整体式船闸闸室多种工况下结构稳定计算分析

刘祖斌，吴小娟

（1.江西省峡江水利枢纽工程管理局，江西南昌330046；2.江西省景德镇市玉田水库管理处，江西景德镇333000）

1 基本情况

峡江水利枢纽工程位于江西省峡江县巴邱镇，控制流域面积6.27×104km2，是赣江上一座大型控制性水利枢纽工程。峡江水利枢纽工程船闸闸室结构原设计采用钢筋混凝土分离式结构，闸室总长为174.00 m，共计10个结构段，闸室底板及侧墙要求坐落在弱风化层上。随着工程进行闸室段的土石方开挖施工，现场发现船闸下游闸室6#～10#结构段和下闸首发育有规模较大的F12、F13断层，两断层带影响宽度达100 m。根据断层泥承载力分布情况，原闸室侧墙、底板地基应力远大于承载力，并且摩察系数较低，侧墙稳定不能满足设计要求，因此，原设计方案需调整才能满足工程要求。通过设计方案的比较，闸室6#～10#结构段由原分离式结构变更为整体式结构。

2 闸室稳定设计参数

峡江水利枢纽工程通航建筑物建设标准为内河Ⅲ级，闸室6#～10#结构段采用整体式闸室结构，输水方式采用闸底长廊道分散输水。

影响闸室结构稳定计算参数如下：

（1）水位：船闸运行期、完建期、检修期和施工期的水位对闸室的稳定产生直接影响，同时闸室内、外水位的不同工况是稳定计算分析的主要因素。

（2）地基参数：地基承载力和抗剪摩擦系数通过现场的原位试验取得，闸室回填材料的物理力学指标通过试验取得。

（3）闸室结构尺寸（见图 1）。

3 闸室整体稳定计算结果

运行期、完建期和检修期闸室稳定计算见图2、表1、表2，施工期闸室稳定计算见图3和表3、表4。

图1 峡江水利枢纽船闸结构尺寸

图2 运行期、完建期和检修期计算示意图

表1 运行期、完建期和检修期多种工况参数汇总表

表2 运行期、完建期和检修期多种工况计算结果汇总表

图3 施工期计算示意图

表3 施工期多种工况参数汇总表 m

表4 施工期多种工况计算结果汇总表

4 计算分析

（1）整体式闸室结构运行期、完建期整体稳定满足规范要求。

（2）在临土侧提高回填混凝土高程的前提下，检修期整体稳定性满足规范要求。

（3）施工期闸墙单侧挡水能力较差，即使临水侧闸墙全部施工完毕，并且临土侧闸墙和回填土施工至30.00 m高程，单侧挡水高程也仅在38.00 m左右。如果继续考虑提高临土侧闸墙和回填土施工高程以提高临水侧闸墙单侧挡水高程，不仅对施工能力提出了很高的要求，而且闸室结构会产生更大的内力，配筋不能满足要求，地基承载力也将不满足要求，结构将失稳。

(4）整体式闸室结构为“U”型结构，常规的施工工艺应该是两侧闸墙均匀上升，结构受力均按照此结构进行设计。如果采用两侧闸墙分开施工，特别在一侧闸墙全部施工完毕而另一侧闸墙基本不施工的时候，将会产生较大的初始应力，导致结构受力的再分配，此时的结构受力复杂，内力分配较难明确，从而影响结构强度。另外，两侧闸墙分开施工会导致结构的不均匀沉降，通过数学模拟，不均匀沉降量在6 cm左右。

5）结构自重、摩擦系数、回填材料、扬压力等对结构计算结果很敏感，这些设计参数的变化将直接影响闸室的整体稳定性，在整体稳定安全系数富裕度不大的情况下，施工期单侧挡水存在一定的隐患。

5 结论

1）本工程整体式闸室结构单侧挡水高程不宜过高，施工过程中必须严格控制外江的水位：当临水侧闸墙和底板全部施工完毕，临土侧闸墙没有施工的时候，外江水位不能超过31.00 m；当临水侧闸墙和底板全部施工完毕，临土侧闸墙和回填料仅施工至30.00 m高程的时候，外江水位不能超过38.00 m。当临水侧闸墙施工至42.00 m高程时，临土侧闸墙必须施工至35.00 m高程，并且31.00 m以下回填C15素混凝土，此时的外江水位不能超过38.00 m。

2）当外江水位超过38.00 m时，为保证施工，必须采取工程措施，确保闸室的稳定：当外江水位超过38.00m时，闸室内必须灌水；当外江水位为39.00 m时，闸室内需灌水，水位高程大于28.20 m；当外江水位为40.00 m时，闸室内需灌水，水位高程大于33.20 m；当外江水位为41.00 m时，闸室内需灌水，水位高程大于35.00 m；当外江水位为42.00 m时，闸室内需灌水，水位高程大于37.00 m；当外江水位高于 42.00 m高程时，闸室内外水位差为零。

3）要求两侧闸墙同时施工，或者尽量减少两侧闸墙施工高差以减少不均匀沉降，提高结构强度。

4）由于整体式闸室结构基础为断层泥，施工期应加强沉降、位移观测。