船閘開(kāi)題報告
船閘是應用最廣的一種通航建筑物，多建筑在河流和運河上。為克服較大的潮差，也建筑在入海的河口和海港港池口門(mén)處。
一、選題的理論價(jià)值和現實(shí)意義
桐子壕電站是嘉陵江干流蒼溪至合川段水電開(kāi)發(fā)的十二個(gè)梯級.該工程位于四川省廣安地區武勝縣中心鎮秀觀(guān)村附近的嘉陵江小中壩段.樞紐上距縣城沿口碼頭13.0公里,至南充市碼頭154.0公里,下距重慶市朝天門(mén)港臺167.0公里.地理座標在東經(jīng)濟成分106°16′.北緯30°18′之間
嘉陵江具有悠遠的通航歷史，歷來(lái)是川東北的交通運輸干線(xiàn)，廣安和達州地區對外物質(zhì)交流的重要通道之一。嘉陵江腹地屬亞熱帶季風(fēng)氣候，氣候溫和，雨量充沛，自然資源豐富，農業(yè)比較發(fā)達，是四川重點(diǎn)糧棉產(chǎn)區之一。流域內森林面積廣，礦產(chǎn)資源豐富。豐富的礦產(chǎn)資源將為該地區經(jīng)濟發(fā)展提供良好的條件，也為水運提供了充足的貨源。隨著(zhù)腹地產(chǎn)業(yè)結構的變化，工農業(yè)及其他產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，為交通運輸提供了大量的貨源
二、國內外船閘建設的成就發(fā)展
在興建水利樞紐，渠化河流和修建運河時(shí)，船閘是克服集中落差的一種通航建筑物，船要通航建閘建設在我國有悠久歷史，早在2000多年前，秦朝開(kāi)挖的靈渠，克服水位差的陡門(mén)就是船閘的雛形。新中國成立后，僅40年間，就建設了大、中、小各類(lèi)船閘達800余座，大大地推動(dòng)了我過(guò)船閘技術(shù)的發(fā)展。。50年代建設的京杭運河，船閘的規模就比較大，可以通過(guò)4000噸級的船隊，運輸十分繁忙，對溝通我過(guò)南北水運運輸起著(zhù)十分重要的作用。70年代興建的長(cháng)江該葛洲壩水利樞紐，船閘的規模和水頭都居世界前列。而三峽船閘是目前世界上規模最大、級數最多、總水頭最高、施工難度最大的船閘。包括上、下游引航道，船閘總長(cháng)6442米，其中船閘閘室部分長(cháng)1621米。
由于水運運輸具有價(jià)廉、低耗、量大的優(yōu)點(diǎn)，世界上一些工業(yè)發(fā)達的國家中，內河運輸發(fā)展較快。作為內河航運建設重要組成部分的船閘建設也得到了較快的發(fā)展，多數國家的現代船閘主要是20世紀50年代以后發(fā)展起來(lái)的。
國外船閘的建設很重視滿(mǎn)足使用要求，在設計中注意選擇好船閘位置和布置及引航
道通航條件，防治泥沙淤積，使船舶能安全可靠和迅速暢通的通過(guò)船閘。
為適應水運成網(wǎng)和運量大的需求，一些國家的內河尺寸向標準化和大尺度發(fā)展，特別是船閘寬度逐漸統一，內河成網(wǎng)，四通八達，起尺度滿(mǎn)足設計船隊原隊一次過(guò)閘的需求。
隨著(zhù)運量的增大和發(fā)展，為滿(mǎn)足客、貨運量過(guò)壩的需要，不少樞紐興建了雙線(xiàn)或多線(xiàn)船閘，但在建設步驟上，則根據各自的情況和條件的不同而有所不同，如蘇聯(lián)在伏爾加河各級樞紐都同時(shí)修建了二線(xiàn)船閘，而在一些河流則使采取先建一線(xiàn)船閘，運量增大后再建二線(xiàn)船閘。
為減少船閘級數，縮短船舶過(guò)閘時(shí)間，加快水運運輸速度，適應高壩通航的需要，內河船閘逐步向高水頭發(fā)展。據不完全統計，國外單級水頭大于20米的船閘有30多座，巴西庫魯依船閘有單級36.5米，依泰普船閘單級水頭約為33～44米，這些都反映了當前船閘的世界水平。
