□董永霞 □劉琳琳

（商丘市水利建筑勘測設計院）

一、工程概況

落地槽位于魯山坡南坡腳的斜坡上，為一傍山渠道，與建筑物軸線垂直的沖溝發(fā)育，地形起伏較大。槽身左側山坡開挖高度多在15m以上，最高達40m，槽身右側填方高度一般在5.5m左右，最高達10m。

落地槽段軸線設計樁號為SH(3)10+383.1～SH(3)11+913.1，全長1530m，其中進口連接段長145m，包括出口檢修閘15m、閘前與箱基渡槽連接段80m、閘后與落地槽單槽連接段50m；落地槽長1335m，出口漸變段長50m。

落地槽槽身為C30鋼筋混凝土矩型斷面，凈寬22.2m，包含邊墻和底板兩部分，其中邊墻高8.1m，底部厚1.2m，頂部厚0.5m，底板厚1.3m。

本文根據(jù)落地槽沿線不同的地質條件，選取不同的典型剖面，分別對邊墻、底板及地基承載力進行結構計算。由于魯山坡段落地槽地震基本烈度為Ⅵ度，進行結構計算時無需進行抗震設計計算。

二、邊墻結構計算

（一）計算工況、參數(shù)及方法

邊墻結構計算分為4種工況，即：完建工況（槽內無水）；設計工況（槽內設計水深6.8m，穩(wěn)定地下水位）；加大水深工況（加大水深7.425m，穩(wěn)定地下水位）；滿槽水工況（滿槽水深8.1m，穩(wěn)定地下水位）。

結構計算參數(shù)主要包括邊墻尺寸、邊墻兩側回填土高度、回填土容重及回填土的內摩擦角、水的容重等。其中邊墻高8.1m，底部厚1.2m，頂部厚0.5m；由落地槽在不同樁號下的橫斷面圖知，落地槽槽身右側填土高度一般在5.5m左右，所以計算時回填土高度取5.5m，容重取19.6kN/m3；已知回填土的內摩擦角為28°～40°，對邊墻進行結構計算時，按最不利條件考慮，計算邊墻外側配筋時回填土內摩擦角取小值（28°），計算邊墻內側配筋時取大值（40°），水容重取10kN/m3。

邊墻內力計算方法為常用的結構力學方法，按懸臂結構計算。計算土壓力時，在完建工況下邊墻土壓力按靜止土壓力計算，其它工況下邊墻土壓力按主動土壓力計算。

（二）計算結果

考慮到邊墻內力在高度方向上變化很大，底部彎矩最大，頂部彎矩最小，因此分別選取邊墻底部和邊墻1/4高處進行結構計算。經(jīng)計算，在完建工況下，邊墻底部剪力為-262.13kN，力矩為-573.53kN·m，軸力為195.00kN；邊墻1/4高處剪力為42.73kN，力矩為-49.49kN·m，軸力為128.25kN。在設計工況下，邊墻底部剪力為166.74kN，力矩為405.87kN·m，軸力為195.00kN；邊墻1/4高處剪力為88.27kN，力矩為151.65kN·m，軸力為128.25kN。在加大水深工況下，邊墻底部剪力為211.19kN，力矩為564.06kN·m，軸力為195.00kN；邊墻1/4高處剪力為120.07kN，力矩為232.63kN·m，軸力為128.25kN。在滿槽水工況下，邊墻底部剪力為263.59kN，力矩為767.56kN·m，軸力為195.00kN；邊墻1/4高處剪力為158.80kN，力矩為343.86kN·m，軸力為128.25kN。

由以上邊墻內力計算結果可知，邊墻外側配筋由完建工況控制，內側配筋由滿槽水工況控制。依據(jù)《水工鋼筋混凝土結構設計規(guī)范》，計算邊墻底部外側配筋面積為2633.5mm2，內側配筋面積為3392.8mm2；邊墻1/4高處外側配筋面積為1459.5mm2（構造配筋），內側配筋面積為1713.3mm2。

三、底板結構計算

（一）計算工況、參數(shù)及方法

底板結構計算工況同邊墻結構計算工況，即：完建工況、設計工況、加大水深工況和滿槽水工況。已知底板總寬24.6m，厚1.3m，其它計算參數(shù)同邊墻的計算參數(shù)。底板結構計算采用彈性地基梁法，計算模型為順水流方向取1m槽身。

落地槽為單槽矩形斷面，所受水平力對稱，不需要進行抗滑穩(wěn)定計算。

由《南水北調中線一期工程總干渠沙河南至黃河南段工程沙河渡槽段初步設計工程地質專題報告圖冊》中魯山坡流槽軸線工程地質剖面圖知，魯山坡段落地槽槽身主要坐落在9種巖層上，即：石英砂巖夾頁巖、砂巖、片麻巖、礫巖、粘土巖、粉質粘土、碎石、礫質重粉質壤土和重粉質壤土。

