水閘工程設計中沉降影響的研究

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摘要：在水閘設計工作中，影響閘室底板沉降量的因素很多，但是邊荷載選取范圍對其影響規(guī)律研究較少。文章以實際工程為例，計算水閘在相同工況和地基條件下，通過選取不同的邊荷載范圍，得到閘底板對應沉降量，分析得出閘底板沉降量隨著邊荷載取值范圍的增加，前期增速較快，后期增速趨于平緩，當邊荷載取值范圍超過閘室底板寬度1倍時，隨著邊荷載范圍的繼續(xù)增加，沉降量變化不大，可為其他工程設計提供經(jīng)驗和參考。

關鍵詞：水閘；工程設計；邊荷載范圍；沉降

水閘邊荷載是指水閘邊墩兩側回填土或其他構筑物所形成的荷載，其對閘室底板的影響主要有應力和沉降兩個方面。在水閘工程設計中，邊荷載對閘室底板應力的影響已做了大量研究，并且《水閘設計規(guī)范》（SL265-2016）中對這方面作了明確規(guī)定，但是邊荷載對閘室的沉降的影響目前研究較少。目前，在水閘設計中，比較快速的處理方案就是閘室主體機構施工完后，兩側采用符合要求的填筑土料進行回填，因此在設計計算閘室沉降的工作中，需要對邊荷載的選取范圍進行判斷，邊荷載選取范圍的大小對閘室沉降量的影響會關系到閘室是否滿足天然地基沉降要求，是否需要地基處理等一系列問題，是設計人員在工程設計中必須引起重視和關注的因素，如果計算過程中對邊荷載考慮不周全，所得成果與實際偏差較大，會給后期工程設計和施工帶來較大的影響。根據(jù)工程實際設計經(jīng)驗，閘室周圍邊荷載的選取范圍對閘室沉降的計算影響比較明顯，文章以望虞河西岸控制工程中的團結河節(jié)制閘為例，通過不同邊荷載范圍的選取進行研究計算，分析其對閘室沉降的影響規(guī)律，為其他工程設計提供經(jīng)驗和參考。

1工程概況和地勘資料

團結河節(jié)制閘位于江蘇常熟境內(nèi)，閘室凈寬4m，閘室底板順水流方向長15m，寬5.6m，底板厚0.8m，底部高程-0.4m，坐落在②1層粉質粘土上面，天然地面標高為1.76m。場地內(nèi)淺部分布地層主要有：①3-1層淤泥質粉質粘土、②1層粉質粘土、③1t層粉質粘土、③1層砂質粉土、③2-2t層粉質粘土。其中：①3-1層淤泥質粉質粘土，呈軟塑~流塑狀，高等壓縮性，厚度約為0.60~2.0m，土質較軟。②1層粉質粘土，該層場地內(nèi)均有分布，以可塑~硬塑狀為主，呈微透水性，中等壓縮性，厚度為4.50~5.85m，厚度較大，工程地質條件較好。③1層砂質粉土，稍密狀為主，中等壓縮性，厚度為1.3~3.75m，該層土工程力學性質亦較好，但厚度變化較大，且分布不連續(xù)。③1t層粉質粘土夾粉土，軟塑~可塑狀，高等壓縮性，厚度為3.0~6.1m，該層土呈透鏡體狀分布，分布不連續(xù)。③2-2t層粉質粘土，灰色，局部夾粉土薄層和泥鈣結核，土質稍均，軟塑~可塑狀，干強度中等，韌性中等。根據(jù)現(xiàn)場勘查結果，閘底板鉆孔資料如表1，其中每層土壓縮e-p曲線根據(jù)實驗實測所得。

2計算說明和結果

以閘室穩(wěn)定計算完建期工況荷載為參考計算，得到閘底板所受豎向力，在同一種地基土和同一種基礎形式上，選取不同邊荷載范圍時，其他計算參數(shù)保持不變，依次選取邊荷載范圍為閘底板寬度D的0、0.25、0.50、0.75、1.0、1.25、1.5、2.0倍，采用同濟啟明星計算軟件進行計算研究，分析閘室沉降量隨邊荷載選取范圍的變化規(guī)律，計算結果如表2，閘底板沉降量與邊荷載選取范圍關系曲線如圖1。以上計算成果表明，閘底板沉降量隨著邊荷載取值范圍的增加前期增速較快，后期增速趨于平緩，當邊荷載取值范圍超過閘室底板寬度1倍時，隨著邊荷載范圍的繼續(xù)增加，沉降量變化不大。邊荷載取值范圍為閘室底板寬度D的0、0.25、0.50、0.75、1.0、1.25、1.5、2.0倍時，沉降量依次為78.6mm、145.9mm、174.6mm、191.8mm、206.5mm、212.5mm、216.1mm、220.1mm。

3結論

（1）根據(jù)《水閘設計規(guī)范》（SL265-2016）實施指南，天然土質地基上水閘地基最大沉降量不宜超過15cm，所以根據(jù)上述工程實例可以看出，在設計計算過程中邊荷載選取范圍不同，可能直接影響水閘沉降量是否滿足規(guī)范要求。如上述邊荷載取值范圍為閘底板寬度0、0.25倍時，沉降量依次為78.6mm、145.9mm，不超過15cm，不需要對天然土質地基進行處理；當邊荷載取值范圍繼續(xù)增加時，沉降量不滿足規(guī)范設計要求，需對地基進行處理。因此，針對閘室坐落在較窄河道，需進行開挖回填至一定地面高程的工程，應盡量不采用放坡大開挖再回填的方式進行開挖，這樣邊荷載范圍較大，閘室沉降量也有可能因此超過規(guī)范要求，應盡量優(yōu)化開挖方式，減少邊荷載的影響。（2）根據(jù)水閘沉降量隨著邊荷載取值范圍增加而變化的規(guī)律，針對閘室布置在較寬的河道，閘墩兩側需進行回填的工程，若回填范圍小于閘室底板寬度按實際寬度計算即可，若回填范圍遠大于閘室地板寬度，取1倍閘室底板寬度的邊荷載計算范圍即可，以便工程快速計算設計。（3）由于邊荷載對水閘閘底板的應力和沉降均有較大的影響，在工程設計和施工中，優(yōu)化施工方案，提出合理的施工順序和工藝，減小邊荷載的影響，是在未來設計工作中需要加深研究和改進的。

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作者:肖彬 蔡小瑩 單位:上?？睖y設計研究院有限公司