第六章 船闸水工建筑物

图6-15
三、分离式闸室结构计算（续） a a 2) 薄型锚筋衬砌墙： p (2.4ln 1.1) 4t 2t Z （1）锚筋断面： F mZ L （2）钢筋锚固长度： d R mZ L （3）锚孔深度： d R 5．混合式闸墙： 6．分离式闸室的底板计算： M ( q) b b 2 3 双铰底板计算： b V P ( q)b 2
l0．地震力：当设计烈度为6度时，可不进行抗震计算，但应适当采取抗震 构造措施；设计烈度为7~9度的船闸应进行抗震设计。9度以上专项研究 。 （1）地震惯性力； （2）地震土压力；（3）地震水压力。
Pc
二、计算情况及荷载组合 1．计算情况 作用在船闸结构上的荷载，可能以不同组合方式出现。在设计计算时，一 般都选取起控制作用的组合方式进行计算。 最不利荷载组合的工作情况通常称为计算情况，主要有运用、检修、完建 、施工和特殊工况等，可根据工程的具体情况分析选取。 (1)运用情况。在船闸运转过程中，闸室内的水面可能与上游水位或下游水 位齐平；若为多级船闸时，则为闸室的高水位或低水位。在设计时，应 研究以下几种可能发生的最不利水位组合。 ①闸室内为上游最高通航水位，墙后地下水取可能出现的最低地下水位 或墙后排水管水位。②闸室内为下游最低通航水位，墙后取可能出现的 最高地下水位或墙后排水管水位。③当船闸与其他水工建筑物并列布置 时，相邻建筑物进行检修的不利水位；④可能出现的最大水位差的其他 不利组合。 (2)检修情况。船闸检修时，可能的最不利水位组合，是将闸室内的水完全 抽干，墙后地下水处于检修期可能出现的最高水位，并有闸面活荷载的 作用。
cos
三、设计应具备的基本资料 设计阶段：初步设计、技术设计和施工详图三阶段 不同的设计阶段规定了不同的设计任务和要求，为完成所规定的任务，需 具备相应的可靠资料。船闸水工建筑物设计的基本资料包括过闸客货运 量、船型、自然条件、航道状况、建筑材料来源、施工条件等。 为保证设计的质量必须具备以下基本资料： (1)船闸自上游引航道至下游引航道范围的水上、水下地形图。有时还应包 括上游锚地及下游锚地范围的地形图。 (2)整个船闸范围的地质纵横剖面图。 (3)水文、气象资料，包括各种特征水位，河流泥沙淤积f青况以及气温、 水温、风向、风速等资料。 (4)整个船闸范围的地质综合报告，包括工程和水文地质条件、地基的承载 能力、岩石风化程度，持力层深度、地震烈度以及建筑材料性能、取料 场地等； (5)施工条件及施工设备等的有关资料。
二、闸室结构的一般验算内容及方法 闸室结构验算一般包括：抗滑、抗倾、抗浮稳定性验算；渗透稳定性验 算；地基承载力验算、地基沉降计算；结构各部位强度计算和限裂计 算等。 1．抗滑稳定验算： f V k 1）砂性土基础： H tan V c A tan V c A f k 2）粘性土基础： V H f V f V cA k k 3）岩基： H H 适当措施提高闸室的抗滑稳定性的措施有：在两侧闸墙之间的闸底处 设置横撑；在闸墙基底设置齿墙；降低墙后地下水位和填土高度；或 在基底更换摩擦系数较大的砂土(砂垫层)等。 M 2．抗倾稳定性验算： k M 3．抗浮稳定性验算： k V U 4．渗透稳定性验算：
整体式闸室结构，由于底板不透水，作用于底板上的扬压力较大，故应验算抗浮 稳定性，一般以闸室抽空检修作为控制情况；对于地基有倾斜的软弱层面，或 由于结构受力不对称，在某一侧出现临空面等，尚应验算其侧向抗滑稳定性。 结构截面强度验算，包括闸墙及底板的强度及限裂计算。 整体式闸室的闸墙，按固定于底板上的悬臂梁计算内力。整体式闸室底板通常简 化为平面形变问题的地基梁进行计算。 1．地基模型：目前工程上常用的地基模型有文克尔地基模型、半无限大的理想弹 性体地基模型、有限压缩层地基模型。 2．弹性地基粱计算方法： (1)链杆法： (2)郭氏法： 3．边载的影响：
