水闸工程设计中沉降影响的研究

摘要：在水闸设计工作中，影响闸室底板沉降量的因素很多，但是边荷载选取范围对其影响规律研究较少。文章以实际工程为例，计算水闸在相同工况和地基条件下，通过选取不同的边荷载范围，得到闸底板对应沉降量，分析得出闸底板沉降量随着边荷载取值范围的增加，前期增速较快，后期增速趋于平缓，当边荷载取值范围超过闸室底板宽度1倍时，随着边荷载范围的继续增加，沉降量变化不大，可为其他工程设计提供经验和参考。

关键词：水闸；工程设计；边荷载范围；沉降

水闸边荷载是指水闸边墩两侧回填土或其他构筑物所形成的荷载，其对闸室底板的影响主要有应力和沉降两个方面。在水闸工程设计中，边荷载对闸室底板应力的影响已做了大量研究，并且《水闸设计规范》（SL265-2016）中对这方面作了明确规定，但是边荷载对闸室的沉降的影响目前研究较少。目前，在水闸设计中，比较快速的处理方案就是闸室主体机构施工完后，两侧采用符合要求的填筑土料进行回填，因此在设计计算闸室沉降的工作中，需要对边荷载的选取范围进行判断，边荷载选取范围的大小对闸室沉降量的影响会关系到闸室是否满足天然地基沉降要求，是否需要地基处理等一系列问题，是设计人员在工程设计中必须引起重视和关注的因素，如果计算过程中对边荷载考虑不周全，所得成果与实际偏差较大，会给后期工程设计和施工带来较大的影响。根据工程实际设计经验，闸室周围边荷载的选取范围对闸室沉降的计算影响比较明显，文章以望虞河西岸控制工程中的团结河节制闸为例，通过不同边荷载范围的选取进行研究计算，分析其对闸室沉降的影响规律，为其他工程设计提供经验和参考。

1工程概况和地勘资料

团结河节制闸位于江苏常熟境内，闸室净宽4m，闸室底板顺水流方向长15m，宽5.6m，底板厚0.8m，底部高程-0.4m，坐落在②1层粉质粘土上面，天然地面标高为1.76m。场地内浅部分布地层主要有：①3-1层淤泥质粉质粘土、②1层粉质粘土、③1t层粉质粘土、③1层砂质粉土、③2-2t层粉质粘土。其中：①3-1层淤泥质粉质粘土，呈软塑~流塑状，高等压缩性，厚度约为0.60~2.0m，土质较软。②1层粉质粘土，该层场地内均有分布，以可塑~硬塑状为主，呈微透水性，中等压缩性，厚度为4.50~5.85m，厚度较大，工程地质条件较好。③1层砂质粉土，稍密状为主，中等压缩性，厚度为1.3~3.75m，该层土工程力学性质亦较好，但厚度变化较大，且分布不连续。③1t层粉质粘土夹粉土，软塑~可塑状，高等压缩性，厚度为3.0~6.1m，该层土呈透镜体状分布，分布不连续。③2-2t层粉质粘土，灰色，局部夹粉土薄层和泥钙结核，土质稍均，软塑~可塑状，干强度中等，韧性中等。根据现场勘查结果，闸底板钻孔资料如表1，其中每层土压缩e-p曲线根据实验实测所得。

2计算说明和结果

以闸室稳定计算完建期工况荷载为参考计算，得到闸底板所受竖向力，在同一种地基土和同一种基础形式上，选取不同边荷载范围时，其他计算参数保持不变，依次选取边荷载范围为闸底板宽度D的0、0.25、0.50、0.75、1.0、1.25、1.5、2.0倍，采用同济启明星计算软件进行计算研究，分析闸室沉降量随边荷载选取范围的变化规律，计算结果如表2，闸底板沉降量与边荷载选取范围关系曲线如图1。以上计算成果表明，闸底板沉降量随着边荷载取值范围的增加前期增速较快，后期增速趋于平缓，当边荷载取值范围超过闸室底板宽度1倍时，随着边荷载范围的继续增加，沉降量变化不大。边荷载取值范围为闸室底板宽度D的0、0.25、0.50、0.75、1.0、1.25、1.5、2.0倍时，沉降量依次为78.6mm、145.9mm、174.6mm、191.8mm、206.5mm、212.5mm、216.1mm、220.1mm。

3结论

（1）根据《水闸设计规范》（SL265-2016）实施指南，天然土质地基上水闸地基最大沉降量不宜超过15cm，所以根据上述工程实例可以看出，在设计计算过程中边荷载选取范围不同，可能直接影响水闸沉降量是否满足规范要求。如上述边荷载取值范围为闸底板宽度0、0.25倍时，沉降量依次为78.6mm、145.9mm，不超过15cm，不需要对天然土质地基进行处理；当边荷载取值范围继续增加时，沉降量不满足规范设计要求，需对地基进行处理。因此，针对闸室坐落在较窄河道，需进行开挖回填至一定地面高程的工程，应尽量不采用放坡大开挖再回填的方式进行开挖，这样边荷载范围较大，闸室沉降量也有可能因此超过规范要求，应尽量优化开挖方式，减少边荷载的影响。（2）根据水闸沉降量随着边荷载取值范围增加而变化的规律，针对闸室布置在较宽的河道，闸墩两侧需进行回填的工程，若回填范围小于闸室底板宽度按实际宽度计算即可，若回填范围远大于闸室地板宽度，取1倍闸室底板宽度的边荷载计算范围即可，以便工程快速计算设计。（3）由于边荷载对水闸闸底板的应力和沉降均有较大的影响，在工程设计和施工中，优化施工方案，提出合理的施工顺序和工艺，减小边荷载的影响，是在未来设计工作中需要加深研究和改进的。

参考文献：

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[4]关淑萍，张燎军，王大胜，等.边荷载对水闸地基沉降与底板内力的影响研究[J].水电能源科学，2006，24（2）：58-60.

[5]马世荣，刘振美，苗兴皓.边荷载对水闸基础设计内力的影响[J].山东水利科技，1997（4）：45-46.

作者:肖彬 蔡小莹 单位:上海勘测设计研究院有限公司