3.4.4.1 导航建筑物
（1）导航建筑物型式。大型船闸主导航墙的型式可分为固定式和浮式两大类。
导航墙型式选择主要取决于其适应水深和水位变幅的条件，通常需通过技术经济比较确定。一般在水深和水位变幅不大的情况下，可采用固定式导航墙；大型水利枢纽中的船闸，其上游水深和水位变幅往往较大，则应考虑采用浮式导航结构的可行性。前苏联船闸设计规范中对此有具体建议：通航水深在20m以内、水位变幅在6m以内时，建议采用固定式；当水深和水位变幅更大时，建议考虑采用浮式导航墙。
（2）固定式导航墙。固定式导航墙结构简单、使用方便可靠，还可兼作翼墙挡土或在其下部布置输水系统的进水口，应用较广泛。其结构型式主要有重力式、墩板式、扶壁式、框架式、板桩式和衬砌式等。岩基上无挡土要求的导航墙通常采用墩板式结构；当地基条件较好且有挡土要求时，一般采用重力式结构，目前我国重力式导航建筑物多为浆砌块石圬工结构，具有就地取材、施工简便、维护方便的优点；扶壁式和框架式结构较轻便，适用于地基条件较差或石料缺乏的地段，在软土地基上还可采用板桩式导航墙。
固定式导航墙受力条件较简单，可参照类似结构进行设计计算。
（3）浮式导航墙。浮式导航墙为一种可随水位同步升降的导航结构，一般应用于通航建筑物位于水库深水区的上游导墙。其主要优点为：
1）能适应的水深和水位变幅大。
2）当采用锚系定位时，基本上不受地基条件的影响。
3）当航道水深较大时，其造价通常比固定式导墙相对便宜。
4）可预制拼装、施工迅速、拆迁方便。
其缺点是浮堤与闸首交通联系较为困难。此外，在水流、风浪等作用下将有不同程度的摇摆。
浮式导航墙主要由浮箱和定位设施两部分组成，按其定位方式可分为锚系式和支墩式两种。锚系式是将浮箱在长度方向相互连接，将浮箱的一端采用铰链与闸首边墩导槽相连，另一端则用锚链或钢丝绳锚定在河底的锚墩上，通过锚链收放来调节浮箱以适应水位升降。其优点是体系受力条件较好、通常造价较低，是目前已建浮式导航墙中较普遍采用的定位方式；但需要不定期收放锚链，操作较麻烦，且受风浪等影响，堤艏会有一定漂移，对导航和船舶停靠有一定影响。支墩式是在各节浮箱之间，设置定位并导向的支墩，浮箱通过两端的连接装置限制在支墩导槽内随水位升降，其优缺点与锚系式相反，目前在大型船闸上应用相对较少。浮箱结构主要有钢结构和钢筋混凝土结构两种，钢结构浮箱的水密性和力学性能优于钢筋混凝土结构，但造价较高，耐久性较差，需定期维护保养，对船闸通航影响较大，在国内外已建浮式导航墙中应用较少。钢筋混凝土结构浮箱有普通钢筋混凝土和预应力钢筋混凝土两种，以其能满足要求的水密性、稳定性、耐久性，造价比较便宜、平时维修保养和工作量小等优点，在国内外浮式导航墙中应用比较普遍。如美国早期建成的肯塔基、新威尔逊、约翰德、下葛兰德船闸上游导航墙。这些浮式导航墙的规模和结构型式基本相同，导航墙长度在160m左右，分为5～6 段，各段之间均采用螺栓固接，艏部用钢丝绳系泊在库底混凝土锚墩上，钢丝绳按“内八字型”布置，艉部则铰接于闸首边墩的凹槽内；浮箱基本断面尺寸约8m×4m（宽×高，下同），为整浇钢筋混凝土板式结构。