高水頭大型船閘的關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題主要是船閘水利條件(特別是閥門(mén)水力條件問(wèn)題)、閘、閥門(mén)和啟閉機等技術(shù)問(wèn)題。為解決高水頭船閘在灌泄水時(shí)閘室和引航道內的停泊條件以及非恒定流對過(guò)閘船舶航行的影響，采用了等慣性輸水系統、旁側引水或旁側泄水以及分散進(jìn)水和分散泄水等措施，為解決閥門(mén)水力條件問(wèn)題，特別是閥門(mén)氣蝕問(wèn)題，采用反響弧形閥門(mén)，降低閥門(mén)底的高程和快速開(kāi)啟閥門(mén)以及設通風(fēng)孔等措施，隨著(zhù)這些關(guān)鍵技術(shù)的突破，船閘的技術(shù)水平回有進(jìn)一步的突破。
由于船閘水力條件和閥門(mén)幾啟閉機械技術(shù)條件的限制，當水頭高至一定限度時(shí)，單級船閘就成為不可能，需要采用多級船閘，包括連續多級船閘和設中間渠道的多級船閘。蘇聯(lián)額爾齊斯河的明斯克船閘的水頭最高為67米，分四級，但連續船閘通過(guò)能力小，過(guò)閘費時(shí)多。而采用設中間渠道的多級船閘在國外有10多座，巴西圖庫魯依設中間渠道的兩級船閘，是世界上水頭最高、規模最大的梯級船閘。
在水源缺少的情況下，為發(fā)展水運、減少船閘過(guò)閘耗水兩，歐洲一些國家采用了省水船閘。
為適應海運需要，不少?lài)叶寂d建了大型海閘，世界最長(cháng)的海串在比利時(shí)，有效長(cháng)度500米，寬57米。最寬船閘在法國，有效寬67米。
為防咸水入侵海閘上游，影響上游水質(zhì)，一些國家修建了防咸船閘。如法國修建了敦克爾克港馬迪克防咸船閘。
三、研究重點(diǎn)
本畢業(yè)設計的題目是《嘉陵江桐子壕船閘結構設計》，在完成整個(gè)船閘的初步設計后，著(zhù)重進(jìn)行船閘輸水系統的設計。初步設計包括以下幾下項內容：
1、船閘總體布置及選型
船閘的種類(lèi)很多，根據船閘的不同特征，如位置、閘室數目、線(xiàn)數等，可以分為不同的類(lèi)型：內河船閘和海船閘、單級船閘和多級船閘、單線(xiàn)船閘和多線(xiàn)船閘等。此外還有其它類(lèi)型的船閘如廣室船閘，省水船閘，井式船閘等。根據本工程的實(shí)際情況及通過(guò)能力擬建單級單線(xiàn)船閘，引航道根據具體地形選擇對稱(chēng)式布置。
2、輸水系統的設計與計算
船閘輸水系統是完成閘室灌泄水操作的主要設備。它包括進(jìn)水口、輸水廊道及輸水閥(閘)門(mén)、出水口和消能設備等部分。輸水系統的形式選擇直接影響到船閘的通過(guò)能力，以及過(guò)閘船舶和船閘及其附屬結構的安全。
船閘輸水系統的形式主要可分為幾種輸水系統和分散式輸水系統兩大類(lèi)。集中輸水系統是將輸水系統集中布置在閘首范圍內，灌水時(shí)，水經(jīng)上閘首有閘室的上游集中流入閘室，泄水時(shí)，水從閘室的下游端經(jīng)下閘首泄入引航道;分散式輸水系統是將輸水系統分散布置在閘首及閘室內，灌、泄水時(shí)，水流通過(guò)設在閘室底火閘室墻內的縱向輸水廊道上的一系列出水支管、出水支孔分散地流入閘室。
此設計的輸水系統根據實(shí)際情況采用集中式輸水系統，由于設計水頭較大，輸水朗道在垂直方向有跌落，為了使閘室內水面平穩在閘首下布置消能室并采用復雜式消能工。
3、閘室結構選擇及計算
船閘閘室有斜坡式和直立式兩種，斜坡式閘室具有結構簡(jiǎn)單、造價(jià)低的優(yōu)點(diǎn)，但是使用不方便，且耗水量大，目前已很少使用。直立式閘室結構由閘墻和閘底組成，按其受力狀態(tài)可分為整體式結構和分離式結構兩大類(lèi)。分離式結構閘墻類(lèi)型比較多，常作用在土基上的又重力式、懸臂式、扶壁式。土基上的分離式閘室，大多采用帶有橫撐格梁的透水底板，比較經(jīng)濟，但只適用于水級比較小，地基對滲透變形不敏感的情況。當水頭較大，地基為粉砂、細砂或淤泥的閘室，則采用雙鉸式不透水或采用整體式結構。對于巖基常用的結構有重力式、襯砌式和混合式。一般情況下采用分離式比較經(jīng)濟，但在軟弱地基且水級較大時(shí)，可采用整體式。
