水闸在强浪区的受力分析与结构设计金德钢魏立峰宁波市水利水电规划设计研究院315192[摘要：本文主要针对强潮涌浪水闸主要受力情况进行分析，对比《水闸设计规范》和实际模型试验测力成果，针对强潮涌浪地区水闸结构设计提出合理方案，并对其他有关一些问题进行了讨论，供广大设计人员参考。]1、工程概况洋沙山万亩造地项目位于北仑区春晓镇东南海域，属山区独立水系，流域面积42km2。三山大闸工程是该项目的主要挡潮排涝工程，排涝标准20年一遇，设计最大排涝流量为469m3/s。内河正常水位为0.63m，20年一遇水位为1.98m。挡潮标准为50年一遇，设计潮位为4.44m。水闸所处为无限风区，外海历史最高潮位为4.33m，多年平均高潮位为2.39m，多年平均潮位为0.68m，多年平均低潮位为-1.20m。三山大闸共10孔，每孔净宽4m。水闸底板顶高程-1.9m，胸墙底高程1.9m，工作平台高程6.7m。闸门板尺寸宽为4.5m,高为4.02m，厚为0.4m。闸门板由三块叠合而成，每块高1.34m。05年“麦莎”台风袭击三山大闸时，导致十孔闸门的上、中板梁几乎被全部打断；07年“罗莎”台风袭击时，又导致闸门板梁被大量打裂；且两次台风的袭击，均给水闸带来较大的振动感，影响了管理人员和当地百姓对水闸正常安全运行的心理期望。从这两次台风袭击来看，水闸确实存在着一些影响正常使用的安全问题。由于三山大闸肩负着上游近40km2流域面积的排涝任务，且所处的洋沙山围区区块目前已成为北仑重点发展区块——宁波经济开发区春晓区块，区位的重要性决定了水闸的运行和安全更容不得一点闪失。为此，有必要对三山大闸存在的问题进行分析，并提出针对性的防护工程措施。工程区波浪要素见表1~2。表1闸前各向50年一遇波要素方向H1%(m)H4%(m)H5%(m)H13%(m)H(m)T(s)L(m)E-ESE4.694.184.093.622.5614.6118SE-SSE4.504.013.913.452.4214.0113表2闸前不同潮位下50年一遇不利波要素潮位H1%(m)H4%(m)H5%(m)H13%(m)H(m)T(s)L(m)4.404.694.184.093.622.5614.61183.003.923.523.453.072.2114.61062.00（破碎）3.393.093.022.721.9914.696图1工程位置图2大闸结构受力分析2.1结构受力分析的重点三山大闸的结构受力分析，实际上是对原水闸设计进行复核，本次三山大闸结构受力分析的重点内容是水闸的滑动稳定、闸门板承荷能力及前胸墙安全分析。几次台风袭击也表现出这些都是需要特别重视的地方。本次分析分为理论计算分析和模型试验测力分析。2.2水闸滑动安全理论分析2.2.1工况1、向外海滑①内河洪水位2.92m＋外海平均低潮位-1.2m，水头差4.12m；②内河常水位1.2m＋外海无水-1.9m，水头差3.1m。2、向内河滑内河常水位1.2m＋外海设计高潮位4.40m，水头差3.2m。3.2.2向外海滑动分析1、滑动力静水压力组合①P1=0.5×10×（4.822－0.72）＝117.6KN静水压力组合②P1=0.5×10×3.12＝48.05KN静水压力取不利的P1=117.6KN。2、抗滑力根据《水闸设计规范》（SL265－2001）中公式（7.3.6-1），抗滑力＝f∑G。f为闸室基底面与地基的摩擦系数，按规范可取0.25；∑G为竖向力总和，包括自重、水压力、扬压力等；同时，根据《水闸设计规范规范》中的7.3.7条，“对于土基上采用钻孔灌注桩基础的水闸，若验算沿闸室底板底面的抗滑稳定性，应计入状体材料的抗剪断能力”。（1）、∑G经计算为800kN/m；f∑G＝0.25×800＝200kN/m。（2）、桩体材料的抗剪断能力，根据《水闸设计规范》要求，取桩体材料抗剪强度与桩体横截面积的乘积。经计算，为1300×3.14×0.4×0.4×24/25＝627KN/m。若按钢筋砼梁的抗剪断能力计算，即抗剪力由砼和箍筋共同承担，计算结果也与上值接近。（3）、根据《水闸设计规范》，总抗滑力P2＝200＋627＝827kN/m。但是，我们认为，闸室重力首先由桩体承担、土体承担的重力很少，甚至没有，这样f∑G值很少、甚至为0；同时，由于施工原因造成闸底板下部分土体流空，闸室与土基接触不严密，同样说明土体所能贡献的摩擦抗力很小。故我们认为抗滑力应只能计桩的抗剪断能力627KN/m。3、滑动复核KC=P2/P1=627/117.6＝5.33>1.25，满足要求。3.2.3向内河滑动分析1、抗滑力根据上述计算，每延米抗滑力P2=627kN/m。2、