断面面积按《船闸输水系统设计规范》第3.3.2条的公式估算。 阀门处面积 设kV=0.7

w?2chuT2g[1?(1??)kv]?2?187?12?13.080.7?600?19.6?1??1?0.56??0.7??12.6㎡

w?0.0065CLcH?0.0065?187?12?187?13.08?15.23㎡

(12.60?15.23)?13.92㎡，现取廊道阀门断面为考虑二者的平均值W?22.7m×2.7m×2＝14.58㎡，廊道出口断面面积取18.90㎡（约1.3倍的阀门处断面面积）。 4、廊道长度

按经验，廊道直线段长度l?(1.3~2.5)B?3.9~7.5m， 取5.0 m 。

3.3.2效能室的布置 1、消能室的布置

鉴于此船闸的设计水头较大，采用封闭式帷墙消能室，为了增大消能室的长度，缩短镇静段的长度，采用环绕短廊道，并把廊道进口设置闸门门龛段的后端，消能室内首先利用分水导墙引导水流使其在平面上基本扩散，然后利用消力梁、消力槛等调整竖相流速分布，为使水流能在平面上基本扩散，用隔墙及导航墙将消能室分成四个相等的区间，区间宽度设为2.0m，导墙宽度设为1.5m。消能室的分水导墙与廊道出口导墙相连，廊道出口的分水导墙应使每条廊道的流量等分流入该侧的两个区间内，起始点位于廊道出口中心外测0.1b＝0.1×3＝0.3m处。效能室的布置见下图3.1

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港口航道与海岸工程专业毕业设计

图3.1 效能室的布置示意图

消能室出口采用四道分水导墙将其隔成的四个相等出口，每个出口宽度设为2.0m，消能室的高度初选8.0m。出口总面积为8.0×2.0×4.0＝64.0㎡>2×14.58㎡(两倍阀门处断面面积)。

为了避免气体从消能室顶部出口集中溢出从而影响闸室水面的稳定，避免因闸室水面在消能室顶部变化，水面脱离顶板时的吸附作用而产生水面波动，在消能室顶板底面设计1：100的倒坡。 2、镇静段长度

根据《船闸输水系统设计规范》第3.2.1条，镇静段的长度可按下式计算

L?BEP

式中：L— 镇静段长度；

B— 经验系数，与船闸输水消能型式有关，对复杂消能工取0.1～0.3，现取0.2；

EP— 理论最大比能，通过3.4.4小节的计算，取EP= 44； 所以，L?0.2?44?8.8m，取镇静段长度为10m。

3.4输水系统的水力计算

3.4.1局部阻力系数的计算

根据《船闸输水系统设计规范》（JTJ306－2001）附录A计算输水廊道阻力系数和流量系数。 1、进口

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：渠江富流滩船闸输水系统设计

?en?0.2~0.25 (进口边缘微带圆弧形，半径为0.4m) ， 取0.225

2、拦污栅（拟采用圆形栅条）

?en3、进口转弯

?S??????b?4/3?3??1.79????5?4/3=0.906

进口转弯（两个垂直转弯），矩形廊道。

??0.4 b/2R =3/(2*3.0)=0.5，查规范 ?k式中，b为廊道宽度，R为进口平均曲率半径

??k??k?0?0.50

904、出口转弯（简化为圆锥扩大和转弯） ① 圆锥扩大

2换算半径：?R12?2.72?R1?1.523m ， ?R2?3.72?R2?2.088m

11换算高度：h??2?R中??2?3.14?3.5?5.495m

442.088?1.523?5.870，查表得，k = 0.137 换算角度：??arctan5.495?PK② 转弯

?2.72w12?k(1?)?0.137??1?2?w2?3.7????0.030 ?2??0.295矩形廊道，b/2R =3/(2×3.5) =0.43 ，查得 ?k 式中，b为廊道宽度，R为进口平均曲率半径

??k??k?0?0.295

90 综合以上两点出口转弯?ek?0.026?0.295?0.325 5、出口

双支孔出水：?ex?0.7~0.9 ， 取?ex=0.9 6、摩阻

廊道总长： L?2?3?5.0?2?3.54?15.75

A9?0.75 水力半径： R????3?3??2110.751/6?68.08 谢才系数： C?R1/6?n0.0142gl2?9.8?15.75?0.101 摩阻：?f?2?cR68.082?0.75为了方便计算，把各处的阻力系数以阀门出廊道断面平均流速为表征，并将以上

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港口航道与海岸工程专业毕业设计

系数和，阀门位于水平廊道中间部位，即阀门前后廊道断面面积相等。

?c???i??i?1m?w????wi?2?2.72??2.72??2.72??2.72??0.225???2.72???0.4???2.72???2?0.101?0.325???2.72???0.85???18.90??

?????????1.5773.4.2流量系数的计算

计算阀门全开时输水系统的流量系数，并与前面初选值进行比较。

11流量系数 ?t???0.730

?vn?????c0?0.10?3?1.577式中， ?vn— 瞬时阀门开度n时的阀门局部阻力系数，阀门全开?vn=0

?? — 阀门井或门槽的损失系数，对平面阀门取??=0.10，共有3到阀门井。

2222?c — 总阻力系数及摩阻损失阻力系数

?t??0.730?0.7比较，??100%?4.1%?5%，满足要求。

?t0.7303.4.3输水时间和阀门开启时间的计算

参照以上数据，根据设计经验，为使闸室内有良好的停泊条件，输水阀门匀速开启时间tv?8min，即480s 。根据《船闸输水系统设计规范》（JTJ306－2001）第3. 3.5条核算闸室的输水时间。