重力式閘墻是靠自重維持穩定，但是地基反力不均勻且較大，對地基承載能力要求比較大，只適用于較好的地基，對于軟弱地基，要采用重力式則必須對地基采取工程措施，改善受力狀態(tài)或增強地基強度。
重力式閘墻按材料可分為漿砌條(塊)石結構，混凝土結構和配筋混凝土結構等。漿砌條(塊)石結構適用于盛產(chǎn)石料的地區，比較經(jīng)濟，但費工，質(zhì)量不易保證�；炷两Y構和配筋混凝土結構適用于船閘水級較大，機械化施工及石料缺乏等情況;重
力式結構按斷面形式可分為梯形和衡重式兩種。梯形斷面適用范圍廣泛，一般船閘和溢洪閘均可采用，其底面寬大，能適應荷載變化，穩定可靠，但不能充分發(fā)揮墻身材料強度，工程量大，投資亦大。衡重式斷面，下部為倒梯形，有減少土有力作用，比梯形結構減少10%～20%，但其對地基要求較高，荷載變化反應靈敏，不適用于溢洪船閘;懸臂式閘室由閘墻、底板和后懸臂組成，是從船閘軸線(xiàn)分為兩半的對稱(chēng)結構，在底板中縫處設有止水，形成不透水的閘底。適用于地基承載能力比較低，且閘室高度與寬度之比比較大的情況;扶壁式閘墻有立板、肋板和底板組成，底板分為趾板和內底板，由于閘室墻直接作用于土基上，地基承載力較小，不需尾板。
根據本工程的實(shí)際情況選用兩種閘墻進(jìn)行計算，初選重力式漿砌條石和少筋L式兩種。并設計整體式閘室進(jìn)行電算。
在本次設計中因時(shí)間和自己知識水平的限制，為進(jìn)行進(jìn)一步的，精確的設計，只是根據規范和專(zhuān)業(yè)書(shū)籍大體取值，未進(jìn)一步探討前因后果，更為進(jìn)行優(yōu)化，但在讀了幾本專(zhuān)業(yè)文獻后，著(zhù)實(shí)感到自己設計的膚淺，但同時(shí)也感到受益匪淺。
《涪江安居船閘水工模型試驗報告》是我們專(zhuān)業(yè)老師和西科所的老師們在88年的設計成果，雖然看起來(lái)比較久遠，但其中的知識仍令我們這些初學(xué)者感到很豐富，同時(shí)也開(kāi)始明白學(xué)院有一片試驗場(chǎng)地的意義，因為書(shū)中提到的眾多行之有效的建議都是在那片場(chǎng)地上的通過(guò)模型模擬得來(lái)的。這次模擬是設計后進(jìn)行的水利模型試驗，有極強的實(shí)際指導意義，因為通過(guò)試驗可以發(fā)現原設計不易發(fā)現、解決的問(wèn)題，也防止船閘建成再修改所造成的巨大的經(jīng)濟損失。原設計試驗結果表明輸水時(shí)間、流量系數不滿(mǎn)足要求，鎮靜段過(guò)長(cháng)，達到15米，廊道摻氣嚴重，水流很紊亂，上下游閥門(mén)出現漏氣，主要原因是進(jìn)口的局部阻力過(guò)大，同時(shí)廣式船閘閘首與閘室、閘首引航道不對稱(chēng)，使水流擴散不均勻的主要原因。
報告對模型修改由三步，每一步后都在進(jìn)行試驗驗證，以進(jìn)一步完善模型。第一步，修改廊道進(jìn)口，即進(jìn)口左、右邊和上邊修圓，進(jìn)口面積增大，四根縱向消力檻中一根該三角形布置。并使閘口門(mén)與上下引航道對稱(chēng)，，增加消力檻數量，并朝一個(gè)方向斜挑。實(shí)驗結果表明灌水時(shí)間減小2分鐘，摻氣消失，進(jìn)口上無(wú)渦流，只有很小的回流，說(shuō)明進(jìn)口修圓和廊道進(jìn)口面積擴大是很有效的措施。在本試驗中三角形消力檻反而使墻后壅水增高，使閘室水面波動(dòng)較大，另外對回流影響較小。故進(jìn)行二次修改，主要是對消能工進(jìn)行修改。使其呈八字排列，非上一步的一個(gè)方向斜挑，以增大水流紊動(dòng)，增強消能效果，減少壅水。消能柵五根改回直挑，以調整閘室出流，，實(shí)驗表明，水面紊動(dòng)明顯變小，帷墻處二次跌水大大減少，消能效果較好，且閘室流速更加均勻。但下閘首出流仍偏左，為此進(jìn)行三次修改，也主要針對消能工。為從根本上解決水流擴
