（水利工程专业论文）大涌口水闸设计及基础变形分析.pdf

摘要 大涌口水闸位于广东省中山市，是一座具有泄洪、挡潮、供水等综合功能的 大型水闸，其最大道流能力为1 7 7 4 m 3 s 。 该水闸座落于约4 0 m 厚的淤泥层上。由于闸下土层为软弱淤泥层，硬土层位 置较深，且淤泥较厚、天然含水量高、孔隙比大，浅层地基承载力不能满足工程 的要求，建闸条件很差，基础处理问题是该闸在设计中的关键问题。为提高闸基 承载力，解决闸室的抗滑稳定及过大沉降等问题，本文在通过对水闸的工程布蚤 及建筑物设计进行认真研究的基础，经多方案比选，最后选定灌注桩方案为该水 闸的基础处理方案。 针对灌注桩方案，对不同的布置形式进行了优化和调整，选定了经济合理的 布桩方案。灌注桩方案的主要问题是桩体的变位问题。对于这一关键技术问题， 用材料力学法进行了详细分析，结果表明选定方案的桩体变位在规范允许范围 内。为了确保工程安全运用，用三维有限元法对推荐方案的桩体变形进行了复核 计算，其结论与材料力学法比较接近，证明灌注桩处理方案的可行性。 目前，大涌口水闸基础处理工程已竣工，经测试，桩体的各项指标满足设计 要求。软弱基础处理问题不仅存在于大涌口水闸，在我国广东及其他沿海地区也 极为普遍，本文的研究成果在工程设计中的成功运用，为其他存在类似问题的水 工建筑物设计提供了依据和借鉴。 关键词：大涌口水闸深厚淤泥层基础处理灌注桩桩体变形材料力 学法有限元法 a b s 仃a c t d a c h o n g k o us l u i c e ，l o c a t e di nz h o n g s h a ns u b u r b ，g u a n g d o n gp r o v i n c e ，h a sa l a r g es i z eo fm a x i m a lw a t e rd i s c h a r g ec a p a c i t yo f17 7 4m 3 s ，a n dc o m p r e h e n s i v e f o u n c t i o n si n c l u d i n gf l o o dd i s c h a r g i n g ，t i d er e t a i n i n g ，w a t e rs u p p l y e t c t h ek e yp r o b l e mt ob er e s o l v e di st h ef o u n d a t i o nd i s p o s a l ，b e c a u s et h es l u i c el i e s o ns i l tb a s ew i t h4 0 m “c ka p p r o x i m a t e l y , s oi t sb u i l d i n gc o n d i t i o ni sv e r yb a d t h e t h e s i sa d o p tf i l l i n gp i l es c h e m ea sf i n a ls o l u t i o n ，w h i c hb a s e do nt h es t u d yo ft h e p r o j e c tl a y o u ta n db u i l d i n gd e s i g nt h r o u g ha n a l y z i n g a n dc o m p a r i n gw i t ho t h e r s e a r n e s t l y a f t e rh a v i n go p t i m i z e dv a r i o u sa l t e r n a t i v e s ，a ne c o n o m i c a la n dr e a s o n a b l e s t a k e a r r a n g e m e m tp l a ni sc h o s e nf o rt h ef i l l i n gp i l es c h e m e t h em a i np r o b l e mi nt h e s c h e m ei st h ed e f l e c t i o no ft h es t a k eb o d y t ot h i sk e yt e c h n i c a lp r o b l e m ，ap a r t i c u l a r e a l c u l a t i o nu s i n gm a e h a n i c so fm a t e d a l sm e t h o dh a sb e e nd o n