此外，美国在20世纪90年代初兴建的新邦纳维尔船闸上游浮式导航墙，则采用了支墩式结构，堤身为双向预应力钢筋混凝土板式结构。国内较早采用浮式导航墙的是丹江口升船机，该浮式导航墙长135.7m，分两节施工，节间采用钢丝绳—橡胶垫块系统弹性连接，艏部采用锚链系定在库底混凝土锚墩上，锚链按“外八字型”布置，艉部则用短锚链连接在支墩导槽内的活动支架上，浮箱断面尺寸10m×3m，为薄壁钢筋混凝土梁板式装配结构，后来的万安船闸以及隔河岩、高坝洲、岩滩升船机上游导航墙，基本上均以丹江口升船机为模式设计建造，其中高坝洲浮式导航墙的浮箱为矩形钢结构。此外，五强溪船闸上游浮导航墙采用了多节钢结构浮箱，节间用钢丝绳柔性连接，每节浮箱均布置有系泊锚链；三峡船闸上游浮式导航墙则采用了支墩式结构，导墙长252m，分为4节，每节浮箱两端通过连接装置与支墩及第1 闸首边墩的导槽相连，并能沿导槽上下浮动。
作用于浮式导航墙上的荷载包括风、浪、流等自然荷载和撞击力、系缆力等船舶荷载，以及结构自重、水压力、甲板活荷载等，其中水域波浪作用和船舶撞击荷载是影响浮箱性能和结构尺度、控制浮箱纵总强度和局部强度的关键荷载。由于浮式导航墙是主要承受波浪、撞击等动荷载作用的漂浮建筑物，受力状态十分复杂，其荷载作用效应与波浪要素、水域条件、系统刚度、浮箱尺寸及惯性等因素有关，目前尚难以采用动力学理论定量确定，在工程设计中，主要采用的是建立在特定模型试验和原型观测基础上的经验方法。锚系式浮式导航墙的结构受力分析，通常是先采用经验方法确定其艏艉最大反力，再假定荷载按线性分布，根据静力平衡条件来计算结构内力。其艏部主锚链拉力可采用经过试验得出的浮码头锚系动力反应试验公式计算，求出浮箱在不同水位—风浪组合下主锚链最大拉力，再根据浮箱规模和锚系实际布置乘以一系列条件换算系数进行修正，然后根据拟定的主、辅锚链初张力，按悬链线方程求解艏部水平方向反力。浮式导航墙艉部最大水平反力，根据对已建锚系式浮式导航墙的模型试验成果分析结果，可按2倍艏部最大水平反力考虑。对于大型锚系式浮式导航墙，应通过专门的模型试验对其整体受力状态进行研究。支墩式浮式导航墙，一般简化为静力问题，按两端水平支承在支墩上的简支梁计算其整体荷载作用效应。对于两端采用刚性支铰连接的浮箱，其支座反力和结构内力可直接按设计荷载作用计算；当作用于浮箱上的动荷载较大时，通常将浮箱两端连接装置设计成具有一定缓冲、消能和削峰作用的弹性铰，以降低动荷载冲击作用，弹性铰的支座反力可参照浮码头弹性撑杆的设计经验，采用建立在原形观测基础上的能量法经验公式计算，对于重要工程应进行专门试验验证。浮箱结构在自重、甲板活荷载、浮力等垂向荷载作用下的结构内力一般按自由浮体计算，并考虑静水加自重、静水加波浪、静水加破舱等中垂、中拱情况，计算各控制断面的总弯矩和剪力。堤体纵总强度可按钢筋混凝土空腹箱型梁计算，分别验算各控制断面横向和垂向整体抗弯、抗剪强度。堤体横总强度一般取单舱长度浮堤为计算单元，按以舷板为虚支座，横舱壁为腹板、甲底板为翼缘板的简支工型梁计算。浮箱断面在纵横向荷载整体作用下，其甲板、舷板及底板等各构件的内力，可按双向受弯的钢筋混凝土箱型等价梁截面模数法计算。水压力、撞击力等荷载对浮箱结构的局部作用效应，可按简化的框架结构或采用三维有限元方法计算。各构件强度及裂缝复核，应考虑荷载整体作用和局部作用对各构件，以及同一构件不同部位的综合作用效应，按钢筋混凝土构件强度及裂缝理论复核。
