某水利樞紐船閘工程鋼筋混凝土重力式閘墻設(shè)計(jì)案例目錄TOC\o"1-3"\h\u32485某水利樞紐船閘工程鋼筋混凝土重力式閘墻設(shè)計(jì)案例 1158911.1鋼筋混凝土重力式閘墻斷面尺寸及墻后布置 1254171.2鋼筋混凝土重力式閘室墻低水位時(shí)期荷載計(jì)算 4313781.3鋼筋混凝土重力式閘室墻施工時(shí)期荷載計(jì)算 351.1鋼筋混凝土重力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（規(guī)范規(guī)定墻頂寬度不小于0.6m）；閘室墻頂高程48.01米；閘室底高程32.32米；最小水深4.5米；閘墻的后趾長(zhǎng)度取決于閘墻的水平滑移穩(wěn)定性的要求，一般可取為0.7～1.0倍墻高，本設(shè)計(jì)取為12.0米；前趾長(zhǎng)度取決于地基反力分布情況，通常取為0.1～0.3倍墻高，本設(shè)計(jì)取為3.0米；墻頂以下深度處的閘墻厚度一般取為（0.16～0.22）y，本設(shè)計(jì)反坡坡度約為0.21。其他部分尺寸見圖。圖1.1鋼筋混凝土重力式結(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+31）=1/280，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(shí)，下游江水流入回填土中。每隔40米設(shè)置一個(gè)檢查井。排水管的布置如上圖；構(gòu)造如下圖：圖1.2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(shí)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鋼筋混凝土重力式閘室墻低水位時(shí)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(shí)把結(jié)構(gòu)分塊如下圖所示：圖1.3自重分塊圖表1.2自重計(jì)算表方塊標(biāo)準(zhǔn)值（KN）對(duì)前趾力臂（m）對(duì)前趾彎矩（穩(wěn)定力矩）（KN·M）計(jì)算式數(shù)值G135.4750×25886.8751.43902.25G211.2500×25281.251.6450G363.0000×25157510.4316427.251.2.2土壓力土壓力是作用在船閘結(jié)構(gòu)上的主要荷載之一。計(jì)算土壓力時(shí)，應(yīng)根據(jù)地基性質(zhì)、結(jié)構(gòu)類型及回填土性質(zhì)、墻體剛度以及荷載作用后可能的變形和位移狀態(tài)等因素判別土壓力的計(jì)算狀態(tài)。結(jié)合我國(guó)船閘建設(shè)經(jīng)驗(yàn)，作用在船閘結(jié)構(gòu)上的土壓力狀態(tài)應(yīng)根據(jù)以下不同情況分別考慮:①土基上的重力式、扶壁式、懸臂式等結(jié)構(gòu)，墻后填土應(yīng)按主動(dòng)土壓力計(jì)算；②土基上設(shè)斜樁和帶橫撐的直樁基礎(chǔ)上或巖基上的重力式、扶壁式、懸臂式、混合式等結(jié)構(gòu)，由于墻身變位受到限制，主動(dòng)極限平衡狀態(tài)一般難以發(fā)生，墻后填土應(yīng)按靜止土壓力計(jì)算；③一般的整體式結(jié)構(gòu)，不論是建在土基上還是巖基上，墻后土壓力均按靜止土壓力計(jì)算。但對(duì)于墻高大于15米的整體式及懸臂式鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，由于結(jié)構(gòu)上部一般會(huì)產(chǎn)生大于靜止土壓力的附加土壓力，因此應(yīng)對(duì)附加土壓力的影響進(jìn)行分析研究，確定土壓力計(jì)算值。據(jù)此分析，本次設(shè)計(jì)此次情況為土基上的鋼筋混凝土重力式結(jié)構(gòu)，應(yīng)計(jì)算主動(dòng)土壓力?，F(xiàn)分層如下：圖1.4土壓力分層圖對(duì)無(wú)粘性土，當(dāng)β=0，α≥45°-Φ/2或閘墻為后趾較長(zhǎng)的L型結(jié)構(gòu)時(shí)，其主動(dòng)土壓力可按朗肯公式計(jì)算。如圖所示，從墻的后趾端作垂線，垂線上的土壓力為主動(dòng)土壓力的水平分力，墻背與垂直面間的土重量G（OABC）作為土壓力的垂直分力。圖4.5朗肯土壓力計(jì)算圖示水平向的土壓力強(qiáng)度可按下式計(jì)算:ex=γHKaxKax=tan2(45°-Φ2Kax：水平向主動(dòng)土壓力系數(shù)Φ：所填土的內(nèi)摩擦角γ：土的重度（KN/M3）,水下取浮重度H：土的厚度計(jì)算主動(dòng)土壓力系數(shù)水上砂土層1：Φ=30°，則Kax=0.333水上開山石層2：Φ=40°，則Kax=0.217水下開山石層3~5：Φ=38°，則Kax=0.238（2）墻后土體水平方向主動(dòng)土壓力強(qiáng)度計(jì)算表如下所示：（考慮地面活荷載為10kpa）表1.3水平方向土壓力計(jì)算表計(jì)算層面編號(hào)土層n土層高程（M）土層厚度（M）回填料填料重度（KN/M3）Kax