水閘穩(wěn)定計算

1、 作用在水閘上的荷載 主要有自重、水重、水平 水壓力、淤沙壓力、揚壓 力、浪壓力、土壓力等。 水閘正常擋水時的荷載計算簡圖 （一）荷載及其組合 一、閘室的穩(wěn)定計算 理論5-3 水閘的穩(wěn)定分析與地基 處理 （教材5-7,p219） 1.水平水壓力。作用在鋪蓋與底板連接處的水平水 壓力因鋪蓋所用材料不同而略有差異。如圖525 （a）和（b）所示。 （1）粘土鋪蓋：如圖5-25（a）所示，a點處 水平水壓力強度按靜水壓強計算，b點處則取 該點的揚壓力強度值，兩點之間，以直線相連 進行計算。 （2）混凝土鋪蓋：當(dāng)為混凝土或鋼筋混凝土 鋪蓋時，如圖525(b)所示，止水片以上的水 平水壓力仍按靜水壓力分

2、布計算，止水片以下 按梯形分布計算，c點的水平水壓力強度等于 該點的浮托力強度值加上e點的滲透壓力強度 值，d點則取該點的揚壓力強度值，c、d點之 間按直線連接計算。 荷載組合 荷載組合分為基本組合與特殊組合兩類。 基本組合:由基本荷載組成； 特殊組合:由基本荷載和一種或幾種特殊荷載 組成。 荷載見表519 （二）閘室抗滑穩(wěn)定計算 1計算公式 （1）土基上水閘閘室沿底板與地基間滑動 式中： G作用在閘室單元上總的垂直力； H作用在閘室單元上總的水平力； f閘室底面與土基間的摩擦系數(shù)， 根據(jù)現(xiàn)場 試驗資料選取， 初設(shè)時參見表5-15。 0、C0分別為閘基土體的內(nèi)摩擦角和凝聚力，見表5-16； A

3、閘室單元的底面積。 （5-37） （5-38） H Gf Kc H ACGtg Kc 00 對于小型水閘 對于大、中型水閘 （2）巖基上水閘閘室沿底板與地基間滑動 H ACGf Kc 式中 f閘室基底面與巖石地基之間的抗剪斷摩擦系數(shù)， 查表517； C閘室基底面與巖石地基之間的抗剪斷粘結(jié)力， kPa，查表517 (5-39) 閘室穩(wěn)定性的判斷，要求 ： 土基上： K土查表5-13 巖基上： K巖查表5-14 土 KK C 巖 KKC 2提高閘室抗滑穩(wěn)定的工程措施 當(dāng)閘室抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)不能滿足規(guī)范規(guī)定的允許安 全系數(shù)時，可采取下列措施提高閘室穩(wěn)定性。 (1)適當(dāng)將閘門向閘室下游一端移動布置，或

4、將底板向上 游端適當(dāng)加長，充分利用閘室水重。（增加G） (2)改變閘室結(jié)構(gòu)尺寸，增加自身重量。 增加底板厚度時，由于其位于水下，受到水的浮力，有 效重量小，不經(jīng)濟。 增加閘墩厚度時，雖然增加了自重，但同時也增加了閘 室前緣寬度和擋水面積，因而也同時增加了水平推力。 增加閘室順?biāo)鏖L度，可以同時增加水重和結(jié)構(gòu)總重 （增加G），也可增大了底板抗滑面積（增加A），是較 有效的措施之一。 (3)加深底板上、下游端的齒墻深度，既可以利用底 板以下的地基土的重量（增加G），也可增加水平 抗力（減小H）。 但是，應(yīng)注意齒墻的強度和剛度。所以，齒墻不宜過 長過深。 (4)改變閘下防滲排水措施，降低閘底板的揚壓

5、力 （減小向上的U，實際上增大G）。 (5)設(shè)置鋼筋混凝土拉錨鋪蓋作為阻滑板。利用鋪蓋 的自重（增加G）、鋪蓋上的水重（增加G）、鋪 蓋與地基之間的摩擦力（減小H）等增加閘室穩(wěn)定 性。 增設(shè)鋼筋混凝土抗滑樁（減小H）或預(yù)應(yīng)力錨固 （增加G）結(jié)構(gòu)。 1應(yīng)力標(biāo)準(zhǔn) 閘底計算應(yīng)力應(yīng)該滿足兩方面的要求：地基承載力 要求和基底應(yīng)力不均勻系數(shù)。 水閘設(shè)計規(guī)范SL265-2001規(guī)定： 地基允許承載力：在各種計算情況下，閘底平均 應(yīng)力不大于地基允許承載力，即。最大 基底應(yīng)力不大于地基允許承載力的1.2倍。 應(yīng)力不均勻系數(shù)：閘室基底應(yīng)力不均勻系數(shù)，按 不大于表5-20中的取值。 （三）（三） 閘室基底應(yīng)力計算閘

