1、目 录一、工程概况1二、设计依据22.1 自然条件22.1.1 地形、地貌和地质条件22.1.2 水位（大沽高程）及水头22.1.3 水文和气象22.1.4 地震22.2 工程要求22.2.1船队、船型及货运量22.2.2建筑物等级22.2.3计算船闸通过能力的基本数据22.2.4 材料供应及施工技术条件22.2.5 各种材料的物理指标2三、船闸总体布置23.1 船闸建设位置和具体形式23.2 船闸各主要结构的高程23.2.1 闸室墙结构的高程23.2.2 闸首结构的高程23.2.3 引航道的高程23.3 船闸的平面尺寸23.3.1 船闸闸室的平面尺寸23.3.2 引航道的平面尺寸2四、 船闸

　　2、水工建筑物设计24.1 闸门选型24.2 闸首选型24.3 引航道建筑物选型24.4 闸室结构选型24.4.1 闸室墙结构技术经济分析24.4.2 闸室墙的选型24.4.3 闸室底板的选型24.5 防渗结构的布置24.5.1 闸首的防渗布置24.5.2 闸室墙的防渗布置24.6 闸室墙设计验算24.6.1 渗透稳定性强度验算24.6.2 抗滑、抗倾和抗浮稳定性验算24.6.3 地基承载力和基底应力验算24.7 按突出坝上游布置方式进行闸室墙设计验算24.7.1 渗透稳定性强度验算24.7.2 抗滑、抗倾和抗浮稳定性验算24.7.3 地基承载力和基底应力验算24.7.4 小结24.8 船闸辅助设

　　3、备2五、 船闸通过能力设计25.1 过闸时间计算25.2 通过能力计算2六、 船闸输水系统设计26.1 输水系统的选型26.2 输水系统水力计算26.3 船闸耗水量验算2七、 设计依据及参考文献2一、工程概况北运河水系位于海河流域北部，东经1153011830、北纬39054130之间，西界为永定河，东界为潮白河，南至海河。北运河纵贯京津冀都市圈，沿程流经北京市的通州区、河北省的香河县、天津市的武清区、天津市的北辰区以及天津市部分市区。北运河发源于燕山北部军都山南麓昌平、延庆一带，流域面积6166km2，其中山区面积为952km2，占流域总面积的

　　4、16%，平原面积5214km2，占流域总面积的84%。以北京市通州区北关闸为界，北关闸以上称温榆河，以下始称北运河。2007年北关拦河闸下移800m重建，称新北关闸。北运河干流即从新北关闸（以下均指新北关闸）至天津市区子北汇流口，河道全长141.9km。本次工程研究范围自北关闸至北辰区的屈家店闸，全长127km。 考虑到北运河未来与京杭大运河南段沟通的可能性，北运河船型采用京杭大运河标准船型。考虑到北运河综合整治对环保要求的特点，主要考虑通航集装箱船，不考虑具有污染性的干散货船，但可以通航液体散货船。V级航道集装箱船装载16标箱，相当于载重量为300t的货船，VI级航道集装箱船型标准船型中

　　5、未列出，故按100t油船和客船考虑。两个梯级渠化方案，一个是设4座保水型船闸，包括榆林庄闸、杨洼闸、木厂闸和新三孔闸；另一个是两船闸方案，即在木厂闸和新三孔闸处设各一个保水型船闸，拆除杨洼闸和榆林庄闸。二、设计依据2.1 自然条件2.1.1 地形、地貌和地质条件北运河干流流域位于湖积平原，地势平缓、广阔，由西北向东南微倾斜，河道两岸仅分布一级阶地，除通州城区段以外，河道滩地多为农田，堤防外侧为农田、村庄；下游两侧多洼地。北运河河道蜿蜒曲折，堤外地面高程上游北关闸附近在20.0m左右，下游屈家店附近在3.0m左右，地面坡度为1/50001/10000，滩地高程与堤外地面基本一致。新三孔闸和八孔闸