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200.33310×0.3333.331.246.01（10+20×2）×0.33316.652.1246.017開山石190.21750×0.21710.852.239.01（50+19×7）×0.21739.7113.1339.015.19開山石100.238183×0.23843.5543.233.82（183+10×5.19）×0.23855.90621.1433.821.5開山石100.238234.9×0.23855.90621.232.32(234.9+10×1.5)×0.23859.47625.1532.323開山石100.238249.9×0.23859.47625.229.32(249.9+10×3)×0.23866.6162（3）墻后土體豎直方向主動(dòng)土壓力強(qiáng)度計(jì)算表如下所示：（考慮地面活荷載為10kpa）表1.4豎直方向土壓力計(jì)算表計(jì)算層面編號(hào)土層n土層高程（M）土層厚度（M）回填料填料重度（KN/M3）土體豎直土壓力強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值計(jì)算式標(biāo)準(zhǔn)值（Kpa）1.1148.012砂土2010101.246.0110+20×2502.1246.017開山石1950502.239.0150+19×71833.1339.015.19開山石101831833.233.82183+10×5.91234.91.1433.821.5開山石10234.9234.91.232.32234.9+10×1.5249.95.1532.323開山石1005.229.320（4）繪出水平和豎向土壓力示意圖,如下:圖4.6土壓力分布圖示水平土壓力對(duì)前趾的傾覆力矩，計(jì)算過(guò)程表如下表:表4.5水平土壓力力矩計(jì)算表計(jì)算土層n土層厚度（m）土頂土壓力水平強(qiáng)度e’nx(kpa)土頂土壓力水平強(qiáng)度e’nx(kpa)水平土壓力標(biāo)準(zhǔn)值對(duì)前趾的力臂（m）對(duì)前趾的傾覆力矩（KN?M）計(jì)算式標(biāo)準(zhǔn)值（KN）123.3316.65(3.33+16.65)×2×0.519.9817.47349.052710.8539.711(10.85+39.711)×7×0.5176.9612.522215.5435.1943.55455.9062(43.554+55.9062)×5.19×0.5258.106.991801.1241.555.906259.4762(55.9062+59.4762)×1.5×0.586.543.74323.665359.476266.6162(59.4762+66.6162)×3×0.5189.141.47278.04豎直土壓力對(duì)前趾的穩(wěn)定力矩，計(jì)算過(guò)程表如下表:表4.6豎直土壓力計(jì)算表計(jì)算土層n土層厚度（m）土頂土壓力豎直強(qiáng)度e’nx(kpa)土頂土壓力豎直強(qiáng)度e’nx(kpa)豎直土壓力標(biāo)準(zhǔn)值對(duì)前趾的力臂（m）對(duì)前趾的穩(wěn)定力矩（KN?M）計(jì)算式標(biāo)準(zhǔn)值（KN）10.421050(10+50)×0.42×0.512.61.2653.6821.4850183(50+183)×1.48×0.5172.425.3913.8331.1183234.9(183+234.9)×1.1×0.5229.8456.471487.10412234.9249.9(234.9+249.9)×12×0.52908.813.0637988.931.2.3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4.7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4.8靜水壓力分解分布圖則靜水壓力水平分力對(duì)前趾力矩計(jì)算表如下所示：表4.7靜水壓力水平分力對(duì)前趾力矩表靜水壓力位置計(jì)算式標(biāo)準(zhǔn)值（KN）對(duì)前趾力臂（M）對(duì)前趾力矩穩(wěn)定（KN?M）傾覆（KN?M）墻前130×3×0.5455.5247.5墻前2(13.62+20.43)×1.5×0.525.543.791.49墻后110.79×5.19×0.5286.23171.44墻后2(6.33+8.15)×1.5×0.510.863.7240.40墻后3(66.9+96.9)×3×0.5245.71.41346.44靜水壓力豎直分力對(duì)前趾力矩計(jì)算表如下所示：表4.8靜水壓力豎直分力對(duì)前趾力矩表靜水壓力位置計(jì)算式標(biāo)準(zhǔn)值（KN）對(duì)前趾力臂（M）對(duì)前趾力矩穩(wěn)定（KN?M）傾覆（KN?M）墻前(26.73+40.10)×3×0.5100.2451.4140.343墻后150.77×1.1×0.527.926.63185.13墻后2(51.51+66.40)×12×0.5707.4613.259373.845揚(yáng)壓力計(jì)算作用于建筑物基礎(chǔ)底面垂直向上的總水壓力稱為揚(yáng)壓力，包括浮托力和滲透壓力。