T??2CH?w2g?1??1???kv?2?187?12?13.080.7?14.58?19.6??1??1?0.56??0.8??554.4s

所以T?554.4?600s，即初步拟定的输水时间600足够。 3.4.4集中输水的闸室灌水水利特性曲线的计算与绘制

根据《船闸输水系统设计规范》（JTJ306－2001）第3.3.6条按附录C进行计算 1、流量系数与时间的关系

阀门开启过程各时刻的流量系数与时间关系曲线按式A.0.6计算，阀门全开以后流量系数为常数。

?t?1?vn?????c （A.0.6）

式中， ?vn— 瞬时阀门开度n时的阀门局部阻力系数，阀门全开?vn=0

?? — 阀门井或门槽的损失系数，对平面阀门取??=0.10，共有3到阀门井。

?c — 总阻力系数及摩阻损失阻力系数

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：渠江富流滩船闸输水系统设计

流量系数?t计算表 表3.1 时刻t（s） 阀门开度n 对应?vn 0 24 48 0.10 72 0.15 96 0.20 120 0.25 144 0.30 168 192 216 240 264 288 0.00 0.05 0.35 0.40 0.45 0.50 0.55 0.60 ? 1489.60 186.20 114.99 43.78 30.63 17.48 12.93 8.38 6.33 4.28 3.22 2.16 0.07 360 0.75 0.70 0.62 0.09 384 0.80 0.39 0.66 0.15 408 0.85 0.24 0.69 0.18 432 0.90 0.09 0.71 0.23 456 0.95 0.05 0.72 0.26 0.31 0.35 0.40 0.44 0.50 480 504 528 552 576 600 流量系数?t 0.00 0.03 时刻t（s） 312 阀门开度n 对应?vn 336 0.65 0.70 1.59 1.01 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.73 0.73 0.73 0.73 0.73 0.73 流量系数?t 0.54 0.59 注：阀门匀速开启，故n与t成正比 2、闸室水位与时间的关系

采用分时段逐点计算法。 在阀门开启过程中(0～480 s)任一时段末的水位差，忽略阀门开启过程中惯性水头的影响，阀门开启过程中任意时段末的水头可按下式计算：

hi?1式中 hi— 时段末的水头

?t?mtw2g2?(hi?)

2C?mt— 计算时段的平均流量系数，取前后两时刻流量系数的平均值

?t— 计算时段，取?t＝24s

w— 输水阀门处廊道断面面积，w=14.58 ㎡ C— 计算闸室水域面积，C=180×12=2160 ㎡

阀门全开后(480～600 s)任意时段末的水头可按下式计算：

??t?w2ghi?1??hi?d??2C?式中 d— 阀门全开后惯性水头

?— 阀门全开后的流量系数，?＝0.730

?t 0～24 0.05 13.05 24-48 0.08 12.95 48-72 0.12 12.74 ???d ??2闸室水位计算表 表3.2 72-96 96-120 120-144 144-168 168-192 192-216 216-240 240-264 264-288 0.16 12.43 0.20 12.03 0.24 11.53 0.29 10.95 0.33 10.28 0.38 9.53 0.42 8.72 0.47 7.85 0.52 6.93 ?mt hi(m) H(m) 200.75 200.85 201.06 201.37 201.77 202.27 202.85 203.52 204.27 205.08 205.95 206.87 288-312 312-336 336-360 360-384 384-408 408-432 432-456 456-480 480-504 504-528 528-552 552-576 0.56 5.99 0.61 5.04 0.64 4.11 0.68 3.23 0.70 2.42 0.72 1.70 0.73 1.09 0.73 0.62 0.73 0.27 0.73 0.07 0.73 0.04 0.73 0.02 ?t ?mt hi(m) H(m) 207.81 208.76 209.69 210.57 211.38 212.10 212.71 213.18 213.53 213.73 213.76 213.79 注：闸室水位H等于上游正常挡水水位减时段末的水头，上游水位为218.30m，初始水头h0＝13.08m 。

3、流量与时间的关系

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Qt??tw2g(ht?dt)

Lnpdvdt?*

gdt ?t— 时刻t流量系数

ht— 时刻t水位差，取?t末的值

dt— 时刻t 惯性水头, 对集中输水系统dt＝0 4、能量与时间的关系

Et?9.81Qtht

5、比能与时间关系

Ept?Et wtwt— 时刻t的闸室过水断面面积，wt＝12.0×ht

6、闸室流速与时间的关系

Vt?Qt wt144 168 192 216 240 264 288 流量、能量、比能、流速计算表 表3.3

t(s) 0 0.00 24 11.52 48 72 96 36.80 120 Qt(m3/s) 19.21 27.70 45.07 53.39 61.09 68.43 74.94 80.61 85.03 87.94 EptEt(kW) 0.00 1474.20 2441.33 3462.31 4488.93 5318.39 6040.65 6560.55 6899.60 7007.81 6894.11 6544.06 5977.40 0.00 0.00 36.00 40.49 0.32 36.41 (kW/s) 265.04 86.37 102.59 109.38 110.69 106.51 99.11 89.19 78.04 66.22 54.43 0.51 0.69 0.84 43.76 408 70.25 Vt(m/s) wt(m2/s) t(s) 0.93 0.98 0.99 0.98 0.95 0.91 0.86 0.80 37.53 40.09 360 84.22 48.62 54.57 61.60 69.62 78.57 88.35 98.82 109.81 432 60.34 312 88.91 336 87.77 384 78.37 456 49.00 480 37.03 504 24.70 66.59 0.35 0.13 528 12.37 8.36 0.04 0.06 552 9.42 3.70 0.02 0.05 576 5.77 0.85 0.00 0.03 600 1.49 0.01 0.00 0.01 Qt(m3/s) EptEt(kW) (kW/s) 25221.26 4338.60 3396.61 2481.98 1665.23 1005.49 526.13 224.43 43.11 0.73 32.75 0.66 23.65 0.59 16.09 0.51 154.22 10.16 0.43 163.96 5.83 0.35 172.57 2.93 0.27 1.21 0.20 Vt(m/s) wt(m2/s) 121.13 132.49 143.63 179.83 185.55 189.66 192.13 192.48 192.78 192.95 7、绘制闸室输水过程的水力特性曲线

根据以上计算的表格中的数据绘制闸室输水过程的水力特性曲线，为使各曲线有较为直观的对应，将几条曲线在同一张表中绘出，但由于几组数据的变化幅度和最值之差都相差较大，故采用不同的竖标比例刻度。（见下页图3.2）

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第4章 闸、阀门及起闭机型式的选择

4.1闸门型式的选择及尺寸的确定

4.1.1闸门型式的选择

根据《船闸闸、阀门设计规范》（JTJ308－2003）第2.3.2条，承受单向水头在静水条件下启闭的工作阀门，特别是中、高水头的工作阀门宜选用人字闸门；检修闸门采用升降式平面阀门。

人字闸门具有耗用钢材量少，能封闭高、宽尺寸都比较大的孔口，运行灵活可靠，启闭迅速，通航净空不受限制等优点。 4.1.2门扇尺寸的确定 1、门扇的长度

Bk?2C12?2?0.7??7.25m 02cos?2?cos22.5式中 Bk— 闸首边墩墙面间的口门宽度

ln? C — 由门扇的支垫座与枕垫座的支承面至门合龙外缘的距离。通常C＝(0.05~0.07)Bk= (0.05~0.07)×12=0.6~0.84,现取C＝0.7 m 。

