水闸整体式平底板内力影响因素浅析

韩 菲

（陕西江汉水电勘测设计有限公司，陕西 西安 710016）

水闸底板是整个闸室结构的基础，受力情况复杂，内力影响因素众多。根据底板受力特点，通常在垂直水流方向截取单位宽度板条，按平面问题进行计算。设计时往往比较关注底板结构计算，而对底板结构优化重视不足。所以有必要对底板内力影响因素进行探讨，为底板结构优化提供一些帮助。本文结合TH水闸工程，对水闸整体式平底板内力影响因素进行分析。

1 计算依据

TH水闸共有10孔，每孔设布置一扇平面钢闸门挡水。闸室为两孔一联整体式平底板结构，钢筋混凝土防渗墙防渗。根据地质资料，闸基覆盖层厚度为26 m，按结构、成因和组成划分为两层，加权平均后地基变形模量为110 MPa。闸址区地震基本烈度为Ⅵ度，场地内不存在地基土液化问题。

计算闸段为中联两孔一联，相邻闸段与计算闸段结构相同。闸段顺水流长16 m，闸孔净宽7 m，底板厚1.5 m，中墩和缝墩宽1.2 m，闸墩高8.5 m，正常挡水时闸室水深6.0 m。闸段垂直水流方向长17.6 m，则弹性地基梁半梁长为8.8 m，可压缩土层厚度与弹性地基梁半长之比2.95，因此假设地基为半无限大连续弹性体。

计算方法采用《水闸设计规范》[1]推荐的弹性地基梁法[2]，重点对正常挡水工况闸室上游段底板进行分析。闸室主要荷载为闸室自重、闸室上部荷载、水重、扬压力、边荷载和不平衡剪力。两侧边荷载范围取1个闸段长度，按均匀分布考虑。

2 影响水闸底板内力的因素分析

2.1 地基变形模量影响分析

根据地基特点，假设地基变形模量分别取90 MPa、100 MPa、110 MPa和120 MPa。地基变形模量增加时，底板外部荷载大小不发生变化，计算得到闸室底板地基反力和弯矩结果如表1、表2所示。表中地基反力以地基受压为正受拉为负，弯矩以梁下部受拉为正上部受拉为负，地基反力计算位置（弯矩计算截面）是计算位置（计算截面）到弹性地基梁中心的距离，L为弹性地基梁半长。

表1 不同地基弹性模量地基反力计算结果

表2 不同地基弹性模量底板弯矩计算结果

由表1可知，靠近底板中间位置地基反力小，反之越大，在底板端部出现了较大的集中现象，最大和最小地基反力比值约7倍，这主要是由于郭氏查表法假设地基反力呈幂级数分布规律所致。同时可以看出，随着地基弹性模量变化，地基反力值变化不显著。

从表2可以看出，中墩附近底板下部受拉，跨中及边墩附近底板上部受拉。随着地基弹性模量变化，地基反力值变化不显著。有资料认为，地基变形模量误差在30%以下时，对地基反力及弯矩并不发生影响[3]。

2.2 底板厚度变化对闸室底板内力的影响

假设底板厚度分别取1.2 m、1.5 m、1.8 m和2.1 m。底板厚度变化时，底板均布荷载大小发生明显变化，集中荷载大小变化很小，计算得到闸室底板地基反力和弯矩结果如表3、表4所示。

表3 不同底板厚度时地基反力计算结果

表4 不同底板厚度时底板弯矩计算结果

由表3可知，随着底板厚度增大，地基反力明显增大，梁端部反力增加幅度略大于梁中部。

从表4可以看出，随着底板厚度增大，正弯矩明显增大，负弯矩明显减小，且正弯矩范围不断扩大，说明整个底板随着厚度增加有由上部受弯向下部受弯变化的趋势。这主要是因为闸底板厚度增大，弹性地基梁上均布荷载明显增大，而集中荷载基本不变的缘故。

2.3 闸墩宽度变化对闸室底板内力的影响

假设中墩和边墩增加同样宽度，闸墩宽度分别取1.0 m、1.2 m和1.4 m。闸墩宽度发生变化时，底板集中荷载大小发生明显变化，均布荷载大小变化很小，计算得到闸室底板地基反力和弯矩结果如表5、表6所示。由于闸墩宽度不同，底板长度发生变化，表中计算位置为底板长度的相对位置。

表5 不同闸墩宽度时地基反力计算结果

表6 不同闸墩宽度时底板弯矩计算结果

由表5可知，随着闸墩宽度增大，地基反力有所增大，但变化不显著。

从表6可以看出，随着闸墩宽度增大，负弯矩和正弯矩均有所增大。根据郭氏计算表，边墩荷载增大使底板负弯矩增大，中墩荷载增大使底板正弯矩增大，中墩和边墩增加相同宽度时底板集中荷载对底板中部弯矩影响不显著。进一步分析表明，由于闸墩宽度增加引起底板长度增加，底板均布荷载产生的弯矩使底板中部正弯矩明显增大。

3 结语

采用弹性地基梁郭氏查表法，对两孔一联整体式平底板结构进行计算，简要分析了地基土变形模量、底板厚度和闸墩宽度等因素对闸室底板地基反力和弯矩的影响，得出以下结论：

（1）地基变形模量变化对地基反力和底板弯矩影响不显著。

（2）底板厚度对地基反力和底板弯矩影响显著，随着底板厚度增大，底板有由上部受弯向下部受弯变化的趋势。

（3）边墩宽度增大引起底板负弯矩增大，闸墩宽度增加所导致的底板长度增加是引起底板中部正弯矩增大的主要原因。

此次采用实际工程中常用算法对中联闸室上游段底板进行了简要分析，对水闸底板结构优化有一定参考价值。对于闸室整体结构受力、和边荷载对内力影响还需进一步分析。