計(jì)算圖示如下圖所示：本次設(shè)計(jì)閘室為不透水閘底；當(dāng)閘室為不透水閘底，且布置在壩軸線下游時(shí)，整個(gè)船閘是一擋水建筑物。由于船閘長(zhǎng)度較長(zhǎng)，一般情況下能滿足滲流穩(wěn)定要求，不需進(jìn)行計(jì)算。但在止水局部破壞的特殊組合時(shí)，考慮閘首與閘室之間止水破壞，此時(shí)滲透水頭的確定方法與閘室為透水閘底的船閘相同。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。墻后的地下水位取決于閘室與擋水線的相對(duì)位置。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(jiǎn)化為上、下游水位的直線連接分布；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(guò)排水管高程時(shí)，地下水位以下游水位計(jì)。當(dāng)閘室處于擋水線上游，墻后無(wú)排水管時(shí)，墻后水位應(yīng)按上游水位確定。圖4.9揚(yáng)壓力分布圖則揚(yáng)壓力對(duì)前趾計(jì)算表如下所示：表4.9揚(yáng)壓力對(duì)前趾力矩圖揚(yáng)壓力標(biāo)準(zhǔn)值計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)值（KN）對(duì)前趾力臂（M）對(duì)前趾力矩（KN?M）穩(wěn)定傾覆浮托力21.9×19416.19.53952.95滲透力(4.56+21.9)×19×0.5251.3711.582910.86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(shí)，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(zhǎng)度Ld,為20米,系纜力的分布長(zhǎng)度Ly=Ld=20.0m。所以系纜力對(duì)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1.10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G1886.8751.43902.25G2281.251.6450G3157510.4316427.25土壓力119.9817.47349.0512.61.2653.682176.9612.522215.54172.425.3913.833258.106.991801.12229.8456.471487.10486.543.74323.662908.813.0637988.935189.141.47278.04靜水壓力墻前1455.5247.5墻前225.543.791.49墻后1286.23171.44墻后210.863.7240.40墻后3245.71.41346.44墻前100.2451.4140.343墻后127.926.63185.13墻后2707.4613.259373.845續(xù)上表：揚(yáng)壓力浮托力416.19.53952.95滲透力251.3711.582910.86系纜力59.547.5總和668.076902.4151020.2870.5471261.34812443則由表中計(jì)算結(jié)果可知：豎向合力：∑V=6231.345KN,豎直向下；水平合力：∑H=949.74KN，水平向左；對(duì)前趾的穩(wěn)定彎矩為：∑M1=71261.348KN?M對(duì)前趾的傾覆彎矩為：∑M2=12443KN?M1.2.5鋼筋混凝土重力式閘墻結(jié)構(gòu)的計(jì)算及驗(yàn)算根據(jù)《船閘水工建筑物設(shè)計(jì)規(guī)范》JTJ307-2001第3.2.1條，船閘結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)進(jìn)行下列驗(yàn)算和計(jì)算，結(jié)構(gòu)整體抗滑、抗傾和抗浮穩(wěn)定性驗(yàn)算；地基承載力驗(yàn)算和地基沉降計(jì)算；滲透穩(wěn)定性驗(yàn)算；結(jié)構(gòu)各部位強(qiáng)度計(jì)算和裂限驗(yàn)算；邊坡穩(wěn)定性驗(yàn)算；其他驗(yàn)算或計(jì)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(jí)為Ⅲ級(jí)，閘室這一水工建筑物級(jí)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)算對(duì)于分離式閘室結(jié)構(gòu)一般均要進(jìn)行抗滑穩(wěn)定性驗(yàn)算；對(duì)于整體式、懸臂式閘室結(jié)構(gòu),當(dāng)閘墻兩側(cè)填土高度相差較大時(shí)或采用寬縫法施工的施工期,應(yīng)進(jìn)行抗滑穩(wěn)定性驗(yàn)算,否則可不進(jìn)行抗滑穩(wěn)定性驗(yàn)算。此次方案為鋼筋混凝土重力式結(jié)構(gòu)，需進(jìn)行抗滑穩(wěn)定性驗(yàn)算。土基上閘室結(jié)構(gòu)的抗滑穩(wěn)定性驗(yàn)算：作用在閘室墻的荷載系傾斜荷載,即既有垂直荷載又有水平荷載。