　　6、坝址区持力地层主要为粉砂层和粘土层（见表2-1），承载力标准值均为80kPa。地下水对混凝土无腐蚀性，对钢筋混凝土结构中的钢筋具弱腐蚀性。表 2-1 地基土的物理力学指标船闸位置土类型C /KPA天然容重KN/M3浮容重KN/M3水上 水下三孔闸砂土26 20019102.1.2 水位（大沽高程）及水头新三孔闸设计水位及水头见表 2-2。表 2-2 船闸水位及水头方案地点上游通航水位（M）下游通航水位（M）水头（M）四船闸新三孔闸8.004.803.202.1.3 水文和气象北运河流域属东亚暖温带性季风气候区，四季分明。春季干旱多风，蒸发量大；夏季受海洋性气候及台风影响，炎热多雨，且降雨集

　　7、中；秋季天高气爽，降雨稀少；冬季多北风，寒冷少雨雪。多年平均气温11.312.7，1月份温度最低，月平均气温-5.0-5.3,7月份温度最高，月平均气温25.826.1。无霜期206d左右，最大冻土深度62cm70cm，多年平均日照时数2651小时2744小时。多年平均风速为3.03.5m/s，历年最大风速24m/s。多年平均蒸发量1133mm1200mm。多年平均降雨量561585mm，汛期降雨量占全年的80%85%，且多以暴雨形式出现在7、8月份。降雨年际变化也很明显，丰枯比达数倍之多。2.1.4 地震本地区属于非地震区，不做专门的防震设计，仅按构造要求进行抗震设防。2.2 工程要求2.2

　　8、.1船队、船型及货运量北运河规划近期货运量为160万吨，集装箱可按平均每箱8吨折合。按V级航道设计，见表2-3。表 2-3 设计船型尺度航道等级船舶吨级设计船型尺度（M）总长 L型宽 B设计吃水 TV 级航道16TEU 船40426.62.02.2.2建筑物等级 根据船闸水工建筑物设计规范（JTJ307）规定船闸建筑物等级见表 2-4。表 2-4 船闸建筑物等级船闸等级主要水工建筑物次要建筑物临时建筑物V 级3452.2.3计算船闸通过能力的基本数据【船舶装载系数】：0.7【运量不均衡系数】：1.3【一次过闸运量】：512t【年通航天数】：270 天【两班制日工作时间】：14 小时【三班制工作

　　9、时间】：21 小时【过闸航速】：单向：进闸 0.5 米/秒，出闸 0.7 米/秒双向：进闸 0.7 米/秒，出闸 1.0 米/秒【每天非货船过闸次数】：2 次2.2.4 材料供应及施工技术条件表 2-5建筑材料及购买地建筑材料购买地土方就地取材石料蓟县混凝土离城镇较近 就地购买离城镇较远现场拌合钢材钢材市场其他装饰材料市场2.2.5 各种材料的物理指标混凝土 =24.0kN/m3；钢筋混凝土 =24.5kN/m3；浆砌块石 =22.0kN/m3；水泥砂浆或干砌块石 =20kN/m3。三、船闸总体布置3.1 船闸建设位置和具体形式（一）建设位置船闸布置选择突出于坝下游的布置形式，以减少工程量，降

　　10、低造价。船闸由上、下游引航道，上、下闸首和闸室构成。（二）具体形式由于单线船闸足以满足设计水平年内的过闸船舶数量、总吨位数和客货运输量的通过能力要求，不必建设双线或多线船闸。新三孔闸设计水头为3.2m，小于30m，采用单级船闸即可。综上，采用单线 船闸各主要结构的高程3.2.1 闸室墙结构的高程船闸闸室墙顶高程=上游设计最高通航水位+超高值=8m+1.4m=9.4m船闸闸室底高程必须低于闸首门槛顶高程，取1.6m。故上闸首设帷幕墙，墙高3.2m。3.2.2 闸首结构的高程船闸非挡水前缘闸首的闸门顶高程=上游设计最高通航水位+安全超高=8m+0.3m=8.3m由于闸首墙顶高程不应

　　11、小于闸室墙顶高程，故取闸门顶高程为9.4m船闸上闸首门槛高程=上游设计最低通航水位-门槛水深=8m-3.2m=4.8m船闸下闸首门槛高程=下游设计最低通航水位-门槛水深=4.8m-3.2m=1.6m3.2.3 引航道的高程船闸上游引航道导墙顶高程=上游设计最高通航水位+超高值=8m+1.4m=9.4m船闸下游引航道导墙顶高程=下游设计最高通航水位+超高值=4.8m+1.4m=6.2m船闸上游引航道底部高程=上游设计最低通航水位-引航道设计最小水深=8m-3.2m=4.8m船闸下游引航道底部高程=下游设计最低通航水位-引航道设计最小水深=4.8m-3.2m=1.6m3.3 船闸的平面尺寸3.3.

