唐杰文　李社平　王平

【摘 要】 以某船閘設(shè)計(jì)為例，在考慮水位、高程、地質(zhì)條件及閘首機(jī)械設(shè)備等設(shè)計(jì)條件的基礎(chǔ)上，提出錯(cuò)位式雙線布置和并列式雙線布置兩種方案，比較分析兩種方案的優(yōu)缺點(diǎn)，得出錯(cuò)位式雙線布置設(shè)計(jì)方案更為可行。在此方案的基礎(chǔ)上，對船閘結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性及強(qiáng)度進(jìn)行計(jì)算，結(jié)果表明各項(xiàng)穩(wěn)定指標(biāo)滿足規(guī)范要求，且計(jì)算得到不同工況條件下最大正彎矩值和最小負(fù)彎矩值，為類似工程提供借鑒。

【關(guān)鍵詞】 雙線船閘；閘首；錯(cuò)位式雙線布置

1 工程概況

某船閘建于20世紀(jì)70年代，經(jīng)過多年發(fā)展，此船閘下游西側(cè)建有一座電廠，經(jīng)勘查，多條跨河管道布置在擴(kuò)建船閘的設(shè)計(jì)范圍內(nèi)；船閘上游東側(cè)附近建有別墅區(qū)，使擴(kuò)建的船閘征地范圍受到限制，給設(shè)計(jì)提出難題。根據(jù)航道的設(shè)計(jì)要求，船閘等級為Ⅲ級，包括船閘工程、配套工程及附屬工程。閘室的有效尺寸為2 €？80 m €？3 m €？ m（線數(shù)€漬⑹矣行Сざ葊漬⑹揖豢韤鬃钚∶偶魎睿杓頗甑ハ蟯ü芰ν騮，設(shè)計(jì)通航最大船型為1頂2 €？噸級頂推船隊(duì)，兩線船閘共用引航道。

2 設(shè)計(jì)條件

2.1 設(shè)計(jì)水位

根據(jù)《內(nèi)河通航標(biāo)準(zhǔn)》，Ⅲ級航道最高通航水位采用20年一遇洪水位；最低通航水位采用多年歷時(shí)保證率98%的水位。此船閘上游最高通航水位為3.06 m（國家高程基準(zhǔn)），最低通航水位為；下游最高通航水位為4.96 m，最低通航水位為 0.41 m。那么，上游設(shè)計(jì)檢修水位1.33 m，下游取1.42 m；上游設(shè)計(jì)洪水位3.28 m，下游取5.78 m。

2.2 設(shè)計(jì)高程

上閘首采用空箱邊墩的整體鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，閘首頂面均布置一處啟閉機(jī)房。上閘首頂標(biāo)高6.56 m，建基面標(biāo)高 7.29 m。閘室采用分離式結(jié)構(gòu)，閘室頂標(biāo)高5.36 m（不含防浪墻高度）。

2.3 地質(zhì)條件

地表普遍分布人工填土，厚度變化較大，以雜填土為主。西側(cè)魚塘現(xiàn)為電廠粉煤灰堆場，分布一層飽和軟土，厚度為1.3～7.2 m，平均厚度3.21 m，底板埋深一般小于3.5 m?？眳^(qū)普遍分布粉質(zhì)黏土，厚度變化不大；勘區(qū)均有分布飽和砂性土（包括粉土、砂土和粉質(zhì)黏土與砂土互層），厚度變化較大。

2.4 閘首機(jī)械設(shè)備

工作閘門采用三角門，工作閥門采用鋼質(zhì)平面提升門，閘、閥門啟閉機(jī)均采用液壓式啟閉機(jī)。

3 設(shè)計(jì)方案對比

船閘按雙線單級1 000 t級船閘一次建成，每線船閘有效尺度為180 m €？23 m €？4 m（長€卓韤酌偶魎睿？

根據(jù)《船閘總體設(shè)計(jì)規(guī)范》，充分考慮現(xiàn)場地形、地物等因素的影響，船閘上下游引航道走向均與現(xiàn)有套閘上下游航道基本一致，下閘首下游端與現(xiàn)有水利套閘下閘首下游端齊平。

