某水利樞紐船閘工程的懸臂式閘墻計(jì)算設(shè)計(jì)案例目錄TOC\o"1-3"\h\u21049某水利樞紐船閘工程的懸臂式閘墻計(jì)算設(shè)計(jì)案例 1210031.1懸臂式閘墻斷面尺寸及墻后布置 1198741.2懸臂式閘室墻低水位時期荷載計(jì)算 3226331.3懸臂式閘室墻施工時期荷載計(jì)算 321.1懸臂式閘墻斷面尺寸及墻后布置1.1.1截面尺寸的擬定墻頂寬度取1.0米；閘室墻頂高程48.01米；閘室底高程32.32米；最小水深4.5米。其他部分尺寸見下圖所示。圖1.21懸臂式結(jié)構(gòu)圖1.1.2墻后排水措施為了減小滲流水頭和作用在閘室墻后的水壓力，在閘室墻后的回填土中設(shè)置排水管，排水管的構(gòu)造如下圖，布置采取如下方案：設(shè)置一層排水管，起點(diǎn)高程為39.01米，終點(diǎn)高程為38.01米，其縱坡等于1/（220+29+21）=1/270，介于1/200~1/500之間，符合規(guī)范要求。起點(diǎn)布置在上閘首與閘室的交界處，終點(diǎn)位于下游引航道的導(dǎo)航墻上，并且在終點(diǎn)前設(shè)置可控制的閥門，以防高水位時，下游江水流入回填土中。每隔40米設(shè)置一個檢查井。排水管的布置如上圖；構(gòu)造如下圖：圖1.22排水管構(gòu)造圖1.1.3墻后回填土及材料重度根據(jù)北江濛浬水利樞紐當(dāng)?shù)氐那闆r以及已建成的船閘資料考慮，墻后回填土可主要采用當(dāng)?shù)氐拈_山石和開挖閘室、閘首、引航道時的粘土。開山石水上內(nèi)摩擦角為40°，重度為19KN/m3,水下內(nèi)摩擦角為38°，重度為10KN/m，飽和重度20KN?m；鋼筋混凝土重度為25KN/m3，水重度10KN/m3。砂土水上重度為20KN/m3，內(nèi)摩擦角30°。1.2懸臂式閘室墻低水位時期荷載計(jì)算作用在船閘水工建筑物上的荷載主要有建筑物自重力和水重力；建筑物上部的填料重力；閘（閥）門及啟閉機(jī)等設(shè)備的重力；土壓力；靜水壓力；揚(yáng)壓力(包括浮托力和滲透壓力)；船舶荷載(包括船舶撞擊力和船舶系纜力)；活荷載；波浪力；水流力；地震力等。1.2.1自重計(jì)算自重時把結(jié)構(gòu)分塊如下圖所示：圖1.23自重分塊圖表1.23自重計(jì)算表方塊標(biāo)準(zhǔn)值（KN）對前趾力臂（m）對前趾彎矩（穩(wěn)定力矩）（KN·M）計(jì)算式數(shù)值G127.0234×25675.58512.528458.32G221.4×255356.243338.4G316.36×2540912.645169.76G410×2525016.5841451.2.2土壓力本次設(shè)計(jì)此次情況為土基上的懸臂式結(jié)構(gòu)，應(yīng)計(jì)算主動土壓力?，F(xiàn)分層如下：圖1.24土壓力分層圖對無粘性土多層土，根據(jù)船閘水工建筑物設(shè)計(jì)規(guī)范，其主動土壓力可按以下公式計(jì)算。E其土壓力合力的水平分力為：E其土壓力合力的豎直分力為：E式中：Enenenxeny?nα：為折線墻背與垂線的夾角°，仰角為正，俯角為負(fù)；此處為正，取為14°；Enx、E作用在墻背上，第n層土上、下端處單位面積土壓力強(qiáng)度，第n層土上、下端處的單位面積土壓力的水平分力強(qiáng)度，第n層土上、下端處的單位面積土壓力的垂直分力強(qiáng)度，可按下式計(jì)算：K Keeee式中：KaKqq：為地面均布荷載（kpa）；β：地面與水平面的夾角（°）；此處為0°；?iγi：為第i層土的重度（KN/M3φiδ：土與墻背間的摩擦角（°）；按規(guī)范6.1.9確定：（1/2~2/3）φ；其他符號同前；(1)計(jì)算各層土的主動土壓力系數(shù)水上砂土層1：φ=30°，α=22°，δ=φ/2=15°，則Ka=0.50，Kacosα+δ水上開山石層2：φ=40°，α=22°，δ=φ/2=20°，則Ka=0.39，Kacosα+δ=0.29水下開山石層3~5：φ=38°，α=22°，δ=φ/2=19°，則Ka=0.41，Kacosα+δ（2）墻后土體水平方向主動土壓力強(qiáng)度計(jì)算表如下所示：（考慮地面活荷載為10kpa）表1.24水平方向土壓力強(qiáng)度計(jì)算表計(jì)算層面編號土層n土層高程（M）土層厚度（M）回填料填料重度（KN/M3）K土體水平土壓力強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值計(jì)算式標(biāo)準(zhǔn)值（Kpa）1.1148.012砂土200.410×0.441.246.01（10+20×2）×0.4202.1246.017開山石190