其它资料1)船闸闸门采用人字门,门扇长度计算见教材P176,闸首长度计算见教材P137,检修门槽宽度取0.8m;2)输水阀门采用平板阀门,设计为一个工作阀门和一个检修阀门方式,阀门井设计为开敞式。作业1:根据上述资料,计算确定船闸闸室的有效长度、有效宽度、槛上水深;计算确定船闸闸首长度;计算确定船闸引航道长度、宽度、最小水深;绘制船闸平面图,并标明尺寸(见教材P46-47、P68-70、P137-138)。作业2:根据上述资料,计算确定船闸各部分高程,并绘制船闸纵剖面图,标明尺寸(见教材P50-53)。建议计算表格:船闸部位依据水位计算式高程（m）例：上导航墙顶上游最高通航水位≥7.0+1.58.5 下导航墙顶 上闸门门顶 下闸门门顶 上闸首墙顶 下闸首墙顶上门槛顶下门槛顶 上引航道底 下引航道底 闸室墙顶闸室底作业3:根据上述资料及作业1、作业2结果,进行上闸首输水系统设计及灌水水力计算:表4-3 阀门开度与、的关系阀门开度门型0.10.20.30.40.50.60.70.80.91.0平面阀门186.243.7817.488.384.282.161.010.390.090.6830.6560.6430.6420.6520.6750.7130.7710.8551.00则取=0.2(阀门井有两个),=1.979,将以上的值代入到式4-3中计算,得流量系数的结果见表4-4。表4-4 流量系数计算结果表0.10.20.30.40.50.60.70.80.91.0186.243.7817.488.384.282.161.010.390.090.070.150.230.310.390.480.560.620.660.684.5.3 输水阀门开启时间输水阀门开启时间可按下式计算:式中:---输水阀门开启时间(s);---系数,对锐缘平面阀门取0.725,对反向弧形阀门取0.623;---输水阀门处廊道断面面积();---设计水头();---重力加速度();---初始水位的闸室横断面面积();---船舶、船队浸水横断面面积();---波浪力系数,当船长与闸室长度接近时,取1.0---船舶、船队排水量(t);---允许系缆力的纵向水平分力,按表4-5选用。表4-5 船舶允许系缆力船舶吨位 允许系缆力（kN）30002000100050030010050纵向水平分力464032251885横向水平分力23201613943则 4.5.4 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按下式核算:式中: ---闸室输水时间();---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,取闸室水域的一半;---设计水头();---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();---系数,可按表4-2选用;---阀门开启时间();---重力加速度()。则 4.5.5 船闸通过能力校核计算在一般情况下,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。若船闸每年通航天数为N,一次过闸平均吨位为G,则船闸年单向通过能力P可按下式计算:式中:---船闸年单向通过能力(t);---日平均过闸次数(次),可由求得,为船闸每昼夜的平均工作时间,T为船舶(队)一次过闸的时间;---每昼夜非运货船过闸次数(次);---船闸年通航天数(天);---一次过闸平均吨位(t);---船舶装载系数,与货物种类、流向和批量有关,可取为0.5~0.8;---运量不均衡系数,一般取为1.3~1.5。影响船闸通过能力的决定因素是船闸的过闸时间T。过闸时间是指一个船舶(队)从上游经过船闸到达下游或从下游经过船闸到达上游所需时间,或指两个方向各通过一个或通过一系列船舶(队),一个船舶(队)通过船闸所需的平均时间。单级船闸的过闸方式有单向过闸和双向过闸。如果船舶(队)仅向一个方向(从上游向下游或从下游向上游)连续地通过船闸,称为单向过闸。如果船舶(队)由两个方向轮流相间的交错过闸,称为双向过闸。实际上,由于上行与下行船舶(队)很难保证到达船闸的均匀性,在设计中一般采用船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。本设计中就是采用这种方法来计算过闸时间。1) 单向过闸:假设船队从下游向上游单向通过船闸每一船舶(队)单向船闸所需的总时间为:式中:---开(关)闸门时间();---单向进闸时间(min);---闸室灌(泄)水时间(min);---单向出闸时间(min);---船队进(出)闸间隔时间(min)。计算过闸时间,首先须估算每一作业所需的时间。开启或关闭闸门的时间,当船闸宽度小于20m时,一般约为1~2min,在20~30 m时,约为1.5~3min。闸室灌水和泄水时间与船闸水头、闸室尺寸及输水系统型式有关,可通过船闸的水力计算及模型试验确定。