《渠化工程》 第6章 船闸水工建筑物(1,2节)

'第第六六章章船闸船闸水工建筑物水工建筑物第一节第一节概述概述第二节第二节作用在船闸结构上的荷载作用在船闸结构上的荷载第三节第三节船闸闸室结构船闸闸室结构 一、一、船闸水工建筑物设计的基本要求船闸水工建筑物设计的基本要求进行船闸水工建筑物设计时，首先需考虑以下的基本要求：(1)选择结构型式时综合比较；(2)闸首、闸室等挡水建筑物，必须满足稳定和强度要求及防渗排水设计。(3)溢洪船闸在布置和结构上须有相应的安全措施（4）隐蔽工程和水下工程的安全（5）施工期安全• 二、二、建筑物级别的划分建筑物级别的划分ò根据通过船闸的设计最大船舶吨位，船闸可分为七级；ò根据船闸级别及各部分建筑物在工程中的作用和重要性，船闸水工建筑物划分为5级。 表表66--11船闸分级指标船闸分级指标船闸级别ⅠⅡⅢⅣⅤⅥⅦ设计最大船舶吨位30002000100050030010050 表表66--22船闸水工建筑物级别划分船闸水工建筑物级别划分船闸级别水工建筑物级别永久性建筑物临时性建筑物闸首、闸室导航、靠船建筑物Ⅰ134Ⅱ、Ⅲ234Ⅳ、Ⅴ345Ⅵ、Ⅶ45 为提高其结构的可靠性，宜将有下列情况之一的，按表6-2所列级别提高1级采用。(1)当最大水头超过15m；(2)当建筑物失事后，将使下游城镇、田地、工矿区或其他国民经济部门遭受严重灾害或引起巨大损失，以及临时性建筑物失事可能引起永久性建筑物遭受严重破坏。(3)水工建筑物的工程地质条件特别复杂，或采用实践经验较少的新型结构。 三、三、设计应具备的基本资料设计应具备的基本资料船闸水工建筑物设计的基本资料包括过闸货运量、船型、自然条件、航道状况、建筑材料来源、施工设备及施工条件等。 ©(1)船闸自上游引航道至下游引航道范围的水上、水下地形图。有时还应包括上游锚地及下游锚地范围的地形图；©(2)整个船闸范围的地质纵横剖面图。©(3)水文、气象资料。包括各种特征水位，河流泥沙淤积情况以及气温、水温、风向、风速等资料；©(4)整个船闸范围的地质综合报告，包括工程和水文地质条件、地基的承载能力、岩石风化程度，持力层深度、地震烈度以及建筑材料性能、取料场地等；©(5)施工条件及施工设备等的有关资料。 第第二二节节作用于船闸的荷载计算分析作用于船闸的荷载计算分析一、作用荷载作用于船闸水工建筑物上的荷载包括：（1）建筑物自重、水重及建筑物内部或上部填料重;（2）闸门、阀门及其它设备的重量;（3）土压力;（4）静水压力;（5）扬压力（包括浮托力及渗透压力）; 一、一、作用作用荷载荷载（6）船舶荷载（7）活荷载（8）波浪压力（9）水流力（10）地震力（11）其他 二、荷载计算二、荷载计算3．土压力三种土压力状态：主动土压力静止土压力被动土压力 主动土压力：当墙体发生背离填土方向产生水平位移，填土达到主动极限平衡状态，此时的土压力为主动土压力；△／Ｈ＝0.001~0.005被动土压力：当墙体发生向着填土方向位移或变形，填土达到被动极限平衡状态，此时的土压力为被动土压力；△／Ｈ＝0.01~0.05静止土压力：当墙体静止不动，此时的土压力为静止土压力 土压力的影响因素土压力的影响因素•墙的形式和墙体的刚度；•墙表面的荷载；•墙背的倾斜度及粗糙度•墙的变形和位移•填土的性质•地下水的情况 闸室结构与土压力状态闸室结构与土压力状态¾（1）土基上的重力式、扶壁式、悬臂式等结构，墙后填土应按主动土压力计算；¾（2）土基上设斜桩和带横撑的直桩基础上或岩基上的重力式、扶壁式、悬臂式、混合式等结构，由于墙身变位受到限制，主动极限平衡状态一般难以发生，墙后填土应按静止土压力计算；¾（3）整体式结构不论是建在土基上还是岩基上，墙后土压力均按静止土压力计算；¾（4）墙高大于15m的整体式及悬臂式钢筋混凝土结构，观测表明，结构上部产生大于静止土压力的附加土压力，因此应按附加土压力的影响进行分析研究。 