考慮到征地范圍有限，上游東側(cè)別墅區(qū)對設(shè)計(jì)造成影響，設(shè)計(jì)初期提出兩種方案。

3.1 方案1

雙線船閘主體結(jié)構(gòu)上下錯(cuò)開28.8 m布置，東側(cè)船閘下閘首下游端基本與現(xiàn)有的水利套閘下閘首齊平布置，西側(cè)船閘下閘首下游端上移28.8 m錯(cuò)開布置，兩線船閘主體結(jié)構(gòu)（閘首、閘室）緊鄰布置，兩線船閘閘室中心間距為39 m，即錯(cuò)位式雙線布置（見圖1）。上下閘首平面尺寸均為28.8 m €？23 m （長€卓諉啪豢?；闸室瞥C娉嘰縹？80 m €？23 m （長€卓諉啪豢恚？

3.2 方案2

雙線船閘主體結(jié)構(gòu)并列布置，兩側(cè)船閘下閘首下游端基本與現(xiàn)有的水利套閘下閘首齊平布置，兩線船閘主體結(jié)構(gòu)（閘首、閘室）緊鄰布置，兩線船閘閘室中心間距為55 m，即并列式雙線布置（見圖2）。上、下閘首平面尺寸及閘室平面尺寸均與錯(cuò)位式雙線布置一致。

3.3 比較分析

針對兩種設(shè)計(jì)方案的比較分析（見表1），經(jīng)過多次技術(shù)協(xié)商和溝通，采用方案1。方案1占用面積相對較小，對鄰近的建筑影響小，尤其是船閘與上游東側(cè)的別墅區(qū)安全距離增加，有利于別墅區(qū)的安全。雖然方案1船閘設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)不對稱，邊界條件復(fù)雜，計(jì)算難度增加，但隨著計(jì)算方式的不斷改進(jìn)，方案1具有可行性。

4 結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性及強(qiáng)度計(jì)算

由于傳統(tǒng)的船閘結(jié)構(gòu)兩側(cè)對稱，因此，閘首結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定計(jì)算只需考慮順?biāo)鞣较虻姆€(wěn)定，結(jié)構(gòu)強(qiáng)度計(jì)算也只需考慮一個(gè)閘首。錯(cuò)位式雙線布置導(dǎo)致閘首結(jié)構(gòu)兩側(cè)不對稱，穩(wěn)定計(jì)算不僅需考慮順?biāo)鞣较虻姆€(wěn)定（見圖3），還要考慮橫向水流方向的穩(wěn)定（見圖4），結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度也需考慮不對稱的影響。

4.1 穩(wěn)定計(jì)算

根據(jù)閘首結(jié)構(gòu)尺寸和作用荷載，計(jì)算在各設(shè)計(jì)工況下結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性（包括結(jié)構(gòu)的抗傾、抗滑、抗浮以及地基承載力，見表2）。

從表2可以看出，船閘閘首各項(xiàng)穩(wěn)定指標(biāo)滿足規(guī)范要求。

4.2 強(qiáng)度驗(yàn)算

采用ANSYS有限元分析軟件計(jì)算分析，通過荷載組合，閘首底板最大正彎矩為2 755.3 kN€穖（正向校核工況），最小負(fù)彎矩為 3 999.0 kN€穖（檢修工況）。在長期荷載組合下，裂縫最大寬度應(yīng)控制在0.30 mm以內(nèi)。

5 結(jié) 論

錯(cuò)位式雙線船閘布置具有閘首和閘室占用土地面積相對小、船舶進(jìn)閘安全性高、開挖基坑面積相對小、施工維護(hù)費(fèi)低、利于環(huán)保、節(jié)約資源等優(yōu)點(diǎn)；但由于錯(cuò)位式雙線船閘兩側(cè)不對稱，使邊界條件變得復(fù)雜，增加了設(shè)計(jì)難度，且閘首臨水側(cè)不能做倒角，增加了結(jié)構(gòu)工程量。