.2950×0.2914.52.239.01（50+19×7）×0.2953.073.1339.015.19開山石100.31183×0.3156.733.233.82（183+10×5.19）×0.3172.821.1433.821.5開山石100.31234.9×0.3172.821.232.32(234.9+10×1.5)×0.3177.475.1532.323開山石100.31249.9×0.3177.475.229.32(249.9+10×3)×0.3186.77（3）墻后土體豎直方向主動土壓力強(qiáng)度計(jì)算表如下所示：（考慮地面活荷載為10kpa）表1.25豎直方向土壓力強(qiáng)度計(jì)算表計(jì)算層面編號土層n土層高程（M）土層厚度（M）回填料填料重度（KN/M3）K土體水平土壓力強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值計(jì)算式標(biāo)準(zhǔn)值（Kpa）1.1148.012砂土200.74510×0.7457.451.246.01（10+20×2）×0.74537.252.1246.017開山石190.6550×0.6532.52.239.01（50+19×7）×0.65122.613.1339.015.19開山石100.67183×0.67122.613.233.82（183+10×5.19）×0.67157.381.1433.821.5開山石100.67234.9×0.67157.381.232.32(234.9+10×1.5)×0.67167.435.1532.323開山石100.67249.9×0.67167.435.229.32(249.9+10×3)×0.67187.53（4）繪出水平和豎向土壓力示意圖,如下:圖1.25土壓力分布圖示（5）水平土壓力對前趾的傾覆力矩，計(jì)算過程表如下表:表1.26水平土壓力對前趾的力矩計(jì)算土層n土層厚度（m）土頂土壓力水平強(qiáng)度e(kpa)土頂土壓力水平強(qiáng)度e(kpa)水平土壓力標(biāo)準(zhǔn)值對前趾的力臂（m）對前趾的傾覆力矩（KN?M）計(jì)算式標(biāo)準(zhǔn)值（KN）12420(4+20)×2×0.52417.47419.282714.553.07(14.5+53.07)×7×0.5236.5012.522960.9835.1956.7372.82(56.73+72.87)×5.19×0.5336.186.992349.9041.572.8277.47(72.82+77.47)×1.5×0.5112.723.74421.575377.4786.77(77.47+86.77)×3×0.5246.361.47362.15豎直土壓力對前趾的穩(wěn)定力矩，計(jì)算過程表如下表:表1.27豎直土壓力對前趾的力矩計(jì)算土層n土層厚度（m）土頂土壓力豎直強(qiáng)度e(kpa)土頂土壓力豎直強(qiáng)度e(kpa)豎直土壓力標(biāo)準(zhǔn)值對前趾的力臂（m）對前趾的穩(wěn)定力矩（KN?M）計(jì)算式標(biāo)準(zhǔn)值（KN）10.257.4537.25(7.45+37.25)×0.25×0.55.5912.6670.7720.8932.5122.61(32.5+122.61)×0.89×0.569.0213.29917.2830.66122.61157.38(122.61+157.38)×0.66×0.592.4013.991292.6840.19157.38167.43(157.38+167.43)×0.19×0.530.8611.41444.6955167.43187.53(167.43+187.53)×2.5×0.5887.417.0515130.171.2.3其他荷載（1）靜水壓力的計(jì)算按各部高程計(jì)算出墻前、墻后的靜水壓力分布圖如下圖所示：圖1.26靜水壓力分布圖將所有水壓力分解到水平和豎直方向上，得出如下靜水壓力分布圖示：圖1.27靜水壓力分解分布圖示則靜水壓力水平分力對前趾力矩計(jì)算表如下所示：表1.28靜水壓力水平分力對前趾的力矩靜水壓力位置計(jì)算式標(biāo)準(zhǔn)值（KN）對前趾力臂（M）對前趾力矩穩(wěn)定（KN?M）傾覆（KN?M）墻前130×3×0.5455.5247.5墻前2(26.49+39.73)×1.5×0.549.673.7183.78墻前3(7.81+11.29)×2×0.519.11.9437.05墻后166.40×6.69×0.5222.115.231161.64墻后2(25.06+32.55)×2×0.557.611.96112.92墻后3(86.9+96.9)×1×0.591.90.4945.03靜水壓力豎直分力對前趾力矩計(jì)算表如下所示：表1.29靜水壓力豎直