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富春江船闸扩建改造工程围堰顶冲段沉箱设计验算与优化

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５２　中国水运　第１３卷　

杂，泄洪时冲击力极大，是围堰安全防范的重点与难点。该　

围堰设计国内外仍没有可借鉴的文献与依据，结构断面需要　在实际施工中予以验算和优化。本文在分析相应阶段围堰最　

不利工况基础上，介绍非汛期１０年一遇（Ｑ＝７，１　１０ｍ。／ｓ）　和汛期１０年一遇洪水（Ｑ＝１５，３００ｍ。／ｓ）时围堰顶冲段的重　

要指标验算。　二、围堰流态分析　

该围堰端头距离坝下仅有３０ｍ，处于泄流消能区，水电　站溢流坝采用面流消能，在溢流孔的末端设置适当高度的小　挑角的鼻坎，将下泄的高速水流引向下游水流表层，通过底　部旋滚和表面旋滚的作用来消能【３ｌ。其最大的缺点是水面波　

动大、对岸坡的稳定和航运条件不利。为此采用垂向二维水　

流模型，对近泄洪闸水域水流进行化模拟。其理论计算值如　下　１。　

表１坝下水流特性计算结果统计　

Ｔ　桩号　最大流速　波高　｛　

汛期１０年一遇洪水标　（卜０７Ｏ　准（１５，３００ｍ３／ｓ）　０—０３０　【Ｊ＋０１【】　非汛期１Ｏ年一遇标准　（卜０７Ｏ　（７，１１０　／ｓ）　０—０３０　１２　３６　８　００　５　６６　１０　６８　３　９３　３　６９　１　６４　坝前３０ｍ　（）８８　坝前７０ｎｌ　Ｏ　５０　坝前１１０１１ｏ　０．９９　坝前３０ｍ　（）４（）　坝前７０ｍ　Ｏ　２６　坝前１１０ｍ　分析上表可得，临近泄洪闸水域流速极大，并随着距离　

增加直线下降。同时根据南科院枢纽整体定床模型试验（比　尺１：１００物理模型），在临近泄洪闸水域３０ｍ处，流态复杂，　

水面流速较大，底部流速反向，存在底旋滚现象，且脉动作　用明显，对围堰的稳定性不利。而到６０ｍ处表面流速与底面　

流速方向基本吻合，并且随后的围堰结构与水流方向一致，　对围堰的冲击、冲刷都大幅减弱［５】。所以验算顶冲段（０—７Ｏ～　

０＋６０段）围堰整体结构安全尤为重要。　

三、安全性验算　ｉ．围堰渗流稳定验算　

根据地质条件，分别选取基础无卵石层、基础存在卵石　层的两个典型断面进行渗流有限元计算分析。根据地勘确定　

各土层渗透系数　，各断面有限元计算成果见表２。　表２计算断面关键部位渗流要素　

计算表明：防渗墙允许比降一般８０－１００，计算防渗墙渗　透比降小于允许值；进一步分析可知，围堰背水坡存在坡面　

出逸，坡面设混凝土防护面板，并做好出逸段的排水反滤保　护是必要的。对表层破碎部位及断层部位，应视具体情况适　当加深入岩深度，保障渗流安全。　２．上游面格宾石笼的安全性分析　

在水流作用下，抗冲粒径（折算粒径）按下式计算：　

ｄ：０．０４　ｚ：ｆ竺＿）１／３：１．２４　（１）　

式中：ｄ为按球型折算直径（Ｉ１３．）；Ｓ为石块体积（ｉｎ。）；　Ｖ为水流流速（ｍ／ｓ）。　根据工程围堰水流计算模型计算结果，石块容重为　

２４ｋＮ／ｍ。、格宾石笼容重为１８ｋＮ／ｍ。，计算结果见表３。　表３护面石笼计算结果　

根据设计，上游护坡石笼规格尺寸为４ｍ×１．５ｍ　

×１．０ｍ，在流速大于７ｍ／ｓ以上时，石笼的设计重量可能不　

能满足抗冲要求。　３．混凝土面板的稳定性分析　混凝土护面主要作用是堰顶的过流防冲保护和背水侧防　

冲刷。围堰护坡混凝土板的水力条件及失稳方式复杂，围堰　

既有侧向过流，还有正向过流，在端头还存在泄洪顶冲影响。　在过流情况下，存在侧向失稳的可能。可根据一些实验资料　所整理的面板厚度参考公式进行计算，该公式是根据１：３坡　