【摘 要】 以某船閘設(shè)計(jì)為例，在考慮水位、高程、地質(zhì)條件及閘首機(jī)械設(shè)備等設(shè)計(jì)條件的基礎(chǔ)上，提出錯(cuò)位式雙線布置和并列式雙線布置兩種方案，比較分析兩種方案的優(yōu)缺點(diǎn)，得出錯(cuò)位式雙線布置設(shè)計(jì)方案更為可行。在此方案的基礎(chǔ)上，對船閘結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性及強(qiáng)度進(jìn)行計(jì)算，結(jié)果表明各項(xiàng)穩(wěn)定指標(biāo)滿足規(guī)范要求，且計(jì)算得到不同工況條件下最大正彎矩值和最小負(fù)彎矩值，為類似工程提供借鑒。

【關(guān)鍵詞】 雙線船閘；閘首；錯(cuò)位式雙線布置

1 工程概況

某船閘建于20世紀(jì)70年代，經(jīng)過多年發(fā)展，此船閘下游西側(cè)建有一座電廠，經(jīng)勘查，多條跨河管道布置在擴(kuò)建船閘的設(shè)計(jì)范圍內(nèi)；船閘上游東側(cè)附近建有別墅區(qū)，使擴(kuò)建的船閘征地范圍受到限制，給設(shè)計(jì)提出難題。根據(jù)航道的設(shè)計(jì)要求，船閘等級為Ⅲ級，包括船閘工程、配套工程及附屬工程。閘室的有效尺寸為2 €？80 m €？3 m €？ m（線數(shù)€漬⑹矣行Сざ葊漬⑹揖豢韤鬃钚∶偶魎睿杓頗甑ハ蟯ü芰ν騮，設(shè)計(jì)通航最大船型為1頂2 €？噸級頂推船隊(duì)，兩線船閘共用引航道。

2 設(shè)計(jì)條件

2.1 設(shè)計(jì)水位

根據(jù)《內(nèi)河通航標(biāo)準(zhǔn)》，Ⅲ級航道最高通航水位采用20年一遇洪水位；最低通航水位采用多年歷時(shí)保證率98%的水位。此船閘上游最高通航水位為3.06 m（國家高程基準(zhǔn)），最低通航水位為；下游最高通航水位為4.96 m，最低通航水位為 0.41 m。那么，上游設(shè)計(jì)檢修水位1.33 m，下游取1.42 m；上游設(shè)計(jì)洪水位3.28 m，下游取5.78 m。

2.2 設(shè)計(jì)高程

上閘首采用空箱邊墩的整體鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，閘首頂面均布置一處啟閉機(jī)房。上閘首頂標(biāo)高6.56 m，建基面標(biāo)高 7.29 m。閘室采用分離式結(jié)構(gòu)，閘室頂標(biāo)高5.36 m（不含防浪墻高度）。

2.3 地質(zhì)條件

地表普遍分布人工填土，厚度變化較大，以雜填土為主。西側(cè)魚塘現(xiàn)為電廠粉煤灰堆場，分布一層飽和軟土，厚度為1.3～7.2 m，平均厚度3.21 m，底板埋深一般小于3.5 m?？眳^(qū)普遍分布粉質(zhì)黏土，厚度變化不大；勘區(qū)均有分布飽和砂性土（包括粉土、砂土和粉質(zhì)黏土與砂土互層），厚度變化較大。

2.4 閘首機(jī)械設(shè)備

工作閘門采用三角門，工作閥門采用鋼質(zhì)平面提升門，閘、閥門啟閉機(jī)均采用液壓式啟閉機(jī)。

3 設(shè)計(jì)方案對比

船閘按雙線單級1 000 t級船閘一次建成，每線船閘有效尺度為180 m €？23 m €？4 m（長€卓韤酌偶魎睿？

根據(jù)《船閘總體設(shè)計(jì)規(guī)范》，充分考慮現(xiàn)場地形、地物等因素的影響，船閘上下游引航道走向均與現(xiàn)有套閘上下游航道基本一致，下閘首下游端與現(xiàn)有水利套閘下閘首下游端齊平。