分力對前趾的力矩靜水壓力位置計(jì)算式標(biāo)準(zhǔn)值（KN）對前趾力臂（M）對前趾力矩穩(wěn)定（KN?M）傾覆（KN?M）墻前1(14.08+21.13)×0.8×0.514.0811.07155.87墻前2(41.32+64.01)×10.7×0.5579.575.032915.24墻后18.15×0.85×0.53.4611.2249.20墻后2(62.03+80.57)×5×0.5356.517.116099.72（2）揚(yáng)壓力計(jì)算圖1.28揚(yáng)壓力分布示意圖則揚(yáng)壓力對前趾計(jì)算表如下所示：表1.30揚(yáng)壓力對前趾的力矩?fù)P壓力標(biāo)準(zhǔn)值計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)值（KN）對前趾力臂（M）對前趾力矩（KN?M）穩(wěn)定傾覆浮托力21.9×19.5427.059.754163.74滲透力(2.14+21.9)×19.5×0.5231.3912.62953.31（3）船舶荷載計(jì)算系纜力計(jì)算：根據(jù)《船閘水工建筑物設(shè)計(jì)規(guī)范》JTJ307——2001第6.1.22條，1000噸駁船的系纜值為100KN，取其作用位置比墻前水位高出2.0m。系纜力作用于連續(xù)閘墻時，并不是集中作用于一點(diǎn)，而是分布到墻的一定范圍內(nèi)。取建筑物的分塊長度Ld,為20米,系纜力的分布長度Ly=Ld=20.0m。所以系纜力對底板前趾的傾覆力矩:M=100201.2.4各計(jì)算荷載及效應(yīng)匯總表1.31各計(jì)算荷載及效應(yīng)匯總表部位標(biāo)準(zhǔn)值大小及其方向?qū)η爸毫Ρ郏∕）穩(wěn)定力矩（KN?M）傾覆力矩（KN?M）↑↓??結(jié)構(gòu)自重G1675.58512.528458.32G25356.243338.4G340912.645169.76G425016.584145土壓力12417.47419.285.5912.6670.772236.5012.522960.9869.0213.29917.283336.186.992349.9092.4013.991292.684112.723.74421.5730.8611.41444.695246.361.47362.15887.417.0515130.17靜水壓力墻前1455.5247.5墻前249.673.7183.78墻前319.11.9437.05墻后1222.115.231161.64墻后257.611.96112.92墻后391.90.4945.03墻前114.0811.07155.87墻前2579.575.032915.24墻后13.4611.2249.20墻后2356.517.116099.72揚(yáng)壓力浮托力427.059.754163.74滲透力231.3912.62953.31系纜力59.547.5總和661.443908.4651332.38113.7748655.4314998.02則由表中計(jì)算結(jié)果可知：豎向合力：∑V=3247.025KN,豎直向下；水平合力：∑H=1218.61KN，水平向左；對前趾的穩(wěn)定彎矩為：∑M1=48655.43KN?M對前趾的傾覆彎矩為：∑M2=14998.02KN?M1.2.5懸臂式閘墻結(jié)構(gòu)的計(jì)算及驗(yàn)算本次設(shè)計(jì)濛浬水利樞紐新建二線船閘所處航道等級為Ⅲ級，閘室這一水工建筑物級別劃分為2等，并且此次荷載組合為基本組合①。1、抗滑穩(wěn)定驗(yàn)算土基上閘室結(jié)構(gòu)抗滑穩(wěn)定性一般可采用以下公式進(jìn)行計(jì)算:Kc=f?式中:Kc：為計(jì)算的抗滑穩(wěn)定安全系數(shù),應(yīng)不小于規(guī)范允許值1.3；∑V：為作用于墻體上全部荷載對滑動面法向投影的總和(kN)；∑H：為作用于墻體上全部荷載對滑動面切向投影的總和(kN)；f:為抗滑摩擦系數(shù)；根據(jù)船閘水工建筑物規(guī)范附錄A取為0.5；則Kc=0.5×3247.025/1218.61=1.332＞1.3；滿足抗滑穩(wěn)定性要求。2、抗傾穩(wěn)定性驗(yàn)算閘室墻的抗傾穩(wěn)定性按下式計(jì)算:K0=式中:K0Mr：對計(jì)算截面前趾的穩(wěn)定力矩之和(KN?M)，規(guī)范規(guī)定將浮托力產(chǎn)生的力矩計(jì)入MM0：對計(jì)算截面前趾的傾覆力矩之和(KN?M)，規(guī)范規(guī)定將滲透壓力產(chǎn)生的力矩計(jì)人M則K0=（48655.43-4163.74）/（14998.02滿足抗傾穩(wěn)定性要求。