水閘閘室的穩(wěn)定分析和地基處理

水閘閘室的穩(wěn)定分析和地基處理等荷載作用，有可能沿著地基面滑動〔通常稱為表層滑動，還可能連同一局部地基土體滑動〔通常稱為深層滑動。閘室竣工時，一般地，閘室地基外表所受在各種狀況下閘室均能安全牢靠地運用。荷載計算及組合荷載計算7種〔744。自重橋、閘門及啟閉設(shè)備等的重力。水重水重指閘室范圍內(nèi)作用在底板上面的水體重力。水平水壓力鋪蓋時〔745，止水片以上的水平水壓力按靜水壓力分布考慮；止水片以下〔圖7-457點〕的滲透壓強(qiáng)，而縫內(nèi)靜水壓強(qiáng)按一般方法計算。圖7-44 閘室荷載〔第5版圖7-41圖名一樣〕pp1 2

p—p3

—波浪壓力；G—底板重；G1

—啟閉機(jī)重；G2

—工作橋及橋墩重；G3

—胸墻重；G4

—閘墩重；G5

—閘門重；G6

—交通橋重；G 、Gw1 w2

—水重；pb

—pfb

—Ff

—hp

—h—波z浪中心線超出計算水位的高度；L —波浪長度m圖7-45 閘室上游水平水壓力計算圖〔單位：m〕通過上述計算即可獲得閘室上游面各點水平水壓強(qiáng)及其分布狀況。對于黏土鋪蓋〔744ab點〔靜水壓強(qiáng)與滲透壓強(qiáng)之和〕之間，用直線相連，即得黏土鋪蓋與閘室接觸面上的水平水壓力圖。值相差較小，可略而不計。揚(yáng)壓力揚(yáng)壓力指作用于閘底面鉛直向上的滲透壓力與浮托力的總和。波浪壓力莆田試驗站公式計算平均波高和平均波周期，該法系以淺水海灣10年的實測資料為依據(jù)，經(jīng)過整理分析后提出的。地震作用SL203—97淤沙壓力淤沙壓力可按第一章介紹的方法計算。荷載組合水閘在施工、運用及檢修過程中，各種作用荷載的大小、分布及機(jī)遇狀況是常常變化的，因此，驗算閘室穩(wěn)定應(yīng)依據(jù)水閘不同的工作狀況和荷載機(jī)遇狀況，根本組合7-7。特別組合47-7。表7-7 荷載組合表荷 荷載揚(yáng)土揚(yáng)土風(fēng)浪冰土的壓淤沙壓壓壓壓凍脹力壓力力√力力力力組 狀況 自水靜水合 重重壓力

地震其作用他

說明必要時，可考慮地下水完建 √√√√√√√√√√√√√√√√√√√√√√√√√√√√√√√√√基本情 設(shè)計洪況 水位冰凍施工

√產(chǎn)生的揚(yáng)壓力按正常蓄水位組合計算水重、靜水壓力、揚(yáng)壓力及浪壓力按設(shè)計洪水位組合計算水重、靜水壓力、揚(yáng)壓力及浪壓力按正常蓄水位組合計算水重、靜水壓力、揚(yáng)壓力及冰壓力應(yīng)考慮施工過程中各個階段的臨時荷載檢修特殊情力及浪壓力按正常蓄水位組合計算地震力及浪壓力按正常蓄水位組合計算地震√√√√√√√√√水重、靜水壓力、揚(yáng)壓力及浪壓力

√ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √

按正常蓄水位組合〔必要時可按設(shè)計洪水位組合或冬季低水位條件〕計算靜水壓力、揚(yáng)壓力及浪壓力按校核洪水位組合計算水重、靜水壓力、揚(yáng)壓表層抗滑穩(wěn)定計算閘室即沿地基表層滑動。此時可將作用力歸納為兩類：①滑動力，主要是水平向的水壓力；②抗滑力，主要是底板與地基接觸面上的摩擦力和分散力。如滑動力小于可能產(chǎn)生的最大抗滑力，閘室即能保持穩(wěn)定，反之，則會產(chǎn)生滑動?？组l段和中孔閘段分別作為計算單元。與地基的接觸面。土基上沿閘室基底的抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)K，應(yīng)按以下兩式之c一進(jìn)展計算，即KcH

