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1、o河北工程大学河北工程大学 水电学院水电学院 水利系水利系. 高等学校 水利水电工程 专业 2021/7/118.6 闸室稳定分析、沉降与地基处理 2021/7/12一、概述一、概述p计算内容计算内容：水闸在不同工作情况下的稳定性，水闸在不同工作情况下的稳定性，不均匀沉降量等。不均匀沉降量等。p计算单元计算单元：对于孔数较少而未分缝的小型水对于孔数较少而未分缝的小型水闸，可取整个闸室（包括边墩）作为验算单闸，可取整个闸室（包括边墩）作为验算单元；对于孔数较多设有沉降缝的水闸，则应元；对于孔数较多设有沉降缝的水闸，则应取两缝之间的闸室单元分别进行验算。取两缝之间的闸室单元分别进行验算。2021/
2、7/13二、荷载及其荷载组合二、荷载及其荷载组合p（一）荷载（一）荷载：水闸承受的主要荷载有：自重、水重、水闸承受的主要荷载有：自重、水重、水平水压力、扬压力、浪压力、泥沙压力、土压力水平水压力、扬压力、浪压力、泥沙压力、土压力及地震荷载等及地震荷载等 。如下图。如下图。2021/7/14二、荷载及其荷载组合二、荷载及其荷载组合p（二）荷载组合（二）荷载组合l基本荷载组合基本荷载组合：完建情况；正常挡水情况；：完建情况；正常挡水情况；设计洪水位情况。设计洪水位情况。l特殊荷载组合特殊荷载组合：施工情况；检修情况；校核：施工情况；检修情况；校核洪水位情况；地震情况。洪水位情况；地震情况。2021
3、/7/15三、荷载简化三、荷载简化 对于结构布置及所受外力在垂直河流向对于结构布置及所受外力在垂直河流向具有对称性的闸室，属于单向偏心受压结构，具有对称性的闸室，属于单向偏心受压结构，荷载简化是向闸底板面顺河流方向的中心轴荷载简化是向闸底板面顺河流方向的中心轴进行。进行。 对于结构布置及所受外力在垂直河流向对于结构布置及所受外力在垂直河流向不对称性的闸室，属于双向偏心受压结构，不对称性的闸室，属于双向偏心受压结构，简化中心选在闸底板底面的形心处。简化中心选在闸底板底面的形心处。2021/7/16四、闸室抗滑稳定验算四、闸室抗滑稳定验算p（一）闸室沿闸基面的抗滑稳定验算（一）闸室沿闸基面的抗滑稳
4、定验算 水闸挡水时，闸室最不利滑动面是底板与地基的接触面，水闸挡水时，闸室最不利滑动面是底板与地基的接触面，闸室沿该面的抗滑稳定安全系数可按下列公式之一验算：闸室沿该面的抗滑稳定安全系数可按下列公式之一验算：式中：式中：PP、W-W-作用在闸底板面以上的总水平荷载与总垂直力，作用在闸底板面以上的总水平荷载与总垂直力，kNkN。 Kc-容许抗滑稳定安全系数；容许抗滑稳定安全系数；f-摩擦系数；摩擦系数；A-闸底板的底闸底板的底面积；面积；2021/7/17四、闸室抗滑稳定验算四、闸室抗滑稳定验算p提高抗滑稳定性的措施提高抗滑稳定性的措施l调整上部结构位置，可将闸门位置适当向低水位侧移动。调整上部