初步估算时,可在8~15min的范围内选用,本设计选取=9min;本船闸宽12m小于20m,选取=2min;假定船队在闸室内停泊与中间位置,则进闸时所要走的距离:,查表3-5得船队进闸速度=0.5,则;出闸时所要走的距离,查表得船对单向出闸速度=0.7,则;这里计算情况是只有一个船队进(出)闸,所以船队进(出)闸间隔时间=0。则单向过闸时间:表3-5 船舶(队)进出闸的平均速度 过闸方式船舶类型进闸出闸单向双向单向双向船队0.50.70.71.0排筏（拖轮牵引）0.30.50.50.6机动单船0.81.01.01.4非机动船0.40.50.40.52) 双向过闸时间:假设船队先从下游向上游通过船闸一次双向过闸完成各项作业所需的总时间为:式中:---开(关)闸门时间(min);---双向时进闸时间(min);---闸室灌(泄)水时间(min);---双向时出闸时间(min);---船队进(出)闸间隔时间(min)。闸门开(关)时间,闸室灌(泄)水时间,船队进(出)闸间隔时间的选取同单向过闸时的。假定船队在闸室内停泊与中间位置,则进闸时所要走的距离:,查表3-5得船队进闸速度=0.7,则;出闸时所要走的距离,查表得船对单向出闸速度=1.0,则。则双向过闸时间:所以单级船闸一次过闸时间:船闸平均过闸次数:船闸年单向通过能力:满足年单向客货运量的设计要求。4.5.5 输水系统灌泄水水力特性曲线计算1) 流量系数与时间关系曲线阀门开启过程各时刻的流量系数与时间关系曲线可按式4-7计算求得,阀门全开以后的流量系数为常数。表4-6 流量系数与时间关系0.10.20.30.40.50.60.70.80.91.023.747.471.194.8118.5142.2165.9189.6213.3237.00.070.150.230.310.390.480.560.620.660.682) 闸室水位与时间关系曲线闸室水位可由上游水位减去水头求得。水头的计算按下式计算: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段末的水头可按下式计算:式中:---计算水头末的水头();---计算时段开始的水头();---计算时段,取10~30,本设计取为;---计算时段的平均流量系数;---输水阀门处廊道断面面积();---计算闸室水域面积(),对单级船闸,取闸室水域面积; ---重力加速度()。阀门全开以后任一时段末的水头可按下式计算:式中:---计算水头末的水头();---计算时段开始的水头();---阀门全开后惯性水头(),对集中输水系统可不考虑;---计算时段,取10~30;本设计取为,阀门全开后---计算时段的平均流量系数;---输水阀门处廊道断面面积();---计算闸室水域面积(),对单级船闸,取闸室水域面积;---重力加速度()。3) 流量与时间关系曲线流量与时间关系可通过下列公式计算求得:其中:---时刻的流量();---时刻的流量系数,由流量系数与时间关系曲线求得;---时刻的水位差()可由闸室水位与时间关系曲线求得;---时刻的惯性水头(),对集中输水系统可忽略不计;---重力加速度()。4) 能量与时间关系曲线5) 比能与时间关系曲线6) 闸室断面平均流速与时间关系曲线计算结果见表4-7水力特征曲线计算结果表。表4-7 水力特征曲线计算结果表nT()μthi+1()Ht()Qt()Et()ht()ωt()Ept()Vt()dQ /dt7224.50 0 0.00 2.60 31.20 0 0.00 0.00 0.1 23.7 0.076.96 224.54 5.82 397.31 2.64 31.70 12.533 0.18 0.25 0.2 47.4 0.156.83 224.67 12.36 827.58 2.77 33.26 24.879 0.37 0.28 0.3 71.1 0.236.61 224.89 18.63 1207.53 2.99 35.93 33.608 0.52 0.26 0.4 94.8 0.316.30 225.20 24.52 1514.57 3.30 39.64 38.206 0.62 0.25 0.5 118.5 0.395.91 225.59 29.88 1731.18 3.69 44.32 39.060 0.67 0.23 0.6 142.2 0.485.44 226.06 35.29 1882.90 4.16 49.93 37.712 0.71 0.23 0.7 165.9 0.564.91 226.59 39.10 1881.67 4.69 56.33 33.405 0.69 0.16 0.8 189.6 0.624.33 227.17 40.69 1729.87 5.27 63.19 27.375 0.64 0.07 0.9 213.3 0.663.75 227.75 40.31 1484.35 5.85 