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水閘工程設(shè)計(jì)中沉降影響的研究

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水閘工程設(shè)計(jì)中沉降影響的研究

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(guò)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(guò)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(wèn)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(guò)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(lái)較大的影響。根據(jù)工程實(shí)際設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn),閘室周?chē)吅奢d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(guò)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L(zhǎng)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(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(shuō)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(guò)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(guò)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(guò)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(guò)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(kāi)挖回填至一定地面高程的工程,應(yīng)盡量不采用放坡大開(kāi)挖再回填的方式進(jìn)行開(kāi)挖,這樣邊荷載范圍較大,閘室沉降量也有可能因此超過(guò)規(guī)范要求,應(yīng)盡量?jī)?yōu)化開(kāi)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(lái)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??睖y(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司