5、结构位置，可将闸门位置适当向低水位侧移动。l适当加长铺盖，或在铺盖上游端加设防渗板桩，或设置适当加长铺盖，或在铺盖上游端加设防渗板桩，或设置排水设施。排水设施。l适当加深闸底板的齿墙，有利于减小渗透压力和增大底适当加深闸底板的齿墙，有利于减小渗透压力和增大底板下游侧的阻滑土压力。板下游侧的阻滑土压力。l利用钢筋混凝土铺盖作阻滑板。利用钢筋混凝土铺盖作阻滑板。2021/7/18四、闸室抗滑稳定验算四、闸室抗滑稳定验算p（二）闸室深层滑动判别（二）闸室深层滑动判别 当闸基所受铅直应力也较大的时，地基内部的塑性区域将当闸基所受铅直应力也较大的时，地基内部的塑性区域将连成一片，致使闸室发生深层滑动即闸
6、室连同地基内的部连成一片，致使闸室发生深层滑动即闸室连同地基内的部分土体一起沿着地基内的某一曲面滑动，分土体一起沿着地基内的某一曲面滑动，2021/7/19五、闸室基地压应力验算五、闸室基地压应力验算p计算公式：计算公式：1、对于结构布置及受力沿垂直河流向对称的计算闸段、对于结构布置及受力沿垂直河流向对称的计算闸段2、对于结构布置及受力不对称的计算闸段、对于结构布置及受力不对称的计算闸段p计算结果要求：计算结果要求：2021/7/110六、闸室整体稳定验算六、闸室整体稳定验算p 当水闸建于深厚粘性当水闸建于深厚粘性土地基上时，还需对水土地基上时，还需对水闸进行整体稳定验算，闸进行整体稳定验算，
7、任务是验算闸基土塑性任务是验算闸基土塑性变形开展区域是否过大变形开展区域是否过大而影响水闸安全运用。而影响水闸安全运用。据经验，最大塑性变形据经验，最大塑性变形区域一般发生在闸基下区域一般发生在闸基下游边缘附近，如右图。游边缘附近，如右图。2021/7/111七、闸室沉降计算七、闸室沉降计算p由于土基压缩变形大，容易引起较大的沉降和不均匀沉由于土基压缩变形大，容易引起较大的沉降和不均匀沉降。沉降过大，会使闸顶高程降低，达不到设计要求；降。沉降过大，会使闸顶高程降低，达不到设计要求；不均匀沉降过大时，会使底板倾斜，甚至断裂及止水破不均匀沉降过大时，会使底板倾斜，甚至断裂及止水破坏，严重地影响水闸
8、正常工作。因此，应计算闸基的沉坏，严重地影响水闸正常工作。因此，应计算闸基的沉降，以便分析了解地基的变形情况降，以便分析了解地基的变形情况,作出合理的设计方案。作出合理的设计方案。计算时应选择有代表性的计算点进行。计算点确定后，计算时应选择有代表性的计算点进行。计算点确定后，用分层综合法计算其最终沉降量，计算公式如下：用分层综合法计算其最终沉降量，计算公式如下：2021/7/112七、闸室沉降计算七、闸室沉降计算土质地基允许最大沉降量和最大沉降差，应以保证水闸土质地基允许最大沉降量和最大沉降差，应以保证水闸安全和正常使用为原则，根据具体情况研究确定。天然安全和正常使用为原则，根据具体情况研究确
9、定。天然土质地基上水闸地基最大沉降量不宜超过土质地基上水闸地基最大沉降量不宜超过15cm，最大沉，最大沉降差不宜超过降差不宜超过5cm。为了减小不均匀沉降，可采用以下。为了减小不均匀沉降，可采用以下措施：措施：1）尽量使相邻结构的重量不要相差太大；）尽量使相邻结构的重量不要相差太大；2）重量大的结构先施工，使地基先行预压。）重量大的结构先施工，使地基先行预压。3）尽量使地基反力分布趋于均匀，闸室结构布置匀称。）尽量使地基反力分布趋于均匀，闸室结构布置匀称。4）必要时对地基进行人工加固。）必要时对地基进行人工加固。2021/7/113八、地基处理八、地基处理 根根据据工工程程实实践践，当当粘粘性
