第六章 船閘水工建筑物(4-6)

1、一、閘首結(jié)構(gòu)布置與構(gòu)造二、整體式閘首計(jì)算三、分離式閘首計(jì)算1. 閘首結(jié)構(gòu)布置閘首由墩墻和底板所構(gòu)成。布置及尺寸與所選用的閘門型式、輸水系統(tǒng)及有無帷墻等有密切關(guān)系。船閘閘首一般設(shè)有輸水廊道、閘門、閥門、閘閥門啟閉機(jī)械及其相應(yīng)的設(shè)備等。 閘首結(jié)構(gòu)按其受力狀態(tài)：整體式結(jié)構(gòu)和分離式結(jié)構(gòu)。 在土基上：為避免由于邊墩不均勻沉降而影響閘門正 常工作，一般采用整體式閘首結(jié)構(gòu)； 巖基上：可采用分離式結(jié)構(gòu)； 當(dāng)巖石較完整時(shí)，可不設(shè)底板，只有當(dāng)巖石裂隙較多或巖石較軟弱時(shí)，才考慮加設(shè)底板或護(hù)底必要時(shí)也可采用整體式結(jié)構(gòu)。6-20 船閘閘首一號(hào)船閘上閘首2閘首結(jié)構(gòu)尺度確定 閘首在長度( 順?biāo)?方向上一般由3段組成.(1

2、)門前段長度l 1門前段長度l1，主要根據(jù)工作閘門形式、檢修門尺度、門槽構(gòu)造及檢修要求確定。 檢修門槽設(shè)于閘首外與導(dǎo)墻接縫時(shí)，門前段的長度最小，一般為1.0m左右。檢修門槽設(shè)于閘首內(nèi):L=12+C(米),C為檢修門槽寬在設(shè)置檢修門槽不增加閘首長度的情況下，應(yīng)盡量使檢修門槽布置在 首范圍內(nèi)。 (2)門龕段長度l2 人字閘門 橫拉閘門 三角閘門 平面閘門 人字閘門其門龕段長度l2為 cos2)2.11.1(2dBlc(6-61)式中：Bc閘首的口門寬度(m)； d 門龕深度(m)，一般為門厚加0.40.8m； 閘門與船閘橫軸線的夾角，一般取2022.5。為便于安置橫梁和門底止水，保證閘門在任何位置

3、時(shí)均能檢查和修理底部止水，門下的自由空間高度一般不小于0.5-0.6m。橫拉閘門 橫拉閘門的門槽寬度，主要由門厚、上下游支承木的厚度及閘墩楔形支承厚度組成： l2=h+2(0.2+0.25) (6-62)式中：h橫拉門厚度(m)。支承木厚度取0.2m楔形支承厚度取0.25m。 矩形橫拉門的厚跨比一般在1/41/7之間。三角閘門三角閘門門庫較大，其外形尺寸除要滿足閘門尺度及構(gòu)造要求外還應(yīng)滿足輸水消能的要求。據(jù)已建船閘三角門門庫尺度的統(tǒng)計(jì)，其門龕長度可取為： l2=(0.50.7)Bc (6-63) 平面閘門 平面閘門的門槽較小，主要視門體結(jié)構(gòu)尺度而定。據(jù)已建船閘支持段尺度的統(tǒng)計(jì)，l3的變化幅度較

4、大，其范圍如下： l3(0.31.2) h (6-64) 或 l3(0.42.1) H式中：h邊墩自由高度(m)； H設(shè)計(jì)水頭(m)。（3)閘門支持段長度l3閘門支持段主要應(yīng)滿足結(jié)構(gòu)穩(wěn)定及強(qiáng)度的要求，并應(yīng)考慮輸水廊道進(jìn)出口布置的要求。 人字閘門的支持段長度，目前設(shè)計(jì)仍假定是在其獨(dú)立工作條件下進(jìn)行穩(wěn)定和強(qiáng)度的驗(yàn)算確定的，因此需要有足夠的長度。(4)閘首邊墩寬度： 根據(jù)門龕深度； 廊道寬度； 閥門井尺度等因素確定據(jù)已建船閘的統(tǒng)計(jì)，邊墩厚度一般取為23倍廊道寬度。 邊墩的頂部寬度： 使用要求； 滿足啟閉機(jī)房； 交道通道； 管理及維修場(chǎng)地； 其他設(shè)備等的布置 為節(jié)省工程造價(jià)也可在閘首邊墩頂部設(shè)懸臂加寬