ci
zi
作用下由e～p曲线查得的
三、分离式闸室结构计算 主要介绍各种不同分离式闸室结构强度的验算方法。 1．重力式闸墙： 图6-13 2．悬臂式闸墙：
Ef f V Ep H f V
3．扶壁式闸墙 扶壁式闸墙强度计算包括立板、肋板、内底板、趾板等四个部分，除此 以外，还应计算各构件之间的连接强度。扶壁结构各构件可按图6-14 所示计算。 N 1 N f N 图6-14 4．衬砌式闸墙： N 1 x N 1 sin N 1 y N 1 cos 1）厚重衬砌墙： 倒梯形衬砌墙整体抗滑稳定，两种计算方法：常规重力式闸墙抗滑稳定计 算一样；另一种是考虑斜坡面的作用沿衬砌基底面(dc)滑动。见图6-15。
k
max min
d
闸室结构沉降计算的目的，是计算地基沉降量和沉降差，防止沉降量过多而引起 的危害，并为确定闸室墙顶高程及止水构造和某些结构构造提供设计依据。
S ms e1i e 2i hi 1 e1i
ci
各层土受到平均自重压力 和平均最终压力 相应孔隙比。 7．闸室强度计算和限裂计算：
第二节 作用在船闸结构上的荷载
在船闸水工建筑物设计时，需根据建筑物在施工、完建、运用及检修等不 同时期所承受的全部荷载，并按各种可能的最不利荷载组合进行计算。 一、作用荷载: 1．建筑物的自重力以及建筑物内部或上部填料重力; 钢筋混凝土结构重度:24～25kN／m 3，浆砌块石重度:2l～22 kN／m 3 2．闸门、阀门及其他设备重量; 3．土压力; 4．静水压力:水的重度取为10kN／m3。 5．扬压力: 图6-2 图6-3
一、闸室结构型式及其构造(续)： 3．扶壁式闸墙的构造： 图6-11 4．衬砌式及混合式 ： 5．板桩式闸墙：板桩式闸墙系由板桩、拉杆及锚碇结构等构成(图6-11) 6．整体式闸室结构： 图6-12 7．闸底设计：设置纵横梁格；采用双铰式底板(图6-12) 8．闸室结构的其他构造要求： (1)闸墙的保护措施；（2）胸墙；（3）建筑物分缝。
二、建筑物级别的划分
在综合性水利枢纽中，挡水的闸首闸室级别应与枢纽中的其他挡水建筑物的 级别一致。有下列情况之一的，按表6-2所列级别提高1级采用。 (1)当最大水头超过15m； (2)当建筑物失事后，将使下游城镇、田地、工矿区或其他国民经济部门遭受 严重灾害或引起巨大损失，以及临时性建筑物失事可能引起永久性建筑物 遭受严重破坏。 (3)水工建筑物的工程地质条件特别复杂，或采用实践经验较少的新型结构。
Pc
2．荷载组合 荷载组合可分为：基本组合，特殊组合。 基本组合：指经常作用的或在建筑物某一出现概率较多的工作情况下的作 用荷载的组合； 特殊组合：指建筑物偶然发生的或出现概率较少的工作情况下的作用荷载 的组合。 在设计时，通常根据闸室、闸首各种计算情况的荷载性质，以运用情况作 为基本组合①；检修情况、完建情况及施工情况作为基本组合②，其 安全系数比基本组合①可适当降低； 特殊组合可分为两种情况：特殊组合①为相应于校核洪水、排水管堵塞或 止水破坏情况的荷载；特殊组合②为相应于运用期和检修期地震情况 的荷载。溢洪情况的荷载列入基本组合①。荷载组合情况见表6-6。
第四节 船闸闸首结构
1 Vs 1 HB 2
（6-14）
பைடு நூலகம் Pc