考慮到征地范圍有限，上游東側(cè)別墅區(qū)對設(shè)計(jì)造成影響，設(shè)計(jì)初期提出兩種方案。

3.1 方案1

雙線船閘主體結(jié)構(gòu)上下錯(cuò)開28.8 m布置，東側(cè)船閘下閘首下游端基本與現(xiàn)有的水利套閘下閘首齊平布置，西側(cè)船閘下閘首下游端上移28.8 m錯(cuò)開布置，兩線船閘主體結(jié)構(gòu)（閘首、閘室）緊鄰布置，兩線船閘閘室中心間距為39 m，即錯(cuò)位式雙線布置（見圖1）。上下閘首平面尺寸均為28.8 m €？23 m （長€卓諉啪豢?；闸室瞥C娉嘰縹？80 m €？23 m （長€卓諉啪豢恚？

3.2 方案2

雙線船閘主體結(jié)構(gòu)并列布置，兩側(cè)船閘下閘首下游端基本與現(xiàn)有的水利套閘下閘首齊平布置，兩線船閘主體結(jié)構(gòu)（閘首、閘室）緊鄰布置，兩線船閘閘室中心間距為55 m，即并列式雙線布置（見圖2）。上、下閘首平面尺寸及閘室平面尺寸均與錯(cuò)位式雙線布置一致。

3.3 比較分析

針對兩種設(shè)計(jì)方案的比較分析（見表1），經(jīng)過多次技術(shù)協(xié)商和溝通，采用方案1。方案1占用面積相對較小，對鄰近的建筑影響小，尤其是船閘與上游東側(cè)的別墅區(qū)安全距離增加，有利于別墅區(qū)的安全。雖然方案1船閘設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)不對稱，邊界條件復(fù)雜，計(jì)算難度增加，但隨著計(jì)算方式的不斷改進(jìn)，方案1具有可行性。

4 結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性及強(qiáng)度計(jì)算

由于傳統(tǒng)的船閘結(jié)構(gòu)兩側(cè)對稱，因此，閘首結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定計(jì)算只需考慮順?biāo)鞣较虻姆€(wěn)定，結(jié)構(gòu)強(qiáng)度計(jì)算也只需考慮一個(gè)閘首。錯(cuò)位式雙線布置導(dǎo)致閘首結(jié)構(gòu)兩側(cè)不對稱，穩(wěn)定計(jì)算不僅需考慮順?biāo)鞣较虻姆€(wěn)定（見圖3），還要考慮橫向水流方向的穩(wěn)定（見圖4），結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度也需考慮不對稱的影響。

4.1 穩(wěn)定計(jì)算

根據(jù)閘首結(jié)構(gòu)尺寸和作用荷載，計(jì)算在各設(shè)計(jì)工況下結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性（包括結(jié)構(gòu)的抗傾、抗滑、抗浮以及地基承載力，見表2）。

從表2可以看出，船閘閘首各項(xiàng)穩(wěn)定指標(biāo)滿足規(guī)范要求。

4.2 強(qiáng)度驗(yàn)算

采用ANSYS有限元分析軟件計(jì)算分析，通過荷載組合，閘首底板最大正彎矩為2 755.3 kN€穖（正向校核工況），最小負(fù)彎矩為 3 999.0 kN€穖（檢修工況）。在長期荷載組合下，裂縫最大寬度應(yīng)控制在0.30 mm以內(nèi)。

5 結(jié) 論

錯(cuò)位式雙線船閘布置具有閘首和閘室占用土地面積相對小、船舶進(jìn)閘安全性高、開挖基坑面積相對小、施工維護(hù)費(fèi)低、利于環(huán)保、節(jié)約資源等優(yōu)點(diǎn)；但由于錯(cuò)位式雙線船閘兩側(cè)不對稱，使邊界條件變得復(fù)雜，增加了設(shè)計(jì)難度，且閘首臨水側(cè)不能做倒角，增加了結(jié)構(gòu)工程量。