70.15 21.159 0.57 -0.02 1.0 237.0 0.683.19 228.31 38.29 1198.65 6.41 76.91 15.586 0.50 -0.09 1.0 264.4 0.682.59 228.91 34.49 875.95 7.01 84.13 10.412 0.41 -0.16 1.0 291.8 0.682.05 229.45 30.69 617.09 7.55 90.60 6.811 0.34 -0.16 1.0 319.2 0.681.57 229.93 26.89 415.02 8.03 96.32 4.309 0.28 -0.16 1.0 346.6 0.681.16 230.34 23.09 262.72 8.44 101.28 2.594 0.23 -0.16 1.0 374.0 0.680.81 230.69 19.29 153.15 8.79 105.49 1.452 0.18 -0.16 1.0 401.4 0.680.52 230.98 15.48 79.27 9.08 108.94 0.728 0.14 -0.16 1.0 428.8 0.680.30 231.20 11.68 34.05 9.30 111.63 0.305 0.10 -0.16 1.0 456.2 0.680.14 231.36 7.88 10.46 9.46 113.58 0.092 0.07 -0.16 1.0 483.6 0.680.04 231.46 4.08 1.45 9.56 114.76 0.013 0.04 -0.16 1.0 511.0 0.680.00 231.50 0.28 0.00 9.60 115.20 0.000 0.00 -0.16 ⏺
其它资料
1)船闸闸门采用人字门,门扇长度计算见教材P176,闸首长度计算见教材P137,检修门槽宽度取0.8m;
2)输水阀门采用平板阀门,设计为一个工作阀门和一个检修阀门方式,阀门井设计为开敞式。
作业1:
根据上述资料,计算确定船闸闸室的有效长度、有效宽度、槛上水深;计算确定船闸闸首长度;计算确定船闸引航道长度、宽度、最小水深;绘制船闸平面图,并标明尺寸(见教材P46-47、P68-70、P137-138)。
作业2:
根据上述资料,计算确定船闸各部分高程,并绘制船闸纵剖面图,标明尺寸(见教材P50-53)。
建议计算表格:
船闸部位
依据水位
计算式
高程（m）
例：上导航墙顶
上游最高通航水位
≥7.0+1.5
8.5
下导航墙顶
上闸门门顶
下闸门门顶
上闸首墙顶
下闸首墙顶
上门槛顶
下门槛顶
上引航道底
下引航道底
闸室墙顶
闸室底
作业3:
根据上述资料及作业1、作业2结果,进行上闸首输水系统设计及灌水水力计算:
表4-3 阀门开度
与
、
的关系
阀门
开度
门型
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1.0
平面
阀门
186.2
43.78
17.48
8.38
4.28
2.16
1.01
0.39
0.09
0.683
0.656
0.643
0.642
0.652
0.675
0.713
0.771
0.855
1.00
则取
=0.2(阀门井有两个),
=1.979,将以上的值代入到式4-3中计算,得流量系数的结果见表4-4。
表4-4 流量系数计算结果表
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1.0
186.2
43.78
17.48
8.38
4.28
2.16
1.01
0.39
0.09
0.07
0.15
0.23
0.31
0.39
0.48
0.56
0.62
0.66
0.68
4.5.3 输水阀门开启时间
输水阀门开启时间可按下式计算:
式中:
---输水阀门开启时间(s);
---系数,对锐缘平面阀门取0.725,对反向弧形阀门取0.623;
---输水阀门处廊道断面面积(
);
---设计水头(
);
---重力加速度(
);
---初始水位的闸室横断面面积();
---船舶、船队浸水横断面面积();
---波浪力系数,当船长与闸室长度接近时,取1.0
---船舶、船队排水量(t);
---允许系缆力的纵向水平分力,按表4-5选用。
表4-5 船舶允许系缆力
船舶吨位
允许系缆力（kN）
3000
2000
1000
500
300
100
50
纵向水平分力
46
40
32
25
18
8
5
横向水平分力
23
20
16
13
9
4
3
则 
4.5.4 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按下式核算:
式中: 
---闸室输水时间(
);
---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,取闸室水域的一半;