et oa n a l y z e ，a n dt h e c a l c u a a t i g n 学m tt u r n so u tt h a tt h ed e f i e e _ t i o n - o ft h es t a k eb o d yi si nt h ep e r m i s s i o n r a n g ea c c o r d i n gt oc r i t e r i o n i no r d e rt oe n s l 1 l t h es a f eo p e r a t i o ni nt h es l u i c ep r o j e c t ， 3 dc a l c u l a t i o nm e t h o di su s e dt or e c t i f yt h ed e f l e c t i o no ft h es t a k eb o d y , a n dt h e r e s u l t so ft h eb o t hc a l c u l a t i o ni sf i m d a m e n t a l l ya p p r o x i m a t e a 1 lo ft h i ss h o w st h a tt h e f i l l i n gp i l es c h e m ei sr e s o n a b l ea n de c o n o m i c a l t h ef r u i to ft h es t u d yh a sb e e nm a k e na s eo ft h ep r o j e c td e s i g n f o u n d a t i o n d i s p o s a lo fd a y o n g k o hs l u i c eh a sf i n i s h e da tp r e s e n t ，a n da f t e rt e s t ，a l lo fi t e m sa r e s a t i s f i e dw i t ht h ed e s i g nr e q u i r e m e n t w e a kf o u n d a t i o nd i s p o s a lp r o b l e me x i s t sn o t o n l yi nd a c h o n g k o hs l u i c e ，b u ta l s oi ng u a n g d o n gp r o v i n c ea n do t h e rc o a s t a la r e a t h ef r u i to ft h es t u d yi sas u c c e s s f u la p p l i c a t i o ni nt h ed e s i g no ft h es l u i c e ；i ta l s o o f f e r se v i d e n c ea n dr e f e r e n c ef o ro t h e rp r o j e c t sw i t hs i m i l a rp r o b l e m s k e yw o r d s d a c h o n g k o us l u i c e t h i c ks i l tb a s ef o u n d a t i o n d i s p o s a l f i l l i n gp i l e d e f l e c t i o no f t h es t a k eb o d y m a c h a n i c so f m a t e r i a l sm e t h o d3 dm e t h o d 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的 研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表 或撰写过的研究成果，也不包含为获得丞洼太堂或其他教育机构的学位或证 书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均己在论文中 作了明确的说明并表示了感谢。 学位论文作者躲叶丑、吨 签字蹴圳年fj 月j 艿日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解丞洼盘堂有关保留、使用学位论文的规定。