水閘工程設(shè)計中沉降影響的研究
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摘要：在水閘設(shè)計工作中，影響閘室底板沉降量的因素很多，但是邊荷載選取范圍對其影響規(guī)律研究較少。文章以實際工程為例，計算水閘在相同工況和地基條件下，通過選取不同的邊荷載范圍，得到閘底板對應(yīng)沉降量，分析得出閘底板沉降量隨著邊荷載取值范圍的增加，前期增速較快，后期增速趨于平緩，當邊荷載取值范圍超過閘室底板寬度1倍時，隨著邊荷載范圍的繼續(xù)增加，沉降量變化不大，可為其他工程設(shè)計提供經(jīng)驗和參考。
關(guān)鍵詞：水閘；工程設(shè)計；邊荷載范圍；沉降
水閘邊荷載是指水閘邊墩兩側(cè)回填土或其他構(gòu)筑物所形成的荷載，其對閘室底板的影響主要有應(yīng)力和沉降兩個方面。在水閘工程設(shè)計中，邊荷載對閘室底板應(yīng)力的影響已做了大量研究，并且《水閘設(shè)計規(guī)范》（SL265-2016）中對這方面作了明確規(guī)定，但是邊荷載對閘室的沉降的影響目前研究較少。目前，在水閘設(shè)計中，比較快速的處理方案就是閘室主體機構(gòu)施工完后，兩側(cè)采用符合要求的填筑土料進行回填，因此在設(shè)計計算閘室沉降的工作中，需要對邊荷載的選取范圍進行判斷，邊荷載選取范圍的大小對閘室沉降量的影響會關(guān)系到閘室是否滿足天然地基沉降要求，是否需要地基處理等一系列問題，是設(shè)計人員在工程設(shè)計中必須引起重視和關(guān)注的因素，如果計算過程中對邊荷載考慮不周全，所得成果與實際偏差較大，會給后期工程設(shè)計和施工帶來較大的影響。根據(jù)工程實際設(shè)計經(jīng)驗，閘室周圍邊荷載的選取范圍對閘室沉降的計算影響比較明顯，文章以望虞河西岸控制工程中的團結(jié)河節(jié)制閘為例，通過不同邊荷載范圍的選取進行研究計算，分析其對閘室沉降的影響規(guī)律，為其他工程設(shè)計提供經(jīng)驗和參考。
1工程概況和地勘資料
團結(jié)河節(jié)制閘位于江蘇常熟境內(nèi)，閘室凈寬4m，閘室底板順水流方向長15m，寬5.6m，底板厚0.8m，底部高程-0.4m，坐落在②1層粉質(zhì)粘土上面，天然地面標高為1.76m。場地內(nèi)淺部分布地層主要有：①3-1層淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土、②1層粉質(zhì)粘土、③1t層粉質(zhì)粘土、③1層砂質(zhì)粉土、③2-2t層粉質(zhì)粘土。其中：①3-1層淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土，呈軟塑~流塑狀，高等壓縮性，厚度約為0.60~2.0m，土質(zhì)較軟。②1層粉質(zhì)粘土，該層場地內(nèi)均有分布，以可塑~硬塑狀為主，呈微透水性，中等壓縮性，厚度為4.50~5.85m，厚度較大，工程地質(zhì)條件較好。③1層砂質(zhì)粉土，稍密狀為主，中等壓縮性，厚度為1.3~3.75m，該層土工程力學(xué)性質(zhì)亦較好，但厚度變化較大，且分布不連續(xù)。③1t層粉質(zhì)粘土夾粉土，軟塑~可塑狀，高等壓縮性，厚度為3.0~6.1m，該層土呈透鏡體狀分布，分布不連續(xù)。③2-2t層粉質(zhì)粘土，灰色，局部夾粉土薄層和泥鈣結(jié)核，土質(zhì)稍均，軟塑~可塑狀，干強度中等，韌性中等。根據(jù)現(xiàn)場勘查結(jié)果，閘底板鉆孔資料如表1，其中每層土壓縮e-p曲線根據(jù)實驗實測所得。
2計算說明和結(jié)果
以閘室穩(wěn)定計算完建期工況荷載為參考計算，得到閘底板所受豎向力，在同一種地基土和同一種基礎(chǔ)形式上，選取不同邊荷載范圍時，其他計算參數(shù)保持不變，依次選取邊荷載范圍為閘底板寬度D的0、0.25、0.50、0.75、1.0、1.25、1.5、2.0倍，采用同濟啟明星計算軟件進行計算研究，分析閘室沉降量隨邊荷載選取范圍的變化規(guī)律，計算結(jié)果如表2，閘底板沉降量與邊荷載選取范圍關(guān)系曲線如圖1。以上計算成果表明，閘底板沉降量隨著邊荷載取值范圍的增加前期增速較快，后期增速趨于平緩，當邊荷載取值范圍超過閘室底板寬度1倍時，隨著邊荷載范圍的繼續(xù)增加，沉降量變化不大。邊荷載取值范圍為閘室底板寬度D的0、0.25、0.50、0.75、1.0、1.25、1.5、2.0倍時，沉降量依次為78.6mm、145.9mm、174.6mm、191.8mm、206.5mm、212.5mm、216.1mm、220.1mm。
3結(jié)論
（1）根據(jù)《水閘設(shè)計規(guī)范》（SL265-2016）實施指南，天然土質(zhì)地基上水閘地基最大沉降量不宜超過15cm，所以根據(jù)上述工程實例可以看出，在設(shè)計計算過程中邊荷載選取范圍不同，可能直接影響水閘沉降量是否滿足規(guī)范要求。如上述邊荷載取值范圍為閘底板寬度0、0.25倍時，沉降量依次為78.6mm、145.9mm，不超過15cm，不需要對天然土質(zhì)地基進行處理；當邊荷載取值范圍繼續(xù)增加時，沉降量不滿足規(guī)范設(shè)計要求，需對地基進行處理。因此，針對閘室坐落在較窄河道，需進行開挖回填至一定地面高程的工程，應(yīng)盡量不采用放坡大開挖再回填的方式進行開挖，這樣邊荷載范圍較大，閘室沉降量也有可能因此超過規(guī)范要求，應(yīng)盡量優(yōu)化開挖方式，減少邊荷載的影響。（2）根據(jù)水閘沉降量隨著邊荷載取值范圍增加而變化的規(guī)律，針對閘室布置在較寬的河道，閘墩兩側(cè)需進行回填的工程，若回填范圍小于閘室底板寬度按實際寬度計算即可，若回填范圍遠大于閘室地板寬度，取1倍閘室底板寬度的邊荷載計算范圍即可，以便工程快速計算設(shè)計。（3）由于邊荷載對水閘閘底板的應(yīng)力和沉降均有較大的影響，在工程設(shè)計和施工中，優(yōu)化施工方案，提出合理的施工順序和工藝，減小邊荷載的影響，是在未來設(shè)計工作中需要加深研究和改進的。
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作者:肖彬 蔡小瑩 單位:上?？睖y設(shè)計研究院有限公司