5、。閘首的邊墩結(jié)構(gòu)：土基上一般采用空箱式結(jié)構(gòu) l 底板厚度可取等于（1/31/4.5）邊墩的自由高度，但不應(yīng)小于其凈跨的（1/61/7），在粘性地基上取較大值，在砂性地基上可取小值。l 倒拱底板的拱厚一般取為口門寬度的（1/151/20），矢跨比一般為（1/71/10）。l 倒拱底板對(duì)邊墩的不均勻沉降、相對(duì)水平位移和轉(zhuǎn)角相當(dāng)敏感，邊墩即使只產(chǎn)生較小的變位，也會(huì)使倒拱產(chǎn)生較大的附加內(nèi)力。因此，倒拱底板一般用于地基條件好，邊墩高度不大的閘首。 閘首結(jié)構(gòu)的計(jì)算簡化閘首結(jié)構(gòu)的計(jì)算簡化： 閘首結(jié)構(gòu)的計(jì)算系屬空間問題，通常是將空間問題簡化為平面問題，分段進(jìn)行計(jì)算。 閘首結(jié)構(gòu)的計(jì)算內(nèi)容：閘首結(jié)構(gòu)的計(jì)算內(nèi)容：

6、閘首結(jié)構(gòu)穩(wěn)定驗(yàn)算包括：整體抗滑、抗傾、抗浮、滲流穩(wěn)定性和地基承載力等驗(yàn)算。強(qiáng)度驗(yàn)算包括：邊墩強(qiáng)度、底板強(qiáng)度、局部強(qiáng)度等驗(yàn)算。（一）整體抗滑穩(wěn)定計(jì)算抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)按下式計(jì)算： 其中 式中Kc 抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)，可按船閘設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定數(shù)值取用； 作用于閘首上的垂直力總和，kN； U 作用于閘首底板上的揚(yáng)壓力，kN； f 閘首沿地基面的摩擦系數(shù)；Ep 作用于閘首下游端面埋深部分的抗力，kN，土基與埋置不深的巖基可不計(jì)； Et 邊墩背面與回填料間的摩擦力，kN，在粘性填土段可不計(jì)； kt 摩擦力折減系數(shù)：上、中閘首可取0.6，下閘首可取0.4； E 邊墩背面的土壓力，kN； 回填料與邊墩背面間的摩擦角

7、，（），取 = 。 H1、H2 作用于閘首上、下游端面的水壓力，kN； E1、E2 作用于閘首上、下端面的靜止土壓力，kN；)EE()HH(EEf )UV(K2121ptctgEkEtt2V2/（6-65）閘首邊墩一般采用分段計(jì)算法。1 1支持段計(jì)算支持段計(jì)算（1）計(jì)算假定：通常將支持墻視為一獨(dú)立體，即假定支持墻與門龕段用縫分開，與底板也用縫分開，獨(dú)立承受全部閘門推力。圖圖6-24 人字閘門閘首支持墻段荷載圖式人字閘門閘首支持墻段荷載圖式（2）閘門推力 式中 R閘門推力，kN； P作用于每扇閘門上的總水壓力，kN； 閘門與船閘橫軸線的夾角。 將閘門推力R分解為平行于船閘軸線的縱向分力E1及垂直

8、于船閘軸線的橫向分力S，即（6-66）（6-67）sin2PR2cosRS2sinRE12 sinRP（3）其它荷載l支持墻還作用有門龕水壓力E2;l支持墻與門龕分縫間的水壓力E3l支持墻與底板分縫間的揚(yáng)壓力E4l土壓力和自重等荷載。 其中E3、E4為縫隙水壓力，均應(yīng)乘以小于1.0的折減系數(shù)（一般取為0.5）。 （4）支持墻的抗滑穩(wěn)定性 式中 作用于支持墻全部垂直力的總和, （包括墻底縫內(nèi)的揚(yáng)壓力E4），KN； f 支持墻底面的摩擦系數(shù)，一般取 0.7 0.75； 作用于支持墻全部水平力的總和，kN E22()()RESRVfkc（6-68）VRS其中 作用的縱向水平力的總和， 為作用的橫向水

9、平力的總和。 （5）支持墻的強(qiáng)度計(jì)算 支持墻的強(qiáng)度計(jì)算，采用雙向彎曲受壓公式墻底四角點(diǎn)應(yīng)力按下式計(jì)算： 式中 支持墻底面的最大應(yīng)力， 為材料允許抗壓強(qiáng)度； 支持墻底的最小應(yīng)力， 0； F支持墻底面的面積，m2； Wx、Wz 支持墻底面對(duì)x、z軸的斷面模量，m3； Mx、Mz 分別為縱向水平力對(duì)x軸的力矩和及橫向水平力、垂直力對(duì)z軸的力矩和，kNm。 （6-69）zzxxminmaxWMWMFVmaxmin maxmin（6）帶形鋼筋 當(dāng)支持墻不能獨(dú)立滿足水平抗滑穩(wěn)定要求時(shí)，則須設(shè)置縱向帶形鋼筋帶形鋼筋所受的力可按下式計(jì)算： 式中 Eg 帶形鋼筋所受的力，kN； Em 閘門推力的縱向分力，kN；