根據(jù)《水閘設計規(guī)范》（SL265-2001）：當?shù)装灏磸椥缘鼗河嬎銜r，對于邊荷載的考慮采用下列原則規(guī)定：如果邊荷載使底板的內力減小，則邊荷載的影響不予考慮。如果邊荷載使底板內力增加，則考慮其全部邊荷載。

（二）計算結果

本文選取巖性最差的重粉質壤土，以計入邊荷載和不計入邊荷載兩種情況分別進行底板結構計算。計算時規(guī)定底板彎矩（M）以外側受拉為正，內側受拉為負。經(jīng)計算，在計入邊荷載情況下，完建工況，M（+）=503.23kN·m，M（-）=-854.52kN·m；設計工況，M（+）=0kN·m，M（-）=-694.58kN·m；加大水深工況，M（+）=0kN·m，M（-）=-766.92kN·m；滿槽水深工況，M（+）=0kN·m，M（-）=-905.23kN·m。在不計入邊荷載情況下，完建工況，M（+）=553.46kN·m，M（-）=0kN·m；設計工況，M（+）=446.03kN·m，M（-）=-370.30kN·m；加大水深工況，M（+）=402.59kN·m，M（-）=-524.11kN·m；滿槽水深工況，M（+）=553.46kN·m，M（-）=-722.71kN·m。

由以上底板內力計算結果可知，底板外側配筋由完建工況控制，內側配筋由滿槽水工況控制。依據(jù)《水工鋼筋混凝土結構設計規(guī)范》，計算底板外側配筋面積為2302.00mm2，內側配筋面積為3300.00mm2。

四、地基承載力計算

由落地槽橫斷面知，底板總寬24.6m，厚1.3m，兩端邊墻凈高8.1m，底板端頭剛度大，中間部位剛度小，且兩端在土壓力、水壓力所產生的力偶及邊墻自重作用下，受力極不均勻，地基反力也相差很大。本次計算采用彈性地基梁法，計算模型為順水流方向取1m槽身。

計算時分別對石英砂巖夾頁巖、砂巖、片麻巖、礫巖、粘土巖、粉質粘土、碎石、礫質重粉質壤土和重粉質壤土9種巖層進行地基應力計算，計算按最不利條件（不考慮邊荷載）考慮，經(jīng)計算，地基應力由滿槽水工況控制，其中在石英砂巖夾頁巖地基條件下，底板跨中最大地基應力為116.48kPa，端部最大地基應力為479.26kPa，其它各巖層跨中最大地基應力為87.26kPa～88.64kPa，端部最大地基應力為318.76kPa～321.04kPa。

由地基應力圖知，落地槽基礎端頭地基應力較大，跨中地基應力趨于均布，兩端根部距離基礎中心約1/3區(qū)域，地基應力驟降厲害，對于地基承載力較小的地基，存在著該部位平均地基應力大于地基承載力標準值問題。考慮到底板兩端在一定深度范圍內由于發(fā)生塑性變形，會引起地基應力的重新分布，從而削減兩端地基應力的峰值，根據(jù)《水閘設計規(guī)范》SL265-2001確定的地基容許塑性變形區(qū)開展深度（落地槽取3m），用CK法驗算土質地基的整體穩(wěn)定，經(jīng)計算CK值（滿足極限平衡條件時所需的地基土最小粘結力）小于計算點土體的粘結力，因此地基整體穩(wěn)定基本能滿足要求。

五、結論及建議

根據(jù)落地槽結構體型及受力條件，進行結構計算后，結果如下：邊墻底部：外側配筋 φ25@150（3272.7mm2），內側配筋φ25@125（3927mm2），抗裂系數(shù)：Kf＝1.16；距邊墻底部 1/4 高處：外側計算配筋量1459.5mm2，內側計算配筋量1713.3mm2。底板：內側配筋φ25@125（3927mm2），外側配筋φ28@200（3079mm2），抗裂系數(shù)：Kf＝1.75。

由于邊墻為懸臂結構，墻凈高8.1m，內力在高度方向上變化很大，底部彎矩最大，在距邊墻底部1/4高處彎矩已衰減到一半以上，因此建議邊墻配筋在垂直方向應該隨著高度的增加進行適當?shù)臏p少。

根據(jù)地基承載力計算結果顯示：底板端部地基應力遠大于平均基底應力，由地基應力圖知，落地槽基礎端頭基礎應力較大，跨中地基應力趨于均布，兩端根部距離基礎中心約1/3區(qū)域，地基應力驟降厲害，對某些較軟弱基礎，部分槽基存在平均地基應力大于地基承載力標準值問題。由于基礎塑性變形的深度需要控制，否則會引起基礎的較大變形，對結構產生不利影響，為安全計，建議對地基巖性較軟弱的基礎端部進行加固處理（如：粉質粘土、礫質重粉質壤土、重粉質壤土等地基條件）。