度、底部设垫层资料得到的　：　８＝０．０３４５ｑ＋０．２７　（２）　式中：６一面板厚度（ｍ）；ｑ一过堰单宽流量（ｒｆｌ。／ｓ・１ＴＩ）。　

单宽流量的计算：电站溢流坝段下游两侧导墙延伸长约　９０ｍ，泄洪宽度约３００ｍ；相应于１　０年一遇洪水下泄流量，　

对应的溢流坝段下游两侧导墙延伸范围内的平均单宽流量分　

别约５ｌｍ。／ｓ。假设按迎水侧水位１　１．８８ｍ、下游充水至６．５ｍ　高程，围堰直接有５．３８ｍ过堰水头而下游充水不及时情况。　

该工况下的单宽流量ｑ可按矩形薄壁堰公式计算：　ｑ＝　Ｏ＂ｍ￣／２ｇＨｏ　（３）　

式中：ｃｒ一过堰单宽流量（ｍ。／ｓ・ｒｆ１）；ｏ。一淹没系数取　

ｏ。＝１；ｏ。一侧收缩系数取ｏ　＝１；ｍ一自由溢流的流量系数取　ｍ＝０．３７７；ｇ一重力加速度；Ｈ　＝Ｈ４－　，在闸孔出流情况，　

一般比较小，一般用Ｈ替代Ｈ。。　

计算可得ｑ＝０．３７７　４．４３　５．３８　＝２０．８ｍ。／（Ｓ・１ＴＩ）；　

代入公式２得：８＝０．９９ｍ。　４．沉箱的稳定性分析　对０—７０～０＋６０段围堰，假设沉箱上游防护块石等被冲　

走，仅依靠沉箱维持上游稳定。根据围堰运行条件，计算以　

下二种特殊工况：　

（１）围堰顶填筑至６．５０ｍ，围堰前泄洪水位自６．５０ｍ　退水时但沉箱及防渗体间渗水无法及时排出条件下的沉箱稳　定性，荷载组合为：　自重＋静水压力＋扬压力＋土压力。　（２）围堰顶填筑至１２．５０ｍ，围堰前泄洪水俯自６．

５０ｍ　第９期　楼伟中：富春江船闸扩建改造工程围堰顶冲段沉箱设计验算与优化　５３　

退水但沉箱及防渗体间渗水无法及时排出条件下的沉箱稳定　

性，荷载组合为：自重＋静水压力＋扬压力＋土压力。　根据　水工挡土墙设计规范　（８Ｌ３７９—２００７），沉箱沿　

基岩面的抗滑定系数取１．０，抗倾稳定系数取１．３０，抗浮稳　

定系数不小于１．０５，挡土墙基底压应力不大于１，４００ＫＰａ。　计算结果：根据富春水电站情况，水库下游最低水位约　

３．０ｍ。计算成果见表４、表５。　表４工况一计算结果　

迎水面水位（。　）　抗滑稳定　抗倾稳定　抗浮稳定　基底应力（ＫＰ　）　背水侧Ｐｍｉｎ　迎水侧Ｐｍ缸　

对基底应力而言，当基底出现拉应力时，会出现基底应　

力调整，经分析计算，两种计算工况下的计算最大压应力分　

别为７２５ＫＰａ、５００ＫＰａ，基底压应力满足要求。从计算成果　来看，如果围堰迎水侧防护被冲走，仅依赖沉箱维持稳定，　

则在退水水位较低情况下，沉箱的稳定安全不能满足要求。　５．沉箱抗冲性验算　泄水闸下顶冲段围堰，可视为在出口端附加一个边界条　

件，人为地促成射流在此空间内变形，上述特殊流态称为井　流ｌ８　Ｊ，其示意图如下。　

｝～…一Ｌ一一一　

图４井流计算示意图　

其边界条件为ａ＝２６．５６。，ｅ＝１８．８６。，Ｌ＝３０ｍ，Ｄ　＝９．４ｍ，Ｑ＝１２ｍ，上游水位为２４ｍ。假定其井流为稳定结　构，在各泄洪闸采用相同开启度的情况下，作用于下游井壁　