2、门扇厚度

门扇的厚度支指主横梁中部高度，初步设计按(1/8～1/12) ln 选用。

(1/8～1/12) ln＝(1/8～1/12)×7.25＝0.91～0.60 m，取0.8 m

3、门扇高度

门扇高度＝门顶高程－门槛高程+闸门面板与门槛顶的高差（门底止水位于门槛侧面，取为0.2 m）

上闸首门扇高度＝219.05－209.40 + 0.2＝9.85 m 下闸首门扇高度＝219.05－197.72 + 0.2＝21.53 m

4.2阀门型式的选择及尺寸的确定

4.2.1阀门型式的选择

根据《船闸闸、阀门设计规范》（JTJ308－2003）第2.3.3条，此船闸水头为13.08 m，初步选用升降式平面阀门，检修阀门也采用升降式平面阀门。

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平面阀门具有门叶厚度小，门叶结构简单，门体刚度大，制造、安装、检修方便，运行经济可靠的优点。 4.2.2门槽和止水 1、门槽尺寸

门槽尺寸根据经验选取，宽度W=1.0 m 深度D0.6 m，W/D=1.67,在矩形门槽宽深比的适合范围W/D＝1.6 ~1.8之间。

根据设计经验，门槽宽度较大，为减小门槽处的空化程度，采用斜坡错距式门槽。取W＝0.06,即△＝0.06 m， X/△=10,即X＝0.6 m。各处位置见右图4.1。 2、底缘和止水布置

本船闸设计水头13.08 m，属于中水头船闸，根据设计经验，平面阀门顶止水应设在下游面；底缘止水应布置在靠近门槽的下游端，上游面倾斜角度采用50o，下游面倾斜角度采用30o（底缘布置见图4.2）。两个方向的斜面可调节刀形止水线分离点的位置，从而使收缩水流对门槽内水体的扰动较小，不易产生空化水流。

图4.1 门槽倒坡示意图

? =0.06m△D=0.6mW=1.0mX=0.6m50°图4.2 阀门底缘布置

为减小阀门的启闭力，顶止水设在上游面，使门井水位为下游水位，从而门顶承受的水柱压力较小。阀门井的布置见图4.3，其中尺寸采用《船闸设计》推荐尺寸， （1）s1＝22.5mm（选用P45－A型止水橡皮） s0＝5s1＝112.5mm （2）△=100mm

（3）h＝(0.05~0.1)×2.7=0.135~0.27m，但不小于300mm，取h＝300mm 3、阀门尺寸

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30°

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根据《船闸闸、阀门设计规范》（JTJ308－2003），结合廊道阀门断面的设计尺寸，拟定阀门尺寸如下：

宽：2.8 m ，高：2.8 m ，厚：0.6 m

ss图4.3 阀门井的各尺寸示意图

4.3启闭机型式的选择

根据《船闸启闭机设计规范》第2.2.1条，船闸启闭机可分为机械传动启闭机和液压传动启闭机等型式。启闭机机型应根据工作闸门和工作阀门的型式、船闸布置条件、使用要求和加工制造等因素确定确定。

现选用液压传动启闭机，它具有操作方便，运行安全，便于检修，能在动水中启闭的优点。

4.4闸首尺寸与布置

4.4.1闸首长度 1、门前段长度l1

检修闸门放在闸首内，因为采用短廊道输水系统，为了满足环绕短廊道的布置，取l1＝7.0m。 1、门龛段长度l2

工作闸门采用人字门，根据《航道道工程学》式（6－23）计算：

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l2??1.1~1.2?Bc?d 2cos?式中 Bc— 闸首口门宽度；

d— 门龛深度，取d＝门扇厚度+缓冲垫块厚度和富裕厚度＝0.8+0.5＝1.3m；

?— 门扇与；?＝22.50；

12?1.3l2??1.1~1.2??7.92~8.64m，取l2＝8.4m

2cos22.503、闸门支持段长度l3

根据经验，支持段的长度取决于设计水头和口门的宽度，根据此船闸的13.08m的设计水头，取l3＝5.0m。

所以，闸首的总长度l?l1?l2?l3?7.0?8.4?5?22.4m。 4.4.2闸首宽度

闸首宽度B用下式计算，

B?Bc?2B'

式中 Bc— 闸首的口门宽度；Bc＝12.0m

B'— 闸首边墩宽度，取B'＝3b＝3×2.7＝8.1m，b为廊道的宽度。

所以，B?Bc?2B'＝12.0+2×8.1＝28.2m 4.4.3底板厚度和门塘深度 1、底板厚度

闸首为整体式结构，闸首底板采用平底板。

根据《渠化工程学》上闸首底板厚度?可取（1/3.5～1/4.5）倍的边墩厚度，但不应小于其净跨的（1/6～1/7）。

(1/3.5～1/4.5)×(219.70-197.72)=4.48～6.28m

(1/6～1/7)×12.0＝1.71～2.00m

所以，取?＝4.68m 1、门塘深度

根据《船闸闸、阀门设计规范》第7.1.7条，门塘深度的确定应考虑以下因素：一是对闸门启闭力的影响，二是泥沙淤积及其沉淀物对闸门运行的影响，三是底止水和限位装置埋件埋设的要求，四是门扇检修的需要。结合工程设计经验，取门塘深度为2.0m。

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第5章 污工重力式闸墙初步设计

本章选用两污工式分离闸墙进行初步设计，主要对低水运用情况进行了计算。富流滩船闸的地质情况良好，整个船闸位于岩基上，并且当地石料丰富，采用浆砌条石结构是比较经济合理的。

5.1断面尺寸及墙后布置

5.1.1截面尺寸的拟定

2.4219.70闸室墙顶顶高程218.50上游最高通航水位214.40下游最高通航水位213.80枢纽正常挡水位212.40上游最低通航水位浆砌条石200.72上游最低通航水位197.72闸室底板顶高程114.9916.99图5.1 墙身断面图 11.520.981

5.1.2墙后回填及排水设施

根据渠江上已建船闸的资料，墙后回填土可主要采用当地的开山石；本船闸在洪水期会发生溢流，即为溢流船闸，因此为了防止土的流失，墙后上层回填2.5 m厚的中砂层，并在其上加设盖板。