6、室基底應(yīng)力計算 2.閘室順?biāo)鞣较虻幕讘?yīng)力 LB M BL G 2 min max 6 式中 M作用在閘室的全部力對底板底面上的力矩； 按偏心受壓公式計算 （1）當(dāng)閘室垂直水流方向的荷載對稱時上 下游邊緣應(yīng)力最大，按下式計算。 （2）當(dāng)結(jié)構(gòu)或荷載不對稱時應(yīng)該按雙向 偏心受壓公式計算。 y y x x I M I M BL W min max 式中 Mx、My分別為作用在閘室基底面順流向和 垂直流向形心軸的力矩； Ix、Iy分別為閘室基底面順流向和垂直流向形心軸 的截面模量。 二、地基沉降計算 對重要工程或需要控制沉降量的工程，需要進 行沉降量計算。 一般來說，最大允許沉降量不超過15cm，最

7、 大沉降差（不均勻沉降）不超過5cm。 地基最終沉降量可用下式計算。 n i i i ii h e ee mS 1 1 21 1 式中 n地基壓縮層計算深度范圍內(nèi)的土層數(shù)； e1i基礎(chǔ)底面以下第層土在平均自重應(yīng)力作用 下，由壓縮曲線查得的相應(yīng)孔隙比； e2i基礎(chǔ)底面以下第i層土在平均自重應(yīng)力加平均附加應(yīng)力作用下，由 壓縮曲線查得的相應(yīng)孔隙比； hi基礎(chǔ)底面以下第i層土的厚度； m地基沉降量修正系數(shù)，可采用1.01.6（堅實地基取較小值，軟土地 基取較大值）。 當(dāng)?shù)鼗休d力不夠或計算最大沉降量超過允許值 時，可以采用一定工程措施： 改變結(jié)構(gòu)型式(采用輕型結(jié)構(gòu)或靜定結(jié)構(gòu))， 加強結(jié)構(gòu)剛度； 增大基

8、礎(chǔ)面積和埋置深度； 采用沉降縫； 進行必要的地基處理； 選擇合適的施工程序，盡量減少相鄰建筑物 或填土的重量。 三、地基處理 本節(jié)主要介紹土基的處理。土基的處理在土 石壩等章節(jié)中已有一些介紹。 對于巖基上的水閘的地基處理，參見重力壩一 章。 （一）換土墊層法 1方法 換土墊層法將基礎(chǔ)表層的軟土層徹底挖除，換 上壓實后強度大、密實度高、壓縮性小的土料。 2作用 換土墊層法能夠改善地基應(yīng)力分布，提高地基穩(wěn)定性， 適用于表層軟土層不厚的情況。 3墊層厚度 墊層的厚度根據(jù)土質(zhì)情況、結(jié)構(gòu)形式、荷載大小等因 素確定，一般為1.53.0m。厚度過小，起不到墊層的 作用；厚度過大，基坑排水有一定困難。 4墊層

9、寬度 換土墊層的設(shè)計寬度：B=B+2htg 式中：B為閘室順流向長度； h為墊層厚度； 為壓力擴散角。 5換土土料 換土土料以中壤土、含礫粘土等較為適宜。 這類土料易于壓實，容易滿足設(shè)計干容重的 要求。 級配良好的中砂、粗砂和砂礫料易于振動密 實，也適用于作墊層材料。 避免采用粉砂、細砂、輕砂壤土或輕粉質(zhì)砂 壤土。 墊層材料中不應(yīng)含有植物和雜質(zhì)。 （二）沉井法 1方法 將預(yù)先澆筑的鋼筋混凝土井圈置于設(shè)計位置，然 后挖除井圈下面的軟土，使井圈逐漸下沉到地基 中，最終下落支撐到硬土層或巖石基礎(chǔ)上。 2作用 沉井可以增加基礎(chǔ)承載力，提高閘室抗滑穩(wěn)定性， 減小沉降量。沉井基礎(chǔ)適用于表層為軟土層或流 砂

10、層、下部為硬土層或巖石基礎(chǔ)的情況。 （三）樁基礎(chǔ)法 1作用 在軟土層厚度較大的地基上，樁基礎(chǔ)是解決地 基承載力不足的有效方法。設(shè)置樁基礎(chǔ)后，能夠 提高地基的承載力和抗滑穩(wěn)定性，減少沉陷量。 2樁基礎(chǔ)型式（按施工方式分） 樁基礎(chǔ)按施工方式分為：打入混凝土預(yù)制樁和鉆 孔灌注混凝土樁兩種。 （1）打入式預(yù)制樁 打入式預(yù)制樁一般采用鋼筋混凝土樁，直徑 d=0.250.55m。現(xiàn)場預(yù)制樁的長度在2530m；工 廠預(yù)制樁一般長不超過12m，便于運輸。 （2）灌注樁 灌注樁是在地基內(nèi)先鉆孔，然后在現(xiàn)場澆注，形成鋼筋 混凝土樁。鉆孔灌注樁施工機具簡單，工期較短，樁的直 徑較預(yù)制樁大，承載力較大。灌注樁的直徑一般為 0.61.5m。鉆孔灌注樁的關(guān)鍵在于施工造孔。 3樁基礎(chǔ)型式（按受力方式分） （1）承重樁 當(dāng)硬土層埋深較淺時，使樁直達硬土層，水閘的荷載全 部由樁傳遞到硬土層，稱為承重樁。 （2）摩擦樁 當(dāng)硬土層埋深