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1、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 一 荷载及其组合 一 闸室的稳定计算 理论5 3水闸的稳定分析与地基处理 教材5 7 p219 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 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
2、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 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 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 5 37 5 38 对于小型水闸 对于大 中型水
3、闸 2 岩基上水闸闸室沿底板与地基间滑动 式中f 闸室基底面与岩石地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 5 39 闸室稳定性的判断 要求 土基上 K土 查表5 13岩基上 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 增加闸墩厚度时 虽然增加了自重
4、 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
5、增加 G 结构 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 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 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 闸室基底应力计算 2 闸室顺水流方向的基底应力 式中 M 作用在闸室的全部力对底板底面上的力矩 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 2 当结构或荷载不对称时应该按双向偏心受压公式计算 式中 Mx My分别为作用在闸室基底面顺
6、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 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 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
7、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 改变结构型式 采用轻型结构或静定结构 加强结构刚度 增大基础面积和埋置深度 采用沉降缝 进行必要的地基处理 选择合适的施工程序 尽量减少相邻建筑物或填土的重量 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
8、 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 式中 B为闸室顺流向长度 h为垫层厚度 为压力扩散角 5 换土土料换土土料以中壤土 含砾粘土等较为适宜 这类土料易于压实 容易满足设计干容重的要求 级配良好的中砂 粗砂和砂砾料易于振动密实 也适用于作垫层材料 避免采用粉砂 细砂 轻砂壤土或轻粉质砂壤土 垫层材料中不应含有植物和杂质 二 沉井法1 方法将预先浇筑的钢筋混凝土井圈置于设计位置 然后挖除井圈下面的软土 使井圈逐渐下沉到地基中 最终下落支撑到硬土层或岩石基础上 2 作用沉井可以增加基础承载力 提高闸室抗滑稳定性
9、减小沉降量 沉井基础适用于表层为软土层或流砂层 下部为硬土层或岩石基础的情况 三 桩基础法1 作用在软土层厚度较大的地基上 桩基础是解决地基承载力不足的有效方法 设置桩基础后 能够提高地基的承载力和抗滑稳定性 减少沉陷量 2 桩基础型式 按施工方式分 桩基础按施工方式分为 打入混凝土预制桩和钻孔灌注混凝土桩两种 1 打入式预制桩打入式预制桩一般采用钢筋混凝土桩 直径d 0 25 0 55m 现场预制桩的长度在25 30m 工厂预制桩一般长不超过12m 便于运输 2 灌注桩灌注桩是在地基内先钻孔 然后在现场浇注 形成钢筋混凝土桩 钻孔灌注桩施工机具简单 工期较短 桩的直径较预制桩大 承载力较大 灌注桩的直径一般为0 6 1 5m 钻孔灌注桩的关键在于施工造孔 3 桩基础型式 按受力方式分 1 承重桩当硬土层埋深较浅时 使桩直达硬土层 水闸的荷载全部由桩传递到硬土层 称为承重桩 2 摩擦桩当硬土层埋深较深时 桩只能插入到软土层的一定深度 利用桩与周围土壤的摩擦力支承上部荷载 称为摩擦桩 水闸多采用摩擦桩 四 其他方法 振冲砂桩法 强夯法 高压旋喷法 真空预压法等等 回答以下问题 1 水闸稳定分析包括哪些内容 计算公式是什么 2 水闸地基处理有哪些方法 3 换土垫层进行地基处理时 砂垫层的作用是什么