库仑主动土压力计算：对于无粘性多层土或折线墙背，当-15≤α≤θ′时：土压力：1///hnEn=e(n+en)（6-1）2cosα1///Enx=e(nx+enxh)n（6-2）21///Eny=e(ny+enyh)ntgα（6-3）211θ′=(90°−ϕ)−(ε−β)22（6-4）sinβ−1sinϕ其中ε=sinθ′为第二破裂面与垂线的夹角 主动土压力计算：图6-1主动土压力计算（库仑法） ///ee土压力强度n、n为：n−1/e=k(q+∑hrk)cosαnqiia（6-5）i=1n//e=k(q+∑hrk)cosαnqiia（6-6）i=1 作用在垂直面上，第n层土上、下端处e/e//的水平分土压力强度nx、nx为：n−1/e=k(q+∑rhk)nxqiiaxi=1（6-7）n//enx=(kqq+∑rihi)kax（6-8）i=1 作用在水平面上，第n层土上、下端处的e///垂直分土压力强度nye、ny为：n−1/eny=k(qq+∑rihik)ay（6-9）i=1n//e=k(q+∑rhk)（6-10）nyqiiayi=1 以上式中cosαk=qcos(α−β)2cos(ϕ−α)ik=a2sin(ϕi+δ)sin(ϕi−β)2cosαcos(α+δ)[1+]cos(α+δ)cos(α−β)k=k⋅cos(α+δ)axak=ksin(α+δ/)tgαaya 墙背外摩擦角δ影响因素：填土性质、墙背型式、粗糙程度等墙背外摩擦角取值：(1)仰斜的混凝土或砌体墙背采用1/2~2/3）阶ϕ梯型采用（2/3~1）；ϕϕ(2)垂直的混凝土或砌体墙背采用（1/3~1/2）(3)俯斜的混凝土或砌体墙背采用（0~1/3）。ϕ 对无粘性土：ϕ当β=0，α≥45°−或墙身为L型结构时，2主动土压力可按朗肯公式计算。主动土压力系数2ϕk=tg(45°−)（6-11）ax2对粘性土：粘性土主动土压力根据经验可采用楔体极限平衡图解法、公式法；也可将凝聚力换算为内摩擦角（即等代内摩擦角）,按无粘性土计算主动土压力。对于土质较差或回填不密实的粘性土，可不计凝聚力。 ò当地面为水平时，在计算垂面上粘性土的主动土压力强度也可按下式计算：n•eqraH=+()∑iihKca−2Ka（6-12）i=1•（6-13）2oϕK=tan(45−)a2•式中：eaH——主动土压力强度（kPa），当eaH小于等于0时，取0；•q——地面均布荷载（kPa）；•ri——第i层土的重度（）；•hi——第i层土的厚度（m）；•Ka——第n层土主动土压力系数；•c——第n层土的粘聚力（）•ϕ——第n层土的内摩擦角（）• 静止土压力通常是指墙体没有位移时的土压力，一般为墙身刚度较大和地基不发生沉降的情况。静止土压力系数可采用主动土压力系数的1.25～1.5倍。 5．扬压力作用于建筑物基础底面垂直向上的总水压力称为扬压力，包括浮托力和渗透压力。建筑物基底浮托力的强度等于低水一侧水位与建筑物基底的高程差乘以水的重度。渗透压力的确定取决于地基的性质； •土基上建筑物的渗透压力 岩基上建筑物的渗透压力计算：岩基上建筑物的渗透压力计算：影响因素与基岩特性、裂隙程度、节理分布、建筑物与基岩接触面附近材料和施工质量、防渗和排水效果等多种因素有关。 图6-3未设帷幕、排水的岩基上扬压力分布图H1--为上游水深α为渗压折减系数1H2为下游水深 （2）单位宽度上总渗透压力为：1V=αγHB（6-12）s12式中V总渗透压力，KN/m；s：α：渗压折减系数；γ：水的重度，KN/m3；B：建筑物基底的宽度，m。渗压折减系数，一般根据地质条件、建筑物等级、承受水头的大小、建筑材料、施工条件及质量等因素综合考虑，按0.3～1.0选用 渗压折减系数影响因素ò地质条件好，节理裂隙不发育的基岩，α取小值；ò承受水头高时，取较大值；ò建筑物级别较大时，取较大值；ò建筑物采用的材料为混凝土取小值，采用浆砌块石，取较大值；ò施工质量好，α取小值．ò作用于衬砌式闸墙背后的水压力，按静水压力乘以折减系数计，其值应与墙底的渗压折减系数相协调，也取α=0.3~1.0。 6．船舶荷载（1）船舶荷载类型：船舶行进时，船舶对建筑物的撞击力；船舶停靠时，由系船设备传到建筑物上的系缆力。停靠在建筑物前的船舶受风力作用而产生的横挤力，一般比撞击力小，在船闸设计中多不予以考虑。 （2）撞击力计算公式：采用经验公式计算船舶的撞击力，其计算公式为3/2p=9.0kw（6-13）c式中P船舶撞击力，KN；cW船舶（队）排水量，t；K系数：闸室K=1.0，引航道中导航建筑的直线段K=1.67，曲线段K=2.0。 （3）撞击力方向及分布：船舶撞击力的作用方向垂直于建筑物表面。撞击力分布长度可按下列公式计算：2（6-16）L=yy32b≤L≤L（6-17）yd式中Ly沿墙长方向的分布长，m；y撞击点至计算截面的高度，m；b计算截面处的墙厚度，m；Ld墙分块长度，m。 （4）船舶系缆力（闸室设计用）由配缆破断力计算确定。设计时，可根据过闸船舶的载重量，按表6-3选用。内河货船、驳船系缆力值表6-3船舶载重量DW（t）系缆力值（KN）DW≤10030100