水闸稳定计算

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5—19
（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
对于小型水闸 对于大、中型水闸
f G Kc H
（5-37） （5-38）
Kc
[K岩]查表5-14
2．提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。
f G C A Kc H
' '
(基之间的抗剪断摩擦系数， 查表5—17； C’——闸室基底面与岩石地基之间的抗剪断粘结力， kPa，查表5—17
闸室稳定性的判断，要求 ：
土基上： K C [ K土 ]
岩基上： KC [ K岩 ]
[K土]查表5-13
•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。
(3)加深底板上、下游端的齿墙深度，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（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。
2.闸室顺水流方向的基底应力 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。
max
min
G 6 M 2 BL B L
式中 M——作用在闸室的全部力对底板底面上的力矩；
（ 2 ）当结构或荷载不对称时应该按双 向偏心受压公式计算。
W M x M y max BL Ix Iy min
式中 Mx、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。
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。
理论5-3 水闸的稳定分析与地基 处理 （教材5-7,p219）
一、闸室的稳定计算 （一）荷载及其组合
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
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5—25 （a）和（b）所示。
m——地基沉降量修正系数，可采用1.0~1.6（坚实地基取较小值，软土地
基取较大值）。
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：
① 改变结构型式 ( 采用轻型结构或静定结构 ) ， 加强结构刚度；
② 增大基础面积和埋置深度； ③ 采用沉降缝； ④ 进行必要的地基处理；
⑤ 选择合适的施工程序，尽量减少相邻建筑物 或填土的重量。
（ 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，如图5—25(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。
e1i e2i S m hi i 1 1 e1i
n
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，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；
（三） 闸室基底应力计算
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： ①地基允许承载力：在各种计算情况下，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。 ②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、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 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。
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 1.5~3.0m 。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
tg0 G C0 A H
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。
（2）岩基上水闸闸室沿底板与地基间滑动