3.4.4.2 靠船建筑物
靠船建筑物也有固定式和浮式两种，一般采用固定式结构，但当水深和水位变幅很大时，也可采用型式与浮式导航墙基本相同的浮式结构。固定式靠船建筑物布置型式有连续式和独立墩式两种，当靠船建筑物有隔流要求时，一般采用连续布置的岸壁式结构，其结构型式与固定式导航墙基本相同；无隔流要求时则可采用独立墩式结构。
大型水利枢纽中的船闸，通常在引航道设有隔流防淤建筑物，其靠船建筑物多数采用独立墩式结构，即靠船墩。靠船墩顶部和正面应根据通航水位要求，分层设置系船柱（钩），以利于船舶停靠和系泊。靠船墩通常按等间距布置，中心距按照过坝船舶的长度确定，一般采用15～25m，对通航大型船舶为主的船闸，墩距可采用大值。为方便运行管理，墩与墩之间应分别布置由水面至墩顶的爬梯。
靠船墩结构型式的选择主要考虑地基性质、建筑物高度、水位变幅等因素。当地基条件较好时，一般采用重力式靠船墩，其型式有全重力式和大底板墩柱式两种。前者通常用于高度不大的靠船墩，多数采用混凝土或浆砌块石圬工结构；后者为钢筋混凝土结构，可用于高度较大的靠船墩。当地基较软弱且覆盖层较厚时，靠船墩可采用桩基墩式结构或带浮筒的钢管桩结构。前者结构型式类似于高桩码头，一般用于水位变幅很小的情况；后者为一种柔性靠船墩，墩体由钢管桩和浮筒两部分组成：钢管桩为承受水平荷载的柔性桩，桩径和入土深度主要取决于船舶撞击力和地基性质；浮筒分上下两部分，上部为钢护舷，其与钢管桩间的环形间隙设置橡胶护舷以缓冲船舶撞击荷载，下部为带水密隔舱的圆形钢浮箱，可随水位升降沿钢管桩上下浮动。这种柔性靠船墩具有吸收能量大、使用可靠、适应水位变幅、可水上施工、维修方便等优点。
全重力式靠船墩的结构计算较简单，可参照类似结构进行稳定和强度复核。墩柱式靠船墩的整体稳定也按常规重力式结构计算，但其底板和墩柱则应按钢筋混凝土构件进行强度和正常使用验算。位于地震区的高耸墩柱式靠船墩，其结构稳定和强度往往受地震工况控制，因此通常将墩柱的上部作成空心结构，既节省工程量，又可降低地震荷载及其作用高度。
桩墩式靠船墩的结构设计可参照港口码头中的高桩码头进行。柔性靠船墩的钢管桩和浮筒均为柔性体，可有效吸收船舶的撞击能量，受力条件较刚性靠船墩要好，是一种值得推广的新型靠船结构，其结构受力和变形一般采用动力学理论进行计算，钢管桩弹簧系数计算方法如下：(www.xing528.com)
其中
H、D——撞击点至地面的高度、钢管桩的桩径；
Kh——钢管桩入土段地基的基床系数。
靠船墩整体弹簧系数：
式中 K2——橡胶护舷弹簧系数。
钢管桩变形
护舷变形
式中 V——船舶法向撞击速度；
ω——振动的圆频率，
（其中c 为撞击偏心系数，取c＝1，m为撞击船舶的质量）；
t——撞击变形时间，通常取ωt＝π／2。
钢管桩反力R1＝K1δ1；护舷反力R2＝K2δ2。
钢管桩的结构内力可按一般承受水平荷载的桩进行计算。
