第7章　穿黃工程水閘結構設計

7.1　水閘設計步驟

在水閘設計中，設計方案比選、水力計算、穩定計算和結構分析是必不可少的重要組成部分。

設計方案比較主要是根據所獲得的基本資料(水文、氣象、地形、地質、規劃、社會經濟等)，在滿足水閘功能及總體布置要求的前提下，從技術和經濟兩方面進行多種設計方案的比較。分別列出其優缺點，綜合比較，最終選定設計推薦方案。

水力計算包括閘孔規模計算、消能防沖計算、閘門控制運用方式的確定。閘孔規模計算時，首先應選定閘孔和底板型式，進而選定堰頂高程，最后根據上、下游水位及過閘流量，決定閘孔凈寬和孔數。閘室穩定計算宜取兩相鄰順水流向永久縫之間的閘段作為計算單元，分析水閘在施工和運行過程中可能出現的工作情況，并選出其中起控制作用的情況，作為閘室穩定性的計算條件。地基整體穩定分析應根據地基情況、結構特點及施工條件進行。在各種運行工況下，水閘地基應能滿足承載力、穩定和變形的要求。

結構分析應根據結構受力條件及工程邊界條件進行，考慮不同荷載及其組合，采用不同的計算方法進行計算和復核。通常采用常規的平面截條法進行計算，再用空間有限元方法進行校核和優化。無論是平面和空間計算，都要有效地考慮閘墩、底板和地基的相互作用。當有抗震要求時，可按規范規定選取擬靜力法或動力法進行抗震計算和設計。

水閘結構分析傳統做法是將閘室中的底板和閘墩分開計算，將閘墩簡化為懸臂梁用材料力學或結構力學方法計算內力，水閘底板一般采用截條法簡化為基礎梁，用查表的方法進行內力計算。這種方法簡單，但很難反映結構的整體作用，有時與實際情況相差甚遠。目前采用的方法有了很大的進步，一般可以根據水閘結構的特點，按兩種結構模型將其簡化，一種是采用截條法，將閘墩、底板和地基作為一個整體簡化為彈性地基上的平面框架結構，采用數值法或半解析法進行計算。這種模型可以在平面內考慮閘墩、底板和地基的相互作用，但無法考慮結構的空間效應;另一種是將整個水閘底板和地基作為一個整體，簡化為彈性地基上的基礎板，采用數值法或半解析法進行計算。這種模型可以考慮底板和地基的整體空間作用，但閘墩的作用只能用等效剛度來反映。最好的模型就是將整個水閘結構和地基作為一個整體，采用空間有限元方法進行計算，可以有效地考慮閘墩、底板和地基的相互作用，方便處理各種復雜的幾何條件、物理條件和荷載條件，得到的靜力或動力計算結果可以比較精確的反應實際工程情況。

閘室穩定計算宜取兩相鄰順水流向永久縫之間的閘段作為計算單元，分析水閘在施工和運行過程中可能出現的工作情況，并選出其中起控制的情況，作為閘室穩定性的計算條件。地基整體穩定分析應根據地基情況、結構特點及施工條件進行。在各種運行工況下，水閘地基應能滿足承載力、穩定和變形的要求。

水閘整個分析主要包括:水閘的水力分析、閘室的結構計算、地基沉降、閘室的穩定分析、水閘兩岸連接結構設計與計算。