第六章 船闸水工建筑物(3)

6、整体式结构
Ｕ型结构，工作状态如弹性地基上的Ｕ型梁； 无需考虑闸墙的滑移稳定及闸室的渗流稳定问题。 地基反力比较均匀； 底板刚度大，能适应不均匀沉降；但若有不均匀沉降，会产生附
加应力； 闸室底板所承受的弯矩较大，底板一般较厚，钢筋用量也较多。 适用于水头较大，船闸级别较高，抗震要求较高、地基较差或具
（３）特点：
闸底不透水，闸底处只传递水平力， 不传递弯矩和切力，底板如嵌固于闸 墙上的地基梁。由于闸底纵缝的存在， 不致因地基的不均匀沉降产生附加应 力。底板的弯矩减少，闸室过水断面 增大，改善了闸室停泊条件。
（４）适用条件：
悬臂式结构适用于承载能力较低的地 基，且闸室高度与闸室宽度之比较大 （0.5）的情况，
闸底纵横格粱
为固定护面及反滤层各层间的相对位置，闸底
应须设置纵横格粱，纵横格梁控制的面积以30m2 为宜，其断面尺寸不宜小于40cm~40cm，格粱配 置构造钢筋。如利用格梁起横撑作用，考虑其不 均匀沉降和受力可能偏心，格梁应按钢筋混凝土 构件设计。
（2）双铰式底板的构造
１)双铰式底板构造
双铰式底板是两边闸墙的前趾与底板以斜接或搭 接组成两个假想铰，并在铰接处设止水以形成不 透水的分离式结构。
➢ 为方便施工，往往将锚筋布置成水平 或与水平成不大的夹角；
➢ 锚筋的锚固深度一般为1.0～2.0m， 埋入衬砌墙内至少为30倍锚筋直径；
➢ 基岩中的锚孔直径至少是锚筋直径的 3倍。
（3）排水 裂隙比较发育时可以在衬砌墙后设排水。
一般将竖向及纵向排水管相连组成排水系 统，排水管的纵坡可取为1/200、1/500，
有软弱夹层的情况。
• 整体式闸室结构的闸墙和底板的断面尺寸 根据强度计算确定。闸墙顶的宽度一般可取 为40cm~60cm，闸墙底宽与底板厚度一般 可取为0.16~0.25H(H为闸墙高)。
7、闸底设计
（1）护底
作用:分离式船闸，一般选用透水闸底。为 防止由于闸室水位、流速的频繁变化而可 能引起的冲刷、流土及管涌及被船舶螺旋 浆、撑篙等造成闸底的破坏，因此必须加 以保护。
➢ 基岩质地较好、裂隙少，墙后又设有排水，并考虑锚筋 能可靠地嵌固在基岩里，则可采用带锚筋的衬砌墙；
➢ 基岩坚硬，裂隙很少，岩面较高时，闸室也可直接由岩 石开挖平整形成。
我国小型船闸，多采用砌石倒梯形重力式衬砌；中大型船 闸则采用混凝土和钢筋混凝土衬砌。
（1）衬砌式闸墙的断面尺寸
衬砌式闸墙的断面尺寸，应由稳定和强度计算确定。 倒梯形混凝土砌底宽一般大于或等于0.4m，一般将衬
机械化施工及石料缺乏等的情况。
（4）重力式结构按断面形式可分为 梯形和衡重式两种
梯形重力式： 梯形结构底宽大，能适应荷载变化； 稳定可靠 但不能充分发挥墙身材料的强度 工程量大；
衡重式结构：
衡重式断面，由于下部为倒梯形断面，有减小土压力的作 用，比梯形断面可节省工程量10％左右
筑物安全可靠，又要保证地基不发生破坏。 闸室结构验算内容：
一般包括：抗滑、抗倾、抗浮稳定性验算； 渗透稳定性验算；地基承载力、地基沉降计算； 结构各部位强度和限裂验算等。
二、闸室结构的一般验算内容及方法
1、抗滑稳定验算
（1）土基上闸室结构的抗滑稳定性验算 土基上重力式、扶壁式闸室结构抗滑稳定性一般采用抗剪 强度公式计算：
第六章 船闸水工建筑物
第三节 船闸闸室结构
第三节 船闸闸室结构
一、闸室结构形式及其构造 二、闸室结构的一般计算内容及方法 三、分离式闸室结构计算 四、整体式闸室计算
一、闸室结构型式及构造 直立式闸室结构由闸墙和闸底组成。按其 受力状态可分为整体式结构和分离式结构 两大类。
两侧闸墙和底板浇筑在一起的为整体式结构； 闸墙和闸底分别设置的为分离式结构。
• 钢筋混凝土重力式结构特点:
• 能承受一定的拉应力; • 墙身断面经济; • 施工机械化程度高; • 主要依靠闸墙后趾上的回填土重来提高滑移稳定性;
2、悬臂式闸室的构造
（１）构造 在闸室底部中间，用纵缝将闸室分成对
称的两半，缝中设止水。 （２）悬臂式闸室的尺寸确定：
闸墙顶部宽度一般为0.4～0.6m，底板中 缝处的厚度应满足止水构造的要求，一般 不小于0.6m。为确保安全，在中缝处设置 两道止水为好。
况下， 可采用整体式结构。
分离式闸室结构
土基上: 重力式 衡重式 悬臂式 扶壁式 板桩式
岩基上: 重力式 衬砌式 混合式
1、重力式结构构造
（1）重力式闸墙的特点 重力式闸墙是靠自重维持稳定; 地基反力较大，且又承受有水平力,对地基承载
能力要求较高。 （2）适用条件
护底的构造 透水闸底由护面及反滤层组成。 护面一般采用干砌块石，厚度一般为25~40cm，在石料缺乏地区， 也可采用混凝土板。
反滤层采用中石、小石、中粗砂构成。砂性地基反滤层多为3-4层； 粘性地基多为2-3层。 地基为粉砂，反滤层采用4层： ➢ 19～40mm中石子厚20cm； ➢ 2～10mm小石子厚20cm； ➢ 中砂层厚20cm； ➢ 细砂层厚20cm。
伸缩、沉降缝一般布置在结构型式改变处，如闸室和 闸首、导航墙和闸首间；新旧建筑物之间；地基性质 变化处或高程突变处。
• 4)伸缩、沉降缝一般做成垂直贯通的永久缝， 缝内应设置垂直和水平止水。垂直止水布置在 闸墙内，水平止水布置在闸底板内。
水平止水
垂直止水
二、闸室结构的一般验算内容及方法
闸室结构计算的任务： 在各种计算荷载组合情况下，既要保证建
３)适用条件
在地基土质较差或防渗难以满足的细砂、粉砂、 粉质土地区，可采用双铰式底板。
（8）闸室结构的其它构造要求
1）闸墙的保护措施
可采用提高闸墙表面的平整度和强度等措施。 墙面采用不低于MU40细料石砌筑，或采用不低于C30的 混凝土抹面。 运输繁忙的船闸，在最低通航水位以上的闸墙应采用钢护
木或耐磨损材料护面。
3、扶壁式闸室的构造
构造：由立板、肋板和底板组成，底板分趾板 和内底板。闸室分段的端部一般均设肋板。立 板、肋板和底板等的连接部位须设置斜托。
特点：依靠底板上的回填土重量来维持稳定，结构 断面经济，地基反力小，但结构形态复杂，钢筋 用量大，施工技术要求高。
闸墙尺度： ➢ 立板厚度一般不小于30cm； ➢ 肋板厚度不小于30cm； ➢ 顶宽不小于0.8m； ➢ 底宽与底板长度相同； ➢ 趾板前端厚度不小于25cm； ➢ 内底板厚度不小于30cm。 ➢ 扶臂间距2～５ｍ
6-7 整体式船闸结构
分离式结构闸墙类型较多，常用于土基上的有 重 力式、悬臂式、扶壁式。
6-8 分离式船闸结构 a）重力式；b）衡重式；c）悬臂式；d）扶壁式
在岩基上常用的形式有重力式、衬砌式和混合式
6-9 岩基上的闸墙结构 a）重力式；b）衬砌式；c）混合式
闸室结构形式的确定：
➢ 地基条件、 ➢ 水级大小、 ➢ 材料来源、 ➢ 施工条件等因素综合选定， 一般情况下采用分离式闸室结构比较经济合理。 在软弱地基上且水级较大时，或抗震要求较高情
kc