3.4.4.3 隔流防淤建筑物
船闸隔流防淤建筑物的主要功能是将引航道与主河道隔开，改善引航道的通航水流条件，在多沙河流上，可同时起减少泥沙在引航道内淤积的作用，其工作特点是只隔流、隔沙，不挡水，简称隔流堤。隔流堤一般采用土石料填筑，或根据布置条件采用混凝土或抛石基座与混凝土墙相结合的堤身结构。隔流堤的布置长度和方位，主要按照坝址的河势分析引航道口门区的通航水流条件确定，在高水头大型水利枢纽上，隔流堤布置通常需通过整体模型进行试验验证。
（1）隔流堤布置。隔流堤堤头段是隔流堤的关键部位，在枢纽泄洪时迎流顶冲，应采用鱼嘴形体型；堤身段为常规当地材料梯形断面，断面形尺寸主要取决于填料情况、施工方式和水流条件。由于隔流堤的填筑量较大，堤身填料分区设置，堤身内部可采用混合料填筑，两侧则采用具有一定强度要求的石渣料分层碾压填筑。隔流堤的堤顶宽度主要按施工设备运行要求确定，两侧边坡的坡比主要根据不同的填料和基础条件、便于机械削坡，以及有利于改善水流条件等因素，经稳定分析后拟定，当堤身高度较大时，应分级设置马道。
（2）隔流堤稳定计算。隔流堤为非挡水建筑物，一般不考虑渗透稳定问题，但当堤身填料渗透性较弱时，需计算水位陡降时的堤身内自由水位，以复核边坡稳定。抗滑稳定可根据不同堤段的地形地质条件、堤身高度和填筑材料等因素，选择有代表性的断面进行计算。堤身整体抗滑稳定一般按内外侧水位齐平计算，淤积区还应计入淤沙压力作用，水位应考虑正常运行水位和水位陡降两种情况，当考虑在引航道内进行拉沙时，应考虑由于内侧水位骤降形成的水位差对堤身稳定的影响。通常情况下，运行水位在堤身高度的1／3 处时，是隔流堤整体稳定的控制条件。隔流堤抗滑稳定可采用瑞典圆弧法或简化毕肖普法计算，当堤基存在较薄软弱土层时，则宜采用改良圆弧法进行复核。隔流堤沉降计算应包括堤顶中心线处堤身和堤基的最终沉降，通常根据堤基特性、填料的压缩性、堤身断面和荷载条件等，将隔流堤分成若干段，每段选取有代表性的断面进行沉降计算。堤身和堤基沉降计算的方法，一般采用单向分层总和法，即e—P 曲线法或e—lgP 曲线法。
（3）护坡、护脚。船闸隔流堤经常受枢纽泄流冲刷，以及暴雨、风浪、在水库水位升降过程中水流漫顶和船行波的影响，对由细颗粒材料填筑的堤身，容易造成边坡崩塌甚至失稳，因此需采用防护措施。隔流堤防护措施主要是护坡和护脚，防护结构型式主要取决于地质条件、流速流态、填筑材料、施工条件及工艺等因素。常用的护坡结构型式有浆砌块石、干砌块石、混凝土面板或草皮护坡等，需要水下施工的部位，可采用抛石护坡或柔性沉排护坡。护脚是隔流堤防护工程的关键，需引起特别重视。当堤基覆盖层较薄时，护脚应直接与基岩相连，陆上施工通常采用浆砌石或混凝土脚坎，水下施工可采用抛石防冲槽；覆盖层较厚时，通常采用柔性水平护脚型式，防护宽度应不小于2.5倍可能冲刷深度，陆上施工可采用钢筋柔性连接的混凝土板防护，水下施工一般采用沉排抛石结构或水下浇筑混凝土等型式。隔流堤护坡、护脚砌体稳定验算可参照《堤防工程设计规范》进行。
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