1、1 答 辯 人：徐大彬 指導老師：劉曉平 長沙樞紐三線船閘設計及結構分析以塢式閘室結構方案二為例2概述概述1船閘總體設計船閘總體設計2船閘輸水系統設計船閘輸水系統設計3船閘結構設計船閘結構設計4深基坑開挖對鄰近船閘結構的影響研究深基坑開挖對鄰近船閘結構的影響研究5目目 錄錄 ContentsContents Page 23工程概況工程特點三線船閘布置方案比選一、概一、概 述述 SummarizeSummarizePage 341.工程概況Page 4 已建雙線船閘等級級，每線船閘的有效尺寸為280m34m4.5m（長寬門檻水深），待雙線船閘通過能力趨于飽和時，開始興建第三線船閘，按通航一頂兩艘

2、兩千噸級船隊和一頂四艘千噸級船隊雙重控制標準設計。 52.工程特點Page 5地質條件復雜結構型式和構造多種 多樣63.三線船閘布置 Page 6長沙樞紐三線船閘總平面布置圖 73.三線船閘布置方案二n三線船閘布置在二線船閘左岸，三線與已建船閘中心線平行布置，三線與二線船閘中心距為58m，一、二、三線船閘共用一個引航道。方案一n三線船閘布置在二線船閘左岸，三線與已建船閘中心線平行布置，三線與二線船閘中心距為116m，三線船閘單獨占用一個引航道。Page 784.方案比選方案一：單獨占用一個引航道，減少對已建船閘運行影響；施工方便，水工結構簡單；拆遷工作量大。方案二：船閘布置緊湊，調度方便；水工

3、結構須采用特殊結構型式；基坑開挖對鄰近船閘影響較大。本設計采用方案一。Page 89船閘線數船閘線數閘室基本尺度引航道布置引航道布置年通過能力年通過能力二、船閘總體設計二、船閘總體設計 DesignDesignPage 9101.船閘線數 根據設計客貨運量及設計水頭，三線船閘為單向單級船閘。Page 10112.閘室基本尺度設計船舶尺度：182.032.42.6m 參考已建船閘資料及船閘設計規范，閘室基本尺度為：280344.5m（ 長寬門檻水深 ）Page 11123.引航道布置 由于擬建三線船閘單獨占用一個引航道，引航道寬度較大，可以設計成對稱型。即船舶（隊）進閘沿曲線行駛，出閘可以沿直線

4、，船舶（隊）進閘行程短，出閘速度快，船閘的通過能力較大。 Page 12134.年通過能力 已建雙線船閘設計雙向年通過能力9400萬噸，三線船閘單線單向年通過能力為2240萬噸。 Page 1314型式選定型式選定輸水閥門開啟時間水力特性曲線水力特性曲線水力校核水力校核三、輸水系統設計三、輸水系統設計 D Delivery systemelivery system Page 1415151.型式選定根據m值初步選定水深系統類型：nm=3.583.5n三線船閘選用短廊道集中輸水系統 ，設簡單消能工。n廊道進口尺寸： 46mn出口擴大斷面尺寸：47.2mPage 1516162.輸水閥門開啟時間n

5、 考慮輸水閥門開啟時間最大，經組合排列可知，1000t級1頂4船隊過閘所需時間最長，為520s。n閘室灌水時間為586s，小于初擬600s。Page 16173.水力特性曲線流量與時間關系流量系數與時間關系 Page 17184.水力校核閘室泄水動水作用力包括水面坡降作用力以及流速力閘室灌水初期，波浪力最大水力校核閘室內停泊條件引航道內停泊條件密封式閥門壓力計算Page 18計算結果與船舶系纜力比較19結構選型結構選型荷載計算及校核內力計算內力計算配筋計算配筋計算四、船閘結構設計四、船閘結構設計 S StructuredesigntructuredesignPage 19201.結構選型 由于

6、長沙樞紐坐落于復雜地基，為減小閘墻不均勻沉降，本設計為塢式閘室結構，兩側閘墻與底板澆筑在一起。Page 20211.結構選型 本設計采用箱型重力式閘墻作為閘室結構。 一般情況下，當閘墻高度超過10m時可采用箱型擋土墻，它可以克服地質條件復雜的弱點，減少不均勻沉降，使得地基反力分布均勻；而且可以節約材料，減少鋼材、水泥消耗。Page 21221.結構選型Page 22箱型結構閘室斷面圖23232.荷載計算及校核閘墻自重及水重靜水壓力船舶荷載（撞擊力及系纜力）土壓力（朗肯土壓力）揚壓力（浮托力）閘面活荷載Page 23整體式閘室結構，由于地板不透水，作用于地板上的揚壓力較大，故應驗算抗浮穩定性。2

7、4242.荷載計算及校核Page 24高水運用情況閘室受力圖253.內力計算閘墻計算模型選高水情況，以后墻為例計算后墻，每塊板可視為三邊固支一邊自由的雙向板。為了查得彎矩系數，每塊板的高寬比應滿足： Page 250.302.00 xyLL263.內力計算底板計算葛氏法：假定地基為半無限大的理想彈性體，底板與地基整體彈性變形，每一斷面處變形不僅影響自身，也影響鄰近處。可查表計算。Page 26273.內力計算地基反力底板彎矩Page 27283.內力計算底板剪力Page 28294.配筋計算閘墻配筋 由于后墻、前墻均視為三邊固支，一邊自由的板，故其配筋是一致的，按照箱型擋土墻的分塊形式分別配筋

