渠化工程课程设计任务书指示书北运河.docx
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渠化工程课程设计任务书指示书北运河
渠化工程课程设计任务书
天津大学建筑工程学院港口航道与海岸工程系
2011年11月
渠化工程课程设计任务书
设计题目:
北运河船闸工程设计
一、概况
北运河水系位于海河流域北部,东经115°30′~118°30′、北纬39°05′~41°30′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。
图1-1北运河水系分布图
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,不考虑其它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、自然条件及设计的基本依据
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1/5000~1/10000,滩地高程与堤外地面基本一致。
杨洼闸和榆林庄闸坝址处地质条件较好,主要由粉沙和粘土组成,承载力一般在200kPa。
木厂闸场区主要由粉土、粘性土和砂土组成,场地土除第①-1层为软弱土外,其它各层均属中软土,建筑场地类别为Ⅲ类。
河道沿程各层土质主要由粉土、粉砂、粘性土和砂土组成,各层均属中软土,承载力标准值80~100kPa。
建筑场地类别为Ⅲ类。
新三孔闸和八孔闸坝址区持力地层主要为粉砂层和粘土层,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各类土的物理力学指标
船闸位置
土类型
φ/︒
c/kPa
饱和容重/KN/m3
浮容重/KN/m3
水上
水下
榆林庄闸
粉砂
23
18
0
18
10
杨洼闸
粉土
18
16
12
18
10
木厂闸
粘土
28
24
15
18
10
三孔闸
砂土
26
20
0
19
10
2、水位(大沽高程)及水头
图2-1四船闸方案
图2-2两船闸方案
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)
两船闸
木厂闸
17.15
8.00
9.15
新三孔闸
8.00
4.80
3.20
四船闸
榆林庄闸
17.15
12.93
4.22
杨洼闸
12.93
10.86
2.07
木厂闸
10.86
8.00
2.86
新三孔闸
8.00
4.80
3.20
3.水文、气象
北运河流域属东亚暖温带大陆性季风气候区,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11.3℃~12.7℃,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25.8℃~26.1℃。
无霜期206d左右,最大冻土深度62cm~70cm,多年平均日照时数2651小时~2744小时。
多年平均风速为3.0~3.5m/s,历年最大风速24m/s。
多年平均蒸发量1133mm~1200mm。
多年平均降雨量561~585mm,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。
4、地震(暂不考虑)
5、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。
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T
V级航道
16TEU船
40~42
6.6
2.0
VI级航道
100t油船
29~31
5.0
1.2~1.6
6、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如表7-2所示。
由此确定V级船闸闸首、闸室按3级建筑设计,导航建筑物按4级设计,临时建筑物按5级设计。
VI级船闸闸首、闸室按4级建筑设计,导航建筑物按5级设计。
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
3
4
5
VI级
4
5
-
7、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:
年通航天数270天;
两班制日工作时间14小时;三班制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。
8、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
其它装饰材料
市场
各种材料的物理指标:
混凝土γ=24.0kN/m3;
钢筋混凝土γ=24.5kN/m3;
浆砌块石γ=22.0kN//m3;
水泥砂浆或干砌块石γ=20kN/m3。
渠化工程课程设计指示书
天津大学建筑工程学院港口航道与海岸工程系
2011年11月
船闸课程设计指示书
一、目的
