井字梁底板厚度对闸室地连墙变形及应力影响分析

刘建龙 王天荣 时殿亮

(1.江苏省泰州引江河第二期工程建设局， 江苏 南京 225321；2.江苏省水利建设工程有限公司， 江苏 扬州 225007)



井字梁底板厚度对闸室地连墙变形及应力影响分析

刘建龙1王天荣2时殿亮1

(1.江苏省泰州引江河第二期工程建设局， 江苏 南京 225321；2.江苏省水利建设工程有限公司， 江苏 扬州 225007)

本文以泰州引江河高港枢纽二线船闸工程为例，利用地连墙板桩结构的有限元整体分析模型，重点对井字梁底板厚度对闸室地连墙变形及应力影响进行分析。结果表明：井字梁底板设置有利于减小地连墙向闸室侧的变形，但随着底板厚度的增大对地连墙的位移及拉杆内力的影响越小，底板厚度为0.05B时较为合适(B为闸室宽度)。

井字梁； 闸室地连墙； 厚度； 变形应力； 影响

1 工程概况

泰州引江河第二期工程高港枢纽二线船闸，位于一线船闸西侧，该船闸尺寸为230m×23m×4m。上、下闸首均采用钢筋混凝土整体坞式结构。闸室采用分离式结构，全长230m，分为12节，在靠近上、下游闸首处镇静段内各设17.50m混凝土护坦。闸室边墙为灌注桩拉锚式地下连续墙, 墙顶高程1.50m, 底高程-15.00m，墙厚0.80m，顶部现浇厚1.20m的钢筋混凝土闸墙，闸墙顶部高程6.00m。上设厚0.40m的挡浪板，挡浪板顶高程7.20m。墙后填土高程6.00m。锚碇灌注桩直径1.20m，闸室两侧各三排，桩底高程-12.90m，桩顶高程1.90m，桩顶设宽9.80m、厚1.02m的承台。锚杆直径7cm。

闸室底板为30cm厚钢筋混凝土透水底板，中间设钢筋混凝土撑梁兼作格埂，素混凝土面高程为-4.50m。素混凝土厚30cm，反滤层为中石子、小石子、黄砂厚各15cm及土工布一层，混凝土纵梁断面为60cm×120cm，横梁断面为100cm×120cm，横梁兼作对顶撑梁。闸室剖面见图1。

图1 闸室剖面

2 有限元计算模型

根据泰州引江河高港枢纽二线船闸工程闸室墙地连墙板桩结构(锚碇桩-拉杆-地连墙结构)体系，建立有限元分析计算模型(见图2)。锚碇桩、地连墙、土体均采用四结点实体单元，拉杆单元为杆单元，采用平面应变模型进行分析。坐标系x方向垂直闸室，由左侧指向右侧；y方向正向竖直向上。二维整体分析模型共有66573个结点，65606个单元。对于地连墙、井字梁、锚碇桩以及拉杆采用线弹性本构模型计算，土体采用Duncan-Chang非线性弹性模型。本文在数值模拟过程中将施工期分为5个工况，分别为：ⓐ锚碇桩、地连墙及锚杆已施工完毕，尚未填土；ⓑ地连墙土体回填至高程4.38m；ⓒ闸室土体开挖至-5.70m高程；ⓓ闸室1.20m厚井字梁浇筑完闭;ⓔ继续回填板桩墙墙后土体至高程6.00m。

图2 锚碇桩-拉杆-地连墙结构体系

3 井字梁底板厚度对地连墙变形及应力的影响分析

该工程设计井字梁尺寸为纵梁60cm×120cm、顶撑梁(梁间距)100cm×120cm(见图1)，通过对不同井字梁底板截面厚度进行计算，分析井字梁底板截面厚度对闸室地连墙的变形与应力的影响。

图3比较了不同井字梁底板截面厚度下地连墙水平位移沿高程变化曲线。

图3 井字梁底板截面厚度(h)对地连墙位移的影响(工况ⓔ)

a.比较了不同井字梁底板截面厚度下施工期地连墙主拉应力变化曲线(见图4)。

图4 井字梁底板截面厚度(h)对地连墙拉应力的影响

b.比较了不同井字梁底板截面厚度下施工期拉杆内力的变化曲线(见图5)。

图5 井字梁底板截面厚度(h)对拉杆内力的影响

4 影响效果分析

从以上比较分析可以看出，井字梁底板浇筑，有利于减小地连墙向闸室侧的变形，但井字梁底板截面厚度变化对地连墙的位移及拉杆内力的影响很小；井字梁底板的浇筑可将有效减小土体再次回填后地连墙的主拉应力，井字梁底板浇筑厚度为0.05B时较为合适(B为闸室宽度，该工程B=23m)，继续增大底板截面厚度对土体再次回填后地连墙的主拉应力的影响很小。在不浇筑井字梁的情况下(h=0.0m)，拉杆的内力有明显增大趋势，拉杆内力最大值(工况ⓔ，429.82kN)比浇筑井字梁时拉杆内力(403.46kN)提高了6.53%。因此，设置井字梁底板能有效地控制地连墙的变形趋势，减小地连墙变形，有效减小土体再次填筑后地连墙的主拉应力，但继续增大底板截面厚度对土体再次回填后地连墙变形与主拉应力的影响很小。

5 结 论

井字梁底板的设置，有利于减小地连墙向闸室侧的变形，但井字梁底板截面厚度增大，对地连墙的位移及拉杆内力影响很小。井字梁底板的浇筑可有效减小土体再次回填后地连墙的主拉应力。类似工程设计时，井字梁底板浇筑厚度取0.05B(B为闸室宽度)较为合适，继续增大底板截面厚度对土体再次回填后地连墙的主拉应力影响很小。

Analysis of the influence of well-shaped beam slab thickness on lock chamber ground-to-wall deformation and stress

LIU Jianlong1, WANG Tianrong2, SHI Dianliang1

(1.JiangsuTaizhouYinjiangheStageIIEngineeringConstructionBureau,Nanjing225321,China; 2.JiangsuHydraulicEngineeringConstructionCo.,Ltd.,Yangzhou225007,China)

In the paper, Taizhou Yinjianghe Gaogang Hub Second-Line Ship-Lock Project is adopted as an example. Finite element overall analysis model of ground-to-wall pile structure is utilized for mainly analyzing the influence of well-shaped beam slab thickness on lock chamber ground-to-wall deformation and stress. The results show that well-shaped beam bottom plate setup is beneficial for reducing the deformation of ground-to-wall to the side of lock chamber. However, the influence on ground-to-wall displacement and pull rod internal force is smaller due to the increase of bottom plate thickness. The influence is more suitable when the bottom plate thickness is 0.05B(Brefers to lock chamber width).

well-shaped beam; lock chamber ground-to-wall; thickness; deformation stress; influence

10.16616/j.cnki.11- 4446/TV.2016.11.008

TV662

A

1005-4774(2016)11- 0032- 03