为了减小渗流水头和作用在闸室墙后的水压力，在闸室墙后的回填土中设置排水管，排水管的构造如下图，布置采取如下方案，

? 设置两层排水管，第一层起点高程209.8m，终点高程209m，第二层起点高程

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：渠江富流滩船闸输水系统设计

204.8m ，终点高程204m；其纵坡i=0.8/(187+50)=1/300 ,介于1/(200)～1/500之间，符合要求；

? 终点位于下游引航道的导航墙上，并且在终点前设置可控制的阀门，以防高水位时下游水流如回填土中；

? 每隔40 m设置一个检查井。

集水砂层反滤层直径50cm混凝土管石子层60cm100cm图5.2 墙后回填及排水管细部构造

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5.2 污工重力式闸墙的荷载计算

作用在船闸水工建筑物上的荷载主要有建筑物自重力和水重力；建筑物上部的填料重力；闸、门及启闭机等设备的重力；土压力；静水压力；扬压力（包括浮托力和渗透压力）；船舶荷载（包括船舶撞击力和船舶系缆力）；活荷载；波浪力；水流力；地震力等

5.2.1 自重、水重及土重

如图5.3将重力荷载分成7个部分计算，并将计算过程和结果列于5.1表中。

G5G6G1G4G2G8G7G3图5.3 重力荷载划分图

自重荷载计算表 表5.1

方块 G1 G2 G3 G4 G5 G6 G7 G8

标准值(kn) 计算式 21.98×2.4×23 1/2×2.4×20.98×23 16.99×1.5×25 21.98×1.0×10 18×2.5×1 19×11.4×1 11×4.08×1 1/2×7.08×1.05×10 数值 1213.3 3037.59 637.13 219.8 45 216.6 44.88 143.37 31

对前趾力臂(m) 2.2 7.6 8.5 0.5 16.49 16.49 16.49 14.64 对前趾弯矩(kn·m) 2669.26 23085.68 5415.6 109.90 742.05 3571.73 740.07 2098.90 ：渠江富流滩船闸输水系统设计

5.2.2 土压力计算

根据《船闸水工建筑物设计规范》JTJ307－2001第6.1.4.2条，岩基上的重力式闸墙墙后土压力按静止土压力计算。现用库仑土压力理论计算，将土重转化成竖向土压力。

1、计算主动土压力系数（理论：库仑定理） （1）计算公式如下：

Ka?cos2(???)?sin?????sin??????cos?cos(???)?1??????cos???cos?????22

K0?1.35Ka K0x?K0cos(???)

K0y?K0sin(???)/tan?

Ka— 主动土压力系数

K0— 静止土压力，按按《船闸水工建筑物设计规范》JTJ307－2001第6.11条，取1.35倍的Ka

K0x— 静止土压力系数的水平向分值

K0y— 静止土压力系数的竖直向分值

?— 墙背与铅直线的夹角， ??29.80

?— 填土的内摩擦角

2?— 墙背与土的摩擦角，??2?（斜墙）， ???（直墙）

33?— 填土表面与水平面所成夹角，??00 （2）各层土压力系数计算计算：

中砂层:

0??29.80,??00,???（斜墙），??32

23Ka?0.645

K0?1.35Ka?0.871

K0x?0.547

K0y?1.184

开山石层（水上）:

0??29.80,??00,???（斜墙），??42

23Ka?0.573

K0?1.35Ka?0.774

32

港口航道与海岸工程专业毕业设计

K0x?0.412

K0y?1.144

开山石层（水下）:

??29.80,??00,???（斜墙），??400

23Ka?0.595

K0?1.35Ka?0.803

K0x?0.444

K0y?1.169

底板侧层（水下）:

??29.80,??00,???（斜墙），??400

23Ka?0.185

K0?1.35Ka?0.250

土体水平向土压力强度计算表 表5.2

计算 土 层面 层 编号 n 11 12 21 22 31 32 41 42 1 2 3 4 土层 土层 填料 水平 高程 厚度 回填料 重度 土压力 3(m) （m） (kn/m ) 系数 218.70 216.20 216.20 204.80 204.80 197.72 197.72 196.22 2.5 11.4 11 1.5 中砂 开山石(水上) 开山石(水下) 开山石(水下) 土体水平土压力强度标准值 计算式 4×0.547 （4+2.5×18）×0.547×＝49×0.547 49×0.412 (49+11.4×19)×0.412＝265.6×0.412 265.6×0.444 (265.6+4.08×11)×0.444=310.48×0.444 310.48×0.444 (310.48+1.5×11)×0.250=326.98×0.250 标准值 (kPa) 2.19 26.81 20.19 109.43 117.93 128.37 77.62 81.75 18 19 11 11 0.547 0.412 0.444 0.250 注：水平土压力强度考虑地面活荷载。

土体竖直向土压力强度计算表 表5.3

计算 土 层面 层 编号 n 11 12 21 22 31 32 41 42

土层 土层 填料 水平 高程 厚度 回填料 重度 土压力 3(m) （m） (kn/m ) 系数 218.70 216.20 216.20 204.80 204.80 197.72 197.72 196.22 2.5 11.4 11 1.5 中砂 开山石(水上) 开山石(水下) 开山石(水下) 土体水平土压力强度标准值 计算式 0 2.5×18×1.184＝45×1.184 45×1.144 (45+11.4×19)×1.144＝261.6×1.144 261.6×1.169 标准值 (kPa) 0 53.258 51.48 299.27 305.81 350.61 1 2 3 4 18 19 11 11 1.184 1.144 1.169 (261.6+4.08×11)×1.169 =306.48×1.169 33

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注：竖向土压力强度未考虑地面活荷载(偏于安全计算)。

将水平和竖向土压力强度绘出示意图，如下图5.4

350.61299.27305.8153.2851.482.1926.8120.19109.43117.9377.6281.75128.37

图5.4 土压力强度（单位：KPa）

下面分别求出竖向和水平土压力对前趾的稳定和倾覆力矩，计算过程表如下表5.4和表5.5

水平土压力对前趾的力矩计算表 表5.4

土顶土 土顶土 对前趾 水平土压力标准值 对前趾 压力水 压力水 的稳定 力臂 计算式 标准值 平强度 平强度 力矩 (m) ''' (kn) （kN.m） enx enx2.19 20.19 109.43 77.62 26.81 109.43 128.37 81.75 计算 土层 n 1 2 3 4 土层 厚度 （m） 2.5 11.4 11 1.5 1/2×（2.19+26.81）×2.5 1/2×（20.19+109.43）×11.4 1/2×（109.43+128.37）×4.08 1/2×（77.62+81.75）×1.5 36.25 738.83 485.11 119.53 18.59 10.69 3.84 0.75 673.89 7898.09 1862.82 89.65 计算 土层 土层 厚度 n （m） 竖向土压力对前趾的力矩计算表 表5.4

