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1、水闸设计中边荷载对沉降的影响及解决方法在实际水闸工程中由于闸边荷栽对于高压缩性地基沉降的影响在设计工作 常被忽视，使部分水闸固此出现了工程缺陷。因此对边荷载对水闸的沉降我们不 得不引起重视。水闸边荷载是指水闸闸体两侧或翼墙两侧堤防填土或其他构筑物所形成的 荷载。边荷载对于闸体底板的影响主要为应力和沉降两方面。在实际工程中闸体结构施工完成后，对其两侧堤防采用符合堤防填筑要求的 士料直接进行回填，是水闸设计中经济快速的处理方案。显而易见，多孔开敞式 水闸回填土所形成的边荷载是一般大于结构本身所形成的荷载，荷载不均匀，势 必会形成沉降不均匀。这种填土引起闸体荷载的不均匀性，设计人员在设计中常 忽视或
2、缺乏考虑，以致工程建成后岸墙的沉降太于闸室，边孔闸室的沉降大于中 孔，闸室的沉降大于上下游护坦，成为水闸中最普遍的现象。不均匀沉降产生的 一些缺陷主要表现在以下几个方面：闸室缝墩张开，与上游防渗板和下游护坦 的接缝错动，导致止水片断裂失效。闸室倾斜，导致闸门封水不密而漏水，阻 力增加，闸门启闭不灵活。对于弧形闸门尤为不利，支座铰轴磨损，支臂的次应 力增加，甚至扭曲。闸室的梁、板构件（包括胸墙、桥梁、底板等）由于支座的 相对变位（相邻闸墩的沉降差）而出现裂缝。上游防渗板和下游护坦因闸室和翼 墙的沉降影响而裂缝（由于护坦的强度设计未考虑边荷载的影响及配筋不足而引 起。这种裂缝的延伸一般平行于闸室或
3、翼墙的边缘线）。边墙在墙后填土作用 下，常常由于墙后的地基沉降大于墙前，不仅不前倾，反而后仰。这种由于边荷 载所造成的工程缺陷在很多以建的水闸均有不同程度的体现。所以对于解决这个 问题我们已经迫在眉睫。水闸不均匀沉降产生的主要原因，首先是设计对地质条件（例如，细砂地层 产生较大沉降）认识不足。在设计时可采用振冲法等地基处理对墙外基础进行加 固，避免大的不均匀沉降的发生。其次是施工方可能不按照原设计在进行施工， 例如：河北永定河的退水闸闸室外控制楼下拟采取灰土回填夯实，后因土料缺乏， 经协商确定换填砂砾石，砂砾石容重大，无疑加大了墙外的沉降量。地基沉降使水闸呈现出的闸底板中间小、两边大的现象，若
4、闸体中间分缝， 必然导致分缝的闸体左、右两侧的两个闸段出现向填土侧倾斜，由此引发前述的 闸室缝墩张开，闸室倾斜，闸室的梁、板构件（包括胸墙、桥梁、底板等）由于支 座的相对变位（相邻闸墩的沉降差）出现裂缝等工程缺陷，可能还能引起严重的后 果。将闸基地基沉降在施加边荷载及不施加边荷载两种情况下的计算值绘于图 2。可以看出：在不施加边荷载的情况下，地基沉降基本上为均匀沉降，中墩处 最大沉降比边墩处最小沉降相差仅o. 9cm；施加边荷载后，受边荷载作用的影 响，沉降分布变更为边墩处最大，底板中间部位最小，其中边孔最大沉降差达到 9. 4cm。（图数字来源永定河固水闸设计资料）底板长度（m）荷载施加与不
5、施加底板地基沉降比较图由图可见边荷载所引起的闸底板地基沉降两端大、中间小，边孔不均匀沉降 差较大，其直接原因就是边荷载同闸体结构两者之同的荷载不均匀。在工程实践 中，可采用闸体两侧采用空箱过渡处理及对闸体两侧边荷载作用区域进行地基加 固等方案进行处理。采用空箱式结构：空箱式结构是种由纵横交错的直立墙和顶板组成的轻型 结构。箱内部分一般采用填土或不填土，以便其下地基沉降同闸体段相协调，视 墙身稳定性要求而定，但可以进水。有时底板和隔墙伸出后墙形成空箱扶壁式， 借以利用部分土重增加稳定安全系数，调整底部应力，实现由闸体向填土过渡， 在水闸两侧同两岸边接段通过采用这种扶壁式空箱结构过渡。空箱式结构的
6、特点是作用于地基上的单位压力较小，且分布均匀。但这种结 构较为复杂，材料用量亦较多。进行地基加固：对于均质地基来说，不均匀沉降主要是由于上部荷载的不均 匀所造成。对于水闸而言，主要是由于边荷载大于闸体荷载。因此可对填土区域 和闸体地基分开进行处理，对填土区域可采用深层搅拌桩、高压喷射注浆等复合 地基进行处理，对于松散砂性地基可采用振冲加密等进行处理，处理后地基压缩 模量等参数应以满足填土与闸体变形相协调为原则。对于水闸工程地基而言，边荷载同闸体结构荷载两者之间存在不均匀。荷载 的不均匀必然会造成闸体底板地基沉降的不均匀，从而导致缝墩张开、上部结构 裂缝等工程缺陷。这种现象对于高压缩性的地基表现
7、尤为突出。工程设计人员在 设计工作须予以重视，可采用复合地基加固填土区域地基和空箱过渡等方案进行 处理。另外，闸体两侧土压力计算建议采用有限元将闸体与地基、填土作为一个 整体，考虑三者的相互作用进行确定。参考文献l 谈松曦水闸设计北京：水利电力出版社， 19862 水闸设计规范 (SL265 2001) 中华人民共和国水利部， 20013陈页开，汪益敏，徐日庆t龚晓南刚性挡土墙被动土压力敷值分析。岩石力学与工程学报，2004(3)4徐日庆，陈页开，扬仲轩，龚晚南刚性挡土墙被动土压力模型试验研究。岩土工程学报， 2002(9)5 钱家欢土力学南京：河海大学出版社， 19986 刘振林永定河滞洪水闸退水闸边荷栽引发的问题及处理措施。水利水电 I 程设计， 2004(1)
水闸设计中边荷载对沉降的影响及解决方法