當(dāng)水平荷載較大，而垂直荷載相對(duì)較小時(shí),閘室墻可能沿地基表層產(chǎn)生水平滑移。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(duì)滑動(dòng)面法向投影的總和(kN)；∑H：為作用于墻體上全部荷載對(duì)滑動(dòng)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=0.5×6231.345/949.74=3.28＞1.3；滿足抗滑穩(wěn)定性要求。2、抗傾穩(wěn)定性驗(yàn)算對(duì)于分離式閘室結(jié)構(gòu)一般均要進(jìn)行抗傾穩(wěn)定性驗(yàn)算；對(duì)于整體式閘室結(jié)構(gòu),當(dāng)采用寬縫法施工的施工期,應(yīng)進(jìn)行抗傾穩(wěn)定性驗(yàn)算,否則可不進(jìn)行抗傾穩(wěn)定性驗(yàn)算。此次設(shè)計(jì)方案需要進(jìn)行抗傾穩(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(duì)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(duì)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滿足抗傾穩(wěn)定性要求。3、抗浮穩(wěn)定性驗(yàn)算當(dāng)閘室結(jié)構(gòu)采用不透水底板時(shí)，須進(jìn)行抗浮穩(wěn)定驗(yàn)算。此次設(shè)計(jì)方案底板設(shè)為不透水底板，需要進(jìn)行抗浮穩(wěn)定性驗(yàn)算?？垢》€(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(zhǎng)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(zhǎng)度(ｍ)ＬＶ——地下輪廓線垂直段長(zhǎng)度(ｍ)Ｍ——垂直段換算為水平段長(zhǎng)度的換算系數(shù)，取為1則H=2.19m,CH=1.38Ｌ＝19+1.0×2=21m＞CH即滿足滲透穩(wěn)定性要求。5、地基承載力驗(yàn)算地基在荷載作用下，支承基礎(chǔ)的土體不應(yīng)發(fā)生剪切破壞而失去穩(wěn)定，地基的穩(wěn)定性通常用地基的容許承載力來(lái)衡量。當(dāng)作用在船閘地基上的荷載小于地基的容許承載力時(shí),表示地基是穩(wěn)定的,否則地基是不穩(wěn)定的。驗(yàn)算地基承載力,一般采用查表法或計(jì)算法,對(duì)于重要建筑物還應(yīng)進(jìn)行野外荷載試驗(yàn)。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=600+0.6×11×(8-3)+1.2實(shí)際垂直平均壓力值為5226.04519=275.055kpa<滿足地基承載力要求。6、基底應(yīng)力驗(yàn)算對(duì)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(duì)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(duì)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=67311.398?8490..056234.345e=192σminσ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=401.21kpa<fa同時(shí)為防止閘墻產(chǎn)生過(guò)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(duì)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(duì)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(guò)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。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(gè)，以及突變部位）根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，一般需對(duì)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1.10截面選取部位圖前趾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(dòng)的趨勢(shì)，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(duì)前面的計(jì)算成果進(jìn)行整理，對(duì)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1.11前趾截面受力圖表1.11前趾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(duì)截面中點(diǎn)力臂（m）順時(shí)針?lè)较蛄兀↘N?M)逆時(shí)針?lè)较蛄兀↘N?M）計(jì)算式↑↓??