f V H
式中 kc ——土基抗滑稳定安全系数，根据建筑物 等级和荷载组合，按规范选用；
V ——作用于墙体上全部荷载对滑动面法向投影的
总和，kN； H : 作用于墙体上全部荷载对滑动面切向 投影的总和
f : 抗滑摩擦系数

• 当粘性土地基的粘聚力不可略时，其沿闸室
结构基底面的抗滑稳定性宜按下式计算：
排水管的直径不小于25~30cm。
（5）板桩式闸墙
特点：依靠板桩入土部分的嵌固作用，通过土锚或锚 锭结构把一部分荷载传至后方土体中来维持其稳定。
为改善板桩结构的工作条件与板桩的应力条件，减少板 桩的厚度和入土深度，通常在闸室底部设置横向支撑。。
板桩式闸墙系采用预制件，施工进度快，打入闸底以下 的板桩可以增加闸墙的防渗长度，但需具备打桩设备，同 时板桩之间的接缝要求密实，以防渗漏，造成填土的流失。
c0
A
粘性土地基综合摩擦系数大于0.45或 砂性土地基综合摩擦系数
大于0.50时,及0 c0 值应进行讨论
提高闸室墙抗滑稳定性的措施：
（1）在两侧闸墙之间的闸底处设置钢筋混凝 土横撑或底板；
（2）在闸墙基底设置齿墙；降低墙后地下水 位和填土高度；
（3）在基底更换摩擦系数较大的砂土（砂垫 层）等。
• •
k源自文库 tg0
v c0 A H
（6-36）
• 0 ——结构与土基之间的内摩擦角（），
• 粘性土 0 0.9 ；c0 (0.20 ~ 0.30)c
• •
砂性土 0 (0.85 ~ 0.9)
• 为地基土壤的内摩擦角；
•
综合摩擦系数：
f0