3、抗浮穩(wěn)定性驗(yàn)算抗浮穩(wěn)定按下式計(jì)算:Kf=式中:KfV：為向下的垂直力總和(kN)；U：為揚(yáng)壓力總和(kN)；則Kf滿足抗浮穩(wěn)定性要求。4、滲透穩(wěn)定性驗(yàn)算采用滲徑系數(shù)法，其滲流穩(wěn)定應(yīng)滿足下列公式要求:Ｌ≥ＣＨＬ＝∑Ｌl＋∑ｍＬＶ式中:Ｌ——地下輪廓線的化引總長度(ｍ)Ｃ——滲徑系數(shù)，取為2Ｈ——計(jì)算水頭(滲透水頭)(ｍ)Ｌl——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)取為1則H=2.19m，CH=1.38Ｌ＝19.5+1.0×1=20.5m＞H即滿足滲透穩(wěn)定性要求。5、地基承載力驗(yàn)算本次設(shè)計(jì)根據(jù)船閘水工建筑物規(guī)范附錄D,采用查表法計(jì)算:地基容許承載力值為：fa實(shí)際垂直平均壓力值為3247.02519.5滿足地基承載力要求。6、基底應(yīng)力驗(yàn)算對于重力式、扶壁式、懸臂式等閘室結(jié)構(gòu)的基底應(yīng)力一般可用偏心受壓公式進(jìn)行計(jì)算:σe=B式中:σmax：基礎(chǔ)底面的最大應(yīng)力標(biāo)準(zhǔn)值（kpa）；σmin:基礎(chǔ)底面的最大應(yīng)力標(biāo)準(zhǔn)值（kpa）；N:為作用在閘墻上外荷載的合力的垂直分力(kN)；B:為基底寬度(m)；e：為合力的偏心矩(m)；δ:為合力作用點(diǎn)距前趾的距離(m)；δ=MMr：對計(jì)算截面前趾的穩(wěn)定力矩之和(KN?M)，規(guī)范規(guī)定將浮托力產(chǎn)生的力矩計(jì)入Mr之中；M0：對計(jì)算截面前趾的傾覆力矩之和(KN?M)，規(guī)范規(guī)定將滲透壓力產(chǎn)生的力矩計(jì)人M0之中；V：為向下的垂直力總和(kN)；因此：δ=44491.69?10834.283247.025e=19.52σminσ應(yīng)滿足條件：γ0γdσmax≤f式中:γ0γd：為結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)，一般取1.0；γ0γd：為結(jié)構(gòu)系數(shù)，取1.2；fa：為地基容許承載力，按《船閘水工建筑物設(shè)計(jì)規(guī)范》JTJ307-2001,附表D可計(jì)算碎石土的容許承載力，f由于γ0γdσmax=237.94kpa<fa同時為防止閘墻產(chǎn)生過大的不均勻沉陷，應(yīng)控制地基反力的不均勻性。通常在使用情況下，對砂性地基，要求地基反力的最大值與最小值之比應(yīng)不大于5，對粘性地基，則應(yīng)不大于3。σmaxσmin滿足基底應(yīng)力要求。7、沉降驗(yàn)算船閘結(jié)構(gòu)沉降計(jì)算的目的,是計(jì)算地基沉降量和沉降差,防止沉降量過多而引起的危害,并為確定船閘結(jié)構(gòu)墻頂高程、止水構(gòu)造及某些結(jié)構(gòu)構(gòu)造提供設(shè)計(jì)依據(jù)。當(dāng)?shù)鼗鶠閹r石、碎石土、密實(shí)砂土和老粘土?xí)r,可不進(jìn)行沉降計(jì)算。本次設(shè)計(jì)地基土以碎石土為主，條件良好，故不需要進(jìn)行地基沉降的驗(yàn)算。即滿足沉降要求。8、截面驗(yàn)算（計(jì)算斷面選取遵循的原則是：沿閘室縱向至少每隔5m一個，以及突變部位）根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，一般需對鋼筋混凝土重力式的前趾前端截面、后趾截面、墻身的部分截面進(jìn)行強(qiáng)度驗(yàn)算。如下圖所示：圖1.29截面選取分布圖示前趾前端1-1截面驗(yàn)算鋼筋混凝土重力式閘墻墻身有繞前趾轉(zhuǎn)動的趨勢，其內(nèi)部應(yīng)力比較大，是比較危險(xiǎn)的部分。①荷載及效應(yīng)對前面的計(jì)算成果進(jìn)行整理，對前趾截面以左部分隔離體所受的外力及其效應(yīng)進(jìn)行計(jì)算，受力情況如下圖所示，計(jì)算表格如下表所示：圖1.30前趾前端截面受力圖表1.32前趾前端截面以左隔離體荷載及其效應(yīng)計(jì)算表荷載標(biāo)準(zhǔn)值大小及其方向（KN）對截面中點(diǎn)力臂（m）順時針方向力矩（KN?M)逆時針方向力矩（KN?M）計(jì)算式↑↓??