水閘空箱岸墻結(jié)構(gòu)變化對穩(wěn)定影響的研究

趙常斌 李世民

(安徽省水利部淮委水利科學研究院，安徽 蚌埠 233000)

1 概述

水閘閘室與兩岸連接的建筑物受高度及地基的影響，采用的型式也不同，閘身較高時宜采用空箱式[1]。當?shù)鼗^好時，水閘采用分離式底板，岸墻兼做閘室的邊墩，為鋼筋混凝土空箱結(jié)構(gòu)，能夠穩(wěn)定邊坡，優(yōu)化應(yīng)力分布，增加繞滲長度[2]?？障浒秹?岸墻聯(lián)合，下同)主要由前墻、后墻、隔墻、底板、頂板及上部建筑等組成，可利用前墻、后墻、隔墻之間形成的空箱充水或填土來調(diào)整地基應(yīng)力分布[3]，荷載除自重外，主要為土壓力、水壓力、揚壓力等。在設(shè)計中常依據(jù)經(jīng)驗確定結(jié)構(gòu)尺寸，本文依據(jù)規(guī)范，分析相同凈寬尺寸的空箱，在不同前趾、扶壁長度條件下，空箱岸墻的基底應(yīng)力、應(yīng)力不均勻系數(shù)、抗滑穩(wěn)定系數(shù)的變化規(guī)律，為空箱岸墻結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計提供一些參考。

2 研究方法

空箱岸墻結(jié)構(gòu)簡圖見圖1。本文在擬定空箱凈寬B的基礎(chǔ)上，主要分析完建期工況下，前趾長度L1、后墻扶壁長度L2的變化對空箱岸墻穩(wěn)定的影響及變化規(guī)律。

空箱岸墻的抗滑穩(wěn)定系數(shù)、基底應(yīng)力、不均勻系數(shù)，依據(jù)水閘設(shè)計規(guī)范[4]、水工擋土墻設(shè)計規(guī)范[5]按式(1)～式(3)計算：

(1)

(2)

(3)

3 案例分析

以淮北平原某中型節(jié)制閘工程為例，該水閘采用分離式底板，分大小底板，分縫跨的底板上設(shè)兩條變形縫，邊墩與岸墻聯(lián)合式布置，岸墻上設(shè)橋頭堡?？障浒秹標鞣较蜷L12.0 m，底板厚度1.0 m，在擬定空箱凈寬條件下，前趾長度取0.5 m,1.0 m,1.3 m,1.5 m,1.8 m,2.0 m，墻后扶壁長度取1.0 m,2.0 m,3.0 m,4.0 m,5.0 m,6.0 m,7.0 m，分別進行穩(wěn)定分析計算。根據(jù)土工試驗成果，結(jié)合工程實際，地基承載力標準值160 kPa、底板與地基的摩擦系數(shù)f=0.32，鋼筋混凝土容重按25 kN/m3，填土容重18 kN/m3計。以順水流方向為Y軸，垂直水流方向為X軸，根據(jù)上述條件，計算不同前趾長度、扶壁長度下穩(wěn)定與應(yīng)力計算成果見表1,表2,圖2,圖3。

表1 不同前趾長度空箱岸墻穩(wěn)定計算成果

表2 不同扶壁長度空箱岸墻穩(wěn)定計算成果

由計算成果可知，在相同空箱凈寬的條件下，隨著前趾長度的增加，基底平均應(yīng)力降低，基本上呈線性變化且變化較快；基底應(yīng)力不均勻系數(shù)影響較大且呈非線性變化，先由大變小且變化較快，再由小變大且變化較緩。前趾長度確定過程中，在滿足地基應(yīng)力要求的條件下，根據(jù)應(yīng)力不均勻系數(shù)的變化規(guī)律，前趾尺寸并不是越大越好，而是存在一個合理區(qū)間，過大、過小的前趾尺寸，會造成基礎(chǔ)底面應(yīng)力分布不均。

隨著扶壁長度的增加，基底平均應(yīng)力增大，基本上呈線性變化且變化較慢；基底應(yīng)力不均勻系數(shù)較小，也呈現(xiàn)由大變小再由小變大的非線性變化趨勢。適當?shù)脑黾涌障浒秹Φ姆霰陂L度，能夠有效的調(diào)整基底的應(yīng)力分布，但是增加長度超過一定值后，會出現(xiàn)應(yīng)力集中現(xiàn)象且其應(yīng)力不均勻系數(shù)變化隨著長度的增大而變快。

綜合分析來看，設(shè)置前趾與扶壁都能夠提高空箱岸墻的穩(wěn)定性，且扶壁增長的效果更加突出；前趾加長能夠有效減少基底平均應(yīng)力，扶壁增長則會加大基底應(yīng)力，前趾長短對應(yīng)力大小的影響較扶壁長度更為明顯；調(diào)整前趾、扶壁長度能夠改善基礎(chǔ)底面的應(yīng)力分布，前趾長短對應(yīng)力不均勻系數(shù)影響較大，而在相同前趾長度下，設(shè)置合適的扶壁能夠有效改善基礎(chǔ)底面的應(yīng)力分布。在設(shè)計工作中，通過這種規(guī)律，能夠較快的找到合適的結(jié)構(gòu)尺寸，減少重復(fù)設(shè)計工作量。

4 結(jié)語

文章分別進行了不同前趾、扶壁長度下的空箱岸墻的穩(wěn)定計算，扶壁較前趾對穩(wěn)定更為有利，前趾較扶壁更能影響應(yīng)力大小、應(yīng)力分布，合適的扶壁能夠有效改善應(yīng)力分布。在設(shè)計工作中，利用前趾、扶壁對穩(wěn)定計算的影響規(guī)律，可以有效減少工作量，提高設(shè)計效率。