8、，計算出每塊板所需的鋼筋數，然后乘以其分板的數量就可以得到后墻所需的總鋼筋數。 鋼筋的布置應分成兩層，橫向配筋放在靠墻外填土一側；縱向配筋放在靠墻內填土一側。 底板配筋依據作用在底板上的最大正彎矩值，雖不合理，但能保證結構安全。Page 2930問題提出物模試驗數模分析總結五、深基坑開挖對鄰近船閘結構的影響研究五、深基坑開挖對鄰近船閘結構的影響研究Page 30311.問題提出 長沙樞紐在已建二線船閘的基礎上預留三線船閘，由于各船閘相互鄰近且船閘坐落的地基、地質情況復雜，深基坑開挖勢必會對鄰近船閘的受力帶來影響，因此，研究基坑開挖對鄰近船閘的影響就變得極有必要。 Page 31322.物模試驗

9、 試驗原理：通過不同的卸荷方式來模擬不同的基坑開挖過程，采用單一變量對比的試驗方案，對結構的整體側移規律進行研究，得到不同土體寬度、高低通航水位和樁身入土深度的情況下，單排樁和閘室墻的變形規律。 模型比尺：1:50 Page 32332.物模試驗 試驗模型：云塘水利館土工槽結構模擬部分：土工槽長度為1.2m，寬度為0.6m，深度為1.2m。其中一側采用玻璃制作的觀測槽，便于觀察試驗現象。土工槽邊墻處設置兩塊鋼板用于安裝磁性表座，用以固定測量儀器。采用PVC工程塑料對樁體進行模擬，閘室墻也由PVC材料制作，假設為剛形體，墻體不發生變形。 Page 33342.物模試驗 土體模擬部分：試驗砂采用篩

10、選過的模型砂，模型砂滿足工程地質手冊中對中砂的粒徑要求，即沙粒粒徑0.25mm0.5mm中含量大于總量的50%。 Page 3435352.物模試驗測量儀器：百分表n將百分表安裝在磁性表架上，使其穩固，并將測桿與測面保持垂直接觸，最后打開表座上的磁性開關將表座固定在一個不動點上。本試驗所用百分表量程10mm，允許誤差0.01mm。Page 3536362.物模試驗工況設計n在最高通航水位52.70cm和排樁墻入土深度25cm一定的條件下，選取支護樁與閘墻距離B=45cm，60cm和75cm三個工況進行試驗；Page 3637372.物模試驗工況設計n在B=60cm和板樁墻入土深度25cm一定的

11、條件下，選取最高通航水位52.70cm和最低通航水位38.80cm兩個工況進行試驗；Page 3738382.物模試驗工況設計n在B=60cm和最高通航水52.70cm一定的條件下，選取排樁墻入土深度25cm和入土深度5cm兩種工況進行試驗。Page 3839392.物模試驗物模分析 在同種距離下，閘墻頂橫向位移總比下部大； 同一測點，支護樁距閘墻距離越遠，閘室墻橫向位移越小。Page 3940402.物模試驗物模分析閘室墻從頂端至下部橫向位移減小，且通航水位越高，測點處橫向位移越大。Page 40413.數模分析ANSYS閘室墻橫向位移向位移模擬鄰近船閘基坑開挖過程墻后應力分布、土壓力分布為

12、工程設計及施工提供指導Page 41 ANSYS軟件是融結構、流體、電場、磁場、聲場分析于一體的大型通用有限元分析軟件。 軟件主要包括：前處理模塊，分析計算模塊和后處理模塊。423.數模分析Page 42433.數模分析對比分析 從采集數據進行分析，比較物模與數模的擬合度，選在不同支護樁與閘墻距離下，閘室墻最大水平位移以及高低通航水位下閘室墻最大水平位移作為典型對照情況。數據采集 采集每種工況下的閘室墻最大位移值以及墻后應力值變量控制 數模基坑開挖考慮兩類變量：支護樁與閘墻距離B（45cm，60cm，75cm），最高通航水位（52.7cm）和最低通航水位（38.8cm）。Page 43443.

13、數模分析閘室墻水平最大位移隨B增大而減小Page 44453.數模分析物模和數模擬合度較好，即基坑開挖中隨著支護樁的向后偏移，閘室墻頂橫向位移逐漸減小。說明B的增大可降低閘室墻橫向變形的發展。Page 45463.數模分析 隨著支護樁與閘室墻距離的增大，墻后土壓力逐漸增大，從而減弱了閘室墻的橫向變形，抑制了其向坑內方向的傾斜。Page 46473.數模分析低水情況與高水情況閘室墻橫向位移分布類似，即沿墻身向下橫向位移逐步減小。且高水情況閘室墻橫向偏移值更大。Page 47483.數模分析 閘室墻頂橫向位移數模與物模吻合較好，即隨著運行期通航水位的升高，閘室墻橫向變形逐步發展，這是由于水位升高增大了對閘墻的側向水壓力，因而加大了橫向位移。Page 48494.總結 Page 49 為安全興建長沙樞紐三線船閘，基坑開挖對鄰近二