土顶土 土顶土 对前趾 水平土压力标准值 对前趾 压力水 压力水 的稳定 力臂 平强度 平强度 标准值 力矩 计算式 '''(m) (kn) eny eny （kN.m） 34

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1 2 3 4 2.5 11.4 11 1.5 0 51.48 299.27 0 53.28 299.27 350.61 0 1/2×（0+53.28）×2.5 1/2×（51.48+299.27）×11.4 1/2×（299.27+350.61）×4.08 0 66.60 1999.28 1325.76 0 4.35 8.86 12.77 0 289.71 17713.61 16929.96 0 5.2.3其他荷载计算 1、静水压力计算

墙前静水压力:P.25

1?1/2?10??3?1.5??1012墙后静水压力:P2?1/2?10??7.08?1.5??368.08

2 静水压力对前趾力矩计算表 表5.5

静水水压力 墙前 墙后 标准值计算(kn) 1/2×10×4.52＝101.25 1/2×10×8.582＝368.08 对前趾力臂(m) 1.50 2.86 对前趾力矩(kN.m) 稳定 倾覆 151.88 －1052.71 2、扬压力计算

扬压力包括浮托力和渗透力，计算图示如下图5.5，h1和h2分别为墙前和墙后水位到底板的距离。

浮托力rh1渗透力图5.5 扬压力计算图示

rh2

对前趾力矩(kN.m) 稳定 倾覆 扬压力对前趾力矩计算表 表5.6

扬压力 浮托力 渗透力 标准值计算(kn) 10×4.5×16.99＝764.55 1/2×10×4.38＝346.60 对前趾力臂(m) 8.50 11.33 6498.68 3926.98 注：渗透折减系数取1.0

3、系缆力计算

根据《船闸水工建筑物设计规范》JTJ307－2001第6.1.22条，500吨驳船的系缆力的下限值为50kn，现取为60kn，取其作用位置比墙前水位高出0.5m。

系缆力作用与连续闸墙时，并不是集中作用于一点，而是分布到墙的一定范围内。根据规范，船舶荷载（撞击力和系缆力）在距作用点深度y处的分布长度Ly为

Ly?2/3y

35

：渠江富流滩船闸输水系统设计

2b≤Ly≤Ld

式中：b— 深度y处的建筑物截面宽度；b＝16.99m Ld— 建筑物的分块长度。Ld＝25m

则，系缆力对底板底面（y＝5.0m）的分布长度Ly＝25m。所以系缆力对底板前趾的倾覆力矩：

M＝60/25×5m＝12kN.m

下面对墙前低水运用情况荷载及其效应汇总，如表5.7

前低水运用情况汇总表 表5.7

荷载 G1 标准值大小及方向(kn) ↓ 1213.30 3037.59 637.13 219.80 143.37 45.00 216.60 44.88 66.60 1999.28 1325.76 0.00 8805.94 ↑ 764.55 346.60 1111.15 ← 36.25 738.83 485.11 119.53 368.08 2.4 1807.80 → 101.25 101.25 对前趾力臂 2.20 7.60 8.50 0.50 14.64 16.49 16.49 16.49 18.59 4.35 10.69 8.86 3.84 12.77 0.75 0.00 1.5 2.86 8.50 11.33 5.00 稳定力矩 (kN.m) 2669.26 23085.68 5415.61 109.90 2098.90 742.05 3571.73 740.07 289.71 17713.62 16929.96 151.88 71571.34 倾覆力矩 (kN.m) 673.89 7898.09 1862.82 89.65 1104.19 6498.68 3926.98 12.00 22854.93 自重G2 G3 G4 G8 G5 G6 G7 1层 2层 3层 4层 水重 静水 压力 扬压力

土重土压力墙前 墙后 浮托力 渗透力 系缆力 ? 由上表可得：竖向合力：?V=8805.94-1111.15=7694.79 kn

水平合力：?H=1807.80－101.25＝1706.55 kn

?M对底板前趾的倾覆力矩：?M对底板前趾的稳定力矩：

36

RO=71571.34 kN.m =22854.93 kN.m

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5.3 污工重力式闸墙的计算与验算

根据《船闸水工建筑物设计规范》JTJ307－2001第3.2.1条，船闸结构设计应进行下列验算和计算，结构整体抗滑、抗倾和抗浮稳定性验算；地基承载力验算和地基沉降计算；渗透稳定性验算；结构各部位强度计算和裂限验算；边坡稳定性验算；其他验算或计算。

5.3.1 结构整体抗滑、抗倾和抗浮验算 1、结构整体抗滑稳定性验算

根据《船闸水工建筑物设计规范》JTJ307－2001第3.2.2条，岩基上的船闸抗滑稳定应进行抗剪强度或抗剪断强度验算，并符合一定的要求。针对本船闸的基础为微风化的砂岩，且底板宽度较大，现按（3.2.2-1）式只进行抗剪强度验算。