特 授权丞洼太堂可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索， 并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国 家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权说明) 学位论文作者签名：叶玉哼 导 签字同期：。v 年| 1月j o 同 签月3 0门 1 1 工程概况 第一童概述 大涌口水闸位于广东省中山市，为中珠联围上的一座具有泄洪、挡潮、供水 等综合功能的大型水闸。水闸共分为1 2 孔，单孔净宽1 4 2 m ，闸孔内设平板工作 闸门调节过闸流量。水闸的防洪设计标准为5 0 年一遇，相应过闸流量为1 6 1 0 m 3 s ， 校核标准为2 0 0 年一遇，相应过闸流量为1 7 7 4 m 3 s 。 工程区地貌单元属珠江三角洲海冲积平原，地面标高一6 5 0 0 7 3 m ，最大高 差7 2 3 m 。勘察范围的地层为第四系( q ) 沉积物和风化残积土层，下伏燕山三 期花岗岩，地层自上而下为人工填土( q 4 m 1 ) 、第四系海陆交互相软( 0 4 “) 、 全风化残积土层( q “) 及燕山三期( r y 3 ) 花岗岩。 闸址处上部为人工素填土层( q m l ) ，主要由粉质粘土及少量植物根系组成； 第四系海陆交互相软土层自上而下依次为淤泥、淤泥质土层，厚2 8 1 0 4 7 9 0 m ， 平均厚度3 6 2 5 m ：淤泥层以下为粉质粘土层，厚2 2 0 - - 9 7 0 m ；粗砾砂层，厚 o 8 0 - 9 4 0 。第四系残积土层为砂质粘性土层，厚1 1 0 1 0 8 0 m 。燕山三期只揭露 至全风化花岗岩层，厚0 7 1 j 7 m 。 工程区地震峰值加速度值为o 1 0 9 ，场地抗震设防烈度为7 度。 场地内淤泥、淤泥质土具有高含水率、高压缩性、低强度、高灵敏度、易触 变、弱渗透性的特点，因此有一定的震陷特性。 1 2 关键技术问题及国内外研究动态 大涌口水闸座落于深厚淤泥地基上，地质条件极为复杂，天然地基无法满足 建闸要求。水闸的基础处理是本工程设计中的关键技术问题，所以要根据水闸的 运用要求和工程地质条件，针对不同的基础处理方案，认真研究水闸的水平和竖 向位移，选择安全可靠、经济合理的基础处理措施，以确保水闸的安全运用。 在过去的工程实践中，往往采用铺筑砂石料自沉等方法进行基础处理，但效 果很差。在长期的运用过程中，水闸的沉降将达l m 阱上，而且不均匀沉陷也很 大，结果导致闸体倾斜，闸门启闭失灵、混凝土构件开裂，甚至有的水闸整体报 废，经济损失很大。 最近几年，随着科学技术的发展，基础处理方法同新月异。深基础越来越多 的被采用。在淤泥质地基l 建闸，可采用沉井、地下连续墙、水泥深层搅拌桩、 粉喷桩等工程措施，而且这些措旌均已积累了一定的经验。桩基作为一种深的基 础形式，人们对它的研究愈来愈全面，由于它的承载力高、沉降量小，能够适应 不同的结构形式等，因而被广泛采用川阮1 3 1 0 尽管桩基是国内外一种广泛的基础形式，但由于它是一种非常复杂的受力体 系，其工程设计一般仍处于半理论、半经验状态。目前，国外由于机械化程度比 较高，桩基主要向大直径桩、复合形式的桩上发展。国内在桩基工程的设计、施 工等方面发展也较快，而且积累了不少经验 4 1 0 我国沿海地区多为软基，软土地基的特点是含水量高、压缩量大和强度低， 所以软土地基上建水利工程或其它工民建建筑大多采用大直径钻孔灌注桩。我国 应用钻孔灌注桩始于本世纪6 0 年代初，到8 0 年代末9 0 年代初，随着改革开放 步伐的加快，钻孔灌注桩得以迅猛发展，软土地基上钻孔灌注桩总的特点是将上 部荷载传递到软土下的好岩层，所以钻孔灌注桩往往桩身长、直径大且单桩承受 荷载高。它具有以下特点： ( 1 ) 直径大、入土深。最大直径已达4 m ，入土深度达1 5 0 m ，并可根据地 质情况对桩长进行调整，从而节约工期和造价。 ( 2 ) 单桩承载力高，沉降量小，并可采用扩底的形式，更好的发挥桩端土 的作用，在保证桩身强度和施工质量的前提下可充分发挥端承力和侧阻力。 ( 3 对于桩所穿越土层的性质可从桩孔排出的土进行鉴别验证。可根据不 同的情况选择不同的施工方法。 ( 4 ) 无须搬运吊装，不用机械打桩，配筋率大为降低，并可视荷载条件沿 深度做变截面配筋，降低了造价。 ( 5 ) 属于非挤土或少量挤土桩，施工时基本无噪音、震动小，且地面无隆 起或侧移，对环境造成的影响小：其水平推力小，故对周围建筑物、路面及地下 设施的危害小。 正因为钻孔灌注桩有上述特点，所以采用的最多，如广东省东排河水闸、天 津市的宁车沽防潮闸、蓟运河防潮闸和独流减河防潮闸等都采用灌注桩处理地 基，广州市珠江堤防工程也采用灌注桩处理。