自重21.4×255351.462386.1豎直水壓力(41.32+64.01)×10.7×0.5579.575.673286.1619水平水壓力(7.81+11.29)×2×0.519.10.448.404浮托力21.9×10.7231.335.351253.6655滲透力(2.14+12.8)×10.7×0.579.934.08326.1144地基反力（134.75+169.6）×10.7×0.51628.275.158385.5905摩擦力1218.61×10.7/19.5668.671.51003.005求和1942.531114.570687.779973.77446675.2669注：1、摩擦力的大小是將結(jié)構(gòu)整體所受水平力按前趾長度的分配值；地基反力按地基反力分布圖在底板上的分布情況計(jì)算。由上表可得：豎向合力：∑V=827.96KN,豎直向上；水平合力：∑H=687.77KN，水平向右；對前趾前端截面中點(diǎn)順時針彎矩為：∑M=9937.7744KN?M對前趾前端截面中點(diǎn)逆時針彎矩為：∑M2=6675.2669KN?M對前趾前端截面中點(diǎn)的合力矩為：∑M=3298.5075KN?M（順時針）②截面應(yīng)力計(jì)算σ式中：σmax：計(jì)算截面的最大應(yīng)力標(biāo)準(zhǔn)值（kpa）；σmin:計(jì)算截面的最大應(yīng)力標(biāo)準(zhǔn)值（kpa）；∑N：為作用在隔離體上的全部荷載在計(jì)算截面法向方向分力的總和；B：計(jì)算截面的寬度（m）；B=3米；∑M：為作用在隔離體上的全部荷載對計(jì)算截面中心點(diǎn)的力矩總和；σminσ前趾前端截面上側(cè)受壓，下側(cè)受拉，需要配筋才能滿足強(qiáng)度要求。后趾2-2截面驗(yàn)算①荷載及效應(yīng)對前面的計(jì)算成果進(jìn)行整理，對后趾截面以右部分隔離體所受的外力及其效應(yīng)進(jìn)行計(jì)算，受力情況如下圖所示，計(jì)算表格如下表所示：圖1.31后趾截面受力圖表1.33后趾2-2截面以右隔離體荷載及其效應(yīng)計(jì)算表荷載標(biāo)準(zhǔn)值大小及其方向（KN）對截面中點(diǎn)力臂（m）順時針方向力矩（KN?M)逆時針方向力矩（KN?M）計(jì)算式↑↓??自重10×252502.08520豎直水壓力(62.03+80.57)×5×0.5356.52.61930.465水平水壓力(25.06+32.55)×2×0.557.610.4626.5006(86.9+96.9)×1×0.591.91.0192.819豎直土壓力(167.43+187.53)×2.5×0.5887.42.552262.87水平土壓力(77.47+86.77)×3×0.5246.360.037.3908浮托力21.9×5109.52.5273.75滲透力（16.6+21.9）×5×0.596.252.76265.65地基反力（182+198.28）×5×0.5950.72.542414.778續(xù)上表：摩擦力1218.61×5/19.5312.461.5468.69求和1156.451493.9395.87312.463813.54483449.3686注：1、摩擦力的大小是將結(jié)構(gòu)整體所受水平力按后趾長度的分配值；2、地基反力按地基反力分布圖在底板上的分布情況計(jì)算。由上表可得：豎向合力：∑V=337.45KN,豎直向下；水平合力：∑H=83.41KN，水平向左；對后趾截面中點(diǎn)順時針彎矩為：∑M=3813.5448KN?M對后趾截面中點(diǎn)逆時針彎矩為：∑M2=3449.3686KN?M對后趾截面中點(diǎn)的合力矩為：∑M=361.1762KN?M（順時針）②截面應(yīng)力計(jì)算σ式中：σmax：計(jì)算截面的最大應(yīng)力標(biāo)準(zhǔn)值（kpa）；σmin:計(jì)算截面的最大應(yīng)力標(biāo)準(zhǔn)值（kpa）；∑N：為作用在隔離體上的全部荷載在計(jì)算截面法向方向分力的總和；B：計(jì)算截面的寬度（m）；B=3米；∑M：為作用在隔離體上的全部荷載對計(jì)算截面中心點(diǎn)的力矩總和；σminσ后趾上側(cè)受拉，下側(cè)受壓，需要配筋才能滿足強(qiáng)度要求。墻身3-3截面驗(yàn)算①荷載及效應(yīng)對前面的計(jì)算成果進(jìn)行整理，對墻身截面以上部分隔離體所受的外力及其效應(yīng)進(jìn)行計(jì)算，受力情況如下圖所示，計(jì)算表格如下表所示：圖1.32墻身截面受力圖表1.34墻身3-3截面以上隔離體荷載及其效應(yīng)計(jì)算表荷載標(biāo)準(zhǔn)值大小及其方向（KN）對截面中點(diǎn)力臂（m）順時針方向力矩（KN?M)逆時針方向力矩（KN?M）計(jì)算式↑↓??