自重11.2500×25281.251.4393.75豎直水壓力(26.73+40.10)×3×0.5100.2451.6160.39水平水壓力(13.62+20.43)×1.5×0.525.541.4537.033浮托力21.9×365.71.598.55滲透力（4.56+7.3）×3×0.57.791.3810.75地基反力（321.91+323.9）×3×0.5968.7151.51453.07摩擦力949.74/19×3149.962.25337.41求和1042.205381.4950175.51599.403891.55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(zhǎng)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=660.71KN,豎直向上；水平合力：∑H=175.5KN，水平向右；對(duì)前趾截面中點(diǎn)順時(shí)針彎矩為：∑M=1599.403KN?M對(duì)前趾截面中點(diǎn)逆時(shí)針彎矩為：∑M2=891.55KN?M對(duì)前趾截面中點(diǎn)的合力矩為：∑M=707.853KN?M（順時(shí)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=4.5米；∑M：為作用在隔離體上的全部荷載對(duì)計(jì)算截面中心點(diǎn)的力矩總和；σminσ前趾上側(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(duì)前面的計(jì)算成果進(jìn)行整理，對(duì)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1.12后趾截面受力圖表1.12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(duì)截面中點(diǎn)力臂（m）順時(shí)針?lè)较蛄兀↘N?M)逆時(shí)針?lè)较蛄兀↘N?M）計(jì)算式↑↓??自重45×2511255.66300豎直水壓力(51.51+66.40)×12×0.5707.466.254421.625水平水壓力(6.33+8.15)×1.5×0.510.861.4715.96(66.9+96.9)×3×0.5245.70.84206.388豎直土壓力(234.9+249.9)×12×0.52908.86.0617627.328水平土壓力(55.9062+59.4762)×1.5×0.586.541.49128.94(59.4762+66.6162)×3×0.5189.140.78147.53浮托力21.9×12262861576.8滲透力（10.9+21.9）×12×0.5196.86.671312.656續(xù)上表：地基反力（326.5+331.34）×12×0.53965.046.0223869.54摩擦力949.74/19×12599.842.251349.64求和6789.844741.26532.24599.8428702.87128253.536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(zhǎng)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=2048.58KN,豎直向下；水平合力：∑H=67.6KN，水平向右；對(duì)后趾截面中點(diǎn)順時(shí)針彎矩為：∑M=28702.87KN?M對(duì)后趾截面中點(diǎn)逆時(shí)針彎矩為：∑M2=28253.536KN?M對(duì)后趾截面中點(diǎn)的合力矩為：∑M=449.335KN?M（順時(shí)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=4.5米；∑M：為作用在隔離體上的全部荷載對(duì)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(duì)前面的計(jì)算成果進(jìn)行整理，對(duì)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1.13墻身截面受力圖表1.13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(duì)截面中點(diǎn)力臂（m）順時(shí)針?lè)较蛄兀↘N?M)逆時(shí)針?lè)较蛄兀↘N?M）計(jì)算式↑↓??