对于淤泥厚度大于3 0 m 的水闸基础， 灌注桩是一种安全可靠的工程措施。 深厚淤泥地基上建闸，关键要认真研究基础承载力和变形问题。承载力分为 水平承载力和竖向承载力。对于竖向承载力，计算方法很多，可见大量报导眵“印 阳，一般要控制建筑物的沉降值不超过15 c m ，不均匀沉降不超过5 e r a 。面水平 承载力，则控制建筑物的水平位移不超过5 r a m ”1 。水闸基础变形研究，除采用一 般的材料力学法计算外，还可采用有限元法进行研究，两种方法可以互相验证。 1 3 本文研究的内容 本文主要研究的下列内容： ( 1 ) 根据大涌口水闸的工程地质条件和水闸运用要求，对水闸进行总体布置、 建筑物设计、防渗排水设计和消能防冲设计。 ( 2 ) 根据水闸的工程地质特点，对水闸的基础处理方案进行多方案比较，选 择经济合理且便于施工的基础处理方案。 ( 3 ) 对于选定的基础处理方案，针对不同的布桩方法进行承载力和变形分析， 从而选定最佳布桩方案。 ( 4 ) 对选定的布桩方案，用三维有限元法分析基础变位，并与材料力学法的 计算结果进行对比，以确保水闸的基础变位在规范允许的范围内。 第二章大涌口水嗣工程设计 2 1 设计依据 第二章大涌口水闸工程设计 21 1 工程等别及建筑物级别 大涌口水闸位于中珠联围干堤上，是一座集泄洪、挡潮和供水为一体的水利 工程。根据水利水电工程等级划分及洪水标准( s l 2 5 2 2 0 0 0 ) 确定中珠联围 为1 级海堤，按堤防工程上的建筑物设计标准不应低于堤防工程的防洪标准原则， 本工程为i 等，其主要建筑物级别为1 级，次要建筑物为3 级。各主要建筑物级 别及防洪标准见表2 - 1 。 表2 _ l枢纽建筑物的级别及运用洪潮水位标准 运用洪潮水位标准 工程项目 建筑物级别 正常运用( 设计) 非常运用( 校核) 水闸建筑物 l1 0 0 年一遇历史最高高潮位2 6 5 m 水闸消能建筑物l5 0 年一遇 2 0 ( 1 年一遇 堤防建筑物 l2 0 0 年一遇 水闸的设计洪水标准为5 0 年一遇，相应最大过闸流量为1 6 1 0 m 3 s ，闸内水 位为o 9 4 4 m ，闸步卜水位为0 7 7 m ；校核洪水标准为2 0 0 年一遇，相应过闸流量为 1 7 7 4 m 3 s ，相应的闸内水位为o 9 9 2 m ，闸外水位为0 7 7 r n 。设计潮水标准为1 0 0 年一遇，潮水位为2 4 9 i n ：校核潮水标准为当地历史最高潮水位，即2 6 5 m 。 2 1 2 设计基本资料 ( 1 ) 翻至地质 闸址位于中山市坦洲镇，地貌单元属珠江三角洲海冲积平原，地面标高 。65 0 07 3 m ，最大高差7 2 3 m 。 根据地质勘察报告，场地内地层自上而下由人_ _ = 填土( 0 4 “) 、第四系海陆交 互相软土( q 4 “) 、风化残积土层( q “) 及燕山三期( r y 3 ) 地层构成。其岩土层 互相软土 0 9 ) 时，闸孔总净宽按下列公式进行计算： 坟2 万衰罴而 舻嘲，+ ( 每 式中b o 一闸孔总净宽( m ) q 一过闸流量( m 3 s ) o 第二章大涌口水闸工程设计 “。一淹没堰流的综合流量系数； h 0 一计入行进流速水头的堰上水深( m ) ； g 一重力加速度，采用9 8 1 ( m s 2 ) ； k 一由堰顶算起的下游水深( m ) 。 ( 3 ) 计算结果 由于h # - o 0 9 ，故可根据上式进行计算。闸孔总净宽计算结果见表2 - 8 。 表2 - 8闸孔总净宽计算成果表 工况闸内水位( m )闸外水位( m )计算闸孔净宽( m ) 设计洪水0 9 4 4o 7 71 5 6 2 校核洪水0 9 9 20 7 71 5 6 2 ( 4 ) 计算分析及结论 两种工况计算得出的闸孔总净宽最大值为1 5 6 2 m ，考虑到涌内有多座水闸相 互贯通、相互影响，实际来水及运用很复杂，确定闸孔总净宽为1 7 0 4 m 。 2 3 3 消能防冲设计 考虑到闸址为淤泥地基，启动流速小，己在老闸上、下游形成冲坑并经过水 工模型试验验证，需设下挖式消力池及适应变形能力较好的干砌石海漫。 ( 1 ) 计算工况 大涌口水闸为双向运用水闸，兼有泄洪、挡潮和供水等功能，因此分别按泄 洪和反向引水进行消能防冲计算。 该闸正向泄洪消能防冲标准为：涌内5 0 年一遇洪水设计，2 0 0 年一遇洪水校 核。闸内水位超过正常蓄水位o 5 5 m 时始开闸泄水，此时若遭遇闸外历年低低潮 平均值( 0 9 9 m ) 则最为不利，故采用该工况进行泄洪时的消能防冲计算。