【摘 要】 以某船閘設(shè)計(jì)為例，在考慮水位、高程、地質(zhì)條件及閘首機(jī)械設(shè)備等設(shè)計(jì)條件的基礎(chǔ)上，提出錯(cuò)位式雙線布置和并列式雙線布置兩種方案，比較分析兩種方案的優(yōu)缺點(diǎn)，得出錯(cuò)位式雙線布置設(shè)計(jì)方案更為可行。在此方案的基礎(chǔ)上，對船閘結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性及強(qiáng)度進(jìn)行計(jì)算，結(jié)果表明各項(xiàng)穩(wěn)定指標(biāo)滿足規(guī)范要求，且計(jì)算得到不同工況條件下最大正彎矩值和最小負(fù)彎矩值，為類似工程提供借鑒。

【關(guān)鍵詞】 雙線船閘；閘首；錯(cuò)位式雙線布置

1 工程概況

某船閘建于20世紀(jì)70年代，經(jīng)過多年發(fā)展，此船閘下游西側(cè)建有一座電廠，經(jīng)勘查，多條跨河管道布置在擴(kuò)建船閘的設(shè)計(jì)范圍內(nèi)；船閘上游東側(cè)附近建有別墅區(qū)，使擴(kuò)建的船閘征地范圍受到限制，給設(shè)計(jì)提出難題。根據(jù)航道的設(shè)計(jì)要求，船閘等級為Ⅲ級，包括船閘工程、配套工程及附屬工程。閘室的有效尺寸為2 €？80 m €？3 m €？ m（線數(shù)€漬⑹矣行Сざ葊漬⑹揖豢韤鬃钚∶偶魎睿杓頗甑ハ蟯ü芰ν騮，設(shè)計(jì)通航最大船型為1頂2 €？噸級頂推船隊(duì)，兩線船閘共用引航道。

2 設(shè)計(jì)條件

2.1 設(shè)計(jì)水位

根據(jù)《內(nèi)河通航標(biāo)準(zhǔn)》，Ⅲ級航道最高通航水位采用20年一遇洪水位；最低通航水位采用多年歷時(shí)保證率98%的水位。此船閘上游最高通航水位為3.06 m（國家高程基準(zhǔn)），最低通航水位為；下游最高通航水位為4.96 m，最低通航水位為 0.41 m。那么，上游設(shè)計(jì)檢修水位1.33 m，下游取1.42 m；上游設(shè)計(jì)洪水位3.28 m，下游取5.78 m。

2.2 設(shè)計(jì)高程

上閘首采用空箱邊墩的整體鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，閘首頂面均布置一處啟閉機(jī)房。上閘首頂標(biāo)高6.56 m，建基面標(biāo)高 7.29 m。閘室采用分離式結(jié)構(gòu)，閘室頂標(biāo)高5.36 m（不含防浪墻高度）。

2.3 地質(zhì)條件

地表普遍分布人工填土，厚度變化較大，以雜填土為主。西側(cè)魚塘現(xiàn)為電廠粉煤灰堆場，分布一層飽和軟土，厚度為1.3～7.2 m，平均厚度3.21 m，底板埋深一般小于3.5 m。勘區(qū)普遍分布粉質(zhì)黏土，厚度變化不大；勘區(qū)均有分布飽和砂性土（包括粉土、砂土和粉質(zhì)黏土與砂土互層），厚度變化較大。

2.4 閘首機(jī)械設(shè)備

工作閘門采用三角門，工作閥門采用鋼質(zhì)平面提升門，閘、閥門啟閉機(jī)均采用液壓式啟閉機(jī)。

3 設(shè)計(jì)方案對比

船閘按雙線單級1 000 t級船閘一次建成，每線船閘有效尺度為180 m €？23 m €？4 m（長€卓韤酌偶魎睿？

根據(jù)《船閘總體設(shè)計(jì)規(guī)范》，充分考慮現(xiàn)場地形、地物等因素的影響，船閘上下游引航道走向均與現(xiàn)有套閘上下游航道基本一致，下閘首下游端與現(xiàn)有水利套閘下閘首下游端齊平。