10、 Es 作用于支持墻上門龕的縱向水壓力，kN； Ef 縫面上的縱向水壓力，kN； 折減系數(shù)，取為0.5； 作用于支持墻計(jì)算面以上的垂直力總和, kN； f 摩擦系數(shù)，取0.70.75； Kc支持墻抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)，取為1.4-1.5。（6-70）cfsmgKfVEEEEV2 2空箱結(jié)構(gòu)計(jì)算空箱結(jié)構(gòu)計(jì)算（1）以距底板頂面1.5L（L為箱內(nèi)隔墻跨度）高度為界，以上部分的側(cè)墻按多跨連續(xù)梁計(jì)算；以下部分則按三邊固定一邊簡支的支持板計(jì)算。（2）垂直方向可近似地按固定在底板上的空心懸臂梁進(jìn)行核算。3 3閘首邊墩中的廊道結(jié)構(gòu)閘首邊墩中的廊道結(jié)構(gòu) （1）當(dāng)廊道壁厚小于2.5D（D為廊道孔洞化引直徑）時(shí)，可按桿

11、件系統(tǒng)計(jì)算。人字門閘首，將廊道在平面上分成四段，即進(jìn)口段I、門龕段II、支持段III和出口段圖圖6-18 6-18 閘首廊道計(jì)算分段閘首廊道計(jì)算分段I、段廊道可按固定在底板上形懸臂梁計(jì)算；II段廊道可按固定在底板上的 型剛架計(jì)算。 當(dāng)廊道壁厚大于2.5D時(shí)，可按彈性力學(xué)方法計(jì)算。 （三）閘首底板計(jì)算 簡化計(jì)算方法 一般將底板縱向劃分為幾個(gè)特征段，計(jì)入不平衡剪力，按平面問題進(jìn)行分段計(jì)算，然后考慮整體影響，將各段所得的內(nèi)力進(jìn)行調(diào)整。計(jì)算步驟： 1閘首底板的縱向分段2不平衡剪力計(jì)算3內(nèi)力計(jì)算 4內(nèi)力的調(diào)整 大型船閘底板內(nèi)力：可先將橫向荷載在縱向進(jìn)行的分配，然后計(jì)算各段底板內(nèi)力，內(nèi)力可不再調(diào)整。1 1

12、閘首底板的縱向分段閘首底板的縱向分段 閘首底板的特征段，一般可根據(jù)荷載、剛度及跨度等因素劃分。圖圖6-19 閘首底板特征段劃分閘首底板特征段劃分(a)(a)人字閘門；（人字閘門；（b）平面閘門；（）平面閘門；（c）弧形閘門）弧形閘門 （1）不平衡剪力概念 閘首底板劃分為幾個(gè)特征段后，對(duì)每一特征段，考慮了相鄰段的作用后，其作用在各段的垂直力與地基反力也應(yīng)該是平衡的，因此相鄰段分隔的截面上必然產(chǎn)生剪力以使各段保持平衡，該剪力被稱為不平衡剪力2.2.不平衡剪力計(jì)算不平衡剪力計(jì)算（2）計(jì)算圖式分段計(jì)算的不平衡狀態(tài)分段計(jì)算的不平衡狀態(tài) Qi = Ri Vi式中：Qi 不平衡剪力，kN； Ri 閘首沿縱向

13、按直線反力法計(jì)算所得的作用于該特征段上的地基反力，kN； Vi該特征段上的向下的垂直力總和， kN； 包括自重、水重、浮托力、滲透壓力。圖圖6-21 邊墩不平衡剪力計(jì)算圖邊墩不平衡剪力計(jì)算圖（3）不平衡剪力截面分配各特征段不平衡剪力值在閘首截面中按彈性力學(xué)方法進(jìn)行分配分配于邊墩截面abef上的不平衡剪力QT，可由下式計(jì)算： （6-72）)J(21)S(HJQQabefyabcdyYiTTQ式中 相應(yīng)特征段上邊墩截面上的不平衡剪力，kN； Jy 邊墩和底板截面對(duì)y軸的慣矩，m4； H 邊墩高度，m； (Sy)abcd abcd截面對(duì)y軸的靜矩，m3。 (Jy)abef abef截面對(duì)y軸的慣矩，

14、m4。 分配于底板上的不平衡剪力QH為； QH = Qi 2QT（4）經(jīng)驗(yàn)分配 對(duì)于人字閘門閘首邊墩和底板可分別按相應(yīng)特征段的總不平衡剪力Qi的85%取值和15%取值。 不平衡剪力在閘首橫斷面上的分布，通常以集中力的方式作用于兩邊墩的中點(diǎn)上；以均布力的方式作用于整個(gè)底板上。iiCiiiCiM bMbQbQbMc、Qc閘首底板單位條寬的彎矩和剪力加權(quán)平均值，kNm，kPa。Bi 各段的長度 3、內(nèi)力計(jì)算：地基梁法4內(nèi)力的調(diào)整 對(duì)縱向斷面變化不大的閘首閘底可采用加權(quán)平均法，進(jìn)行底板內(nèi)力的調(diào)整。 式中 Mip、Qip各特征段調(diào)整后的計(jì)算彎矩和 計(jì)算剪力值，kNm，kPa； Mi、Qi各特征段單位條寬