以设 计洪水和校核洪水时的最大过流量的上、下游水位两种工况来进行复核。 反向引水时，闸内水位取最低内水位0 6 0 m ，由于引水时机是由涌内水量和 外江洪潮水咸度决定的，而外江洪潮水位具有不确定性，故分别取1 6 0 m 、1 o o m 和平均潮位o 4 3 4 m 进行消能防冲计算。 消能防冲计算工况见表2 - 9 。 山于该水闸的水位条件非常复杂，外江洪潮水位是变化n 可，闸内河涌交错、 水域面积广阔，故闸内、外的水位与流量关系很难确定，为安全计，计算中随着 第二章大涌口水闸工程设计 闸门开启高度的增加，闸内、外水位按不变考虑。计算时，按1 2 孔闸门均匀开 启，闸门每次提升高度为0 2 0 m 。 表2 - 9消能防冲计算工况表 计算工况闸内水位( m )闸外水位( m )流量( m 3 s ) 设计洪水0 9 4 4 o 7 7 1 6 1 0 泄洪 校核洪水0 9 9 20 7 71 7 7 4 泄洪工况10 5 50 9 9根据孔流计算 引水工况1- o 6 00 4 3 41 2 0 0 反向引水 引水t 况2- o 6 01 0 01 2 0 0 引水工况3_ 0 6 01 _ 6 01 2 0 0 ( 2 ) 计算公式 计算采用水闸设计规范附录a 、b 及水力计算手册中的相关公式 计算公式如下： 流量计算 当水流为孔流时，即h e h 0 6 5 时： q = b o c r , u h 。瓯 e , h e ： h 。= s h 。 铲i q2 等瓜 2 5 a ，取k h = 0 a t = 2 4 4 1 ，b f = 1 6 2 5 ，c e = 1 7 5 1 6 i i 5 0 4 e 。5m k n2 9 1 e 5m k n 6 n f 6 m h 1 0 5 e - 5l ，k n7 ，2 7 e 6l ，i 刑 5 m m 3 5 4 e 6l m2 9 5 e 6l ，i ( n m 水平承载力h o 2 5 9 7 k n4 4 7 1 k n ( 3 ) 方案三 用经验公式估算水平承载力 计算桩径d = 1 0 m ，桩顶允许的水平位移值x 。= o 0 0 5 m 桩顶水平位移参 数v 、= o 9 4 ，计算表格见表3 - 1 3 。 用1 1 1 法反推单桩水平承载力 计算见表格3 1 4 。 第三章水闸变位的常规法分析 表3 一1 3单桩水平承载力计算表1 计算参数 ie i 计算宽度b o 特祉参数a 水平承载力 计算况 ( d 4 6 4 ) ( 0 8 5 e o )( 0 9 d + 1 ) ( m n m 4 ) 。：j 堕 ( i 洲) ve 1 ( m 4 )( k n m 4 ) ( 1 1 1 ) ( m 。o ) 正常运行0 4 * 3 5 = 1 40 ，2 9 31 5 6 o 0 ，0 0 4 9 1 1 6 6 e 61 。8 非正常运行3 5o 3 5 22 7 0 5 注：当水平荷载为长期荷载或经常出现的荷载时，表列m 数值乘以0 4 降低采用。 表3 1 4单桩水平承载力计算表2 计算参数正常运行情况非常运行情况 地基水平反力系数m1 4 e 3k n m 43 ，5 e 3k n m 0 2 9 3m 。10 3 5 2m 桩的性质换算高度大于4 m ，属柔性桩 k h h 2 5 a ，取= 0 a 严2 4 4 1 ， b l = 1 6 2 5 ， c r = i 7 5 1 5 h h 8 3 2 e 5m k n4 8 e 5m k n 6 u m = 6 1 , m 】6 2 e ，51 k n1 ，1 3 e 6l ，k n 6 m m 5 1 3 e 6l k n m4 2 7 e 6l k n m 水平承载力h 。 15 6 8 3 k n2 7 2 3 3 k n 成果分析 从以上计算可知，两种方法计算所得的结果十分相近，用经验公式估算的 结果数值略小。两者差值小于o 7 ； 根据资料提供的每联闸室的仞步i - 算衙载，设计挡洲工况p 桩项所受的水 平荷载最大，为5 9 8 5 4 4 k n ，根据水闸设计规范，可视为桩顶水平荷载由4 6 根 桩平均承担，因此每根桩承受1 3 0 】2 k n ，小于桩的水平承载力j 5 6 8 3 k n 。 第三章水闸变位的常规法分析 3 3 桩身变位分析 3 3 1 桩身水平变位分析 3 3 1 1 桩顶水平位移 桩顶水平位移按公式( 3 - 9 ) 计算。 