考慮到征地范圍有限，上游東側(cè)別墅區(qū)對設(shè)計(jì)造成影響，設(shè)計(jì)初期提出兩種方案。

3.1 方案1

雙線船閘主體結(jié)構(gòu)上下錯(cuò)開28.8 m布置，東側(cè)船閘下閘首下游端基本與現(xiàn)有的水利套閘下閘首齊平布置，西側(cè)船閘下閘首下游端上移28.8 m錯(cuò)開布置，兩線船閘主體結(jié)構(gòu)（閘首、閘室）緊鄰布置，兩線船閘閘室中心間距為39 m，即錯(cuò)位式雙線布置（見圖1）。上下閘首平面尺寸均為28.8 m €？23 m （長€卓諉啪豢恚徽⑹移矯娉嘰縹？80 m €？23 m （長€卓諉啪豢恚？

3.2 方案2

雙線船閘主體結(jié)構(gòu)并列布置，兩側(cè)船閘下閘首下游端基本與現(xiàn)有的水利套閘下閘首齊平布置，兩線船閘主體結(jié)構(gòu)（閘首、閘室）緊鄰布置，兩線船閘閘室中心間距為55 m，即并列式雙線布置（見圖2）。上、下閘首平面尺寸及閘室平面尺寸均與錯(cuò)位式雙線布置一致。

3.3 比較分析

針對兩種設(shè)計(jì)方案的比較分析（見表1），經(jīng)過多次技術(shù)協(xié)商和溝通，采用方案1。方案1占用面積相對較小，對鄰近的建筑影響小，尤其是船閘與上游東側(cè)的別墅區(qū)安全距離增加，有利于別墅區(qū)的安全。雖然方案1船閘設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)不對稱，邊界條件復(fù)雜，計(jì)算難度增加，但隨著計(jì)算方式的不斷改進(jìn)，方案1具有可行性。

4 結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性及強(qiáng)度計(jì)算

由于傳統(tǒng)的船閘結(jié)構(gòu)兩側(cè)對稱，因此，閘首結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定計(jì)算只需考慮順?biāo)鞣较虻姆€(wěn)定，結(jié)構(gòu)強(qiáng)度計(jì)算也只需考慮一個(gè)閘首。錯(cuò)位式雙線布置導(dǎo)致閘首結(jié)構(gòu)兩側(cè)不對稱，穩(wěn)定計(jì)算不僅需考慮順?biāo)鞣较虻姆€(wěn)定（見圖3），還要考慮橫向水流方向的穩(wěn)定（見圖4），結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度也需考慮不對稱的影響。

4.1 穩(wěn)定計(jì)算

根據(jù)閘首結(jié)構(gòu)尺寸和作用荷載，計(jì)算在各設(shè)計(jì)工況下結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性（包括結(jié)構(gòu)的抗傾、抗滑、抗浮以及地基承載力，見表2）。

從表2可以看出，船閘閘首各項(xiàng)穩(wěn)定指標(biāo)滿足規(guī)范要求。

4.2 強(qiáng)度驗(yàn)算

采用ANSYS有限元分析軟件計(jì)算分析，通過荷載組合，閘首底板最大正彎矩為2 755.3 kN€穖（正向校核工況），最小負(fù)彎矩為 3 999.0 kN€穖（檢修工況）。在長期荷載組合下，裂縫最大寬度應(yīng)控制在0.30 mm以內(nèi)。

5 結(jié) 論

錯(cuò)位式雙線船閘布置具有閘首和閘室占用土地面積相對小、船舶進(jìn)閘安全性高、開挖基坑面積相對小、施工維護(hù)費(fèi)低、利于環(huán)保、節(jié)約資源等優(yōu)點(diǎn)；但由于錯(cuò)位式雙線船閘兩側(cè)不對稱，使邊界條件變得復(fù)雜，增加了設(shè)計(jì)難度，且閘首臨水側(cè)不能做倒角，增加了結(jié)構(gòu)工程量。