[工学]航道工程学-船闸的结构荷载与设计

式中 D——吹程，km，库区船闸取闸前沿 水面至对岸的最大直线距离。
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5、水流力
作用于建筑物各部件上的水流力可按下式计算： （6-22）
F = Cw rv 2 ------- A 2g
式中 F——水流力，kN； v——计算流速，m／s； Cw——水流力系数，与计算构件的断面形状等因素有关 ，可取为1.2～2.0； r——水的重度，KN/m3 ； g——重力加速度，取9．81m／s2； A——构件在与水流流向垂直的平面上的投影面积(m)。 计算流速采用建筑物使用期间，在其所处范围内可能出 现的最大平均流速。
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基本组合①：运用情况； 基本组合②：检修情况、完建情况及施工情况
特殊组合可分为两种情况：
特殊组合①为相应于校核洪水、排水管堵塞或止 水破坏情况的荷载； 特殊组合②为相应于运用期和检修期地震情况的 荷载。 溢洪情况的荷载列入基本组合①。
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荷 载 组 合
荷 载 组 合 基 本 组 合 主要考虑情 况 自 重 设 备 力 √ √ √ 土 压 力 √ √ √ √ 水 压 力 √ √ 扬 压 力 √ √ 船 舶 荷 载 √ 水 流 力 √
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(5) 特殊工况 应考虑: 校核洪水; 排水管堵塞; 止水破坏情况; 对处于地震区的船闸，应进 行地震情况的计算。
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闸首结构计算尚应注意的问题 闸首本身的检修情况； 闸首与其他结构间的止水设备破坏的情 况； 对闸首施工时期的计算情况，也应对不同 施工程序的工作情况进行核算。
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2. 荷载组合
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（2）检修情况 船闸检修时，可能的最不利水位组合，是将闸 室内的水完全抽干，墙后地下水处于检修期可能 出现的最高水位，并有闸面活荷载的作用。这种 计算情况的特点是指向闸室方向的水平力较大， 对于透水闸底的闸室，其渗透压力较大。 （3）完建情况 闸室全部建成尚未放水的情况。此时闸墙已 浇筑到顶，墙后填土已达到设计标高，并有闸面 活荷载，地下水位尚未抬升，取与底板底面齐平 。这种计算情况的特点是作用在地基上的垂直荷 载较大。
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（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 - y = Ly 3
（6-16） （6-17）
2b ≤ Ly ≤ Ld
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。
设计船闸时，应根据建筑物的工作条件及各种 荷载同时作用的实际可能性来确定最不利的荷载 组合，选用相应的安全系数。 荷载组合可分为基本组合和特殊组合。 基本组合是指经常作用的或在建筑物某一出现机 率较多的工作情况下的作用荷载的组合； 特殊组合是指建筑物偶然发生的或出现机率较少 的工作情况下的作用荷载的组合。
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（1）运用情况：
1）闸室内为上游最高通航水位，墙后地下水取可能出 现的最低地下水位或墙后排水管水位。此时，除水压力， 土压力及自重力等荷载外，还应考虑船舶撞击力的作用。 这种计算情况的特点是指向回填土方向的水平力最大。 2）闸室内为下游最低通航水位，墙后取可能出现的最 高地下水位或墙后排水管水位。此时，除水压力，土压力 及自重力等荷载外，还应考虑系缆力及闸面活荷载的作 用。 这种计算情况的特点是指向闸室方向的水平力较 大。 3）当船闸与其他水工建筑物并列布置时，相邻建筑物 进行检修的不利水位； 4）可能出现的最大水位差的其他不利组合。
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二、计算情况及荷载组合
1．计算情况
起控制作用的组合方式，是指在建造、使用、检 修等各个时期，影响结构与地基强度和稳定性的 ，作用在船闸结构上的外荷载所可能出现的最不 利组合。出现这种荷载组合的工作情况通常称为 计算情况。 船闸结构的计算情况，主要有运用、检修、完建 、施工和特殊工况等，可根据工程的具体情况分 析选取。
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（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。
20 船舶系缆力在建筑物长度方向上的分布与船舶撞击力相同
4．波浪压力
（1）平原地区船闸，按有限水深公式计 算
2hw=0.0151W(H D)0.33 2Lw=0.104W H0.57 D0.33
二、船闸的防渗布置 船闸的防渗布置的影响因素： •地基的水文地质条件(土壤性质、土层的分布、 不透水层存在情况等) •作用水头的大小 •船闸结构型式以及船闸在枢纽中位置等因素
地基土壤主要可分为砂性和粘性两大类。 砂性土壤，由于颗粒间无粘着力或粘着力很小，容易发生渗流变形。 因而防渗布置时，除了考虑减少渗透压力外，还应注意防止渗流变形，尤 其是在细砂和粉砂地基上更要特别注意。 粘性土壤颗粒间具有粘着力，不易发生渗流变形。 因而防渗布置主要是减少渗透压力，提高建筑物抗滑稳定性。
表6-6
波 浪 力 √ 活 荷 载 √ √ √ 地 震 力
运用情况 检修情况 施工情况 完建情况
√ √ √ √
特 殊 组 合
校核洪水 排水管堵塞 及止水局部 破坏 运用+地震 检修+地震
√
√
√
√
√
√
√
√
√
√Hale Waihona Puke √√√√
√
√
√ √
√ √
√ √
√ √
√ √
√ √
√
注：溢洪情况列入基本组合。
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（4）施工情况
1）对于混凝土闸室结构，由于采用滑升模板 和机械化浇筑系统，混凝土浇筑生产率很高，可 能出现闸墙的混凝土已浇筑到顶，墙后填土尚未 填到设计标高，地下水也在闸墙底面以下，这时 对整体式闸室底板的工作条件可能最为不利。
2）对于施工期间临时分缝的整体式闸室底板 ，还必须计算临时缝浇筑前、浇筑后的两种情况
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（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
p c = 0.9kW 2 / 3
（6-13）
式中
Pc 船舶撞击力， KN； W 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。
式中 2hw 2Lw W H D
（6-18） （6-19）
波高，m； 波长，m； 计算风速，m/s； 水深，m； 吹程，Km，河道船闸宜取5倍闸前水面宽度
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（2）狭长山谷地带的船闸，按官厅水 库公式计算：
2hw=0.0166W1.25 D0.33 2Lw=10.4(2hw)0.8 （6-20） （6-21）