力可近似计算如下表。　表６围堰顶冲段的抗冲力计算表　

从上可知在均匀开开启的情况下，下游沉箱受到作用力　

较大，并随开启度增大而增大，需要增加抗冲稳定加强措施。　四、结论与优化　富春江船闸施工围堰为过水围堰，围堰抗冲刷防护的可　靠性至关重要。围堰端头处于１４＃～１７＃闸下泄消能区，三维　水流特性明显，应重点加强该区域的围堰防护。综合工程围　

堰结构验算结论及在实际施工优化处理主要措施如下：　（１）围堰渗流稳定性满足设计要求，每天最大渗流量在　

７，０００ｍ。左右，对Ｆ６断裂带，在砼防渗入岩深度应视基岩表　

层破碎及断层情况适当加深的基础上，采取局部高压旋喷防　渗处理，穿过断裂面形成有效防渗，以保障渗流安全。　

（２）由于端头格宾石笼防护标高较低，最大流速基本在　设计７ｍ／ｓ左右，主要可通过加强多个石笼问的连接，提高整　

体抗冲性能，达到端头防冲能力。　

（３）基于砼面板稳定验算分析、已有工程如滩坑水电站　设计资料ｆ９】，以及情况差异等影响，综合考虑后进行如下优　

化：①适当放缓围堰的下游坡比至１：２，并将背水侧混凝土　

坡脚与齿槽混凝土连成整体。②将背水侧、尤其是０—０７０～　０＋０６０段的混凝土板厚度适当加厚（１ｍ），在沉箱顶面植筋，　

与护面混凝土钢筋焊接成一个整体，保证沉箱与护面混凝土　连成一个整体，共同抵抗泄洪冲刷力。③做好度汛预案，保　

障汛期遭遇可能洪水时能及时拆除上部子堰，并向基坑内预　

充水，保障过流安全。　（４）为加强整体抗冲性，预制砼沉箱变更为重力式整体实　

心砼沉箱，沉箱尺寸不变，采用一次性钢套箱，砼封底后分层　现浇水下砼。在每个沉箱对称设置４］ｆ￣Ｊｆｑ￣，增强沉箱的抗倾覆　能力。锚杆为直径ｑ０３２精扎螺纹钢，其入岩深度不小于３．５ｍ。　

（５）为减缓下泄水流对围堰冲刷，围堰工作期间凋整洪　水调度方案在满足泄洪安全的前提下，考虑非对称泄流（采　

用相临泄洪孔最大不同开启度），尽量避免开启临近围堰的　

１３～１７号孔泄洪闸。应做好围堰度汛预案，确保汛期围堰　过水时能及时拆除上部子堰并预先对围堰背水侧内部进行充　水，保障施工期围堰安全。　参考文献　

『１１该论文研究内容列）ｘ．２０１３＃－度浙江省交通运输厅第一批　科研计划（２０１３Ｗ０１）．中高水头枢纽船闸改扩建工程坝　

下施工围堰方案研究．　【２】金国强等．富春江船闸扩建改造工程施工图设计（Ｉ设计　说明书）．浙江省交通规划设计研究院，２０１２，７．　［３】姜树海，钱莺莺，王正臬．富春江水电站溢流坝面流消能　

的可靠性分析【　Ｊ．南京水利科学研究院，１９９３．　【４］吴时强，王昭升等．富春江船闸扩建改造工程施工临时围　

堰水流条件数学模型研究书）．南京水利科学研究院水文　水资源与水利工程科学国家重点实验室，２０１２，１１：　

２７－－２９．　【５】胡去劣．富春江七里垅工程整体模型试验［『１＿南京水利科　学研究院，１９７３．　［６】郑束宁，刘健等　富春江船闸扩建改造＿７－程工程地质勘察　报告［Ｒ】．浙江省交通规划设计研究院，２０１１，６：１５—１６．　【７】肖焕雄．施工水力学ＩＭ１．北京：水利电力出版社，１９９２．　［８１李炜．水力计算手册【Ｍ１．北京：中国水力水电出版社，２００６．　【９】杨磊，胡志根，肖焕雄滩坑面板堆石坝过水围堰设计及　坝面度汛保护优化实验研究　堆石坝的水力学及导流问　

题：６８３－６８７．

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某船闸工程船闸闸室结构优化设计

某船闸工程船闸闸室结构优化设计

某船闸工程船闸闸室结构优化设计

王鹏;卜丁

【摘 要】船闸是通航建筑物的一种主要形式,它一般用于保证船舶安全过闸,因此,其结构设计的合理性就显得格外重要.以某船闸工程为例,利用Abaqus有限元软件对船闸闸室结构进行计算;讨论影响船闸闸室结构设计安全性、稳定性的关键因子,找出考虑这些关键因子的优化设计方法,并进行结构优化设计.