3 3 1 2 桩身水平位移 位移： y ：急 旭m oi b y 3 3 1 3 桩身内力 剪力： 弯矩： q ：= h o a o + a m o b e ( 3 1 1 ) ( 3 1 2 ) m z ：坠a m + m o b “( 3 - 1 3 ) 口 式中，a y 、b y ，a q b q 、a m b m 、为无量纲影响系数，在建筑桩基技术规范 ( j g j 9 4 9 4 ) 中的附表中可查得。 3 3 2 3 水平位移及桩身内力计算 根据公式( 3 9 ) 计算各种工况下的桩顶位移。 设计挡潮工况下水闸所受的水平力最大，以其为例进行计算。用( 3 - 1 1 3 1 3 ) 式计算桩身任意深度z 处的位移，剪力和弯矩。 ( 1 ) 方案一 桩顶水平位移 假设每个闸联上的水平荷载由4 3 根桩平均承担，各工况下的桩顶位移计算 结果如表3 1 5 。 表3 1 5桩顶位移计算结果 l 嘁 水平向荷载w ( k n )桩顺位移( n l n l ) 向闸内为止向特j 山为止 i完建l 。况一2 0 2 50 4 1 第三章水闸变位的常规法分析 捎水i ：况一8 0 4 9一j 6 0 设计挡潮 1 3 9 2 02 7 7 校核捎潮1 3 6 8 2 2 7 2 止常挡潮+ 地艘6 8 4 4 o 7 8 由计算结果可知，各种工况下的桩顶位移均小于5 m m 。由于桩顶与闸底板 固接，桩项处转角为零。 桩身水平位移 桩身任意深度z 处的位移和弯矩计算结果见表3 1 6 ，以此得到深度与位移 的关系图( 图3 一1 ) 及深度与弯矩的关系图( 图3 2 ) 。( 1 9 m 以下桩身的位移和 弯矩为定值) 表3 - 1 6桩身的位移和内力计算表 z y z m z z y z m z ( m )( m m )( m )( m )( m m )( k n i n ) o 2 7 7 5 3 0 8 6一1 00 3 11 3 4 8 8 12 6 93 8 9 2 5 1 10 1 31 2 4 7 7 22 5 42 5 5 2 3 1 2 0 0 4 1 0 0 4 4 32 2 61 5 8 8 3- 1 30 0 68 0 5 9 41 8 83 7 6 1 4 o 1 25 08 4 51 5 92 5 6 21 5o 1 93 1 4 7 61 2 0 8 2 8 7一1 6一o 2 81 6 9 6 - 7 0 9 61 1 9 1 6 一1 7 0 2 8 4 2 4 80 7 4 1 3 2 9 718一o 2 8o 90 4 61 3 52 6 一1 9 0 _ 2 8 o 注：何穆值以向闸内j , s i 。，弯矩值以顺时针j , j i i 。 成果分析： 从图3 - 1 中可以看h j ，桩身的最大水平位移y ：= 27 7 r a m 发生在桩顶处： 从图3 2 巾可以看出，弯矩的最大正值为m ：。n = 1 3 52 6 k n m ，发t l 在z = 85 m 第三章水舸变位的常规法分析 处；最大负值为m ：m 女一5 3 0 ，8 6 k n n l ，发生在桩顶。 幢捧( m m 弯矩( k n f m 、 椰蝴删聊2 0 0 1 叩o1 0 0 挪 。 2 5 占n - 7 5 1 0 0 曼 掣粥 鞋咖 1 7 j 孤0 - 2 2 5 i i _ ,am j ! - - - 图3 - 1 桩身位移随深度变化图图3 - 2 桩身弯矩随深度变化圈 ( 2 ) 方案二 桩顼水平位移 假设每个闸联上的水平荷载由6 0 根桩平均承担，各工况下的桩顶位移计算 结果如表3 1 7 。 表3 1 7 桩顶位移计算结果 j 二况水平向荷载w ( k n )桩顶位移( r a m ) 完建| 二况 1 4 5 1o 2 8 梢水 况，5 7 6 911 1 改计捎潮9 9 7 6 1 9 2 校核挡潮9 8 0 6 l8 9 常挡潮+ 地篾 4 9 0 5o5 5 注：荷载及f 带移指同闸内为i r 。 第三章水闸变位的常规法分析 出计算结果可知，各种工况下的桩顶位移均小于5 m m 。由于桩顶与闸底板 固接，桩顶处转角为零。 桩身水平位移 桩身任意深度z 处的位移、剪力和弯矩计算结果见表3 一1 8 、3 1 9 和3 - 2 0 ， 以此得到深度与水平位移的关系图( 图3 3 ) 、深度与剪力的关系图( 图3 - 4 ) 及深度与弯矩的关系图( 图3 5 ) 。