井字梁底板厚度對閘室地連墻變形及應力影響分析

劉建龍 王天榮 時殿亮

(1.江蘇省泰州引江河第二期工程建設局， 江蘇 南京 225321；2.江蘇省水利建設工程有限公司， 江蘇 揚州 225007)

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井字梁底板厚度對閘室地連墻變形及應力影響分析

劉建龍1王天榮2時殿亮1

(1.江蘇省泰州引江河第二期工程建設局， 江蘇 南京 225321；2.江蘇省水利建設工程有限公司， 江蘇 揚州 225007)

本文以泰州引江河高港樞紐二線船閘工程為例，利用地連墻板樁結構的有限元整體分析模型，重點對井字梁底板厚度對閘室地連墻變形及應力影響進行分析。結果表明：井字梁底板設置有利于減小地連墻向閘室側的變形，但隨著底板厚度的增大對地連墻的位移及拉桿內力的影響越小，底板厚度為0.05B時較為合適(B為閘室寬度)。

井字梁； 閘室地連墻； 厚度； 變形應力； 影響

1 工程概況

泰州引江河第二期工程高港樞紐二線船閘，位于一線船閘西側，該船閘尺寸為230m×23m×4m。上、下閘首均采用鋼筋混凝土整體塢式結構。閘室采用分離式結構，全長230m，分為12節，在靠近上、下游閘首處鎮靜段內各設17.50m混凝土護坦。閘室邊墻為灌注樁拉錨式地下連續墻, 墻頂高程1.50m, 底高程-15.00m，墻厚0.80m，頂部現澆厚1.20m的鋼筋混凝土閘墻，閘墻頂部高程6.00m。上設厚0.40m的擋浪板，擋浪板頂高程7.20m。墻后填土高程6.00m。錨碇灌注樁直徑1.20m，閘室兩側各三排，樁底高程-12.90m，樁頂高程1.90m，樁頂設寬9.80m、厚1.02m的承臺。錨桿直徑7cm。

閘室底板為30cm厚鋼筋混凝土透水底板，中間設鋼筋混凝土撐梁兼作格埂，素混凝土面高程為-4.50m。素混凝土厚30cm，反濾層為中石子、小石子、黃砂厚各15cm及土工布一層，混凝土縱梁斷面為60cm×120cm，橫梁斷面為100cm×120cm，橫梁兼作對頂撐梁。閘室剖面見圖1。

圖1 閘室剖面

2 有限元計算模型

根據泰州引江河高港樞紐二線船閘工程閘室墻地連墻板樁結構(錨碇樁-拉桿-地連墻結構)體系，建立有限元分析計算模型(見圖2)。錨碇樁、地連墻、土體均采用四結點實體單元，拉桿單元為桿單元，采用平面應變模型進行分析。坐標系x方向垂直閘室，由左側指向右側；y方向正向豎直向上。二維整體分析模型共有66573個結點，65606個單元。對于地連墻、井字梁、錨碇樁以及拉桿采用線彈性本構模型計算，土體采用Duncan-Chang非線性彈性模型。本文在數值模擬過程中將施工期分為5個工況，分別為：?錨碇樁、地連墻及錨桿已施工完畢，尚未填土；?地連墻土體回填至高程4.38m；?閘室土體開挖至-5.70m高程；?閘室1.20m厚井字梁澆筑完閉;?繼續回填板樁墻墻后土體至高程6.00m。

圖2 錨碇樁-拉桿-地連墻結構體系

3 井字梁底板厚度對地連墻變形及應力的影響分析

該工程設計井字梁尺寸為縱梁60cm×120cm、頂撐梁(梁間距)100cm×120cm(見圖1)，通過對不同井字梁底板截面厚度進行計算，分析井字梁底板截面厚度對閘室地連墻的變形與應力的影響。

圖3比較了不同井字梁底板截面厚度下地連墻水平位移沿高程變化曲線。

圖3 井字梁底板截面厚度(h)對地連墻位移的影響(工況?)

a.比較了不同井字梁底板截面厚度下施工期地連墻主拉應力變化曲線(見圖4)。

圖4 井字梁底板截面厚度(h)對地連墻拉應力的影響

b.比較了不同井字梁底板截面厚度下施工期拉桿內力的變化曲線(見圖5)。

圖5 井字梁底板截面厚度(h)對拉桿內力的影響

4 影響效果分析

從以上比較分析可以看出，井字梁底板澆筑，有利于減小地連墻向閘室側的變形，但井字梁底板截面厚度變化對地連墻的位移及拉桿內力的影響很小；井字梁底板的澆筑可將有效減小土體再次回填后地連墻的主拉應力，井字梁底板澆筑厚度為0.05B時較為合適(B為閘室寬度，該工程B=23m)，繼續增大底板截面厚度對土體再次回填后地連墻的主拉應力的影響很小。在不澆筑井字梁的情況下(h=0.0m)，拉桿的內力有明顯增大趨勢，拉桿內力最大值(工況?，429.82kN)比澆筑井字梁時拉桿內力(403.46kN)提高了6.53%。因此，設置井字梁底板能有效地控制地連墻的變形趨勢，減小地連墻變形，有效減小土體再次填筑后地連墻的主拉應力，但繼續增大底板截面厚度對土體再次回填后地連墻變形與主拉應力的影響很小。

5 結 論

井字梁底板的設置，有利于減小地連墻向閘室側的變形，但井字梁底板截面厚度增大，對地連墻的位移及拉桿內力影響很小。井字梁底板的澆筑可有效減小土體再次回填后地連墻的主拉應力。類似工程設計時，井字梁底板澆筑厚度取0.05B(B為閘室寬度)較為合適，繼續增大底板截面厚度對土體再次回填后地連墻的主拉應力影響很小。

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