【期刊名称】《水运工程》

【年(卷),期】2012(000)009

【总页数】3页(P142-144)

【关键词】船闸结构;有限元分析;关键因子;优化设计

【作 者】王鹏;卜丁

【作者单位】西南大学工程技术学院,重庆400715;江门市交通工程质量监督站,广东江门529000

【正文语种】中 文

【中图分类】TV314

船闸是通航建筑物的一种主要形式，它一般用于保证船舶安全过闸，因此，其结构设计的合理性就显得格外重要。本文以某船闸工程为例，利用Abaqus有限元软件对船闸闸室结构进行计算；讨论影响船闸闸室结构设计安全性、稳定性的关键因子，找出考虑这些关键因子的优化设计方法，并进行结构优化设计。其中实例分析的工程为一个Ⅱ等航电结合的综合利用工程，该工程的主要建筑物为3级，次要建筑物为4级。航闸的有效尺度（即闸室长度×闸室宽度×吃水深度）为120

m×16 m×3 m，设计通航船队为2×500 t。电站装机容量84 MW（3×28

MW），保证出力23.5 MW，多年平均发电量3.854 3亿kW·h，年平均利用时间4 588 h。该工程的总投资130 473万元，静态总投资127 154万元。

1 船闸闸室结构有限元模型

用Abaqus有限元软件建立船闸闸室结构三维有限元模型（图1）[1]。选取船闸闸室长度方向为两个相邻沉降缝之间的长度15 m；宽度方向以闸室纵轴线为中心线，两边各取60 m；深度方向以闸室顶部为上边界，向下取70 m。

图1 船闸闸室模型

在有限元模型中，混凝土材料本构关系采用广义Hooke定律[2]；土体材料本构关系采用Mohr-Coulormb模型[3]。模型考虑了船闸闸室结构与周围土体（岩体）的相互摩擦作用，取摩擦系数为0.45。各种材料物理参数见表1。

锚拉结构船坞改造工程过渡段施工工序优化

锚拉结构船坞改造工程过渡段施工工序优化

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锚拉结构船坞改造工程过渡段施工工序优化

崔云

(中交第三航务工程局有限公司 上海 200030)

摘要： 船厂生产任务重，船坞接长改造期间，原坞需继续高强度造船生产，因此每3个月左右原坞室均会进

行一次放水以供船舶出坞。为确保接长段干施工条件，需保留原坞尾用于挡水，原坞尾在新老坞即将实现贯

通前，利用两次放水的间隙进行拆除。对过渡段施工工序进行优化，调整整体施工顺序，由新建坞尾向原坞

尾方向推进，最终在过渡段进行收尾。并充分利用原坞尾结构的廊道迎水面墙身、锚碇板桩和搅拌桩加固

体，作为过渡段的有效临时挡水、挡土设施和通道基础。

关键词： 过渡段 工序优化 原结构利用 施工周期

中图分类号： U673.33文献标识码： A 文章编号： 1672-3791(2023)12-0084-04

Optimization of the Construction Process of the Transition Section

of the Anchor Structure Dock Renovation Project

CUI Yun

(CCCC Third Harbor Engineering Co., Ltd., Shanghai, 200030 China)

Abstract: The production task of the shipyard is heavy. During the extension renovation of the dock, the original

dock needs to continue the high-intensity shipbuilding production, so the original dock room drains once every

高桩码头沉桩碰桩验算及调整优化

高桩码头沉桩碰桩验算及调整优化

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高桩码头沉桩碰桩验算及调整优化

作者：魏忠华

来源：《珠江水运》2014年第05期

摘 要：通过对福建可门高桩码头沉桩进行公式法和三维图形法碰桩验算，解析碰桩验算原理，在沉桩前配合设计进行桩位调整优化，避免沉桩过程中碰桩事故的发生，为沉桩施工的顺利进行提供前期技术保证，总结高桩码头沉桩碰桩验算及调整优化的方法，可作为同类工程的参考。

