套闸闸室施工期的稳定性验算

戴康程 祁伟洪

（常州市水利规划设计院，江苏 常州 213001）

1 概述

水工建筑物设计质量的控制，贯穿整个水工建筑物规划、设计、施工的全过程。

在水工建筑物的设计中，作用于建筑物上的荷载组合一般分为基本组合和特殊组合两种。按计算情况基本组合可分为完建、设计情况等，特殊组合可分为校核、地震、施工情况等。设计及审核人员一般对荷载基本组合中的完建、设计和特殊组合中的检修、校核、地震情况较为重视，而对施工期中荷载的变化及其对建筑物的影响往往重视不够或根本未予考虑，从而影响到建筑物的安全，严重时会导致事故甚至毁坏。

如：江苏省某县在上世纪70年代末兴建一蓄水池时，施工过程中该池底板、侧墙、导流墙均已完成，在顶板及板顶压土尚未施工的情况下回填池壁外四周土，因未采取有效的降排水措施，地下水位随之上升过高，浮托力过大，导致导流墙隆起、底板断裂毁坏的严重事故。因此，设计、监理及施工单位必须对施工过程中荷载的变化情况及其对水工建筑物的影响予以足够的重视，确保水工建筑物在施工期的绝对安全。

2 稳定性验算实例

以上简单介绍的是水工建筑物在施工期过程中因底板强度发生问题，从而导致毁坏的一个工程实例，下面举一实例通过分析计算说明水工建筑物施工期稳定性验算的必要性。

位于江苏省境内的某套闸，闸室净宽12 m、长110 m。为节省造价，闸室采用两块轻型钢筋混凝土扶壁（立墙）—悬臂（底板）式结构，中间设缝并用硬木块对顶（详见图1）。整个底板下浮托力产生的上浮力及倾覆力矩由直立墙后小底板上的填土压重及直立墙后的水、土压力来平衡，而直立墙后水、土压力产生的闸室滑移则由底板下的摩阻力及缝间硬木块的对顶作用来平衡。在闸室施工过程中，地下水位随着闸室两侧回填土上升而上升，由于闸室为钢筋混凝土扶壁—悬臂式结构，结构自身重量轻，所以就有可能出现在施工期的某一段时间内因地下水的浮托力产生的上浮力超过结构自重加回填土压重，或是地下水浮托力的倾覆力矩超过直立墙后水土压力的平衡力矩，从而使底板浮起或中缝处翘起，拉断中缝处止水铜片、对顶硬木块错位等，进而导致整个闸室结构的毁坏。这种情况往往也是设计单位很容易忽略的。

施工过程中要避免以上情况的发生，第一种方案是可降低地下水位并一直保持在底板底面以下，但由于整个施工期较长，底板一般又埋置较深，这样势必会增大施工难度及排水费用，所以一般不采取该方案。第二种方案是随着回填土的上升，使用临时降水设备或利用闸室结构设计中闸室墙外的排水设施，适度控制地下水位，并通过计算来确定在闸室中预放一定重量的水或土等荷载压重，以达到闸室在施工过程中的抗浮、抗倾稳定。

经设计、监理与施工单位讨论研究后确定，套闸闸室结构施工期拟采用上述第二种方案实施。回填土面高程在真高1.6 m 以下时，采取临时降水设备使地下水位低于回填土面40 cm 以下；在回填土面真高达1.6 m 以上时，利用设计中闸室墙外位于真高1.2 m 的排水暗管接至下游坝头外低水位排水，使地下水位始终保持在真高1.2 m。

图1 套闸闸室横剖面图（悬臂-扶壁式结构）

以下即按上述方案进行抗浮抗倾计算。计算中土压力系数的确定：由于闸室底板下浮托力的倾覆力矩是使闸室墙向回填土方向倾斜，所以采用主动土压力系数显然是不合适的；如采用被动土压力系数，则闸室墙应绕墙后趾有较大的转动，这将导致闸室中缝处底板翘起而拉断止水铜片、错开对顶硬木等，同样是不妥当的；只有保持闸室墙不向临土面方向移动或倾斜，才能保证闸室底板中缝处及整个闸室结构的安全，故应采用静土压力系数。该处回填为砂性土，采用静土压力系数K=0.5。计算简图见图2，计算结果见抗浮、抗倾计算表1、表2。

从表1、表2 可知，采取以上控制地下水位的措施下回填土，在整个施工过程中抗浮是完全满足要求的；但在回填土面高程达1.6 m、地下水位高程在1.2 m 时抗倾覆安全系数Km最小，仅为0.928，不满足要求。此时应在闸室内采取一定压重措施来使抗倾覆安全系数Km大于或等于1.05。经计算得：如在闸室内放入一部分水至真高-0.8 m，可使Km=1.057，或填上一部分土至真高-1.0 m，可使Km=1.065。考虑到放水虽较简便，但后面必有一段时间的施工要成天涉水进行，不方便，故本处采用闸室内填土压重的方案，按计算填至真高-1.0 m，每米断面土方仅2.4 m3，全闸共264 m3。且填土在闸室内纵向形成了一平整的施工通道（原为V 形双钭面），方便了施工，并保护了闸室纵向及部分横向接缝处混凝土棱角免遭施工破损，实施结果及各方面反映均很好。

另一项闸室稳定验算应为抗滑稳定计算。由于闸室采用两块底板对顶的结构形式，所以闸室墙后的水土压力可通过对顶达到相互平衡。施工过程中原则上只要闸室墙外两侧回填土的高差产生的土压力之差不超过闸室底板下的摩阻力即可，但实际施工中仍以闸室墙外两侧对称均匀回填为好。

从抗浮抗倾计算表1、表2 中可看到，在闸室施工回填土过程中，虽然采取临时降水措施使地下水位低于回填土面以下，但地下水位随着两侧回填土面上升而上升，抗浮、抗倾系数由大到小、再由小变大不断变化，最终在回填土达到设计高程时满足有关规范的要求，然而在施工过程中有某一段时间是不满足要求的，所以必须采取相应措施（压土），以确保建筑物在施工期的绝对安全。

图2 计算简图

表1 抗浮抗倾计算表

表2 抗浮抗倾计算表

3 结语

近年来，由于多种原因，水利工程专业施工队伍素质参差不齐、借用资质现象普遍，个别施工单位对施工过程中各阶段的控制不够重视，致使许多水利工程在设计上虽并无问题，但却在施工中发生了事故。究其原因，大部分为施工单位对施工设计图纸及相关的设计、施工规范规程理解不透、执行不力，尤其是降排地下水及回填土方面。因此，设计单位必须重视水工建筑物在施工期中的强度和稳定性验算，尽可能制定出详尽的施工组织设计，并毫无保留地提供给监理及施工单位，有条件时应派驻代表在工地协调施工方案的正确贯彻执行，使水工建筑物质量控制，真正贯穿整个水工建筑物规划、设计、施工的全过程，从而有效确保水工建筑物的整体质量。

［1］水闸设计规范（SL265-2001）［S］.

［2］水工挡土墙设计规范（SL379-2007）［S］.