水闸稳定计算

1、2021/6/71 作用在水闸上的荷载 主要有自重、水重、水平 水压力、淤沙压力、扬压 力、浪压力、土压力等。 水闸正常挡水时的荷载计算简图 （一）荷载及其组合 一、闸室的稳定计算 理论5-3 水闸的稳定分析与地基 处理 （教材5-7,p219） 2021/6/72 1.水平水压力。作用在铺盖与底板连接处的水平水 压力因铺盖所用材料不同而略有差异。如图525 （a）和（b）所示。 2021/6/73 （1）粘土铺盖：如图5-25（a）所示，a点处 水平水压力强度按静水压强计算，b点处则取 该点的扬压力强度值，两点之间，以直线相连 进行计算。 （2）混凝土铺盖：当为混凝土或钢筋混凝土 铺盖时，如

2、图525(b)所示，止水片以上的水 平水压力仍按静水压力分布计算，止水片以下 按梯形分布计算，c点的水平水压力强度等于 该点的浮托力强度值加上e点的渗透压力强度 值，d点则取该点的扬压力强度值，c、d点之 间按直线连接计算。 2021/6/74 荷载组合 荷载组合分为基本组合与特殊组合两类。 基本组合:由基本荷载组成； 特殊组合:由基本荷载和一种或几种特殊荷载 组成。 荷载见表519 2021/6/75 2021/6/76 （二）闸室抗滑稳定计算 1计算公式 （1）土基上水闸闸室沿底板与地基间滑动 式中： G作用在闸室单元上总的垂直力； H作用在闸室单元上总的水平力； f闸室底面与土基间的摩擦

3、系数， 根据现场 试验资料选取， 初设时参见表5-15。 0、C0分别为闸基土体的内摩擦角和凝聚力，见表5-16； A闸室单元的底面积。 （5-37） （5-38） H Gf Kc H ACGtg Kc 00 对于小型水闸 对于大、中型水闸 2021/6/77 （2）岩基上水闸闸室沿底板与地基间滑动 H ACGf Kc 式中 f闸室基底面与岩石地基之间的抗剪断摩擦系数， 查表517； C闸室基底面与岩石地基之间的抗剪断粘结力， kPa，查表517 (5-39) 闸室稳定性的判断，要求 ： 土基上： K土查表5-13 岩基上： K岩查表5-14 土 KK C 岩 KKC 2021/6/78 2提

4、高闸室抗滑稳定的工程措施 当闸室抗滑稳定安全系数不能满足规范规定的允许安 全系数时，可采取下列措施提高闸室稳定性。 (1)适当将闸门向闸室下游一端移动布置，或将底板向上 游端适当加长，充分利用闸室水重。（增加G） (2)改变闸室结构尺寸，增加自身重量。 增加底板厚度时，由于其位于水下，受到水的浮力，有 效重量小，不经济。 增加闸墩厚度时，虽然增加了自重，但同时也增加了闸 室前缘宽度和挡水面积，因而也同时增加了水平推力。 增加闸室顺水流长度，可以同时增加水重和结构总重 （增加G），也可增大了底板抗滑面积（增加A），是较 有效的措施之一。 2021/6/79 (3)加深底板上、下游端的齿墙深度，既

5、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（减小H）。 但是，应注意齿墙的强度和刚度。所以，齿墙不宜过 长过深。 (4)改变闸下防渗排水措施，降低闸底板的扬压力 （减小向上的U，实际上增大G）。 (5)设置钢筋混凝土拉锚铺盖作为阻滑板。利用铺盖 的自重（增加G）、铺盖上的水重（增加G）、铺 盖与地基之间的摩擦力（减小H）等增加闸室稳定 性。 增设钢筋混凝土抗滑桩（减小H）或预应力锚固 （增加G）结构。 2021/6/710 1应力标准 闸底计算应力应该满足两方面的要求：地基承载力 要求和基底应力不均匀系数。 水闸设计规范SL265-2001规定： 地基允许承载力：在各种计算

6、情况下，闸底平均 应力不大于地基允许承载力，即。最大 基底应力不大于地基允许承载力的1.2倍。 应力不均匀系数：闸室基底应力不均匀系数，按 不大于表5-20中的取值。 （三）（三） 闸室基底应力计算闸室基底应力计算 2021/6/711 2.闸室顺水流方向的基底应力 LB M BL G 2 min max 6 式中 M作用在闸室的全部力对底板底面上的力矩； 按偏心受压公式计算 （1）当闸室垂直水流方向的荷载对称时上 下游边缘应力最大，按下式计算。 2021/6/712 （2）当结构或荷载不对称时应该按双向 偏心受压公式计算。 y y x x I M I M BL W min max 式中 Mx