15、的彎矩和剪 力值，kNm，kPa； Mc、Qc閘首底板單位條寬的彎矩和剪 力加權(quán)平均值，kNm，kPa。 對(duì)縱向斷面變化較大的閘首底板，各特征段內(nèi)力可按剛度進(jìn)行調(diào)整。2QQQ2MMMciipciip（6-76） 橫向荷載的分配橫向荷載的分配(中小船閘可不進(jìn)行分配）中小船閘可不進(jìn)行分配）人字閘門推力的橫向分力分配： 圖6-22 人字閘門橫向推力沿高度分布 通過閘首邊墩傳遞到單位長度底板上的橫向力T及其所產(chǎn)生的彎矩M為： n1iiiyin1iiyilhSMlST（6-73） 式中 hi橫向力Syi距閘首底板中心軸的距離，m； li 橫向力Syi在閘首底板處的分布長度，m。 圖圖6-30 閘門推力的

16、橫向分力矩沿閘首長度分布閘門推力的橫向分力矩沿閘首長度分布計(jì)算內(nèi)容計(jì)算內(nèi)容 分離式閘首的邊墩和底板應(yīng)分別進(jìn)行穩(wěn)定和強(qiáng)度計(jì)算。（1）橫向的抗滑、抗傾穩(wěn)定性進(jìn)行驗(yàn)算；（2）閘首的中間底板抗浮穩(wěn)定驗(yàn)算；（3）土基上分離式閘首邊墩沉降及邊墩傾斜驗(yàn)算；（4）強(qiáng)度驗(yàn)算（底板及邊墩）船閘引航道上的建筑物：設(shè)有導(dǎo)航和靠船建筑物以及護(hù)坡、護(hù)底等結(jié)構(gòu)。1 導(dǎo)航和靠船建筑物導(dǎo)航和靠船建筑物型式：（1）重力式導(dǎo)航、靠船建筑結(jié)構(gòu);（2）墩式、框架式導(dǎo)航、靠船建筑物;（3）樁墩式、浮式、空箱式、扶壁式和連拱式等浮式導(dǎo)航墻： 適用于庫區(qū)或水深較大的河流中，預(yù)制施工進(jìn)度較快，對(duì)地基無要求。但操作麻煩，維護(hù)工作量大，容易受水流

17、及風(fēng)向等自然因素的影響，船舶?？坎惶硐?。 （1）導(dǎo)航、靠船建筑物結(jié)構(gòu)形式的選擇： 根據(jù)地基特性、 船閘規(guī)模； 材料來源； 施工條件； 使用要求等因素確定 盡可能采用結(jié)構(gòu)簡單、便于施工、使用方 便、經(jīng)濟(jì)合理的結(jié)構(gòu)形式。（2）導(dǎo)航和靠船建筑物設(shè)置要求： 前沿做成垂直平整面，以利于船舶?？考跋挡窗踩?； 當(dāng)引航道水位變幅較大時(shí)，可在靠船建筑物正面分 層設(shè)置系船鉤； 為施工方便，墩與墩間的距離，常布置為等間距；m; 墩與墩間一般設(shè)有人行引橋供管理人員工作及船員 上、下岸之用。 尺度應(yīng)滿足穩(wěn)定和強(qiáng)度要求； 滿足系船、照明及信號(hào)裝置等布置要求。 2. 護(hù)坡和護(hù)底護(hù)坡和護(hù)底的必要性：引航道的岸坡和底部，由于

18、經(jīng)常受船閘泄水和溢洪時(shí)水流的沖刷以及暴雨、風(fēng)浪及船行波的影響等，容易造成岸坡崩塌，引起引航道泥沙大量淤積，阻礙船舶航行。因此靠近閘首附近的一段引航道的邊坡和底部，應(yīng)適當(dāng)加以保護(hù)。 護(hù)坡和護(hù)底的型式： 一般采用漿砌塊石； 干砌塊石； 混凝土塊體； 草皮等護(hù)坡 護(hù)坡和護(hù)底的長度：在閘首外底部和輔導(dǎo)墻外鋪砌30m左右長度的護(hù)底；護(hù)坡結(jié)構(gòu)為25-40cm塊石，下墊以10cm中石子和10cm黃砂;通常將漿砌塊石或干砌塊石護(hù)坡鋪至正常通航水位以上0.5m左右，砌石岸坡以上至坡頂則可加鋪草皮保護(hù)。6-34一、船閘的滲流一、船閘的滲流滲流對(duì)建筑物的影響：l 產(chǎn)生滲透壓力，降低建筑物抗滑穩(wěn)定性；l 可能引起地基