( 1 5 m 以下桩身的位移、剪力和弯矩为定值) 表3 1 8 桩身位移计算表( 位移值以向闸内为正) z ( m ) a yb ， y z ( m m ) z ( m ) a yb y y z ( m i l l ) o2 ，4 4 11 6 2 51 9 2- 80 0 1 9- 0 ，1 1 10 1 7 3 11 9 4 31 1 3 11 8 490 0 70 1 0 50 0 5 9 21 4 6 00 7 2 l1 ：6 31 0，0 0 9 1 0 0 8 7 - 0 0 2 4 - 31 ，0 4 40 4 1 51 _ 3 61 1一o 1 0 10 0 6 l- 0 0 9 1 40 6 9 6 0 1 9 4 1 0 6】2- o 】0 7 0 0 3 2 0 1 5 9 50 4 1 l0 0 4 0 0 7 7 1 30 1 0 8- 0 0 1 5 - 0 2 0 2 60 2 0 8 0 0 5 0 0 5 2 31 40 1 0 80 0 1 50 2 0 2 7 0 0 6 50 0 9 5 o 3 1 5 1 5o 1 0 80 0 1 5 0 2 0 2 表3 1 9 桩身剪力计算表( 剪力值以向闸内为正) z ( m ) a q b q q ：( k n )z ( m ) a qb q q ：( k n ) oi 0 0 00 0 0 09 9 7 680 4 4 2o _ 3 3 51 3 0 7 10 8 9 800 6 29 5 3 】- 90 4 0 6o 2 4 9- 】7 4 4 20 6 4 70 1 9 68 2 6 51 00 3 2 90 j 6 61 7 4 5 30 3 4 803 2 86 5 0 61 10 2 3 20 0 9 21 4 6 4 40 0 5 90 4 4 64 7 1 91 20 1 0 000 3 468 3 501 8 604 7 22 51 6130 0 0 00 0 0 000 0 0 60 3 4 704 6 483 41 40 0 0 0 00 0 0 00 0 0 704 3 204 1 249 415o 0 0 000 0 00 0 0 0 第三章水闸变位的常规法分析 表3 。2 0桩身弯矩计算表( 弯矩值以顺时针为正) z ( m ) a mb m m ：( k n m ) z ( m ) a mb m m ：( k n m ) 00 0 0 0 10 0 02 9 5 9 080 3 9 9o 2 1 06 5 18 10 。2 9 90 9 9 3 一1 9 8 5 990 ，2 7 00 1 2 05 0 5 5 20 5 4 80 9 5 3 1 0 7 2 41 00 1 6 50 0 6 43 3 7 7 30 7 0 30 ，8 7 13 36 1 1 1 0 0 7 90 ，0 2 6 1 73 7 40 。7 6 50 7 5 32 1 。o i 1 2 0 0 2 60 0 0 7 6 0 6 50 7 4 4o 6 1 35 5 8 0 1 3 0 ，0 0 00 0 0 0 0 0 0 0 60 6 5 80 4 6 17 31 91 40 0 0 00 ，0 0 00 0 0 0 6 5o ，6 1 40 4 0 77 5 2 6 1 5 0 0 0 0 0 0 0 00 0 0 0 705 3 20 3 2 07 4 8 7 0 4 童m 黔o 1 2 1 4 。 厣 ；，- ： 0 4 im 一o 口 糕( k nr n ) 一3 0 0 - 加0 1 0 00 1 0 0 v 1 。，= 1 r r 1 r 一 图3 - 3 位移随深度变化图图3 - 4 剪力随深度变化图圈3 - ：5 弯矩随深度变化图 成果分析： 从图3 3 中可以看出，位移的最大值为i 9 2 r a m ，发生在桩项处； 从图3 - 4r 寸 可以看出，剪力的负最大值为1 7 4 5 k n ，发生在z = 一1 0 m 处；l r 最大值为9 9 7 6 k n ，发生在桩顶处： 从图3 5 中可以看出，弯矩的负最大值为2 9 5 ，9 0 k n ，发生在桩顶处：f 最大值为7 5 2 6 k n n 1 1 1 ，发生存z 一65 m 处。 第三章水闸变位的常规法分析 ( 3 ) 方案三 桩顶水平位移 假设每个闸联上的水平荷载由4 6 根桩平均承担，各种工况下的桩顶位移计 算结果如表3 2 1 。 表3 2 l桩顶位移计算结果 水平向荷载w ( k n )桩顶位移( m m ) 一 况 向闸内为正向闸内为止 完建t 况- 1 8 9 30 6 0 挡水一l ：况一7 5 2 42 ，4 0 设计挡潮1 3 0 1 2 4 1 5 校核挡潮1 2 7 9 0 2 3 5 正常挡潮+ 地震6 3 9 71 1 7， 由计算结果可知，各种工况下的桩顶位移均小于5 m m 。由于桩顶与闸底板 固接，桩顶处转角为零。 桩身水平位移 桩身任意深度z 处的位移、剪力和弯矩计算结果如表3 2 2 、3 2 3 和表3 2 2 4 ， 以此得到深度与水平位移的关系图( 图3 6 ) 、深度与剪力的关系图( 图3 7 ) 及深度与弯矩的关系图( 图3 8 ) 。