1、巩固所学专业知识,加深对所学的专业知识的理解;
2、提高运用所学专业知识分析问题、解决问题的能力;
3、培养提高学生计算、绘图技能和编写说明书的能力,进行一次基本功训练。
二、要求
1、完成时间:
二周
2、设计要求:
要独立完成船闸设计,提交说明书、计算书一册,1#图纸(船闸结构总图)一张,船闸平面总体布置图(包括闸室、闸首、引航道)一张。
三、注意事项
1、先熟悉设计任务和要求,熟悉设计的基本资料,制定出计划,做到有条不紊。
2、说明书、计算书要书写工整,条理清楚,要有充分的根据,插图要正规。
3、图纸要按制图规范的有关规定认真绘制,做到布局合理,线条标准,幅面美观。
四、船闸设计的主要内容和步骤
一般工程设计可分为规划(可行性研究)、初步设计、施工图设计几个阶段。
可行性研究主要分析工程的经济和社会效益,研究工程的主要技术问题,估算投资数量。
经上级主管部门立项之后,才开始工程设计。
本次课程设计由于时间限制,主要做以下几项内容:
确定船闸规模,总平面布置,闸门、闸首、输水系统、闸室结构的选型论证以及对闸室结构(选定方案)的强度及稳定性验算。
设计中可参考如下步骤进行:
1、按给定条件,确定船闸(包括闸室、闸首、闸门及导航建筑物、引航道平面和断面)的尺度以及顶面、底面高程。
2、根据所确定的有关尺度、船闸的使用要求、引航道要求以及具体的地质条件、地形条件、近远期规划等因素进行船闸的总平面布置,确定其位置,并计算船闸的通过能力、过闸时间及耗水量。
3、根据具体的地形、地质条件、船闸的使用要求、材料来源、施工技术及船闸规模等条件对船闸主要部分进行选型论证,拟定闸首、闸室、闸门及导航建筑物的结构形式。
4、对闸室结构选型论证是这次课程设计的重点,要求较深入进行(要对两个以上方案进行分析比较)。
5、对选定的闸室结构进行结构计算和整体稳定性验算。
修改拟定的断面。
6、确定输水型式,设计输水廓道,并进行相应的水力计算。
7、编写说明书和计算书,绘制船闸结构总图(平面、立面和剖面)。
五、课程设计提示
1、船闸总体布置
(1)船闸位置的选择
船闸应选在地形、地质条件较好的顺直河段,以便选择较简单的结构形式,减少施工中的技术问题,降低工程造价。
要充分利用有利地形,在满足使用要求的前提下避开深挖方、高填筑的地区;要尽量布置在靠近深泓线的河岸,以减少工程中的挖方量。
船闸应尽量布置在离岸边较近的地方,以便于布置施工料场,避免施工布置复杂化,同时也便于船闸的管理。
船闸的布置应充分考虑远景航运发展的需要,当船闸紧靠在溢流坝、泄水闸、电站、水轮泵站等泄水建筑物旁边布置时,其间必须有足够长的分水隔墙,以便船舶安全迅速地进出船闸。
船闸轴线应尽量与主河道(航道)的方向一致。
在枢纽中布置船闸所应考虑的因素很多,各种因素可能存在矛盾,一般要选择几条有代表性的线路位置,经过仔细比较,选择其最优方案,以满足投资少、效益大、运行安全、管理、施工方便等方面的要求。
(2)引航道布置
船闸引航道口外一定范围的水域称为引航道口门区。
为保证船舶(队)安全迅速地进出引航道,引航道口门区(即分水堤头部向外一定长度和宽度范围)的长度应满足以下要求,对拖带船队为1~1.5倍船长,对顶推船队为2~2.5倍船队长。
流速应满足下表要求。
表5-1引航道口门区水面最大流速限值表(米/秒)
船闸级别
平行航线的纵向流速
垂直航线的横向流速
回流流速
Ⅰ~Ⅳ
≤2.0
≤0.30
≤0.4
Ⅴ~Ⅶ
≤1.5
≤0.25
≤0.4
除流速限制外,引航道口门区应尽量避免出现如泡旋、乱流等不良流态。
若遇到此种情况,则应尽量采取工程措施将不良水流减至无害程度。
引航道口门区航道中心线与水流夹角的大小直接影响船队进出引航道的安全,要求此夹角尽量小,一般不应超过25°。
引航道在满足直线段要求后需转弯时,其弯曲半径及弯道加宽应满足下列要求:
a、最小转弯半径对顶椎船队或机动驳船,Ⅰ~Ⅲ级船闸R≥4Lc,Ⅳ~Ⅶ级船闸R≥3Lc,对于拖带船队R≥5Lc。
在引航道口门区考虑到水流、风浪等的影响,其最小弯曲半径值应按上述规定再加大一个Lc的长度。
b、弯道加宽
式中:
B0为引航道宽度(米)
Lc为船队或单船(拖带船队)长度。
2、船闸结构选型和结构计算
(1)结构选型
船闸结构选型是初步设计的一项重要内容。
它既是一个技术问题,也是一个经济问题。
某一工程结构型式的选定,一般要按具体的地质条件、施工技术、材料来源、使用要求和经济条件拟定多种方案,经过技术、经济比较后选定。
一种结构型式在满足使用要求的前提下,首先必须是技术上可行的和经济上合理的。
本次课程设计要对闸室结构从材料来源、地质条件、施工技术、使用要求及技术特点等方面进行深入的论证(至少有两个方案)。
对于船闸其它部分的选型只做一般性论证,一般不做详细的技术经济指标比较。
在进行方案比较论证时,可参照下表中的项目。
表5-2结构选型方案比较表
方案
项目
方案Ⅰ(名称)
Ⅱ(…)
Ⅲ(…)
Ⅳ(…)
结构简图
主要材料
用量
优点
缺点
(2)验算内容
结构型式选定之
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