自重27.0234×25675.5850.38256.7223豎直水壓力6.33×0.66×0.52.091.182.4662水平水壓力30×3×0.54514551.51×5.19×0.5133.691.73231.2837續(xù)上表：豎直土壓力(7.45+37.25)×0.25×0.55.590.251.3975(32.5+122.61)×0.89×0.569.020.3826.2276(122.61+157.38)×0.66×0.592.401.09100.716水平土壓力(4+20)×2×0.52412.97311.28(14.5+53.07)×7×0.5236.508.021896.73(56.73+72.87)×5.19×0.5336.182.49837.0882求和0844.685730.3745171.40983534.5017由上表可得：豎向合力：∑V=844.685KN,豎直向下；水平合力：∑H=685.37KN，水平向左；對墻身截面中點(diǎn)順時針彎矩為：∑M=171.4098KN?M對墻身截面中點(diǎn)逆時針彎矩為：∑M2=3534.5017KN?M對墻身截面中點(diǎn)的合力矩為：∑M=3360.0919KN?M（逆時針）②截面應(yīng)力計(jì)算σ式中：σmax：計(jì)算截面的最大應(yīng)力標(biāo)準(zhǔn)值（kpa）；σmin:計(jì)算截面的最大應(yīng)力標(biāo)準(zhǔn)值（kpa）；∑N：為作用在隔離體上的全部荷載在計(jì)算截面法向方向分力的總和；B：計(jì)算截面的寬度（m）；B=2.81米；∑M：為作用在隔離體上的全部荷載對計(jì)算截面中心點(diǎn)的力矩總和；σminσ墻身墻前受壓，墻后受拉，需要配筋才能滿足強(qiáng)度要求。1.3懸臂式閘室墻施工時期荷載計(jì)算施工情況荷載主要有結(jié)構(gòu)自重、土壓力和活荷載。1.3.1自重計(jì)算自重時把結(jié)構(gòu)分塊如下圖所示：圖1.33自重分塊圖表1.35自重計(jì)算表方塊標(biāo)準(zhǔn)值（KN）對前趾力臂（m）對前趾彎矩（穩(wěn)定力矩）（KN·M）計(jì)算式數(shù)值G127.0234×25675.58512.528458.32G221.4×255356.243338.4G316.36×2540912.645169.76G410×2525016.5841451.2.2土壓力本次設(shè)計(jì)此次情況為土基上的懸臂式結(jié)構(gòu)，應(yīng)計(jì)算主動土壓力?，F(xiàn)分層如下：圖1.34土壓力分層圖(1)各層土的主動土壓力系數(shù)情況同前水上砂土層1：φ=30°，α=22°，δ=φ/2=15°，則Ka=0.50，Kacosα+δ水上開山石層2~4：φ=40°，α=22°，δ=φ/2=20°，則Ka=0.39，Kacosα+δ=0.29（2）墻后土體水平方向主動土壓力強(qiáng)度計(jì)算表如下所示：（考慮地面活荷載為10kpa）表1.36水平方向土壓力強(qiáng)度計(jì)算表計(jì)算層面編號土層n土層高程（M）土層厚度（M）回填料填料重度（KN/M3）K土體水平土壓力強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值計(jì)算式標(biāo)準(zhǔn)值（Kpa）1.1148.012砂土200.410×0.441.246.01（10+20×2）×0.4202.1246.0112.19開山石190.2950×0.2914.52.233.82（50+19×12.19）×0.2981.673.1333.821.5開山石190.29281.61×0.2981.673.232.32(281.61+19×1.5)×0.2989.931.1432.323開山石190.29310.11×0.2989.931.229.32(310.11+19×3)×0.29106.46（3）墻后土體豎直方向主動土壓力強(qiáng)度計(jì)算表如下所示：（考慮地面活荷載為10kpa）表1.37豎直方向土壓力強(qiáng)度計(jì)算表計(jì)算層面編號土層n土層高程（M）土層厚度（M）回填料填料重度（KN/M3）K土體水平土壓力強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值計(jì)算式標(biāo)準(zhǔn)值（Kpa）1.1148.012砂土200.74510×0.7457.451.246.01（10+20×2）×0.74537.252.1246.0112.19開山石190.6550×0.6532.52.233.82（50+19×12.19）×0.65183.053.1333.821.5開山石190.65281.61×0.65183.053.232.32(281.61+19×1.5)×0.65201.571.1432.323開山石190.65310.11×0.65201.571.229.32(310.11+19×3)×