19、土壤的滲透變形，甚至?xí)鸾ㄖ锸隆?.滲流特點(diǎn)第六節(jié)船閘的防滲與排水第六節(jié)船閘的防滲與排水船閘滲流特點(diǎn)： （1）閘室墻下的滲流為雙向滲流;（2）船閘滲流呈空間滲流狀態(tài)；（3）船閘的滲流具有不穩(wěn)定流性質(zhì) 3 3閘室底透水與否以及閘室相對(duì)于壩軸線位閘室底透水與否以及閘室相對(duì)于壩軸線位置對(duì)滲流影響：置對(duì)滲流影響：（1）閘室為不透水閘底，且布置在壩軸線下游時(shí)（2）閘室為不透水閘底，閘室布置在壩軸線上游時(shí)，下閘首位于擋水線上，其滲流情況在很大程度上取決于閘室墻后回填土的構(gòu)筑方式。（3）當(dāng)閘室為透水閘底時(shí)，閘首和閘室均為獨(dú)立的擋水建筑物 1）閘首：滲流自上游（或閘室）經(jīng)上（或下）閘首底板向閘室（或下游

20、）滲出，同時(shí)它也繞過閘首邊墩向下游流動(dòng)。 2）就閘室而言，當(dāng)閘室泄空時(shí)，閘室墻后回填土中的地下水經(jīng)過閘室墻底向閘室方向滲出。當(dāng)閘室灌滿水時(shí)，滲流則向閘室墻后回填土滲出 4 4船閘閘首地下輪廓線船閘閘首地下輪廓線 地下輪廓線，亦即閘基滲流的第一根流線：該線長度稱為防滲長度或滲徑長度。1流土 在粘性土壤中，由于土壤顆粒之間存在粘著力，阻礙了滲透水流使土壤顆粒分離，因而不易產(chǎn)生土壤顆粒的單獨(dú)移動(dòng)，但是滲透水流在其逸出處卻可能將部分土體頂起，使其處于懸浮狀態(tài)，這種現(xiàn)象成為流土。2管涌 當(dāng)滲透坡降（或滲流流速）達(dá)到某一數(shù)值時(shí)，就有可能使那些微小顆粒開始移動(dòng)，使它們象處在懸浮狀態(tài)一樣，沿著滲流方向通過土體

21、的孔隙被帶走。由于小顆粒的被帶走，土體中孔隙的容積和尺寸增大，那些較大粒徑的土粒將有可能繼續(xù)被帶走。發(fā)展下去，有可能把土體中承重的骨架顆粒帶走，于是建筑物將因此而發(fā)生較大的沉陷，甚至地基因而發(fā)生破壞。這種管涌現(xiàn)象主要發(fā)生在無粘性或粘性很小的土壤（如砂土、砂壤土等）中。船閘的防滲布置的影響因素：地基的土壤性質(zhì)、土層的分布等作用水頭的大??；船閘結(jié)構(gòu)型式；船閘在樞紐中位置等因素當(dāng)閘室為透水閘底時(shí)，閘首和閘室均是獨(dú)立的擋水建筑物，它們各自都應(yīng)設(shè)置防滲設(shè)備：圖6-5 船閘為透水閘底的防滲布置1鋪蓋；2齒墻 3板樁；4反濾層 （1）閘首的防滲設(shè)施（2）閘室防滲設(shè)施1 1、防滲墻、防滲墻 2 2、反濾層反濾

22、層 3 3、排水管、排水管 一般多采用齒墻、防滲墻、明溝或排水管等設(shè)施，在粘性土地基上，通常不宜施打板樁1）設(shè)置齒墻，土基上深度一般不大于米,寬度不小于0.5米2）在閘室內(nèi)側(cè)閘墻下滲流出口處設(shè)置一道板樁，在閘室內(nèi)設(shè)置反濾層。3）在閘墻的回填土內(nèi)，設(shè)置明溝或排水管排水 （2 2）閘室防滲設(shè)施）閘室防滲設(shè)施 明溝和排水管的布置：明溝和排水管的起始點(diǎn)布置在閘室起點(diǎn)附近，其出口高程可根據(jù)檢修要求確定在閘室起點(diǎn)附近，其出口高程可根據(jù)檢修要求確定；排水管及明溝的縱坡宜取為1:2001:500；墻后回填土中的排水管距墻背的距離宜為23m。沿排水管每隔25-50m應(yīng)設(shè)置檢查井。 對(duì)于雙向水頭的船閘，必要時(shí)可設(shè)

23、置上、下兩層排水管，在排水管出口處設(shè)置可控制閥門，以防止高水時(shí)水流進(jìn)入墻后回填土內(nèi)。 2 2閘室為不透水閘底的防滲布置閘室為不透水閘底的防滲布置（1）當(dāng)閘室位于壩軸線的下游時(shí)，一般僅在閘室墻后回填土內(nèi)設(shè)置明溝或排水管。（2）當(dāng)閘室位于壩軸線上游時(shí)，l 在閘室墻后填筑寬度較大的回填土體，并在回填土內(nèi)設(shè)置排水管，以減少作用在閘室墻上的水壓力。l 在閘室墻后可以不填筑回填土或者不填筑到頂，此時(shí)整個(gè)滲流水頭由位于壩軸線的下閘首承受1、防滲鋪蓋：長度一般采用設(shè)計(jì)水頭的2-3倍； 防滲鋪蓋有柔性和剛性的兩種；粘性鋪蓋適用于砂性土地基，混凝土鋪蓋適用于透水性較小的地基。鋪蓋的滲透系數(shù)與地基土滲透系數(shù)之比宜小

