弹性地基梁法应用实例分析

□ 张大林

（作者单位：厦门市国水水务咨询有限公司 361015）

本文以安溪县村内水库溢洪道水闸为例，详细介绍了运用弹性地基梁法计算水闸底板内力的整个过程，期望对同类工程设计有所帮助。

一、工程概况

村内水库位于晋江西溪支流龙门溪上游，泉州市安溪县龙门镇，距龙门镇8.0km，坝址以上集雨面积18.4km2，是一座以灌溉为主，结合防洪、发电、养殖等为一体的综合性年调节中型水库。

村内水库溢洪道位于大坝左侧，采用堰顶有闸泄流方式，由闸室段、陡坡段、挑流鼻坎组成。堰顶高程为523.0m，进口净宽24m，共3孔，装有8.0×5.5m的弧形钢闸门，每扇闸门均采用2×10t电动卷扬机启闭。闸室基础为强风化凝灰溶岩。除险加固设计是对溢洪道拆除重建，重建的闸室采用C25钢筋混凝土结构，共设3孔，每孔净宽8m，中墩厚1.8m，边墩厚2.0m，底板顶高程为523.0m，底板厚度为1m，顺水流方向闸室全长为18.5m。

二、弹性地基梁法

弹性地基梁法通常有两种假定：一种是文克尔假定，即假定地基单位面积上所受的压力与该单位面积上的地基沉降成正比，其比例系数称为基床系数；另一种是假定地基为半无限大理想弹性体，认为土体应力和变形为线性关系。

按现行行业标准《水闸设计规范》（SL265-2001），岩基上开敞式水闸闸室底板的应力分析可按基床系数法计算。村内水库溢洪道基础为岩基，采用基床系数法分析底板应力，即采用文克尔假定。

三、内力分析

结合村内水库溢洪道闸室的实际情况，底板内力分析分三步进行：

第一步，根据闸室结构尺寸，计算不平衡剪力分配系数。

第二步，按工况将水闸进行上、下游分段，计算门底切口处的不平衡剪力，将不平衡剪力分配至闸墩和底板。第三步，分别将上下游底板受力情况汇总，各自分解到单位板宽，统计板条荷载，将单位板宽视为一条梁，按照文克尔假定，计算梁的弯矩。

表2 各工况单宽板条弯矩计算成果表 kn.m

表3 基床系数的参考数值表 kn.m3

四、不平衡剪力分配系数计算

将闸墩从左向右编号为b1～b4，村内水库溢洪道闸室的不平衡剪力分配系数计算成果见表1。

五、不平衡剪力及弹性地基梁的计算

从闸门门底截面将闸室分为上下两段，根据不同工况，按各分段上底板重量、闸墩重量、上部结构重量、底板上水重、基底反力、浮托力、渗压力等的平衡条件，算出各分段上的不平衡剪力，再按分配系数分配到底板及闸墩上，同时，根据各分段底板受力情况，分解到各单位板宽，综合后得到板条荷载。根据计算所得荷载及板条边界条件，使用《理正弹性地基梁计算程序》计算梁内弯矩。村内水库溢洪道闸室底板内力计算成果见表2。

根据表2中各工况的计算成果，选取最不利的内力组合，即可进行水闸底板的配筋计算。进行村内水库底板配筋计算时，每米板宽顶层钢筋按弯矩363.2kn.m计算受力筋，每米板宽底层钢筋按弯矩192.5kn.m计算受力筋。

六、基床系数选用

基床系数的选用对结果影响较大，合理确定亦不易。表3是通过几份资料汇总的基床系数参考值，地基软弱或基础宽度狭窄时选用低值，反之选用高值。根据实际情况，村内水库溢洪道闸室基岩基床系数取200 000 kn.m3。

七、结束语

弹性地基梁法是业内人士较为推崇的计算方法，虽然在中小型水利工程中的应用不多，但笔者将村内水库溢洪道闸室底板内力分析计算结果与类似工程相比较，成果较为理想。因此，笔者认为，通过简单的荷载计算配合专业的弹性地基梁计算程序，计算过程较为简便，在一定条件下，应将弹性地基梁法推广到中小型水闸的设计过程中，使设计成果更为经济、合理。