Kc

〔7-33〕tanGCA K 0c H

0 Kc

〔7-34〕式中 G為鉛直方向作用力的總和k H為水平方向作用力的總和k；f7-8，對于大型水閘，應(yīng)作現(xiàn)場地c

許值，見表7-9；0為閘室根底底面與土質(zhì)地基之間的摩擦角，(°)；C0為閘室基m2。地基類別f地基類別f表7-8 摩擦系數(shù)地基類別f地基類別f脆弱0.20～0.25礫石、卵石0.50～0.55黏土中等堅硬0.25～0.35碎石土0.40～0.50堅硬0.35～0.45極軟0.40～0.45壤土、粉質(zhì)壤土0.25～0.40軟質(zhì)巖石軟0.45～0.55砂壤土、粉砂土0.35～0.40較軟0.55～0.60細(xì)砂、極細(xì)砂0.40～0.45硬質(zhì)巖石較堅硬0.60～0.65中砂、粗砂0.45～0.50堅硬0.65～0.70砂礫石0.40～0.50水閘級別備注荷載組合1234、51.特別組合Ⅰ適用于施工狀況、水閘級別備注荷載組合1234、51.特別組合Ⅰ適用于施工狀況、基本組合1.351.301.251.20檢修狀況及校核洪水位狀況。Ⅰ1.201.151.101.05特別組合2.特別組合Ⅱ適用于地震狀況Ⅱ 1.10 1.05 1.05 1.00的及C0 0

值的選取，隨不同的地基狀況而異。閘室基底面與土質(zhì)地基之間摩擦角0

值及黏結(jié)力C0

值可依據(jù)土質(zhì)地基類別7-10的規(guī)定承受。承受0

、C值時，應(yīng)按公式〔7-35〕折算閘室基底面與00.45，0.50，承受的0

值和C0

值均應(yīng)有論證。對于特別重要的大型水閘工程，承受的0

值和C0

值還應(yīng)通過現(xiàn)場地基土對混凝土板的抗滑強(qiáng)度試驗加以驗證。ftanGCAf 0 00 G

〔7-35〕f

為閘室基底面與土質(zhì)地基之間的綜合摩擦系數(shù)。0表7-10 0

、C值〔土質(zhì)地基〕0土質(zhì)地基類別土質(zhì)地基類別 值0C 值0黏性土0.9〔0.2～0.3〕C砂性土〔0.85～0.9〕0注：為室內(nèi)飽和固結(jié)快剪〔黏性土〕或飽和快剪〔砂性土〕試驗測得的內(nèi)摩擦角〔°；C為室內(nèi)飽和固結(jié)快剪試驗測得的黏結(jié)力，kPa。對于小型水閘，閘室底板兩端往往承受相對較深齒墻，此時需沿著兩齒墻也要考慮兩齒墻外側(cè)的土壓力。cKfGCAK 〔7-36〕c H cfC為閘室基底面與閘Kc7-12。表7-11 巖石地基f、C值巖石地基類別巖石地基類別fC〔MPa〕巖石地基類別fC〔MPa〕硬質(zhì)堅硬1.5～1.31.5～1.3較軟1.1～0.91.1～0.7軟質(zhì)巖石較堅硬1.3～1.11.3～1.1軟0.9～0.70.7～0.3巖石極軟0.7～0.40.3～0.05表7-12 巖基上沿閘室基底面抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)的允許值Kc荷載組合

按式〔7-33〕計算

〔7-36〕計算

備注1.特別組合Ⅰ適用于施1 2、3

工狀況、檢修狀況及校核基本組合1.101.081.053.00洪水位狀況。特別Ⅰ1.051.031.002.502.特別組合Ⅱ適用于地組合Ⅱ1.002.30震狀況加水重；②增加鋪蓋和板樁〔或帷幕灌漿〕的長度〔或深度，或在不影響防滲〔即不考慮阻滑板作用〕抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)不應(yīng)小于1.0，計算阻滑板所增加的抗滑混凝土抗滑樁或預(yù)應(yīng)力錨固構(gòu)造；⑥適當(dāng)增大閘室構(gòu)造尺寸。全性和經(jīng)濟(jì)性，這種抗滑措施在工程中很少承受。進(jìn)展檢修時，應(yīng)按下式計算閘室抗浮穩(wěn)定安全系數(shù)K 。fVKfU