24、于0.01.2、鋼筋混凝土鋪蓋厚度約為30-50cm，一般采用C20混凝土。為適應(yīng)地基沉降，鋼筋混凝土鋪蓋應(yīng)用縱橫縫分塊，縫距可取1020米，縫內(nèi)設(shè)置止水。3、防滲板樁可采用鋼筋混凝土板樁，板樁厚度一般采用15-30CM，入土深度不小于2.5M，樁尖應(yīng)埋入不透水層一定深度。 在粘性地基中，由于板樁打入后粘性土被切斷，板樁與粘土的接觸面比較光滑容易產(chǎn)生集中滲流，因此在這類地基中一般不宜采用板樁，可采用防防滲墻。滲墻。 防滲墻是使用專用機(jī)具鉆鑿圓孔或直接開挖槽孔，孔內(nèi)澆灌混凝土、回填黏土或其他防滲材料等形成連續(xù)的地下墻體。也可用灌注樁、旋噴樁、定噴樁等各類樁體連續(xù)形成防滲墻。4、齒墻深度一般不大于

25、2.0M，底寬不小于0.5M，巖基上齒墻較淺，一般嵌入新鮮巖層0.5-1.0M。5、墻后填土中的排水暗管，可采用塑料、鑄鐵、混凝土材料。預(yù)制混凝土管管徑一般為30CM，管壁厚約5CM，管的下半部開有小孔，孔徑約為10MM，管外做反濾層。6、反濾層的作用：主要是增加地基的抗?jié)B能力和防止產(chǎn)生滲透變形，防止土壤顆粒被滲流帶走，通常設(shè)置在滲流逸出處。l 反濾層應(yīng)符合以下規(guī)定：（1）透水性應(yīng)大于其所保護(hù)的土壤。 （2）較細(xì)一層的顆粒不應(yīng)穿過顆粒較大一層的孔隙。 （3）被保護(hù)的土壤不應(yīng)穿過反濾層被帶走。 （4）同層必須穩(wěn)定，顆粒在層內(nèi)不發(fā)生移動(dòng)。 船閘的滲流計(jì)算可簡化為平面問題。l 土基上船閘的滲流計(jì)算方

26、法可采用滲徑系數(shù)法；l當(dāng)水頭較高或重要的船閘，宜同時(shí)采用阻力系數(shù)法、空間滲流計(jì)算法和三維電模擬試驗(yàn)法進(jìn)行分析研究。滲徑系數(shù)法（直線法）滲徑系數(shù)法（直線法） 認(rèn)為建筑物基底的滲透壓力與滲徑長度成直線比例。認(rèn)為建筑物基底的滲透壓力與滲徑長度成直線比例。該法是將船閘下的地下防滲輪廓線，化引為水平的計(jì)算輪廓線，即將板樁、齒墻等垂直的地下輪廓線按比例化引為水平長度而展開，然后繪制滲透壓力圖形，從而可以求出各相應(yīng)段的滲透壓力值。圖圖6-7 滲徑系數(shù)法計(jì)算滲透壓力滲徑系數(shù)法計(jì)算滲透壓力 滲流穩(wěn)定性驗(yàn)算滲流穩(wěn)定性驗(yàn)算：應(yīng)滿足下列公式要求： LCH 式中 L地下輪廓線的化引總長度，m； C滲徑系數(shù)； H計(jì)算水頭

27、（滲透水頭），m； Ln地下輪廓線水平段長度，m； Lv地下輪廓線垂直段長度，m； m垂直段換算為水平段長度的換算系數(shù)；對(duì)多板樁,m取2.0；對(duì)齒墻、單板樁m取1.5；對(duì)墻身垂直段m取小于等于1.0。vnLmLL= 滲徑系數(shù)滲徑系數(shù)C值值 表表6-3土壤種類滲徑系數(shù)C粉 砂細(xì) 砂中砂和粗砂亞粘土和亞砂土粘 土91379675634滲徑系數(shù)法特點(diǎn)滲徑系數(shù)法特點(diǎn)：沒有考慮滲流區(qū)域的邊界；沒有考慮地下輪廓形狀的影響以及地基土壤的不均勻性等該法計(jì)算簡便，有一定的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)，目前在中小型工程中應(yīng)用較廣。上閘首： 為上游的設(shè)計(jì)高水位和對(duì)應(yīng)的閘室水位之差，通常當(dāng)閘室抽干檢修時(shí)，滲透水頭最大，為計(jì)算控制工況