f?V0.6?7694.79Kc???2.71?1.05 ,满足规范要求。

1706.55?H式中：

Kc— 抗剪计算的抗滑稳定安全系数，应符合第3.3.1条的规定

f— 结构与地基接触面的抗剪摩擦数

?V— 作用在结构上全部荷载对滑动面法向投影总和

?H— 作用在结构上全部荷载对滑动面切向投影总和

3、抗倾稳定性验算

对结构整体进行抗倾验算，即对底板前趾进行验算，根据《船闸水工建筑物设计规范》JTJ307－2001第3.2.8条的（3.2.8）式进行验算。

M71571.34K0?R??3.13?1.5 , 满足规范要求。

MO22854.93式中：

K0—抗倾覆稳定安全系数，应符合第3.3.3条的规定

MR— 对计算截面前趾的稳定力矩之和

MO— 对计算截面前趾的倾覆力矩之和

3、抗浮稳定性验算

根据《船闸水工建筑物设计规范》JTJ307－2001第3.2.9条的（3.2.9）式进行验算。

Kf?V7694.79??6.93?1.05, 满足规范要求。 U1111.15式中：

37

：渠江富流滩船闸输水系统设计

V— 向下的垂直力之和 U— 扬压力总和

5.3.2 地基验算 1、地基应力验算

此船闸的地基基岩是砂岩，硬度较大，先把地基看作刚性的，用偏心受压计算地基的最大和最小应力。

取1m计算，则底板为矩形，地基应力按下式计算

?maxV?6e???1?? ?minB?B?式中：

； ?max— 基础底面的最大应力标准值（kPa）； ?min— 基础底面的最小应力标准值（kPa）

V— 作用在结构上全部竖向荷载的标准值（kN）；

B— 建筑物基底的宽度（m）；

e— 作用在建筑物基底面上的合力标准值的作用点距基底中心线的偏心矩B（m），e???（?合力作用点距前趾的距离）。

2对于?可以采用下式计算

??式中：

MR?MO V m）； MR— 荷载标准值对计算基底前趾的稳定力矩之和（kN ·

m）； MO— 荷载标准值对计算基底前趾的倾覆力矩之和（kN ·

71571.34?22854.93?6.745 m 故，??7694.79B16.99????5.66 m ，所以地基应力呈梯形分布，

3316.99e??6.745?1.75 m

2?max7694.79?6?1.75?732.8 kPa ??1????min173.016.99?16.99?所以，?0?d?max?1.0?1.2?732.8?879.36?????1500 KPa，满足要求。

?0— 结构重要性系数，一般取1.0； ?d—结构系数，取1.2；

???— 地基容许承载力，按《船闸水工建筑物设计规范》JTJ307－2001，附表取用中风化硬质岩的容许承载力，???＝1500 KPa

2、地基沉降验算

38

D

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根据地质资料可知，整个船闸放置在微风化砂岩上，由于砂岩的容许承载力较高，故不需要进行地基沉降验算。 5.3.4 渗透稳定性验算

根据《船闸水工建筑物设计规范》JTJ307－2001，一般位于土基上的船闸需进行渗透稳定性验算，此船闸的地质条件较好，砂岩的透水性很弱，故不需进行渗透稳定性验算。

5.3.5 各部强度验算

根据经验，需对闸室墙身的Ⅰ－Ⅰ截面和Ⅱ－Ⅱ截面进行强度验算。如下图5.6

图5.6 墙身截面划分

5.3.5.1 Ⅰ－Ⅰ截面验算 1、荷载及效应：

1) 结构自重：G＝2.4×1×24＝57.6 kn

对O点的力臂：1.2 m

对O点的力矩：MR= 57.6×1.2＝69.12 kN.m

2) 土压力：P＝Ka??h?q??0.5h＝0.645×(18×1+4)×0.5×1=7.095 kn

对O点的力臂：0.33 m

对O点的力矩：MO= 7.095×0.33＝2.34 kN.m

2、验算：

??69.12?2.34?1.16 m

57.6 39

：渠江富流滩船闸输水系统设计

B2.4??0.8 m 33所以，1-1截面不会出现拉应力，即不会出现拉应力导致的裂缝，满足要求。

??5.3.5.2 Ⅱ－Ⅱ截面验算 1、荷载及效应：

由于2－2截面以上墙体的荷载较复杂，包括建筑物自重力和水重力；截面以上填料重力；土压力；静水压力；船舶荷载（包括船舶撞击力和船舶系缆力）；活荷载；波浪力；水流力等，对各种荷载及效应进行列表计算，并利用前面低水运用情况的一些计算结果。如下表5.8

2－2截面以上墙体的荷载及其效应计算 表5.8

荷载 自重 G1 G2 1层 标准值大小及方向(kn) ↓ 1213.30 3037.59 66.60 1999.28 1325.76 7642.53 ↑ ← 36.25 738.83 485.11 250.63 2.4 1570.82 → 45.00 45.00 对O点力臂 1.20 6.60 17.09 3.35 9.09 7.86 2.34 11.77 1.00 2.86 3.5 稳定力矩 (kN.m) 1455.96 23085.68 223.11 15714.30 15604.20 45.00 59357.85 倾覆力矩 (kN.m) 619.50 6715.96 1135.15 761.80 8.40 9523.32 土压力2层 3层 静水 压力 注：1.同5.2.3节的计算，系缆力的分布长度ly＝25m，y＝3.5m，所以系缆力对1m墙身作用

的大小为2.4kN。

由上表可得：竖向合力：?V=7642.53 kn

2、验算：

利用表5.8的结果对2－2截面进行以下验算 1) 抗滑稳定性验算

参照低水运用情况的结构整体抗滑验算的形式，对2－2截面进行的抗滑稳定性验算。

40

墙前 墙后 系缆力 ? 水平合力：?H=1570.82－45.00＝1525.82 kn 对2－2截面O点的稳定力矩：?MR=59357.85 k.m 对2－2截面O点的倾覆力矩：?MO=9523.32 kN.m

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Kc?式中：

f?V0.6?7642.53??3.01?1.05 ,满足要求。

1525.82?HKc— 抗剪计算的抗滑稳定安全系数，应符合第3.3.1条的规定

f— 结构与地基接触面的抗剪摩擦数

?V— 作用在截面以上全部荷载对截面法向投影总和

?H— 作用在截面以上全部荷载对截面切向投影总和

2) 抗倾稳定性验算

参照低水运用情况的结构整体抗滑验算的形式进行2－2截面以上墙体的抗倾稳定性验算。

K0?式中：

MR59357.85??6.23?1.5 , 满足要求。 MO9523.32K0—抗倾覆稳定安全系数，应符合第3.3.3条的规定 MR— 荷载标准值对计算截面前趾的稳定力矩之和

MO— 荷载标准值对计算截面前趾的倾覆力矩之和

3) 截面应力验算

参照地基应力计算，把钢筋混凝土底板看作刚性的，用偏心受压计算地基的最大和最小应力。取1m长墙身计算，

?maxV?6e???1?? ?minB?B?式中：

； ?max— 截面的最大应力标准值（kPa）； ?min— 截面的最小应力标准值（kPa）

V— 作用在截面以上墙身的全部竖向荷载的标准值（kN）；

B— 验算截面的宽度（m）；

，e— 作用在验算截面上的合力标准值的作用点距基底中心线的偏心矩（m）

e?B??（?合力作用点距前趾的距离）。 2对于?可以采用下式计算

??式中：

MR?MO V m） MR— 荷载标准值对验算截面前趾的稳定力矩之和（kN · m） MO— 荷载标准值对验算截面前趾的倾覆力矩之和（kN ·

41

：渠江富流滩船闸输水系统设计

????59357.85?9523.32?6.52 m

7642.53B14.99??5.00 m ，所以截面应力呈梯形分布， 3316.99e??6.52?0.975 m

2?max7642.53?6?0.975?708.8 KPa ??1????min14.99?14.99?310.9所以，?0?d?max?1.0?1.2?732.8?879.36?????1500 KPa，满足要求。