---设计水头();
---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();
---系数,可按表4-2选用;
---阀门开启时间();
---重力加速度()。
则 
4.5.5 船闸通过能力校核计算
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。若船闸每年通航天数为N,一次过闸平均吨位为G,则船闸年单向通过能力P可按下式计算:
式中:
---船闸年单向通过能力(t);
---日平均过闸次数(次),可由
求得,
为船闸每昼夜的平均工作时间,T为船舶(队)一次过闸的时间;
---每昼夜非运货船过闸次数(次);
---船闸年通航天数(天);
---一次过闸平均吨位(t);
---船舶装载系数,与货物种类、流向和批量有关,可取为0.5~0.8;
---运量不均衡系数,一般取为1.3~1.5。
影响船闸通过能力的决定因素是船闸的过闸时间T。过闸时间是指一个船舶(队)从上游经过船闸到达下游或从下游经过船闸到达上游所需时间,或指两个方向各通过一个或通过一系列船舶(队),一个船舶(队)通过船闸所需的平均时间。
单级船闸的过闸方式有单向过闸和双向过闸。如果船舶(队)仅向一个方向(从上游向下游或从下游向上游)连续地通过船闸,称为单向过闸。如果船舶(队)由两个方向轮流相间的交错过闸,称为双向过闸。实际上,由于上行与下行船舶(队)很难保证到达船闸的均匀性,在设计中一般采用船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。本设计中就是采用这种方法来计算过闸时间。
1) 单向过闸:假设船队从下游向上游单向通过船闸
每一船舶(队)单向船闸所需的总时间为:
式中:
---开(关)闸门时间(
);
---单向进闸时间(min);
---闸室灌(泄)水时间(min);
---单向出闸时间(min);
---船队进(出)闸间隔时间(min)。
计算过闸时间,首先须估算每一作业所需的时间。开启或关闭闸门的时间,当船闸宽度小于20m时,一般约为1~2min,在20~30 m时,约为1.5~3min。闸室灌水和泄水时间与船闸水头、闸室尺寸及输水系统型式有关,可通过船闸的水力计算及模型试验确定。初步估算时,可在8~15min的范围内选用,本设计选取=9min;本船闸宽12m小于20m,选取=2min;假定船队在闸室内停泊与中间位置,则进闸时所要走的距离:
,
查表3-5得船队进闸速度
=0.5
,则
;出闸时所要走的距离
,
查表得船对单向出闸速度
=0.7,则
;这里计算情况是只有一个船队进(出)闸,所以船队进(出)闸间隔时间=0。则单向过闸时间:
表3-5 船舶(队)进出闸的平均速度
过闸方式
船舶类型
进闸
出闸
单向
双向
单向
双向
船队
0.5
0.7
0.7
1.0
排筏（拖轮牵引）
0.3
0.5
0.5
0.6
机动单船
0.8
1.0
1.0
1.4
非机动船
0.4
0.5
0.4
0.5
2) 双向过闸时间:假设船队先从下游向上游通过船闸
一次双向过闸完成各项作业所需的总时间为:
式中:---开(关)闸门时间(min);
---双向时进闸时间(min);
---闸室灌(泄)水时间(min);
---双向时出闸时间(min);
---船队进(出)闸间隔时间(min)。
闸门开(关)时间,闸室灌(泄)水时间,船队进(出)闸间隔时间的选取同单向过闸时的。假定船队在闸室内停泊与中间位置,则进闸时所要走的距离:
,
查表3-5得船队进闸速度
=0.7,则
;
出闸时所要走的距离
,
查表得船对单向出闸速度
=1.0,则
。则双向过闸时间:
所以单级船闸一次过闸时间:
船闸平均过闸次数:
船闸年单向通过能力:
满足年单向客货运量的设计要求。
4.5.5 输水系统灌泄水水力特性曲线计算
1) 流量系数与时间关系曲线
阀门开启过程各时刻的流量系数与时间关系曲线可按式4-7计算求得,阀门全开以后的流量系数为常数。
表4-6 流量系数与时间关系
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1.0
23.7
47.4
71.1
94.8
118.5
142.2
165.9
189.6
213.3
237.0
0.07
0.15
0.23
0.31
0.39
0.48
0.56
0.62
0.66
0.68
2) 闸室水位与时间关系曲线
闸室水位可由上游水位减去水头求得。水头的计算按下式计算:
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段末的水头可按下式计算:
式中:
---计算水头末的水头();
---计算时段开始的水头();
---计算时段,取10~30,本设计取为
;
---计算时段的平均流量系数;
---输水阀门处廊道断面面积();
---计算闸室水域面积(),对单级船闸,取闸室水域面积; 