28、；下閘首： 為閘室內(nèi)高水位和對(duì)應(yīng)的下游水位之差，同時(shí)應(yīng)核算閘室檢修時(shí)，由下游向閘室的滲透穩(wěn)定。 閘室的滲流穩(wěn)定主要計(jì)算垂直于船閘軸線的橫向滲流穩(wěn)定，滲透水頭需根據(jù)墻前墻后水位確定。墻后的地下水位：l 當(dāng)閘室處于擋水線下游，墻后回填土中未設(shè)置排水管時(shí)，墻后地下水位縱向分布可簡化為上、下游水位的直線連線分布；l 當(dāng)墻后設(shè)有排水管時(shí)，地下水位一般取排水管中心高程，當(dāng)此時(shí)下游水位超過排水管高程時(shí)，地下水位以下游水位計(jì)。l 當(dāng)閘室處于擋水線上游，墻后無排水管時(shí)，墻后水位應(yīng)按上游水位確定。 一.有限單元法基本概念有限單元法基本概念 二、船閘結(jié)構(gòu)有限元法有關(guān)問題的處理二、船閘結(jié)構(gòu)有限元法有關(guān)問題的處理 有限

29、單元法，它是將需要分析的連續(xù)區(qū)域通過幾何剖分，使之成為若干個(gè)“單元”的結(jié)合，“單元”與“單元”之間通過結(jié)點(diǎn)相連。通過求解這些連接點(diǎn)的力學(xué)量，進(jìn)而得到連續(xù)體的應(yīng)變場(chǎng)和應(yīng)力場(chǎng)。有限元方法解題步驟可概括如下有限元方法解題步驟可概括如下：1結(jié)構(gòu)離散成有限個(gè)單元；2選擇形函數(shù)；3建立各單元結(jié)點(diǎn)力與結(jié)點(diǎn)位移的關(guān)系式，確 定單元的剛度矩陣ke；4迭加各單元的剛度矩陣成為結(jié)構(gòu)的總剛度矩 陣k；5形成所有結(jié)點(diǎn)力FS與結(jié)點(diǎn)位移之間的 關(guān)系，即K=FS；6形成外荷載向量；7解線性方程組得到未知結(jié)點(diǎn)位移。8求出單元應(yīng)力、應(yīng)變。1連續(xù)介質(zhì)的連續(xù)介質(zhì)的離散化離散化 圖圖6-296-292形函數(shù)的選擇形函數(shù)的選擇 形函數(shù)：

30、即把單元內(nèi)任一點(diǎn)的位移描述為單元節(jié)點(diǎn)位移的函數(shù)。 單元內(nèi)任一點(diǎn)的形函數(shù)可近似表達(dá)為坐標(biāo)的函數(shù)，對(duì)平面三角形單元其形函數(shù)的表達(dá)式： （6-85） INININNmji)ycxba(A21Niiii（6-86） 其中 )m, j , i (xxc)m, j , i (yyb)m, j , i (xyyxamjimjimjmji（6-87） xi，yi，xj，yj，xm，ym為單元結(jié)點(diǎn)坐標(biāo)，A為三角形單元的面積，I為二階單元矩陣。則單元內(nèi)任一點(diǎn)的位移可表示為： 式中 e 單元結(jié)點(diǎn)位移列陣； N 形函數(shù)，為坐標(biāo)的函數(shù)。eNVU（6-88）3等效結(jié)點(diǎn)力與單元?jiǎng)偠染仃嚨刃ЫY(jié)點(diǎn)力與單元?jiǎng)偠染仃?對(duì)于單元來說

31、，結(jié)點(diǎn)力是指通過結(jié)點(diǎn)作用于本單元的力。利用虛功原理，可以導(dǎo)出單元的節(jié)點(diǎn)位移和節(jié)點(diǎn)力之間的關(guān)系。即 （6-89）式中 單元等效結(jié)點(diǎn)力； 單元?jiǎng)偠染仃?，其物理?義是單位結(jié)點(diǎn)位移分量所 引起的結(jié)點(diǎn)力分量，可根 據(jù)單元的幾何尺寸、結(jié)點(diǎn) 坐標(biāo)、材料的性質(zhì)等確定；eeekFeFek4 4結(jié)點(diǎn)荷載結(jié)點(diǎn)荷載作用于結(jié)構(gòu)上的荷載有兩種，一種是集中荷載，另一種是分布荷載。對(duì)于集中荷載，在劃分網(wǎng)格時(shí)應(yīng)使集中荷載的作用點(diǎn)成為一個(gè)結(jié)點(diǎn)。對(duì)于分布荷載，應(yīng)轉(zhuǎn)換為等效的結(jié)點(diǎn)荷載，其荷載的移置應(yīng)按靜力等效原則進(jìn)行，即原荷載和移置到結(jié)點(diǎn)上的荷載在任何虛位移上所作的虛功應(yīng)相等。5結(jié)點(diǎn)平衡方程與整體剛度矩陣結(jié)點(diǎn)平衡方程與整體剛度矩陣

