水閘整體式平底板內力影響因素淺析

韓 菲

（陜西江漢水電勘測設計有限公司，陜西 西安 710016）

水閘底板是整個閘室結構的基礎，受力情況復雜，內力影響因素眾多。根據底板受力特點，通常在垂直水流方向截取單位寬度板條，按平面問題進行計算。設計時往往比較關注底板結構計算，而對底板結構優化重視不足。所以有必要對底板內力影響因素進行探討，為底板結構優化提供一些幫助。本文結合TH水閘工程，對水閘整體式平底板內力影響因素進行分析。

1 計算依據

TH水閘共有10孔，每孔設布置一扇平面鋼閘門擋水。閘室為兩孔一聯整體式平底板結構，鋼筋混凝土防滲墻防滲。根據地質資料，閘基覆蓋層厚度為26 m，按結構、成因和組成劃分為兩層，加權平均后地基變形模量為110 MPa。閘址區地震基本烈度為Ⅵ度，場地內不存在地基土液化問題。

計算閘段為中聯兩孔一聯，相鄰閘段與計算閘段結構相同。閘段順水流長16 m，閘孔凈寬7 m，底板厚1.5 m，中墩和縫墩寬1.2 m，閘墩高8.5 m，正常擋水時閘室水深6.0 m。閘段垂直水流方向長17.6 m，則彈性地基梁半梁長為8.8 m，可壓縮土層厚度與彈性地基梁半長之比2.95，因此假設地基為半無限大連續彈性體。

計算方法采用《水閘設計規范》[1]推薦的彈性地基梁法[2]，重點對正常擋水工況閘室上游段底板進行分析。閘室主要荷載為閘室自重、閘室上部荷載、水重、揚壓力、邊荷載和不平衡剪力。兩側邊荷載范圍取1個閘段長度，按均勻分布考慮。

2 影響水閘底板內力的因素分析

2.1 地基變形模量影響分析

根據地基特點，假設地基變形模量分別取90 MPa、100 MPa、110 MPa和120 MPa。地基變形模量增加時，底板外部荷載大小不發生變化，計算得到閘室底板地基反力和彎矩結果如表1、表2所示。表中地基反力以地基受壓為正受拉為負，彎矩以梁下部受拉為正上部受拉為負，地基反力計算位置（彎矩計算截面）是計算位置（計算截面）到彈性地基梁中心的距離，L為彈性地基梁半長。

表1 不同地基彈性模量地基反力計算結果

表2 不同地基彈性模量底板彎矩計算結果

由表1可知，靠近底板中間位置地基反力小，反之越大，在底板端部出現了較大的集中現象，最大和最小地基反力比值約7倍，這主要是由于郭氏查表法假設地基反力呈冪級數分布規律所致。同時可以看出，隨著地基彈性模量變化，地基反力值變化不顯著。

從表2可以看出，中墩附近底板下部受拉，跨中及邊墩附近底板上部受拉。隨著地基彈性模量變化，地基反力值變化不顯著。有資料認為，地基變形模量誤差在30%以下時，對地基反力及彎矩并不發生影響[3]。

2.2 底板厚度變化對閘室底板內力的影響

假設底板厚度分別取1.2 m、1.5 m、1.8 m和2.1 m。底板厚度變化時，底板均布荷載大小發生明顯變化，集中荷載大小變化很小，計算得到閘室底板地基反力和彎矩結果如表3、表4所示。

表3 不同底板厚度時地基反力計算結果

表4 不同底板厚度時底板彎矩計算結果

由表3可知，隨著底板厚度增大，地基反力明顯增大，梁端部反力增加幅度略大于梁中部。

從表4可以看出，隨著底板厚度增大，正彎矩明顯增大，負彎矩明顯減小，且正彎矩范圍不斷擴大，說明整個底板隨著厚度增加有由上部受彎向下部受彎變化的趨勢。這主要是因為閘底板厚度增大，彈性地基梁上均布荷載明顯增大，而集中荷載基本不變的緣故。

2.3 閘墩寬度變化對閘室底板內力的影響

假設中墩和邊墩增加同樣寬度，閘墩寬度分別取1.0 m、1.2 m和1.4 m。閘墩寬度發生變化時，底板集中荷載大小發生明顯變化，均布荷載大小變化很小，計算得到閘室底板地基反力和彎矩結果如表5、表6所示。由于閘墩寬度不同，底板長度發生變化，表中計算位置為底板長度的相對位置。

表5 不同閘墩寬度時地基反力計算結果

表6 不同閘墩寬度時底板彎矩計算結果

由表5可知，隨著閘墩寬度增大，地基反力有所增大，但變化不顯著。

從表6可以看出，隨著閘墩寬度增大，負彎矩和正彎矩均有所增大。根據郭氏計算表，邊墩荷載增大使底板負彎矩增大，中墩荷載增大使底板正彎矩增大，中墩和邊墩增加相同寬度時底板集中荷載對底板中部彎矩影響不顯著。進一步分析表明，由于閘墩寬度增加引起底板長度增加，底板均布荷載產生的彎矩使底板中部正彎矩明顯增大。

3 結語

采用彈性地基梁郭氏查表法，對兩孔一聯整體式平底板結構進行計算，簡要分析了地基土變形模量、底板厚度和閘墩寬度等因素對閘室底板地基反力和彎矩的影響，得出以下結論：

（1）地基變形模量變化對地基反力和底板彎矩影響不顯著。

（2）底板厚度對地基反力和底板彎矩影響顯著，隨著底板厚度增大，底板有由上部受彎向下部受彎變化的趨勢。

（3）邊墩寬度增大引起底板負彎矩增大，閘墩寬度增加所導致的底板長度增加是引起底板中部正彎矩增大的主要原因。

此次采用實際工程中常用算法對中聯閘室上游段底板進行了簡要分析，對水閘底板結構優化有一定參考價值。對于閘室整體結構受力、和邊荷載對內力影響還需進一步分析。