0.65238.62（4）繪出水平和豎向土壓力示意圖,如下:圖1.35土壓力分布示意圖（5）水平土壓力對前趾的傾覆力矩，計(jì)算過程表如下表:表1.38水平土壓力對前趾的力矩計(jì)算土層n土層厚度（m）土頂土壓力水平強(qiáng)度e(kpa)土頂土壓力水平強(qiáng)度e(kpa)水平土壓力標(biāo)準(zhǔn)值對前趾的力臂（m）對前趾的傾覆力矩（KN?M）計(jì)算式標(biāo)準(zhǔn)值（KN）12420(4+20)×2×0.52417.47419.28212.1914.581.67(14.5+81.67)×12.19×0.5586.156159.185380.91345731.581.6789.93(81.67+89.93)×1.5×0.5128.73.74481.3384389.93106.46(89.93+106.46)×3×0.5294.5851.46430.0941（6）豎直土壓力對前趾的穩(wěn)定力矩，計(jì)算過程表如下表:計(jì)算土層n土層厚度（m）土頂土壓力豎直強(qiáng)度e(kpa)土頂土壓力豎直強(qiáng)度e(kpa)豎直土壓力標(biāo)準(zhǔn)值對前趾的力臂（m）對前趾的穩(wěn)定力矩（KN?M）計(jì)算式標(biāo)準(zhǔn)值（KN）10.257.4537.25(7.45+37.25)×0.25×0.55.587512.6670.7377521.5532.5183.05(32.5+183.05)×1.55×0.5167.0512513.712290.27263830.19183.05201.57(183.05+201.57)×0.19×0.536.538911.41526.52554945201.57238.62(201.57+238.62)×2.5×0.51100.47517.0718785.10825表1.39豎直土壓力對前趾的力矩1.2.3各計(jì)算荷載及效應(yīng)匯表1.40各計(jì)算荷載及效應(yīng)匯總表部位標(biāo)準(zhǔn)值大小及其方向?qū)η爸毫Ρ郏∕）穩(wěn)定力矩（KN?M）傾覆力矩（KN?M）↑↓??結(jié)構(gòu)自重G1675.58512.528458.32G25356.243338.4G340912.645169.76G425016.584145土壓力12417.47419.285.587512.6670.737752586.156159.185380.913457167.0512513.712290.2726383128.73.74481.33836.538911.41526.5255494294.5851.46430.09411100.47517.0718785.10825總和3179.237651033.4411542781.124196711.625557則由表中計(jì)算結(jié)果可知：豎向合力：∑V=3179.24KN,豎直向下；水平合力：∑H=1033.44KN，水平向左；對前趾的穩(wěn)定彎矩為：∑M1=42781.12KN?M對前趾的傾覆彎矩為：∑M2=6711.63KN?M1.2.5懸臂式閘墻結(jié)構(gòu)的計(jì)算及驗(yàn)算本次設(shè)計(jì)濛浬水利樞紐新建二線船閘所處航道等級為Ⅲ級，閘室這一水工建筑物級別劃分為2等，并且此次荷載組合為基本組合②。1、抗滑穩(wěn)定驗(yàn)算土基上閘室結(jié)構(gòu)抗滑穩(wěn)定性一般可采用以下公式進(jìn)行計(jì)算:Kc=f?式中:Kc：為計(jì)算的抗滑穩(wěn)定安全系數(shù),應(yīng)不小于規(guī)范允許值1.2；∑V：為作用于墻體上全部荷載對滑動面法向投影的總和(kN)；∑H：為作用于墻體上全部荷載對滑動面切向投影的總和(kN)；f:為抗滑摩擦系數(shù)；根據(jù)船閘水工建筑物規(guī)范附錄A取為0.5；則Kc=0.5×3179.24/1033.44=1.54＞1.2；滿足抗滑穩(wěn)定性要求。2、抗傾穩(wěn)定性驗(yàn)算閘室墻的抗傾穩(wěn)定性按下式計(jì)算:K0=式中:K0Mr：對計(jì)算截面前趾的穩(wěn)定力矩之和(KN?M)，規(guī)范規(guī)定將浮托力產(chǎn)生的力矩計(jì)入MM0：對計(jì)算截面前趾的傾覆力矩之和(KN?M)，規(guī)范規(guī)定將滲透壓力產(chǎn)生的力矩計(jì)人M則K0=42781.12/6711.63滿足抗傾穩(wěn)定性要求。3、地基承載力驗(yàn)算本次設(shè)計(jì)根據(jù)船閘水工建筑物規(guī)范附錄D,采用查表法計(jì)算:地基容許承載力值為：fa實(shí)際垂直平均壓力值為3179.2419.5滿足地基承載力要求。