( 一1 5 m 以下桩身的位移、剪力和弯矩为定值) 表3 2 2桩身位移计算表( 位移值以向闸内为正) z ( 1 r t ) a y1 3 y y z ( m m ) z ( m ) a yb y y z ( m m ) 02 4 4 1l6 2 54 1 58o 0 1 90 1 0 70 5 2 4 11 9 5 9 i1 4 1 4 0 0 9 00 4 70 ，1 l o 02 4 4 。2i5 1 807 6 2二6 01 000 ；5 3一( ) 0 9 8 00 3 5 31 1 2 00 4 6 330 6一1 1。0 0 9 600 7 6一o 1 1 3 40 7 6 80 2 3 224 51 20 1 0 500 5 702 3 2 504 9 200 7 7l8 71 3一o1 0 700 3 2。o3 4 3 60 2 7 900 2 513 4一1 4o 1 0 8o0 1 50 4 l7 7o1 2 700 8 209 01 5o 1 0 800 1 504 1 7 第三章水闸变位的常规法分析 表3 2 3桩身剪力计算表( 剪力值以向闸内为正) z ( r n ) a qb q q ：( k n ) z ( m ) a o b o q ：( k n ) o1 0 0 00 0 0 0 13 0 1 280 4 4 30 3 7 51 24 1 1 0 9 0 50 0 5 81 2 4 7 5 9 0 4 2 9 o ，2 9 3 2 04 8 20 6 8 4- 0 ，1 7 81 1 0 4 7 1 0 0 3 7 2 0 2 0 62 3 5 6 ，30 4 0 7- 0 3 0 4 8 9 6 31 10 2 8 10 1 2 92 1 0 0 4o 1 2 90 4 0 4 6 5 5 21 2一o 2 0 00 0 6 71 79 4 5- 0 1 1 8 0 4 6 34 0 4 91 3o 1 0 0 0 0 3 4 89 0 602 9 3- 0 4 7 31 8 9 3 一1 40 0 0 00 0 0 00 0 0 0 7 - 0 3 9 9 - 0 4 4 01 1 21 5o 0 0 0 o 0 0 0o 0 0 0 衰3 2 4桩身弯矩计算表( 弩矩值以顺时针为正) z ( m ) a m b mm z ( k n m ) z ( m ) a mb m m ，( 1 ( n m ) o0 0 0 01 0 0 0 4 1 1 6 7- 8 0 ，4 6 5 0 2 6 29 8 6 5 一l0 2 9 00 9 9 4 2 8 0 4 190 3 3 40 1 6 28 1 6 4 2 0 5 2 2 0 9 6 11 6 3 7 9 1 0 0 2 1 20 0 8 7 5 8 3 3 30 6 8 00 8 9 06 4 4 0 1 1o 1 2 20 0 4 53 5 6 6 40 7 5 80 7 8 6 1 3 0 61 20 0 5 10 0 1 41 6 8 9 50 7 5 8 0 6 5 56 6 9 81 30 0 2 6o 0 0 7 8 6 7 60 6 9 7o 5 j 89 6 2 9 i 4 0 0 0 0 o 0 0 0o o o o 70 ，5 9 40 3 8 5 1 0 5 3 01 50 0 0 00 0 0 00 0 0 0 水半住伟 l m m ) 012 345 | 1 1 = 身，蜘，c k n i n l - 5 0 0 删删- 2 0 0 一伸0o 1 0 之 $ 巨一1 0 型1 2 ! - 1 4 1 6 - 1 8 2 0 图3 7 剪力随深度变化图 图3 - 8 弯矩随深度变化图 第三章水闸变位的常规法分析 成果分析： 从图3 - 6 中可以看出，位移的最大值为4 1 5 m m ，发生在桩顶处； 从图3 7 中可以看出，剪力的负最大值为2 3 6 k n ，发生在z - - - - 1 0 m 处；正 最大值为1 3 0 1 k n ，发生在桩项处； 从图3 - 8 中可以看出，弯矩的负最大值为一4 1 1 6 7 k n m ，发生在桩顶处；年最大 值为9 8 6 5 k n m ，发生在z _ - 8 5 m 处。 3 3 2 4 成果分析 三种方案的成果对比，见表3 2 5 。 表3 ，z 5三种设计方案的计算成果对比 方案项目方案一方案二方案三 桩径1 2 m ，桩氏桩径1 0 m ，桩氏桩径1 0 m ，桩睦 5 0 m ，每闸联布桩4 0 m ，每闸联布桩6 05 0 m ，每闸联布桩