　　12、1 船闸闸室的平面尺寸（一）船闸闸室有效长度由公式LX = lC + lf其中设计船舶长度lC取两个16TEU船的设计总长242m+富裕长度2m=86m；按顶推船队设计，富裕长度lf =2+0.06lc =7.16m；按拖带船队设计，富裕长度lf =2+0.03lc =4.58m；按机动驳和其他船队设计，富裕长度lf =4+0.05lc =8.60m；故船闸闸室有效长度LX不应小于94.60m，取整数，故LX=95m。镇静段长度为10m。（二）船闸闸首口门和闸室有效宽度由公式BX=bC+bf，按双列过闸考虑，bC取两个16TEU船的型宽26.6=13.2m。富裕宽度bf

　　13、=b+0.025(n-1)bC=1+0.165=1.165m，故船闸闸室有效宽度BX不应小于14.365m，取16m。船闸闸首口门宽度同闸室有效宽度，取16m。（三）船闸门槛最小水深和闸室最小水深船闸门槛最小水深应为设计最低通航水位至门槛顶部的最小水深，并应满足设汁船舶、船队满载时的最大吃水加富裕深度的要求。由公式H/T1.6,其中T取单个16TEU船的设计吃水2.0m，故船闸门槛最小水深H应不小于3.2m，取H=3.2m。闸室最小水深应为设计最低通航水位至闸室底板顶部的最小水深，其值应不小于门槛最小水深，取3.2m。综上，船闸闸室水域尺寸为105163.2m。3.3.

　　14、2 引航道的平面尺寸上下游引航道设计为不对称型，引航道由直线段（包括导航段、调顺段、停泊段）、过渡段与制动段组成。坝中央有一泄水闸，规模较小，泄流时，河道内产生的水流对船舶航行影响不大，可不考虑其对引航道内船舶的影响，故下游无需建造长导堤，但下游引航道应增加一定长度。（一）引航道长度L导航段l1LC=85m，取86m；调顺段l2=(1.52.0)LC=(1.52.0)86=129172m，取130m；停泊段l3LC=86m，取86m；过渡段l410B，B引航道直线段宽度与航道宽度之差，本航道为单线船闸可不作考虑；制动段l4=lC，取=2.5，则l4=2.586m=215

　　15、m，取220m得引航道总长520m，下游加长为550m。（二）引航道宽度B0单线船闸不对称型引航道宽度（两停一行）应按下式计算B0 bc + bc1 + bc2 +2b1其中，设计最大船舶宽度bC=6.6m，两侧等候过闸船舶总宽度bC1=bC2=6.6m，船舶之间的富裕宽度b1=bC=6.6m。得引航道宽度应不小于33m，取B0=35m。（三）引航道最小水深H0由公式H/T1.4，其中T取单个16TEU船的设计吃水2.0m，故引航道最小水深H应不小于2.8m，取H=3.2m。四、 船闸水工建筑物设计4.1 闸门选型上、下闸首均采用横梁式平面人字闸门，在上闸首的上游设检修闸门，检修闸门为叠梁式闸

　　17、门面板底与门槛顶的高差m=0.2m，得门扇高度h=3.8m。4.2 闸首选型为保证闸首具有足够的整体刚度，避免由于闸首边墩相对沉降而影响船闸的正常工作，在土基上，上、下闸首均采用整体式结构，边墩与底板刚性连接。闸首纵向可分为门前段、门龛段和闸门支持墙段三部分。（一）门前段长度 l1对人字门闸首，门前段长度l1=（1.02.0）+C1，其中C1为检修闸门槽宽度，取1.0m，l1=1.5m。（二）门龛段长度 l2对人字门闸首，门龛段长度l2=(1.11.2)(Bk+d)/2cos，其中为闸首口门宽度，取16m；d为门龛深度，取1.5m；为闸门与船闸横

　　19、31m，取1.2m。 由于门龛段需向下开挖，开挖深度0.5m，此处为底板最薄处，厚度为1.2。