散，減少鎮靜段回流區，將消力柵左側直角削成圓弧狀下閘首改用三根不對稱(chēng)斜挑消力檻，效果很好。這次報告是我充分看到廊道進(jìn)口修圓和面積擴大對輸水系統的影響，以及合理布置的消力檻和消力柵的顯著(zhù)的消能作用，同時(shí)我也認識到水力模型實(shí)驗在船閘設計中的重要作用。
而《涪江龍鳳船閘水力模型終結報告》的重點(diǎn)在于廊道進(jìn)口高程的更改，引航道導墻形式，及負壓?jiǎn)?wèn)題。通過(guò)降低口門(mén)高程，使水流形態(tài)更好，也有效的減小了檢修門(mén)上負壓。下游閥門(mén)后增加直線(xiàn)段以布置突擴體，加上采用多頂支孔出水家消能蓋板形式，閘室水面較平穩，在灌泄水時(shí)，波浪力和局部力都在允許之內，且船閘運行時(shí)間可以大大延長(cháng)。對廊道斷面增大30%及降低進(jìn)口和閥門(mén)高程，對減少負壓有極大的作用。突擴體對減少負壓有一定作用，但仍需改進(jìn)。
《廣西融江麻石船閘輸水系統改造水工模型試驗研究》中主要說(shuō)明麻石船閘輸水廊道摻氣，導致空氣進(jìn)入閘室，閘室水流極為紊亂，多次發(fā)生事故。表現為灌水時(shí)，門(mén)后在高速水流作用下大量空氣沿閥們井進(jìn)入廊道，摻入水中，從廊道的出水孔噴出，閘室水流極為紊亂，后封閉了底廊道的中間兩只進(jìn)口，但運行后，地基發(fā)生不均勻沉降，底板上兩伸縮縫開(kāi)裂，底廊道頂出現四道裂縫，噴氣時(shí)形成四個(gè)大水泡，最高達到1米，水流極為惡劣。原因主要是輸水系統布置不合理，閥門(mén)的開(kāi)敞式布置是空氣進(jìn)入閘室的主要原因，另外伸縮縫的開(kāi)裂加劇了摻氣的危害性。修改的主要方案是興建排氣室，不讓廊道的空氣進(jìn)入閘室，對于輸水閥門(mén)的高程，止水，型式加以改變�？戳诉@篇報告，使我對輸水閥門(mén)的重要性和復雜消能室對于高水頭船閘的必需性有了一個(gè)更深的了解。
《四川省嘉陵江四九灘船閘水工模型終結實(shí)驗報告》中提出為改善進(jìn)口處的水流條件，把檢修閘門(mén)上移至與引航道相接處，有個(gè)疑問(wèn)便是此處為結構縫處，是否對結構穩定有影響。
總的來(lái)說(shuō)，通過(guò)閱讀這幾片專(zhuān)業(yè)文獻，感覺(jué)收獲很多，更好的認識了所學(xué)專(zhuān)業(yè)知識在實(shí)際生活中的應用。
四、主要參考文獻:
[1] 交通部西南水運工程科學(xué)研究所，《涪江龍鳳船閘水工模型試驗終結報告》
[2] 交通部西南水運工程科學(xué)研究所，《融江麻石船閘輸水系統改造水工模型試驗研究》。
[3] 重慶交通學(xué)院水港系、西南水運工程科學(xué)研究所，《涪江安居船閘水工模型試驗報告》【M】1988。
2008屆港口航道與海岸工程專(zhuān)業(yè)畢業(yè)設計·開(kāi)題報告
[4]《四川省嘉陵江四九灘船閘水工模型終結實(shí)驗報告》 劉平昌，彭在萍 交通部西南水運工程科學(xué)研究所 一九八八年一月
[ 3 ]程昌華 劉曉平 唐壽鑫，航道工程學(xué)Ⅰ[M]，北京：人民交通出版社，2001。
[ 4 ]詹世富，航道工程學(xué)Ⅱ[M]，北京：人民交通出版社，2001。
五、指導教師意見(jiàn)
六、學(xué)院畢業(yè)設計(論文)指導小組意見(jiàn)
6 指導教師： 負責人：
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