整體式船閘閘室多種工況下結(jié)構(gòu)穩(wěn)定計(jì)算分析

劉祖斌，吳小娟

（1.江西省峽江水利樞紐工程管理局，江西南昌330046；2.江西省景德鎮(zhèn)市玉田水庫管理處，江西景德鎮(zhèn)333000）

1 基本情況

峽江水利樞紐工程位于江西省峽江縣巴邱鎮(zhèn)，控制流域面積6.27×104km2，是贛江上一座大型控制性水利樞紐工程。峽江水利樞紐工程船閘閘室結(jié)構(gòu)原設(shè)計(jì)采用鋼筋混凝土分離式結(jié)構(gòu)，閘室總長為174.00 m，共計(jì)10個結(jié)構(gòu)段，閘室底板及側(cè)墻要求坐落在弱風(fēng)化層上。隨著工程進(jìn)行閘室段的土石方開挖施工，現(xiàn)場發(fā)現(xiàn)船閘下游閘室6#～10#結(jié)構(gòu)段和下閘首發(fā)育有規(guī)模較大的F12、F13斷層，兩斷層帶影響寬度達(dá)100 m。根據(jù)斷層泥承載力分布情況，原閘室側(cè)墻、底板地基應(yīng)力遠(yuǎn)大于承載力，并且摩察系數(shù)較低，側(cè)墻穩(wěn)定不能滿足設(shè)計(jì)要求，因此，原設(shè)計(jì)方案需調(diào)整才能滿足工程要求。通過設(shè)計(jì)方案的比較，閘室6#～10#結(jié)構(gòu)段由原分離式結(jié)構(gòu)變更為整體式結(jié)構(gòu)。

2 閘室穩(wěn)定設(shè)計(jì)參數(shù)

峽江水利樞紐工程通航建筑物建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)為內(nèi)河Ⅲ級，閘室6#～10#結(jié)構(gòu)段采用整體式閘室結(jié)構(gòu)，輸水方式采用閘底長廊道分散輸水。

影響閘室結(jié)構(gòu)穩(wěn)定計(jì)算參數(shù)如下：

（1）水位：船閘運(yùn)行期、完建期、檢修期和施工期的水位對閘室的穩(wěn)定產(chǎn)生直接影響，同時閘室內(nèi)、外水位的不同工況是穩(wěn)定計(jì)算分析的主要因素。

（2）地基參數(shù)：地基承載力和抗剪摩擦系數(shù)通過現(xiàn)場的原位試驗(yàn)取得，閘室回填材料的物理力學(xué)指標(biāo)通過試驗(yàn)取得。

（3）閘室結(jié)構(gòu)尺寸（見圖 1）。

3 閘室整體穩(wěn)定計(jì)算結(jié)果

運(yùn)行期、完建期和檢修期閘室穩(wěn)定計(jì)算見圖2、表1、表2，施工期閘室穩(wěn)定計(jì)算見圖3和表3、表4。

圖1 峽江水利樞紐船閘結(jié)構(gòu)尺寸

圖2 運(yùn)行期、完建期和檢修期計(jì)算示意圖

表1 運(yùn)行期、完建期和檢修期多種工況參數(shù)匯總表

表2 運(yùn)行期、完建期和檢修期多種工況計(jì)算結(jié)果匯總表

圖3 施工期計(jì)算示意圖

表3 施工期多種工況參數(shù)匯總表 m

表4 施工期多種工況計(jì)算結(jié)果匯總表

4 計(jì)算分析

（1）整體式閘室結(jié)構(gòu)運(yùn)行期、完建期整體穩(wěn)定滿足規(guī)范要求。

（2）在臨土側(cè)提高回填混凝土高程的前提下，檢修期整體穩(wěn)定性滿足規(guī)范要求。

（3）施工期閘墻單側(cè)擋水能力較差，即使臨水側(cè)閘墻全部施工完畢，并且臨土側(cè)閘墻和回填土施工至30.00 m高程，單側(cè)擋水高程也僅在38.00 m左右。如果繼續(xù)考慮提高臨土側(cè)閘墻和回填土施工高程以提高臨水側(cè)閘墻單側(cè)擋水高程，不僅對施工能力提出了很高的要求，而且閘室結(jié)構(gòu)會產(chǎn)生更大的內(nèi)力，配筋不能滿足要求，地基承載力也將不滿足要求，結(jié)構(gòu)將失穩(wěn)。

(4）整體式閘室結(jié)構(gòu)為“U”型結(jié)構(gòu)，常規(guī)的施工工藝應(yīng)該是兩側(cè)閘墻均勻上升，結(jié)構(gòu)受力均按照此結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)。如果采用兩側(cè)閘墻分開施工，特別在一側(cè)閘墻全部施工完畢而另一側(cè)閘墻基本不施工的時候，將會產(chǎn)生較大的初始應(yīng)力，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)受力的再分配，此時的結(jié)構(gòu)受力復(fù)雜，內(nèi)力分配較難明確，從而影響結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。另外，兩側(cè)閘墻分開施工會導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的不均勻沉降，通過數(shù)學(xué)模擬，不均勻沉降量在6 cm左右。

5）結(jié)構(gòu)自重、摩擦系數(shù)、回填材料、揚(yáng)壓力等對結(jié)構(gòu)計(jì)算結(jié)果很敏感，這些設(shè)計(jì)參數(shù)的變化將直接影響閘室的整體穩(wěn)定性，在整體穩(wěn)定安全系數(shù)富裕度不大的情況下，施工期單側(cè)擋水存在一定的隱患。

5 結(jié)論

1）本工程整體式閘室結(jié)構(gòu)單側(cè)擋水高程不宜過高，施工過程中必須嚴(yán)格控制外江的水位：當(dāng)臨水側(cè)閘墻和底板全部施工完畢，臨土側(cè)閘墻沒有施工的時候，外江水位不能超過31.00 m；當(dāng)臨水側(cè)閘墻和底板全部施工完畢，臨土側(cè)閘墻和回填料僅施工至30.00 m高程的時候，外江水位不能超過38.00 m。當(dāng)臨水側(cè)閘墻施工至42.00 m高程時，臨土側(cè)閘墻必須施工至35.00 m高程，并且31.00 m以下回填C15素混凝土，此時的外江水位不能超過38.00 m。

2）當(dāng)外江水位超過38.00 m時，為保證施工，必須采取工程措施，確保閘室的穩(wěn)定：當(dāng)外江水位超過38.00m時，閘室內(nèi)必須灌水；當(dāng)外江水位為39.00 m時，閘室內(nèi)需灌水，水位高程大于28.20 m；當(dāng)外江水位為40.00 m時，閘室內(nèi)需灌水，水位高程大于33.20 m；當(dāng)外江水位為41.00 m時，閘室內(nèi)需灌水，水位高程大于35.00 m；當(dāng)外江水位為42.00 m時，閘室內(nèi)需灌水，水位高程大于37.00 m；當(dāng)外江水位高于 42.00 m高程時，閘室內(nèi)外水位差為零。

3）要求兩側(cè)閘墻同時施工，或者盡量減少兩側(cè)閘墻施工高差以減少不均勻沉降，提高結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。

4）由于整體式閘室結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)為斷層泥，施工期應(yīng)加強(qiáng)沉降、位移觀測。