7、、My分别为作用在闸室基底面顺流向和 垂直流向形心轴的力矩； Ix、Iy分别为闸室基底面顺流向和垂直流向形心轴 的截面模量。 2021/6/713 2021/6/714 二、地基沉降计算 对重要工程或需要控制沉降量的工程，需要进 行沉降量计算。 一般来说，最大允许沉降量不超过15cm，最 大沉降差（不均匀沉降）不超过5cm。 地基最终沉降量可用下式计算。 n i i i ii h e ee mS 1 1 21 1 式中 n地基压缩层计算深度范围内的土层数； e1i基础底面以下第层土在平均自重应力作用 下，由压缩曲线查得的相应孔隙比； e2i基础底面以下第i层土在平均自重应力加平均附加应力作用下

8、，由 压缩曲线查得的相应孔隙比； hi基础底面以下第i层土的厚度； m地基沉降量修正系数，可采用1.01.6（坚实地基取较小值，软土地 基取较大值）。 2021/6/715 当地基承载力不够或计算最大沉降量超过允许值 时，可以采用一定工程措施： 改变结构型式(采用轻型结构或静定结构)， 加强结构刚度； 增大基础面积和埋置深度； 采用沉降缝； 进行必要的地基处理； 选择合适的施工程序，尽量减少相邻建筑物 或填土的重量。 2021/6/716 三、地基处理 本节主要介绍土基的处理。土基的处理在土 石坝等章节中已有一些介绍。 对于岩基上的水闸的地基处理，参见重力坝一 章。 （一）换土垫层法 1方法

9、换土垫层法将基础表层的软土层彻底挖除，换 上压实后强度大、密实度高、压缩性小的土料。 2021/6/717 2作用 换土垫层法能够改善地基应力分布，提高地基稳定性， 适用于表层软土层不厚的情况。 3垫层厚度 垫层的厚度根据土质情况、结构形式、荷载大小等因 素确定，一般为1.53.0m。厚度过小，起不到垫层的 作用；厚度过大，基坑排水有一定困难。 4垫层宽度 换土垫层的设计宽度：B=B+2htg 式中：B为闸室顺流向长度； h为垫层厚度； 为压力扩散角。 2021/6/718 5换土土料 换土土料以中壤土、含砾粘土等较为适宜。 这类土料易于压实，容易满足设计干容重的 要求。 级配良好的中砂、粗砂

10、和砂砾料易于振动密 实，也适用于作垫层材料。 避免采用粉砂、细砂、轻砂壤土或轻粉质砂 壤土。 垫层材料中不应含有植物和杂质。 2021/6/719 （二）沉井法 1方法 将预先浇筑的钢筋混凝土井圈置于设计位置，然 后挖除井圈下面的软土，使井圈逐渐下沉到地基 中，最终下落支撑到硬土层或岩石基础上。 2作用 沉井可以增加基础承载力，提高闸室抗滑稳定性， 减小沉降量。沉井基础适用于表层为软土层或流 砂层、下部为硬土层或岩石基础的情况。 2021/6/720 （三）桩基础法 1作用 在软土层厚度较大的地基上，桩基础是解决地基 承载力不足的有效方法。设置桩基础后，能够提高 地基的承载力和抗滑稳定性，减少

11、沉陷量。 2桩基础型式（按施工方式分） 桩基础按施工方式分为：打入混凝土预制桩和钻 孔灌注混凝土桩两种。 （1）打入式预制桩 打入式预制桩一般采用钢筋混凝土桩，直径 d=0.250.55m。现场预制桩的长度在2530m；工厂 预制桩一般长不超过12m，便于运输。 2021/6/721 （2）灌注桩 灌注桩是在地基内先钻孔，然后在现场浇注，形成钢筋 混凝土桩。钻孔灌注桩施工机具简单，工期较短，桩的直 径较预制桩大，承载力较大。灌注桩的直径一般为 0.61.5m。钻孔灌注桩的关键在于施工造孔。 3桩基础型式（按受力方式分） （1）承重桩 当硬土层埋深较浅时，使桩直达硬土层，水闸的荷载全 部由桩传递到硬土层，称为承重桩。 （2）摩擦桩 当硬土层埋深较深时，桩只能插入到软土层的一定深 度，利用桩与周围土壤的摩擦力支承上部荷载，