10、性土土地地基基的的标标准准贯贯入入击击数数大大于于5，砂砂性性土土地地基基的的标标准准贯贯入入击击数数大大于于8时时，可可直直接接在在天天然然地地基基上上建建闸闸，不不需需要要进进行行处处理理。但但对对淤淤泥泥质质土土、高高压压缩缩性性粘粘土土和和松松砂砂所所组组成成的的软软弱弱地地基基，则则需需处处理理。常常用用的的处处理理方法有以下几种：方法有以下几种： 1）换土垫层；）换土垫层； 2）桩基础；）桩基础； 3）沉井基础；）沉井基础； 4）振冲砂石桩；）振冲砂石桩； 5）预压加固与强夯法等。）预压加固与强夯法等。2021/7/114八、地基处理八、地基处理1）换换土土垫垫层层法法：该该法法工
11、工程程上上广广为为采采用用，适适用用于于软软弱弱粘粘性性土土，包包括括淤淤泥泥质质土土。当当软软土土层层位位于于基基面面附附近近，且且厚厚度度较较薄薄时时，可可全全部部挖挖除除。如如软软土土层层较较厚厚不不宜宜全全部部挖挖除除，可可采采用用换换土土垫垫层层法法处处理理，将将基基础础下下的的表表层层软软土土挖挖除除，换换以以砂砂性性土土，水闸即建在新换的土基上，见下图所示。水闸即建在新换的土基上，见下图所示。 2021/7/115八、地基处理八、地基处理2）桩桩基基础础：是是一一种种比比较较古古老老的的地地基基处处理理方方法法，有有较较多多的的实实践践经经验验。即即在在地地基基中中打打桩桩或或钻
12、钻孔孔灌灌注注钢钢筋筋混混凝凝土土桩桩，在在桩桩顶顶上上设设承承台台以以支支承承上上部部结结构构。水水闸闸桩桩基基一一般般采采用用摩摩擦擦桩桩，由由桩桩周周摩摩擦擦阻阻力力和和桩桩底底支支承承力力共共同同承承担担上上部部荷荷载载。桩桩基基可可以以大大大大提提高高地地基基的的承承载载力力。因因而而，采采用用桩桩基基的的闸闸室室可可以以采采用用分分离离式式底底板板。我我国国山山东东、河河南南有有许许多多水水闸闸就就是是采采用灌注桩基。用灌注桩基。 2021/7/116八、地基处理八、地基处理3）沉沉井井基基础础：沉沉井井是是一一筒筒状状结结构构物物，可可以以用用浆浆砌砌块块石石、混混凝凝土土或或钢
13、钢筋筋混混凝凝土土筑筑成成。施施工工时时一一般般均均就就地地分分节节砌砌筑筑或或浇浇筑筑制制成成沉沉井井，然然后后在在井井孔孔内内挖挖土土，这这时时沉沉井井在在自自重重下下克克服服井井外外土土的的摩摩阻阻力力和和刃刃脚脚下下土土的的阻阻力力而而下下沉沉，当当下下沉沉至至设设计计高高程程后后，在在井井孔孔内内用用混混凝凝土土封封底底（也也可可不不封底）即成沉井基础。见下图所示。封底）即成沉井基础。见下图所示。 2021/7/117八、地基处理八、地基处理还有预压加固法，挤密砂桩法等地基处理方法。还有预压加固法，挤密砂桩法等地基处理方法。 近年来，随着科学技术的发展，近年来，随着科学技术的发展， 不断提出了新的地不断提出了新的地基处理方法基处理方法,如振冲砂（碎石）桩法，强夯法、旋喷浆如振冲砂（碎石）桩法，强夯法、旋喷浆液法、真空预压法、硅化法、电渗法等。其中有的方法液法、真空预压法、硅化法、电渗法等。其中有的方法正在逐步推广应用。有的用于大面积的水闸地基处理尚正在逐步推广应用。有的用于大面积的水闸地基处理尚有困难，有的造价太高，很不经济，此处不再介绍。有困难，有的造价太高，很不经济，此处不再介绍。2021/7/118 结束语结束语若有不当之处，请指正，谢谢！若有不当之处，请指正，谢谢！