---重力加速度()。
阀门全开以后任一时段末的水头可按下式计算:
式中:---计算水头末的水头();
---计算时段开始的水头();
---阀门全开后惯性水头(),对集中输水系统可不考虑;
---计算时段,取10~30;本设计取为,阀门全开后
---计算时段的平均流量系数;
---输水阀门处廊道断面面积();
---计算闸室水域面积(),对单级船闸,取闸室水域面积;
---重力加速度()。
3) 流量与时间关系曲线
流量与时间关系可通过下列公式计算求得:
其中:
---时刻
的流量(
);
---时刻的流量系数,由流量系数与时间关系曲线求得;
---时刻的水位差()可由闸室水位与时间关系曲线求得;
---时刻的惯性水头(),对集中输水系统可忽略不计;
---重力加速度()。
4) 能量与时间关系曲线
5) 比能与时间关系曲线
6) 闸室断面平均流速与时间关系曲线
计算结果见表4-7水力特征曲线计算结果表。
表4-7 水力特征曲线计算结果表
n
T()
μt
hi+1()
Ht()
Qt()
Et()
ht()
ωt()
Ept()
Vt()
dQ /dt
7
224.50
0
0.00
2.60
31.20
0
0.00
0.00
0.1
23.7
0.07
6.96
224.54
5.82
397.31
2.64
31.70
12.533
0.18
0.25
0.2
47.4
0.15
6.83
224.67
12.36
827.58
2.77
33.26
24.879
0.37
0.28
0.3
71.1
0.23
6.61
224.89
18.63
1207.53
2.99
35.93
33.608
0.52
0.26
0.4
94.8
0.31
6.30
225.20
24.52
1514.57
3.30
39.64
38.206
0.62
0.25
0.5
118.5
0.39
5.91
225.59
29.88
1731.18
3.69
44.32
39.060
0.67
0.23
0.6
142.2
0.48
5.44
226.06
35.29
1882.90
4.16
49.93
37.712
0.71
0.23
0.7
165.9
0.56
4.91
226.59
39.10
1881.67
4.69
56.33
33.405
0.69
0.16
0.8
189.6
0.62
4.33
227.17
40.69
1729.87
5.27
63.19
27.375
0.64
0.07
0.9
213.3
0.66
3.75
227.75
40.31
1484.35
5.85
70.15
21.159
0.57
-0.02
1.0
237.0
0.68
3.19
228.31
38.29
1198.65
6.41
76.91
15.586
0.50
-0.09
1.0
264.4
0.68
2.59
228.91
34.49
875.95
7.01
84.13
10.412
0.41
-0.16
1.0
291.8
0.68
2.05
229.45
30.69
617.09
7.55
90.60
6.811
0.34
-0.16
1.0
319.2
0.68
1.57
229.93
26.89
415.02
8.03
96.32
4.309
0.28
-0.16
1.0
346.6
0.68
1.16
230.34
23.09
262.72
8.44
101.28
2.594
0.23
-0.16
1.0
374.0
0.68
0.81
230.69
19.29
153.15
8.79
105.49
1.452
0.18
-0.16
1.0
401.4
0.68
0.52
230.98
15.48
79.27
9.08
108.94
0.728
0.14
-0.16
1.0
428.8
0.68
0.30
231.20
11.68
34.05
9.30
111.63
0.305
0.10
-0.16
1.0
456.2
0.68
0.14
231.36
7.88
10.46
9.46
113.58
0.092
0.07
-0.16
1.0
483.6
0.68
0.04
231.46
4.08
1.45
9.56
114.76
0.013
0.04
-0.16
1.0
511.0
0.68
0.00
231.50
0.28
0.00
9.60
115.20
0.000
0.00
-0.16
⏺
题目解答
答案
船舶在闸室内停泊条件校核。
作业4:
已知地基渗径系数C=3.0,试采用渗径系数法计算检修工况下闸室地基的渗透稳定性(垂直段换算为水平段的换算系数m为1.0)。
作业5:
计算如图的双铰底板闸室结构的地基反力并画出地基反力图。其中:闸墙底宽3m,中底板半宽5m,闸墙结构所受荷载传到铰处的垂直力为495kN、力偶为300kNm,底板自重、水重、浮托力等合力为25kN/m。
作业1、2、3参考(过程参考)