一、作用荷载(续1): 6．船舶荷载：船舶行进时，船舶对建筑物的撞击力；船舶停靠时，由系船 设备传到建筑物上的系缆力。 （6-15） Pc 0.9k 3 W 2
式中：Pc ——船舶撞击力(kN)； W ——船舶(队)排水量(t)； K ——系数：闸室 =1.0，引航道中导航建筑物的直线段南=1.67，曲线段后： 2.0。
船舶撞击力的作用方向垂直于建筑物表面。对于连续的闸墙及导航墙顶端 最不利的撞击情况，其撞击力分布长度可按下列公式计算： 2 (6-16) (6-17) 2b Ly Ld Ly y
3
Pc
一、作用荷载(续2): 7．闸面活荷载：一般可只考虑人群荷载+检修材料+轻便设备，2～5kPa。 8．波浪压力； （1）平原地区，西晓夫公式（6-18，6-19） （2）峡谷地带，官厅水库公式（ 6-20，6-21 ） 9．水流力： v2 F C A （6-22） 2g
Pc
1．计算情况（续） (3)完建情况。闸室全部建成尚未放水的情况。特点：作用在地基上的垂直 荷载较大。 (4)施工情况。在施工期，闸室结构的受力状况与施工程序和方法有密切关 系。根据船闸修筑和填土处于不利情况确定。 如： ①对于混凝土闸室结构，修筑及墙后填土过程中出现的不利情况；② 对于施工期间临时分缝的整体式闸室底板，临时缝浇筑前、后的两种情 况。 (5)特殊工况。特殊工况应考虑校核洪水、排水管堵塞和止水破坏情况。对 处于地震区的船闸，应进行地震情况的计算。 溢洪船闸除应考虑以上计算情况外，尚应根据可能发生的最不利水位组合 ，进行溢洪情况的计算。
c
c
0
0
0
0
0
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0
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二、闸室结构的一般验算内容及方法（续） N 6e F (1 ) K 5．地基承载力验算: B B V 为防止闸墙产生过大的不均匀沉陷，应控制地基反力的不均匀性。通常 在使用情况下，对砂性地基，要求地基反力的最大值与最小值之比应 不大于5，对粘性地基，则应不大于3，土基中一般不得出现拉应力。 岩基上一般控制最小应力，不允许出现拉应力。 6．沉降计算:
第六章 船闸水工建筑物
第一节 第二节 第三节 第四节 第五节 第六节 第七节 概述 作用在船闸结构上的荷载 船闸闸室结构 船闸闸首结构 引航道上的建筑物 船闸的防渗与排水 有限单元法在船闸工程中的应用
第一节
概
述
《 船闸水工建筑物设计规范》JTJ307—2001， 船闸水工建筑物是船闸工程主体，由闸首、闸室、导航及靠船建筑物等组成 一、船闸水工建筑物设计的基本要求 (1)在选择结构型式时，需根据船闸所处的自然条件、地质条件、建筑材料来源情况、 受力特征、对结构的使用要求以及施工条件等因素进行综合考虑并通过技术经济 比较确定。 (2)闸首、闸室等挡水建筑物，因其失事将导致灾害或因经常检修而影响运输，必须 满足稳定和强度要求。当闸室采用透水闸底，闸室灌、泄水时，其渗流方向将频 繁变换，为防止地基破坏及保证船闸水工建筑物正常工作，须认真做好防渗排水 设计。 (3)溢洪船闸在布置和结构上须有相应的安全措施，如闸门锁定、墙后填土、表面防 护等，以确保建筑物及各设备不被破坏。 (4)对损坏后难以修复的隐蔽工程和水下工程，如排水、止水设施等，设计时须周密 考虑，确保其运行安全。 (5)为掌握施工期结构工作状态，监视船闸安全运转，总结和提高船闸设计水平，船 闸结构的原型观测是十分必要的，可根据具体情况布置和埋设观测设备。