32、 每個(gè)結(jié)點(diǎn)在結(jié)點(diǎn)力和結(jié)點(diǎn)荷載作用下應(yīng)保持平衡，即有 （6-90） 式中：Fi為i結(jié)點(diǎn)的結(jié)點(diǎn)力，Pi為i結(jié)點(diǎn)的結(jié)點(diǎn)荷載。以 代入上式，即可得到用結(jié)點(diǎn)位移表示的結(jié)點(diǎn)平衡方程如下： （6-91） 式中 k 整體剛度矩陣，可由單元?jiǎng)偠染仃?疊加形成； 整體結(jié)構(gòu)結(jié)點(diǎn)位移列陣； P 作用在結(jié)構(gòu)上所有結(jié)點(diǎn)的外荷載列 陣。 eieeeiPFeeekFPk6單元應(yīng)力及應(yīng)變單元應(yīng)力及應(yīng)變 根據(jù)廣義虎克定律，有 （6-92）式中 D 彈性矩陣，取決于彈性常數(shù) E、； 單元應(yīng)變列陣； 單元的應(yīng)力列陣。 對(duì)于平面問題： Dxvyuyvxuxyyx（6-93） 將形函數(shù)代入上式，即可得 （6-94）將式（6-94）代入式

33、（6-92）有 （6-95）式中 B稱為應(yīng)變矩陣， S稱為應(yīng)力矩陣，按上式即可由結(jié) 點(diǎn)位移計(jì)算單元的應(yīng)力和應(yīng)變。eBees BDD 有限單元法的特點(diǎn)有限單元法的特點(diǎn)（1）可以反映連續(xù)體各部分的共同作用和相互影響；（2）因?yàn)樗请x散的，所以允許各單元體根據(jù)各自的材料特性，所處的區(qū)域和受力條件的不同，采用不同的計(jì)算參數(shù)。適用條件：適用條件：v不但適用于分析勻質(zhì)彈性體，v也適用于分析非勻質(zhì)的連續(xù)體；v不但適用線性分析，也能進(jìn)行非線性分析。v求解多方面的課題，如基坑開挖問題；邊坡穩(wěn)定問題； 地基承載力問題；滲流問題；模擬施工過程；土壤與結(jié)構(gòu)的相互作用；結(jié)構(gòu)的靜、動(dòng)力等問題。1 1確定計(jì)算范圍確定計(jì)算范

34、圍 對(duì)于整體式閘室或閘首，地基的水平工作范圍L可取閘室底部輪廓寬度B的24倍，即L=（24）B，地基深度H可取B的1.01.5倍即H=（1.01.5）B。圖圖6-28 船閘地基工作范圍示意圖船閘地基工作范圍示意圖 2.2.剖分單元剖分單元圖圖 6-29 閘室單元剖分示意圖閘室單元剖分示意圖3 3地基和回填土體的非線性特性地基和回填土體的非線性特性 土體的應(yīng)力應(yīng)變模型有非線性彈性模型和彈塑性模型兩大類：（1）彈塑性模型把總變形分為彈性部分和塑性部分，用虎克定律計(jì)彈性變形部分，用塑性理論來解塑性變形部分。（2）線性彈性模型假定全部變形都是彈性，但不同的應(yīng)力階段其彈性常數(shù)是不同的。 常 用 非 線

35、性 彈 性 模 型 ： 鄧 肯（Duncan）和張（Chang）提出的雙曲線模型。Duncan和Chang建議在加荷時(shí)用下列雙曲函數(shù)擬合三軸試驗(yàn)應(yīng)力應(yīng)變曲線，即 （6-96）式中 a、b為試驗(yàn)常數(shù)， a為軸向應(yīng)變， 并利用上述關(guān)系推導(dǎo)出了彈性模量公式：aa31ba式中 Et 切線彈性模量； ut 切線泊松比； 、 大、小主應(yīng)力； Rf 破壞比，對(duì)不同的土約在 0.751.0之間； na32331ftPKPasin2cosc2)(sin1 (R1E2a3t)A1 (plgFG（6-97） （6-98） 13式中 土壤的內(nèi)摩擦角； C土壤凝聚力； K、n、D、G、F為計(jì)算常數(shù)，可由常規(guī)三軸試驗(yàn)確定

36、。利用式（6-97）和式（6-98），即可計(jì)算在不同的應(yīng)力水平下單元的Et和t，從而形成整體剛度矩陣，進(jìn)行非線性有限元分析。 卸荷及再加荷階段，彈性模量Eur可按下式確定： （6-100）式中 Kur 由卸荷、再加荷試驗(yàn)確定的無因 次數(shù)，一般Kur =（1.23.0）k。na3urur)P(KE4接觸面特性接觸面特性 目前工程中常用的接觸單元有Goodman和Decai單元等。（1） Goodman單元 為無厚度四結(jié)點(diǎn)單元，兩接觸面之間設(shè)想由無數(shù)的法向和切向微小彈簧所連接，其應(yīng)力和相對(duì)位移關(guān)系為 式中 ws切向相對(duì)位移； wn法向相對(duì)位移； Ks切向彈簧系數(shù)。 Ks可由直剪試驗(yàn)確定：nssnwwK00K（6-101）式中 接觸面剪應(yīng)力； K1無因次勁度； n 勁度指數(shù)； rw 水的容重