?0— 结构重要性系数，一般取1.0； ?d—结构系数，取1.2；

???— 混凝土的抗压强度，底板采用C15混凝土，其抗压强度为1500 kPa。

42

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第6章 少筋L式闸墙的初步设计

6.1断面尺寸及墙后布置

6.1.1截面尺寸的拟定

219.70闸室墙顶高程218.50上游最高通航水位214.40下游最高通航水位213.80枢纽正常挡水位212.40上游最低通航水位600200.72上游最低通航水位197.72闸室底板顶高程2000图6.1 少筋L式墙身断面图

6.1.2墙后回填及排水设施

根据渠江上已建船闸的资料，墙后回填土可主要采用当地的开山石；为了防止土的流失，墙后上层回填2.5 m厚的中砂层，并在其上加设盖板。

为了减小渗流水头和作用在闸室墙后的水压力，在闸室墙后的回填土中设置排水管，排水管的构造如下图，布置采取如下方案，

? 设置两层排水管，第一层起点高程209.8m，终点高程209m，第二层起点高程204.8m ，终点高程204m；其纵坡i=0.8/(187+50)=1/300 ,介于1/(200)～1/500之间，符合要求；

? 终点位于下游引航道的导航墙上，并且在终点前设置可控制的阀门，以防高水位时下游水流如回填土中；

? 每隔40 m设置一个检查井。

43

800：渠江富流滩船闸输水系统设计

图6.2 少筋L式墙后回填示意图

6.2 荷载计算

作用在船闸水工建筑物上的荷载主要有建筑物自重力和水重力；建筑物上部的填料重力；闸、门及启闭机等设备的重力；土压力；静水压力；扬压力（包括浮托力和渗透压力）；船舶荷载（包括船舶撞击力和船舶系缆力）；活荷载；波浪力；水流力；地震力等

6.2.1 自重、水重及土重

如图6.3将重力荷载分成11个部分计算，并将计算过程和结果列于6.1表中。

2000600G6G7G8G2G9G10G3G5G1G4G11800图6.3 重力荷载划分图

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重力荷载计算表 表6.1 方块 G1 G2 G3 G4 G5 G6 G7 G8 G9 G10 G11 标准值(kn) 计算式 1/2×（1.0+1.5）×2.0×25 0.6×23.48×25 （0.8+3.5）×14.0×25 1/2（3.5+3.0）×2.0×10 17.04×2.5×18 1/2×2.04×11.4×19 15.09×11.4×19 1/2×1.09×5.08×（11+10） 14×5.08×（11+10） 1/2×14×2.7×（11+10） 数值 62.25 352.20 752.5 65 766.8 209.3 3268.50 69.59 1787.52 396.90 对前趾力臂(m) 对前趾稳定力矩(kn·m) 1.0 2.30 4.11 11.53 1.0 11.48 3.96 12.46 5.64 13.00 15.33 62.25 810.06 4712.9 8676.33 65.00 8847.90 828.80 40725.50 392.50 23237.76 6084.50 1/2（3.5+23.48）×3.4×25 1146.70

6.2.2 土压力计算

根据少筋L式的墙背较陡的情况，现用朗肯土压力理论计算土压力，假想墙背取后踵以外的竖直面。根据《船闸水工建筑物设计规范》JTJ307－2001第6.1.4.2条，岩基上的重力式闸墙墙后土压力按静止土压力计算。 1、计算主动土压力系数（理论：朗肯定理） （1）计算公式如下：

K0?1.35Ka

?Ka?tan2(450?)

2Ka— 主动土压力系数

K0— 静止土压力系数，按《船闸水工建筑物设计规范》JTJ307－2001第6.11条，取1.35倍Ka

?— 填土的内摩擦角 （2）各层土压力系数计算：

中砂层:

??320

320Ka?tan(45?)?0.307

220K0?1.35Ka?0.414

开山石层（水上）:

??450

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450Ka?tan(45?)?0.172

220K0?1.35Ka?0.232

开山石层（水下）:

??430

430Ka?tan(45?)?0.189

220K0?1.35Ka?0.255

土体水平向土压力强度计算表 表6.2

计算 土 层面 层 编号 n 11 12 21 22 31 32 1 2 3 土层 土层 填料 水平 高程 厚度 回填料 重度 土压力 3(m) （m） (kn/m ) 系数 218.70 216.20 216.20 204.80 204.80 196.22 2.5 11.4 8.58 中砂 开山石(水上) 开山石(水下) 土体水平土压力强度标准值 计算式 4×0.414 （4+2.5×18）×0.414×＝49×0.414 49×0.232 (49+11.4×19)×0.232＝265.6×0.232 265.6×0.255 (265.6+8.58×11)×0.255=359.98×0.255 标准值 (kPa) 1.656 20.29 11.37 61.62 67.73 91.79 18 19 11 0.414 0.232 0.255 注：水平土压力强度考虑地面活荷载。

将水平土压力强度绘出示意图，如下图6.4

q=4kn/m1.65620.2911.3761.6267.7391.79

图6.4 土压力强度（单位：KPa）

下面求水平土压力对前趾的倾覆力矩，计算过程表如下表6.3

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水平土压力对前趾的倾覆力矩计算表 表6.3

计算 土层 土层 厚度 n （m） 1 2 3 2.5 11.4 8.58 土顶土 土顶土 压力水 压力水 平强度 平强度 e' e'' 1.656 11.37 67.73 20.29 61.62 97.79 水平土压力标准值 计算式 1/2×（1.656+20.29）×2.5 1/2×（11.37+61.62）×11.4 1/2×（67.73+97.79）×8.58 标准值 (kn) 25.36 416.04 622.65 对前趾 对前趾 的倾覆 力臂 力矩 (m) （kN.m） 20.81 12.97 4.07 527.74 5396.00 2534.20 6.2.3 其他荷载计算 1、静水压力计算

墙前静水压力:P.25

1?1/2?10??3?1.5??1012墙后静水压力:P2?1/2?10??7.08?1.5??368.08

2 静水压力对前趾力矩计算表 表6.4

静水水压力 墙前 墙后 标准值计算(kn) 1/2×10×4.52＝101.25 1/2×10×8.582＝368.08 对前趾力臂(m) 1.50 2.86 对前趾力矩(kN.m) 稳定 倾覆 151.88 1052.71 2、扬压力计算