自重35.4750×25886.8750.6532.125豎直水壓力50.77×1.1×0.527.921.6345.51水平水壓力30×3×0.54514510.79×5.19×0.5281.7348.44續(xù)上表：豎直土壓力(10+50)×0.42×0.512.60.749.324(50+183)×1.48×0.5172.420.351.726(183+234.9)×1.1×0.5229.8451.47337.87水平土壓力(3.33+16.65)×2×0.519.9812.97259.14(10.85+39.711)×7×0.5176.968.021419.22(43.554+55.9062)×5.19×0.5258.102.49642.67求和1329.66483.0445480.112910.92由上表可得：豎向合力：∑V=1329.66KN,豎直向下；水平合力：∑H=438.04KN，水平向左；對(duì)墻身截面中點(diǎn)順時(shí)針彎矩為：∑M=480.11KN?M對(duì)墻身截面中點(diǎn)逆時(shí)針彎矩為：∑M2=2910.92KN?M對(duì)墻身截面中點(diǎn)的合力矩為：∑M=2430.81KN?M（逆時(shí)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=4.0米；∑M：為作用在隔離體上的全部荷載對(duì)計(jì)算截面中心點(diǎn)的力矩總和；σminσ墻身墻前側(cè)受壓，墻后受拉，需要配筋才能滿足強(qiáng)度要求。1.3鋼筋混凝土重力式閘室墻施工時(shí)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(shí)把結(jié)構(gòu)分塊如下圖所示：圖1.14自重分塊圖表1.14自重計(jì)算表方塊標(biāo)準(zhǔn)值（KN）對(duì)前趾力臂（m）對(duì)前趾彎矩（穩(wěn)定力矩）（KN·M）計(jì)算式數(shù)值G135.4750×25886.8751.43902.25G211.2500×25281.251.6450G363.0000×25157510.4316427.251.3.2土壓力本次設(shè)計(jì)此次情況為土基上的鋼筋混凝土重力式結(jié)構(gòu)，應(yīng)計(jì)算主動(dòng)土壓力?，F(xiàn)分層如下：圖1.15土壓力分層圖（1）主動(dòng)土壓力系數(shù)同前水上砂土層1：Φ=30°，則Kax=0.333水上開山石層2~3：Φ=40°，則Kax=0.217墻后土體水平方向主動(dòng)土壓力強(qiáng)度計(jì)算表如下所示：（考慮地面活荷載為10kpa）計(jì)算層面編號(hào)土層n土層高程（M）土層厚度（M）回填料填料重度（KN/M3）Kax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200.33310×0.3333.331.246.01（10+20×2）×0.33316.652.1246.0112.19開山石190.21750×0.21710.852.233.82（50+19×12.19）×0.21761.113.1333.824.5開山石190.217281.61×0.21761.113.229.32(281.61+19×4.5)×0.21779.66表1.15水平方向土壓力計(jì)算表（3）墻后土體豎直方向主動(dòng)土壓力強(qiáng)度計(jì)算表如下所示：（考慮地面活荷載為10kpa）表1.16豎直方向土壓力計(jì)算表計(jì)算層面編號(hào)土層n土層高程（M）土層厚度（M）回填料填料重度（KN/M3）土體豎直土壓力強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值計(jì)算式標(biāo)準(zhǔn)值（Kpa）1.1148.012砂土2010101.246.0110+20×2502.1246.0112.19開山石1950502.233.8250+19×12.19281.613.1333.824.5開山石19281.61281.613.229.32281.61+19×4.5367.11（4）繪出水平和豎向土壓力示意圖,如下:圖1.16土壓力示意圖（5）水平土壓力對(duì)前趾的傾覆力矩，計(jì)算過(guò)程表如下表:表1.17水平土壓力對(duì)前趾力矩計(jì)算土層n土層厚度（m）土頂土壓力水平強(qiáng)度(kpa)土頂土壓力水平強(qiáng)度(kpa)水平土壓力標(biāo)準(zhǔn)值對(duì)前趾的力臂（m）對(duì)前趾的傾覆力矩（KN?M）計(jì)算式標(biāo)準(zhǔn)值（KN）123.3316.65(3.33+16.65)×2×0.519.9817.47349.05212.1910.8561.11(10.85+61.11)×12.19×0.5438.59629.184026.3134.561.1179.66(61.11+79.66)×4.5×0.5316.73252.15680.97豎直土壓力對(duì)前趾的穩(wěn)定力矩，計(jì)算過(guò)程表如下表:表1.18豎直土壓力對(duì)前趾力矩計(jì)算土層n土層厚度（m）土頂土壓力豎直強(qiáng)度(kpa)土頂土壓力豎直強(qiáng)度(kpa)豎直土壓力標(biāo)準(zhǔn)值對(duì)前趾的力臂（m）對(duì)前趾的穩(wěn)定力矩（KN?M）計(jì)算式標(biāo)準(zhǔn)值（KN）10.421050(10+50)×0.42×0.512.61.2653.6822.5850281.61(50+281.61)×2.58×0.5427.77696.012570.94312281.61367.11(281.61+367.11)×12×0.53892.3213.2651612.161.3.3各計(jì)算荷載及效應(yīng)匯總表1