关键词：沉桩 碰桩 验算 调整优化

1.工程简述

福州港罗源湾港区可门作业区10号、11号泊位码头及栈桥工程位于罗源湾南岸的可门作业区，与华电可门火电厂相邻，地处连江县坑园镇颜岐村蛇山附近。工程主体结构型式为高桩梁板式码头，桩基为Q345B钢管桩，桩径为Φ1.3m和Φ1.0m两种类型，钢管桩的长度在51～90m之间。Φ1.3m的钢管桩共294根，Φ1.0m的钢管桩共244根。

从桩长上分析，本工程的钢管桩属于超长桩，桩的倾斜度在3.5：1至15：1之间，直桩和斜桩在数量上约各占50%。在管桩沉设过程中，若发生碰桩事故，对工程质量、工期及成本会造成较大的影响，故在管桩沉设前必须进行碰桩验算。

2.碰桩验算原理解析

验算两根桩是否相碰，其基本原理就是求在三维空间中两条不相平行直线间的最小距离，所谓最小距离是指这两条直线的公垂线与这两条直线交点之间的距离。

在碰桩验算过程中，为减少碰桩验算的工作量，可根据桩位平面布置图，很容易地把不可能相碰的桩快速地排除在验算之外，从而减少碰桩验算工作量，提高内业工作效率，绝不相碰的桩位有如下两种类型：

①在同一排上两根桩顶标高、扭角、斜率都相同的桩。

②在同一排上两根桩顶标高相同，扭角相差180°的桩。

除以上两种桩位布置型式外，其余的桩位布置型式可分为斜桩与斜桩、斜桩与直桩两种型式。

富春江水力发电厂扩机工程右装配场空压机站周边结构控制爆破设计

富春江水力发电厂扩机工程右装配场空压机站周边结构控制爆破设计

1 摘要：富春江水力发电厂扩建6#机组，拆除厂房内的右装配场的板、梁、柱钢筋砼结构及进出水口的部分结构。尤其+15.8M层上空压机站周边结构拆除，由于周围条件非常复杂，需保护的机械设备多，因此拆除难度大，采用控制爆破加风镐二次破碎方法施工，完全满足了各项要求。

关键词：空压机站保护 控制爆破 二次破碎 毫秒级微差起爆

1 引言

富春江水力发电厂扩建6#机组，为此需拆除厂房内的右装配场的板、梁、柱钢筋砼结构及进出水口的部分结构，待拆除结构周围环境非常复杂。 拆除过程中必须确保1#～5#机的正常生产；确保周边的机械设备的正常运转，确保保留部分结构的安全。本次拆除工程中，在确保+15.8M层面上空压机安全的情况下，进行周边拆除目标的施工，是难度最大的施工部位。为确保安全，采用技术含量较高的控制爆破加风镐二次破碎方法进行施工。

2 +15.8M层上空压机站周边结构爆破方案和措施

2.1 拆除步骤

第一步，搭设密排钢管防护脚手架，对空压机进行保护。为防护层板间结构梁柱爆破冲击及爆破飞石对空压机的影响，在进行该部分爆破时，沿待拆除的空压机左侧三根立柱搭设钢管防护脚手架，脚手架外侧用多层板封闭。

第二步，在拆除右侧面80cm厚墙体时，钻三排垂直孔，采用 2 微差起爆方式，首先爆破最外侧的孔，将外侧的钢筋炸开，后爆破后两排孔时，爆破的最小抵抗线方向向外，而且在无钢筋的砼中进行，爆破后，近空压机一侧余下约20cm厚的钢筋砼采用风镐进行拆除。

第三步，采用风镐拆除空压机上方的板梁。

第四步，对空压机左侧立柱以左的层爆及立柱控制爆破拆除，在爆破前，首先切断与暂时保留的三根立柱相联接的梁。

第五步，用钢丝绳将三根立柱与横梁接向左侧，并用葫芦使其受预拉力，人工将三根立柱下部左侧的钢筋剥出切断，采用松动爆破法，炸出三角形缺口，后用葫芦将三根立柱及梁拉倒，拉倒后，在+15.8M层面上再进行爆破。

在进行+15.8M层板爆破时，空压机的防护保持原样。