〔7-37〕V為作用在閘室上全部向下的鉛直力之和，kNU為作用在閘室基底面上的揚(yáng)壓力，kN。Kf

≥1.10Kf

。地基穩(wěn)定和閘室沉降的驗算〔特別是鉛直荷載除驗算閘室的表層抗滑穩(wěn)定性外，還必需驗算地基的穩(wěn)定性?；讘?yīng)力Pmax

Pmin

可按偏心受壓公式計算，即GP

6M

〔7-38〕maxmin

bL bL2式中：G為作用在閘室上的全部豎向荷載，kN；M為作用在閘室上的全部正，逆時針為負(fù)，kN·mb為計算閘室段的寬度，mL為底板長度，m。SL265—20231.2倍；閘室基底應(yīng)力的最大值與最小值的比值不大于允許的比值。規(guī)定的允許值。對100kPa。表7-13 值荷載組合備注地基土質(zhì)基本特殊1.松軟1.52.0當(dāng)減小中等堅實2.02.52.3.對于地基特別堅實或可壓縮土層甚薄的水閘堅實2.53.0受本表的規(guī)定限制，但要求閘室基底不消滅拉應(yīng)力載特點的圓弧滑動法或折線滑動法進(jìn)展深層穩(wěn)定驗算。閘室沉降由于土基壓縮變形大，簡潔引起較大的沉降，而過大的沉降差，將引起閘室進(jìn)度，或進(jìn)展適當(dāng)?shù)牡鼗幚怼β训[石和中、粗砂地基可不進(jìn)展地基沉降計算。2m，計算深度依據(jù)實踐閱歷，通常計算到附加應(yīng)力與土體自重應(yīng)0.1～0.2處，軟土地基取小值，堅實地基取大值。假設(shè)將計算土層分為n層，每層的沉降量為S，則總的沉降量應(yīng)為iSnmS

e ehm 1i 2ih

〔7-39〕i i ii1 i1

1e i1i式中：S為土質(zhì)地基最終沉降量，mn為土質(zhì)地基壓縮層計算深度范圍內(nèi)的土1i 2i

分別為根底底面以下第i層土在平均自重應(yīng)力及平均自重應(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；h為根底底面以下第i層土i的厚度，mm為第i層地基沉降量修正系數(shù)，可承受1.0～1.6，堅實地基取較i小值，軟土地基取較大值。土質(zhì)地基允許最大沉降量和最大沉降差，目前尚無統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)以保證水閘15cm5cm。當(dāng)超過上述允許值，可承受以下一種或幾小竣工后的沉降量。地基沉降與時間的關(guān)系比較簡單，與土層的厚度、壓縮性、滲透性、排水條而對黏性土地基，由于在施工過程中所完成的沉降量，一般僅為穩(wěn)定沉降量的50%～60%，故需考慮地基的沉降過程。地基處理5、砂性土地基的貫入擊數(shù)大8時，可直接在自然地基上建閘，不需進(jìn)展處理。此時需要進(jìn)展地基處理，下面簡述幾種常用的地基處理方法。質(zhì)土等位于基面四周，且厚度較薄時，可全部挖除；當(dāng)軟土層較厚，不宜全部挖除或工程量較大時，可承受換土墊層法處理，將質(zhì)土等位于基面四周，且厚度較薄時，可全部挖除；當(dāng)軟土層較厚，不宜全部挖除或工程量較大時，可承受換土墊層法處理，將表層軟土挖除，換以砂性土，水77-46〔57-43圖名相同〕7-46所示。砂墊層的主要作用是：①通過固結(jié)。墊層設(shè)計主要是確定墊層厚度、寬度及所用材料。墊層厚度h應(yīng)依據(jù)土質(zhì)狀況1.5～3.0m。墊層的寬度B，通常選用建筑物基底應(yīng)力集中至墊層底面的寬度再加2～3m20°～25°；對中砂、粗砂，可取30°～35°。換土墊層材料應(yīng)滿足壓縮小、強(qiáng)度較大及施工便利加速軟土層的固結(jié)過程。但由于砂土透水性大，必需實行防滲措施。強(qiáng)力夯實法透水性較好的松軟地基、稍密的碎石土或松砂地基可承受強(qiáng)力夯實法。大的沖擊力，使土體瞬時液化，從而產(chǎn)生較大的瞬時沉降，使土體壓實。夯實工作前選擇試點通過現(xiàn)場試驗確定。振沖樁法該法承受一根類似混凝土振搗棒的振沖器，其下端有噴水口，在振動和高壓〔或碎石，〔或碎石〕樁。這種方法不僅可以提砂、砂壤土或砂卵石地基。振沖砂〔或碎石〕樁的孔徑一般為0.6～0.8m，樁距1.5～2.5m，呈梅花形或〔或碎石〕樁可穿過土層，其填料宜承受級配良好的砂、碎石等。碎石最大粒徑不宜大于5%。樁根底灰碎石樁根底。鋼筋混凝土樁〔簡稱預(yù)應(yīng)力管樁〕和預(yù)制鋼筋混凝土管樁。依據(jù)打〔沉〕樁方法錘擊沉樁法和靜力壓樁法應(yīng)用最為普遍。鉆孔灌注樁的施工，因其所選護(hù)壁形成的不同，有泥漿護(hù)壁方法和全套管施工法兩種。水泥土攪拌樁硬化機(jī)理不同，由于水泥摻量少，水泥是在具有肯定活性介質(zhì)--土的圍繞下進(jìn)展又發(fā)生離子交換和團(tuán)?；饔靡约澳卜错?，使水泥土土體強(qiáng)度大大提高。旋噴樁土、黃土、素填土和碎石土等地基。水泥粉煤灰碎石樁C15~C25之間變化，是介于剛計。依據(jù)上面幾種樁〔根底〕的受力特性