.19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G1886.8751.43902.25G2281.251.6450G3157510.4316427.25土壓力119.9817.47349.0512.61.2653.682438.59629.184026.31427.77696.012570.943316.73252.15680.973892.3213.2651612.16總和07075.8219775.3087075016.285056.33則由表中計(jì)算結(jié)果可知：豎向合力：∑V=7075.8219KN,豎直向下；水平合力：∑H=775.3087KN，水平向左；對(duì)前趾的穩(wěn)定彎矩為：∑M1=75016.28KN?M對(duì)前趾的傾覆彎矩為：∑M2=5056.33KN?M1.3.4鋼筋混凝土重力式閘墻結(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(jí)為Ⅲ級(jí)，閘室這一水工建筑物級(jí)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(duì)滑動(dòng)面法向投影的總和(kN)；∑H：為作用于墻體上全部荷載對(duì)滑動(dòng)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=0.5×7075.8219/775.3087=4.56＞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(duì)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(duì)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7075.821919滿足地基承載力要求。4、基底應(yīng)力驗(yàn)算對(duì)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(duì)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(duì)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=75016.28?5056.337075.8219e=192σminσ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=501.94kpa<fa同時(shí)為防止閘墻產(chǎn)生過(guò)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(duì)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(duì)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(guò)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(gè)，以及突變部位）根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，一般需對(duì)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1.17截面選取分布圖（1）前趾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(dòng)的趨勢(shì)，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(duì)前面的計(jì)算成果進(jìn)行整理，對(duì)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1.18前趾截面受力圖表1.20前趾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(duì)截面中點(diǎn)力臂（m）順時(shí)針?lè)较蛄兀↘N?M)逆時(shí)針?lè)较蛄兀↘N?M）計(jì)算式↑↓??自重11.2500×25281.251.4393.75地基反力（326.55+341）×3×0.51001.3251.491491.97摩擦力775.3087×3/19122.422.25275.44求和1001.325281.250122.421491.97669.19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(zhǎng)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=720.075KN,豎直向上；水平合力：∑H=122.42KN，水平向右；對(duì)前趾截面中點(diǎn)順時(shí)針彎矩為：∑M=1491.97KN?M對(duì)前趾截面中點(diǎn)逆時(shí)針彎矩為：∑M2=669.19KN?M對(duì)前趾截面中點(diǎn)的合力矩為：∑M=822.78KN?M（順時(shí)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