扬压力包括浮托力和渗透力。

扬压力对前趾力矩计算表 表6.5

扬压力 浮托力 渗透力 标准值计算(kn) 10×4.5×20.0＝630.00 1/2×10×4.38＝346.60 对前趾力臂(m) 10.00 13.33 对前趾力矩(kN.m) 稳定 倾覆 6300.00 4620.18 注：渗透折减系数取1.0

3、系缆力计算

根据《船闸水工建筑物设计规范》JTJ307－2001第6.1.22条，500吨驳船的系缆力的下限值为50kn，现取为60kn，取其作用位置比墙前水位高出0.5m。

系缆力作用与连续闸墙时，并不是集中作用于一点，而是分布到墙的一定范围内。根据规范，船舶荷载（撞击力和系缆力）在距作用点深度y处的分布长度Ly为

Ly?2/3y

2b≤Ly≤Ld

式中：b— 深度y处的建筑物截面宽度；b＝16.99m Ld— 建筑物的分块长度。Ld＝25m

则，系缆力对底板底面（y＝5.0m）的分布长度Ly＝25m。所以系缆力对底板前趾的倾

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覆力矩：

M＝60/25×5m＝12kN.m

前低水运用情况汇总表 表6.6

荷载 G1 G2 自重G3 G4 水重 G5 G6 G7 土重G8 及G9 水重G10 G11 1层 土2层 压力3层 静水 墙前 压力 墙后 托力 扬压浮力 渗透力 系缆力 标准值大小及方向(kn) ↓ ↑ ← → 62.25 352.20 1146.70 752.5 65 766.8 209.3 3268.50 69.59 1787.52 396.90 8877.26 630.00 346.60 976.6 25.36 416.04 622.50 368.08 2.40 1491.98 101.25 101.25 对前趾稳定力矩 倾覆力矩 力臂 (kN.m) (kN.m) 1.0 2.30 4.11 11.53 1.0 11.48 3.96 12.46 5.64 13.00 15.33 20.81 12.97 4.07 1.5 2.86 10.00 13.33 5.00 62.25 810.06 4712.9 8676.33 65.00 8847.90 828.80 40725.50 392.50 23237.76 6084.50 151.88 97088.00 527.74 5396.00 2534.20 1052.71 6300.00 4620.18 12.00 21582.30 ? 由上表可得：竖向合力：?V=8877.26-976.6=7900.66 kn（↓）

水平合力：?H=1491.98－101.25＝1390.73 kn（←） 对底板前趾的稳定力矩：?MR=97088.00 kN.m 对底板前趾的倾覆力矩：

?MO=21582.30 kN.m

6.3 少筋L式闸墙的计算与验算

根据《船闸水工建筑物设计规范》JTJ307－2001第3.2.1条，船闸结构设计应进行下列验算和计算，结构整体抗滑、抗倾和抗浮稳定性验算；地基承载力验算和地基沉降计算；渗透稳定性验算；结构各部位强度计算和裂限验算；边坡稳定性验算；其他验算或计算。

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6.3.1 结构整体抗滑、抗倾和抗浮验算 1、结构整体抗滑稳定性验算

根据《船闸水工建筑物设计规范》JTJ307－2001第3.2.2条，岩基上的船闸抗滑稳定应进行抗剪强度或抗剪断强度验算，并符合一定的要求。针对本船闸的基础为微风化的砂岩，且底板宽度较大，现按（3.2.2-1）式只进行抗剪强度验算。

f?V0.6?7900.66Kc???3.41?1.05 ,满足规范要求。

1390.73?H式中：

Kc— 抗剪计算的抗滑稳定安全系数，应符合第3.3.1条的规定

f— 结构与地基接触面的抗剪摩擦数

?V— 作用在结构上全部荷载对滑动面法向投影总和

?H— 作用在结构上全部荷载对滑动面切向投影总和

3、抗倾稳定性验算

对结构整体进行抗倾验算，即对底板前趾进行验算，根据《船闸水工建筑物设计规范》JTJ307－2001第3.2.8条的（3.2.8）式进行验算。

M97088K0?R??4.49?1.5 , 满足规范要求。

MO21582.30式中：

K0—抗倾覆稳定安全系数，应符合第3.3.3条的规定

MR— 对计算截面前趾的稳定力矩之和

MO— 对计算截面前趾的倾覆力矩之和

3、抗浮稳定性验算

根据《船闸水工建筑物设计规范》JTJ307－2001第3.2.9条的（3.2.9）式进行验算。

Kf?V7900.66??5.68?1.05, 满足规范要求。 U1390.73式中：

V— 向下的垂直力之和 U— 扬压力总和

6.3.2 地基验算 1、地基应力验算

此船闸的地基基岩是砂岩，硬度较大，先把地基看作刚性的，用偏心受压计算地基的最大和最小应力。

取1m计算，则底板为矩形，地基应力按下式计算

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?maxV?6e???1?? ?minB?B?式中：

； ?max— 基础底面的最大应力标准值（kPa）； ?min— 基础底面的最小应力标准值（kPa）

V— 作用在结构上全部竖向荷载的标准值（kN）；

B— 建筑物基底的宽度（m）；

e— 作用在建筑物基底面上的合力标准值的作用点距基底中心线的偏心矩B（m），e???（?合力作用点距前趾的距离）。

2对于?可以采用下式计算

??式中：

MR?MO V m）； MR— 荷载标准值对计算基底前趾的稳定力矩之和（kN ·

m）； MO— 荷载标准值对计算基底前趾的倾覆力矩之和（kN ·

97088?21582.30?8.20 m 故，??7900.66B16.99????5.66 m ，所以地基应力呈梯形分布，

3320e??8.20?1.80 m

2?max7900.66?6?1.80?617.1 kPa ??1????min20?20?184.3所以，?0?d?max?1.0?1.2?617.1?740.52?????1500 KPa，满足要求。

?0— 结构重要性系数，一般取1.0； ?d—结构系数，取1.2；

???— 地基容许承载力，按《船闸水工建筑物设计规范》JTJ307－2001，附表取用中风化硬质岩的容许承载力，???＝1500 KPa

2、地基沉降验算

D

根据地质资料可知，整个船闸放置在微风化砂岩上，由于砂岩的容许承载力较高，故不需要进行地基沉降验算。 6.3.3 渗透稳定性验算

根据《船闸水工建筑物设计规范》JTJ307－2001，一般位于土基上的船闸需进行渗透稳定性验算，此船闸的地质条件较好，砂岩的透水性很弱，故不需进行渗透稳定性验算。

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