第一章工程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6166 km2，其中山区面积为952 km2，占流域总面积的16％，平原面积5214 km2，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。

采用4座保水型船闸，包括榆林庄闸、杨洼闸、木厂闸和新三孔闸。

本课程设计只对榆林庄闸进行计算。

第二章设计依据第一节自然条件一、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。

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表2-1 各类土的物理力学指标二、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表2-2 船闸水位及水头图2-1四船闸方案三、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62 cm～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24 m/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。

第二节工程要求一、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TV级航道16TEU船40~42 6.6 2.0 VI级航道100t油船29~31 5.0 1.2~1.6二、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 5VI级 4 5 -三、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。

四、材料供应及施工技术条件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表2-5 建筑材料及购买地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。

第三章 船闸总体布置第一节 船闸建设位置和具体形式一、船闸的具体位置船闸布置在榆林庄，上、下游引航道口门区宜布置在深泓线一侧，与主航道平顺连接。

且为了保证原始公路畅通，综合工程造价的各种因素，采用突出坝下游的布置方式。

二、船闸的线数根据船闸设计水平年内的客、货运量，过闸的船型、地形地质条件以及船闸的尺度及通过能力，可以看到单线船闸可以满足设计水平年内过闸船舶数量、总吨位、客货运输量的通过能力，而且此处船闸也没有不允许由于船闸检修、疏浚、冲沙和事故等原因造成断航的要求。

故：采用单线船闸。

三、船闸的级数榆林庄附近的上游通航水位为17.15m ，下游通航水位为12.93m ，水头为4.22m 。

根据船闸总体设计规范（JTJ305-2001）可以初步确定：水头30H m <，采用单级船闸。

四、引航道的布置引航道采用对称型布置，即引航道轴线与船闸轴线重合，且引航道的横断面采用梯形，坡度为1:3。

引航道的停泊段的两侧均停船。

五、导航和靠船建筑物布置上、下闸首入口两侧设置导航建筑物。

主、辅导航建筑物均采用弧形，两侧导航建筑物之间的距离由闸首口门宽度逐渐拓宽到引航道的正常宽度。

本设计中导航和靠船建筑物无隔流要求，导航建筑物采用墩板式结构，靠船建筑物采用独立墩式结构。

第二节 船闸主要结构的高程一、闸室墙结构的高程1、闸室墙顶部高程船闸闸室墙顶部高程为上游设计最高通航水位加超高值，且其超高值不应小于设计过闸船舶、船队空载时的最大干舷高度。

其中榆林庄闸通过的最大船舶为16TEU 船，相当于载重量为300t 的货船，船舶空载时的最大干舷高度为1.4m 。

故：闸室墙顶部高程17.15 1.418.55m =+=，取为19.0m2、闸室墙底板顶部高程闸室底板顶部高程不应高于上、下闸首门槛顶部高程。

=故取闸室底板顶部高程9.30m二、闸首结构的高程1、闸门顶部高程由于榆林庄船闸的闸首不用于挡水，故其闸门顶部高程为上游设计最高通航水位加安全超高。

榆林庄船闸的等级为Ⅴ和Ⅵ级，所以安全超高值不应小于0.3m=+=，取为18.50m故：闸门顶部高程17.150.317.45m2、闸首墙顶高程榆林庄船闸的闸首不用于挡水，不得低于闸门和闸室墙顶部高程。

=故：闸首墙顶部高程18.70m3、船闸上、下闸首门槛顶部高程闸首上、下闸首门槛顶部高程为上、下游设计最低通航水位值减去门槛最小水深值。

门槛最小水深由3.3节计算得出为3.5m。

=-=故：上闸首门槛顶部高程17.15 3.513.65m=-=下闸首门槛顶部高程12.93 3.59.45m三、引航道的高程1、上、下游引航道堤顶高程上、下游引航道堤顶高程为上、下游设计最高通航水位加超高，其超高值不宜小于设计船舶的最大空载干舷高度。

=+=故：上游引航道堤顶高程17.15 1.418.55m=+=下游引航道堤顶高程12.93 1.414.33m2、上、下游引航道底高程上、下游引航道底高程为上、下游设计最低通航水位减去引航道设计最小水深。

其中由3.3节可知引航道的设计最小水深为3.5m。

=-=故：上游引航道底高程17.15 3.513.65m=-=下游引航道底高程12.93 3.59.43m四、导航和靠船建筑物顶高程上、下游导航和靠船建筑物顶高程为上、下游设计最高通航水位加超高，其超高值不宜小于设计船舶的最大空载干舷高度。

故：上游导航和靠船建筑物顶高程17.15 1.418.55m =+= 下游导航和靠船建筑物顶高程12.93 1.414.33m =+=第三节 船闸的平面尺寸一、船闸闸室的平面尺寸分别就一次过闸船队为： ① 每次过一艘船② 每次过两艘船两种方案进行初步设计。

1、船闸闸室的有效长度闸室有效长度不应小于按式（3-1）计算的长度，并取整数。

x c f L l l =+ （3-1） 式中 x L ——闸室有效长度（m ）c l ——设计船队、船舶计算长度（m ）f l ——富裕长度，其中： 顶推船队20.06f c l l ≥+ 拖带船队20.03f c l l ≥+机动驳和其他船舶40.05f c l l ≥+ 根据公式，计算结果如下表： 方案 船队类型 ()c l m()f l m计算有效长度()x L m实际取有效长度()x L m① 一艘船 42 6.1 48.1 50 ②两艘船908.598.5100表3-1 闸室有效长度计算表2、船闸闸室的有效宽度闸室的有效宽度是指闸室内两侧墙面最突出部分之间的最小距离，为闸室两侧闸墙面间的最小净宽度。

船闸闸首口门有效宽度为闸首两边墩内侧墙面间的最小净宽度。

船闸闸首口门和闸室有效宽度不应小于按公式（3-2）和（3-3）计算的宽度，并宜采用现行国家标准《内河通航标准》（GBJ139）中规定的8m 、12m 、16m 、23m 、34m 宽度。

x c f B b b =+∑ （3-2） 0.025(1)f c b b n b =∆+- （3-3）式中：X B ——船闸闸首口门和闸室有效宽度（m ）cb∑——同一闸次过闸船舶并列停泊于闸室的最大宽度（m ），此设计中只有一个船队或一艘船舶单列过闸，则为设计最大船队或船舶的宽度 6.6c b m =。

f b ——富裕宽度（m ）b ∆——富裕宽度附加值（m ），此设计中 6.67c b m m =≤，故1b m ∆≥，取1b m ∆=。