彈性地基梁法應(yīng)用實例分析

□ 張大林

（作者單位：廈門市國水水務(wù)咨詢有限公司 361015）

本文以安溪縣村內(nèi)水庫溢洪道水閘為例，詳細介紹了運用彈性地基梁法計算水閘底板內(nèi)力的整個過程，期望對同類工程設(shè)計有所幫助。

一、工程概況

村內(nèi)水庫位于晉江西溪支流龍門溪上游，泉州市安溪縣龍門鎮(zhèn)，距龍門鎮(zhèn)8.0km，壩址以上集雨面積18.4km2，是一座以灌溉為主，結(jié)合防洪、發(fā)電、養(yǎng)殖等為一體的綜合性年調(diào)節(jié)中型水庫。

村內(nèi)水庫溢洪道位于大壩左側(cè)，采用堰頂有閘泄流方式，由閘室段、陡坡段、挑流鼻坎組成。堰頂高程為523.0m，進口凈寬24m，共3孔，裝有8.0×5.5m的弧形鋼閘門，每扇閘門均采用2×10t電動卷揚機啟閉。閘室基礎(chǔ)為強風(fēng)化凝灰溶巖。除險加固設(shè)計是對溢洪道拆除重建，重建的閘室采用C25鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，共設(shè)3孔，每孔凈寬8m，中墩厚1.8m，邊墩厚2.0m，底板頂高程為523.0m，底板厚度為1m，順?biāo)鞣较蜷l室全長為18.5m。

二、彈性地基梁法

彈性地基梁法通常有兩種假定：一種是文克爾假定，即假定地基單位面積上所受的壓力與該單位面積上的地基沉降成正比，其比例系數(shù)稱為基床系數(shù)；另一種是假定地基為半無限大理想彈性體，認為土體應(yīng)力和變形為線性關(guān)系。

按現(xiàn)行行業(yè)標(biāo)準《水閘設(shè)計規(guī)范》（SL265-2001），巖基上開敞式水閘閘室底板的應(yīng)力分析可按基床系數(shù)法計算。村內(nèi)水庫溢洪道基礎(chǔ)為巖基，采用基床系數(shù)法分析底板應(yīng)力，即采用文克爾假定。

三、內(nèi)力分析

結(jié)合村內(nèi)水庫溢洪道閘室的實際情況，底板內(nèi)力分析分三步進行：

第一步，根據(jù)閘室結(jié)構(gòu)尺寸，計算不平衡剪力分配系數(shù)。

第二步，按工況將水閘進行上、下游分段，計算門底切口處的不平衡剪力，將不平衡剪力分配至閘墩和底板。第三步，分別將上下游底板受力情況匯總，各自分解到單位板寬，統(tǒng)計板條荷載，將單位板寬視為一條梁，按照文克爾假定，計算梁的彎矩。

表2 各工況單寬板條彎矩計算成果表 kn.m

表3 基床系數(shù)的參考數(shù)值表 kn.m3

四、不平衡剪力分配系數(shù)計算

將閘墩從左向右編號為b1～b4，村內(nèi)水庫溢洪道閘室的不平衡剪力分配系數(shù)計算成果見表1。

五、不平衡剪力及彈性地基梁的計算

從閘門門底截面將閘室分為上下兩段，根據(jù)不同工況，按各分段上底板重量、閘墩重量、上部結(jié)構(gòu)重量、底板上水重、基底反力、浮托力、滲壓力等的平衡條件，算出各分段上的不平衡剪力，再按分配系數(shù)分配到底板及閘墩上，同時，根據(jù)各分段底板受力情況，分解到各單位板寬，綜合后得到板條荷載。根據(jù)計算所得荷載及板條邊界條件，使用《理正彈性地基梁計算程序》計算梁內(nèi)彎矩。村內(nèi)水庫溢洪道閘室底板內(nèi)力計算成果見表2。

根據(jù)表2中各工況的計算成果，選取最不利的內(nèi)力組合，即可進行水閘底板的配筋計算。進行村內(nèi)水庫底板配筋計算時，每米板寬頂層鋼筋按彎矩363.2kn.m計算受力筋，每米板寬底層鋼筋按彎矩192.5kn.m計算受力筋。

六、基床系數(shù)選用

基床系數(shù)的選用對結(jié)果影響較大，合理確定亦不易。表3是通過幾份資料匯總的基床系數(shù)參考值，地基軟弱或基礎(chǔ)寬度狹窄時選用低值，反之選用高值。根據(jù)實際情況，村內(nèi)水庫溢洪道閘室基巖基床系數(shù)取200 000 kn.m3。

七、結(jié)束語

彈性地基梁法是業(yè)內(nèi)人士較為推崇的計算方法，雖然在中小型水利工程中的應(yīng)用不多，但筆者將村內(nèi)水庫溢洪道閘室底板內(nèi)力分析計算結(jié)果與類似工程相比較，成果較為理想。因此，筆者認為，通過簡單的荷載計算配合專業(yè)的彈性地基梁計算程序，計算過程較為簡便，在一定條件下，應(yīng)將彈性地基梁法推廣到中小型水閘的設(shè)計過程中，使設(shè)計成果更為經(jīng)濟、合理。