水閘工程設(shè)計(jì)中沉降影響的研究
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摘要：在水閘設(shè)計(jì)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(duì)其影響規(guī)律研究較少。文章以實(shí)際工程為例，計(jì)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(duì)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(dāng)邊荷載取值范圍超過閘室底板寬度1倍時(shí)，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(jì)提供經(jīng)驗(yàn)和參考。
關(guān)鍵詞：水閘；工程設(shè)計(jì)；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(duì)閘室底板的影響主要有應(yīng)力和沉降兩個(gè)方面。在水閘工程設(shè)計(jì)中，邊荷載對(duì)閘室底板應(yīng)力的影響已做了大量研究，并且《水閘設(shè)計(jì)規(guī)范》（SL265-2016）中對(duì)這方面作了明確規(guī)定，但是邊荷載對(duì)閘室的沉降的影響目前研究較少。目前，在水閘設(shè)計(jì)中，比較快速的處理方案就是閘室主體機(jī)構(gòu)施工完后，兩側(cè)采用符合要求的填筑土料進(jìn)行回填，因此在設(shè)計(jì)計(jì)算閘室沉降的工作中，需要對(duì)邊荷載的選取范圍進(jìn)行判斷，邊荷載選取范圍的大小對(duì)閘室沉降量的影響會(huì)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(jì)人員在工程設(shè)計(jì)中必須引起重視和關(guān)注的因素，如果計(jì)算過程中對(duì)邊荷載考慮不周全，所得成果與實(shí)際偏差較大，會(huì)給后期工程設(shè)計(jì)和施工帶來較大的影響。根據(jù)工程實(shí)際設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，閘室周圍邊荷載的選取范圍對(duì)閘室沉降的計(jì)算影響比較明顯，文章以望虞河西岸控制工程中的團(tuán)結(jié)河節(jié)制閘為例，通過不同邊荷載范圍的選取進(jìn)行研究計(jì)算，分析其對(duì)閘室沉降的影響規(guī)律，為其他工程設(shè)計(jì)提供經(jīng)驗(yàn)和參考。
1工程概況和地勘資料
團(tuán)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?biāo)鞣较蜷L15m，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(biāo)高為1.76m。場(chǎng)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(chǎng)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(qiáng)度中等，韌性中等。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)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(shí)驗(yàn)實(shí)測(cè)所得。
2計(jì)算說明和結(jié)果
以閘室穩(wěn)定計(jì)算完建期工況荷載為參考計(jì)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(shí)，其他計(jì)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(jì)啟明星計(jì)算軟件進(jìn)行計(jì)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(jì)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(jì)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(dāng)邊荷載取值范圍超過閘室底板寬度1倍時(shí)，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(shí)，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(jì)規(guī)范》（SL265-2016）實(shí)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(shí)例可以看出，在設(shè)計(jì)計(jì)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(shí)，沉降量依次為78.6mm、145.9mm，不超過15cm，不需要對(duì)天然土質(zhì)地基進(jìn)行處理；當(dāng)邊荷載取值范圍繼續(xù)增加時(shí)，沉降量不滿足規(guī)范設(shè)計(jì)要求，需對(duì)地基進(jìn)行處理。因此，針對(duì)閘室坐落在較窄河道，需進(jìn)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(jìn)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(duì)閘室布置在較寬的河道，閘墩兩側(cè)需進(jìn)行回填的工程，若回填范圍小于閘室底板寬度按實(shí)際寬度計(jì)算即可，若回填范圍遠(yuǎn)大于閘室地板寬度，取1倍閘室底板寬度的邊荷載計(jì)算范圍即可，以便工程快速計(jì)算設(shè)計(jì)。（3）由于邊荷載對(duì)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(jì)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(jì)工作中需要加深研究和改進(jìn)的。
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作者:肖彬 蔡小瑩 單位:上海勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司