tg 0
v v
砌底部嵌入基岩内不小于0.5m，对于较高的衬砌墙，或 基岩质地较差者，其嵌入深度须加大，但一般不大于 1.5m,内边坡一般为1:0.1～1:0.4。
➢ 对于有锚筋的混凝土衬砌，墙高大于或等于8.0m时，底 宽一般均大于1.0m
（2）锚筋布置：
➢ 设有锚筋的衬砌墙，其断面厚度一般 不小于40cm,
锚筋一般沿衬砌高度按等间距设置；
➢衡重式 B/h=0.5～0.7，前趾长０.15~0.25 倍墙高.
➢对于衡重式闸墙，一般在(0.4～0.5)墙高处 设置平台．平台以上为梯形断面，平台以 下设4: 1～5:1的倒坡。
钢筋混凝土重力式结构
• 前趾长0.1~0.3倍墙高; • 后趾长0.7~1.0倍墙高; • 闸墙以下Y处厚度取(0.16~0.22)y
2）胸墙
胸墙的高度一般为0.9~1.2m，厚度根据船舶撞击力而 定，一般为0.2~0.5m。
3）建筑物分缝
作用：防止混凝土收缩，温度变化和船闸纵向不均匀 沉陷引起的附加应力，导致结构发生裂缝。
伸缩、沉降缝的间距可根据地基条件、结构型式及其 尺寸、气温情况和施工条件等因素确定，一般为 15~20m。 最小缝宽采用l~2cm。
中底板的厚度一般为闸室宽度的1/12~1/ 8； 中底板的宽度一般取闸室宽度的3/ 5~4/ 5。
２)双铰式底板闸室特点：
➢ 不透水, 抗渗性能好，节省防渗设施；
➢ 闸墙与底板分别受力可减小底板中部的弯矩； ➢ 减小地基反力； ➢ 双铰底板使闸墙与底板共同工作，可降低对闸
墙抗滑安全度的要求,造价比透水闸底式闸室节省 20％左右，比整体式闸室结构节省钢材、混凝土
重力式结构一般只适用于较好的地基。对于淤 泥、淤泥质土、冲填土、杂填土或其他高压缩 性土层，则不宜采用重力式结构。
（3）重力式结构按材料可分为： ➢ 浆砌条(块)石结构 ➢ 混凝土结构 ➢ 钢筋混凝土结构 浆砌石重力式结构适用于盛产石料的地区，但费 工、质量不易保证。 混凝土和配筋混凝土结构，适用于船闸水级较高，
（4）有横撑或底板的分离式闸墙抗滑稳定， 可计入横撑或底板的部分作用，在闸墙与 横撑或底板共同作用下，其安全系数应满 足规范规定的要求。
（2）岩基上闸室结构的抗滑稳定验算
主要计算沿地基面的抗滑条件。两种方法：按 抗剪强度计算公式和按抗剪断强度计算公式计 算。
抗剪强度计算公式
kc

f V H
（6-38）
衡重式对地基要求较高，荷载变化反应灵敏。 地基反力较均匀； 当地基条件较好，墙高在１０米左右．
（5）重力式闸墙的尺寸确定
重力式闸墙的顶宽确定： 1）主要根据交通安全要求； 2）回填土是否到顶； 3）砌筑石料尺度
一般墙顶宽度不小于0.6m，若回填土不到顶，则墙顶 面作为人行通道应适当放宽，并不应小于1.0m，在有 行车或其他要求时．则应根据具体情况酌情确定。 闸墙底宽与墙高之比： ➢ 梯形断面 B/h=0.7～1.3 (B为底板宽，h为墙高) ➢ 梯形断面 b/h=0.5～0.8 (b为墙底宽)
4、岩基上的闸室结构
➢ 衬砌式闸室结构 ➢ 重力式闸室结构 ➢ 混合式结构
当基岩顶面高程高于闸墙顶高程时，可采用衬砌式 闸室结构； 基岩顶面高程较低时，可采用重力式闸室结构； 基岩顶面低于墙顶高程时，可采用混合式结构；
➢ 衬砌结构有重力式衬砌和带锚筋的薄衬砌
➢ 当基岩质地松软、裂隙发育，或在衬砌墙后设置排水可 能引起较大渗透水流冲蚀岩石而使衬砌承受较大的水压 力时，宜采用重力式衬砌；