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太平闸连续反拱底板裂缝成因分析 　　摘要：太平闸底板采用的连续反拱结构,24孔不分缝,它的优点是充分发挥砼的抗压性能,节省水泥30%,节省钢筋70%,缺点是对地基不均匀沉陷和温度变化较为敏感。本文利用非线性有限元分析的原理，结合工程多年观测资料，分析太平闸的底板裂缝成因和危害。 　　关键词：连续反拱底板裂缝成因不均匀沉陷 　　 一、工程概况 　　 太平闸位于扬州市东郊的太平河上，建成于1972年，系淮河入江水道控制工程之一，设计流量1950立方米/秒，校核流量2470立方米/秒，属大（2）型Ⅱ等工程，闸身为2级建筑物。该闸建成后在排洪、蓄水方面发挥了应有的作用，效益显著。 　　 为节省工程造价，太平闸闸身结构型式以“轻”、“薄”、“拱”为主要特点。全闸共24孔，每孔净宽6.0m，闸室总宽167m。闸底板为钢筋混凝土连续反拱结构，并与岸墙结成整体，24孔不分缝，反拱底板厚60cm,采用200#混凝土。闸门处闸底板顶面高程-1.0m（废黄河零点，下同），闸底板长度17.0m；闸墩除墩体底板及门槽部位为钢筋混凝土结构外，其余均为浆砌块石结构。闸上设工作便桥、公路桥各一座，公路桥桥面高程8.80m，荷载等级为汽-13设计，拖-60校核。工作便桥与公路桥均为拱型结构。 　　 太平闸闸底板座落在粉质粘土层上，C=55KPa，φ0=19°。贯入击数14左右，在设计和施工过程中，为了减少拱脚位移及温度变化等不利因素对反拱底板的影响，采取了以下措施：一是闸底板与反拱底板分期浇筑，充分使闸墩荷重直接传于地基，减少拱底板受力。二是24孔底板不分缝，成连续反拱底板，以解决拱底板及拱桥的水平推力问题。 　　 二、反拱底板裂缝检查和工程观测 　　 2009年2月，通过对太平闸闸室内底板的水下录像检测，发现10#孔闸室内有一条通长裂缝，位置从10#孔右侧闸门角底部开始向中部延伸，至闸室中部后向下游延伸，在靠近下游伸缩缝处转弯向左侧闸墩延伸，裂缝表层有多处混凝土剥落现象，最大剥落宽度约40mm，裂缝清晰，宽度约1mm，在距伸缩缝约1m处裂缝分叉。 　　多年垂直位移观测成果分析：垂直位移自1971年12月始测，至2008年12月止，上下游的位移量值相差不大，走势基本相同，采用下游沉降量为代表，从左岸墙下游、23个闸墩下游、到右岸墙下游的累积位移量统计分析情况来看，总体呈现中间小，两侧大的格局，其中，9#与10#之间的中墩累计位移量最小。其中9#闸墩下游侧累计沉陷量9.32mm，10#闸墩下游侧累计沉陷量12.72，边孔闸墩下游沉陷量累达23.96mm、25.94mm，左岸墙、1#-23#闸墩、右岸墙下游侧累计垂直位移分布示意图3 　　 　　 　　 图3、左岸岸墙、1-23个闸墩、右岸岸墙下游侧累计垂直位移分布示意 　　 三、反拱底板裂缝成因分析 　　 反拱底板的优点是利用拱形结构的特点，充分发挥混凝土的抗压性能，使底板厚度减薄，与常用的水平底板相比，可节约水泥和钢筋30%和70%；但反拱底板是连拱式超静定结构，其内力主要为轴向压力，在均布荷载的作用下，反拱内力一般不起控制作用，起控制作用的是不均匀沉降、温度变化等引起的反拱内力。反拱底板对地基不均匀沉降和温度变化较为敏感。从太平闸下游沉陷总体呈现中间小，两侧大的格局，9#闸墩与边墩之间累计不均匀沉陷16.62mm，初步分析是造成10#孔下游产生裂缝的原因。 　　 为进一步分析太平闸底板裂缝成因，依据太平闸结构型式及地形地质构造等基本资料，运用非线性有限元分析软件，建立太平闸-地基系统整体仿真数值计算模型，依据太平闸长期垂直位移观测数据，采用直接位移反分析方法对地基的弹性模量进行反分析，在太平闸未开裂条件下进而采用三维有限单元法对太平闸-地基系统进行应力变形分析，对10#孔底板现有裂缝进行成因分析，并针对反拱底板在现有状况下的安全性进行分析评价。在三维有限元计算分析模型中，闸和基础均采用空间八节点六面体等参单元。计算模型整体坐标系X轴正向指向右岸，Y轴正向指向下游，Z轴竖直向上。反拱底板厚度方向划分3层单元，整体模型单元总数为99089个，结点总数为116398个。计算模型边界位移约束条件为：地基上下游截断边界处顺河向水平向位移为零，地基左右侧截断边界处横河向水平向位移为零，底部截断边界处竖向位移为零。计算工况采用以下荷载组合：上游正向设计水位+相应下游水位+闸墩、底板、闸门自重+闸墩上部结构荷载+岸墙后填土自重。 　　 在实际监测中可以发现：各孔反拱底板上表面以受拉为主，1#、10#、13#、24#反拱底板的最大主拉应力均分布在左（右）闸门槽与底板连接处，其中以10#反拱底板右侧闸门门槽底部的最大主拉应力数值最大，达到1.69Mpa，超过反拱底板混凝土（强度等级为C18）的轴心