4、基底應(yīng)力驗(yàn)算對于重力式、扶壁式、懸臂式等閘室結(jié)構(gòu)的基底應(yīng)力一般可用偏心受壓公式進(jìn)行計(jì)算:σe=B式中:σmax：基礎(chǔ)底面的最大應(yīng)力標(biāo)準(zhǔn)值（kpa）；σmin:基礎(chǔ)底面的最大應(yīng)力標(biāo)準(zhǔn)值（kpa）；N:為作用在閘墻上外荷載的合力的垂直分力(kN)；B:為基底寬度(m)；e：為合力的偏心矩(m)；δ:為合力作用點(diǎn)距前趾的距離(m)；δ=MMr：對計(jì)算截面前趾的穩(wěn)定力矩之和(KN?M)，規(guī)范規(guī)定將浮托力產(chǎn)生的力矩計(jì)入MM0：對計(jì)算截面前趾的傾覆力矩之和(KN?M)，規(guī)范規(guī)定將滲透壓力產(chǎn)生的力矩計(jì)人MV：為向下的垂直力總和(kN)；因此：δ=42784.12?6711.633179.24e=19.52σminσ應(yīng)滿足條件：γ0γdσmax≤f式中:γ0γd：為結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)，一般取1.0；γ0γd：為結(jié)構(gòu)系數(shù)，取1.2；fa：為地基容許承載力，按《船閘水工建筑物設(shè)計(jì)規(guī)范》JTJ307-2001,附表D可計(jì)算碎石土的容許承載力，f由于γ0γdσmax=291.96kpa<fa同時為防止閘墻產(chǎn)生過大的不均勻沉陷，應(yīng)控制地基反力的不均勻性。通常在使用情況下，對砂性地基，要求地基反力的最大值與最小值之比應(yīng)不大于5，對粘性地基，則應(yīng)不大于3。σmaxσmin滿足基底應(yīng)力要求。5、沉降驗(yàn)算船閘結(jié)構(gòu)沉降計(jì)算的目的,是計(jì)算地基沉降量和沉降差,防止沉降量過多而引起的危害,并為確定船閘結(jié)構(gòu)墻頂高程、止水構(gòu)造及某些結(jié)構(gòu)構(gòu)造提供設(shè)計(jì)依據(jù)。當(dāng)?shù)鼗鶠閹r石、碎石土、密實(shí)砂土和老粘土?xí)r,可不進(jìn)行沉降計(jì)算。本次設(shè)計(jì)地基土以碎石土為主，條件良好，故不需要進(jìn)行地基沉降的驗(yàn)算。即滿足沉降要求。6、截面驗(yàn)算（計(jì)算斷面選取遵循的原則是：沿閘室縱向至少每隔5m一個，以及突變部位）根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，一般需對鋼筋混凝土重力式的前趾截面、后趾截面、墻身的部分截面進(jìn)行強(qiáng)度驗(yàn)算。如下圖所示：圖1.36截面選取分布圖前趾前端1-1截面驗(yàn)算鋼筋混凝土重力式閘墻墻身有繞前趾轉(zhuǎn)動的趨勢，其內(nèi)部應(yīng)力比較大，是比較危險(xiǎn)的部分。①荷載及效應(yīng)對前面的計(jì)算成果進(jìn)行整理，對前趾截面以左部分隔離體所受的外力及其效應(yīng)進(jìn)行計(jì)算，受力情況如下圖所示，計(jì)算表格如下表所示：圖1.37前趾前端截面受力圖表1.41前趾前端截面以左隔離體荷載及其效應(yīng)計(jì)算表荷載標(biāo)準(zhǔn)值大小及其方向（KN）對截面中點(diǎn)力臂（m）順時針方向力矩（KN?M)逆時針方向力矩（KN?M）計(jì)算式↑↓??自重21.4×255351.462386.1地基反力（82.77+170.9）×10.7×0.51357.13454.736419.25摩擦力1033.44×10.7/19.5567.071.5850.60求和1357.1345535567.076419.253236.7注：1、摩擦力的大小是將結(jié)構(gòu)整體所受水平力按前趾長度的分配值；2、地基反力按地基反力分布圖在底板上的分布情況計(jì)算。由上表可得：豎向合力：∑V=822.1345KN,豎直向上；水平合力：∑H=567.07KN，水平向右；對前趾前端截面中點(diǎn)順時針彎矩為：∑M=6419.25KN?M對前趾前端截面中點(diǎn)逆時針彎矩為：∑M2=3236.7KN?M對前趾前端截面中點(diǎn)的合力矩為：∑M=3182.55KN?M（順時針）②截面應(yīng)力計(jì)算σ式中：σmax：計(jì)算截面的最大應(yīng)力標(biāo)準(zhǔn)值（kpa）；σmin:計(jì)算截面的最大應(yīng)力標(biāo)準(zhǔn)值（kpa）；∑N：為作用在隔離體上的全部荷載在計(jì)算截面法向方向分力的總和；B：計(jì)算截面的寬度（m）；B=3米；∑M：為作用在隔離體上的全部荷載對計(jì)算截面中心點(diǎn)的力矩總和；σminσ前趾前端截面上側(cè)受壓，下側(cè)受拉，需要