水工建筑物船闸结构计算讲义PPT

第六章章船船闸闸结构构计算算第一节节作用在在船闸闸结构构上的的荷载载船闸水水工建建筑物物设计计时，，须根根据建建筑物物在施施工、、完建建、运运用及及检修修等不不同时时期所所承受受的全全部荷荷载，，并按按各种种可能能的最最不利利荷载载组合合进行行计算算。作用于于船闸闸水工工建筑筑物上上的荷荷载包包括：：（1）建筑筑物自自重、、水重重及建建筑物物内部部或上上部填填料重重。（2）闸门门、阀阀门及及其他他设备备的重重量。。（3）土压压力。。（4）静水水压力力。（5）扬压压力（（包括括浮托托力及及渗透透压力力）。。（6）船舶舶荷载载。（7）活荷荷载。。（8）波浪浪压力力。（9）水流流力。。（10）地震震力。。（11）其他他。一、荷荷载种种类1、土压压力土压力力是作作用在在船闸闸上的的主要要荷载载之一一。计计算土土压力力时，，应根根据地地基性性质、、结构构类型型及回回填土土性质质等因因素判判别土土压力力的计计算状状态。。根据据分析析、观观测并并结合合船闸建建设具具体情情况复复算，，基本本可以以分为为以下下三种种状态态：二、荷荷载计算（1）土基基上的的重力力式、、扶壁壁式、、悬臂臂式等等结构构，墙墙后填填土应应按主动土土压力力计算；；（2）土基基上设设斜桩桩和带带横撑撑的直直桩基基础上上或岩岩基上上的重重力式式、扶扶壁式式、悬悬臂式式、混混合式式结构构等，，以及及一般般的整整体式式结构构，由由于墙墙身变变位受受到限限制，，主动动极平平衡状状态一一般难难以发发生，，墙后后填土土应按按静止土土压力力计算；；（3）墙高高大于于15m的整体体式悬悬臂式式钢筋筋混凝凝土结结构，，观测测表明明，结结构上上部产产生大大于静静止土土压力力的附加土土压力力，因此此应按按附加土土压力力的影响响进行行分析析研究究。主动土土压力力计算算方法法：库仑理理论适适用——墙背与与垂线线夹角角不大大α＝（45°°－φ/2）的主主动土土压力力计计算（（φ为内摩摩擦角角））。朗肯理理论适适用——β＝0（地面面与水水平面面夹角角）；；α≥（45°°－φ/2）或墙墙身为为L结构（坦墙墙）时的主主动土土压力力计计算算。凝聚力力概念念…..图6-1主动土土压力力计算算（库库仑法法）静止土土压力力通常常是指指墙体体没有有位移移时的的土压压力，，一般般为墙墙身刚刚度较较大和和地基基不发发生沉沉降的的情况况。为为方便便计算算，静静止土土压力力系数数可采采用主主动土土压力力系数数的1.25～1.5倍。。关于于附附加加土土压压力力的的计计算算，，须须按按整整个个结结构构与与周周围围土土体体共共同同工工作作的的条条件件考考虑虑，，目目前前已已有有的的计计算算方方法法都都具具有有很很大大的的假假定定性性，，有有待待进进一一步步研研究究。。2、扬扬压压力力作用用于于建建筑筑物物基基础础底底面面垂垂直直向向上上的的总总水水压压力力称称为为扬压压力力，包包括括浮浮托托力力和和渗渗透透压压力力。。建筑筑物物基基底底浮浮托托力力的的强强度度等等于于下下游游水水位位与与建建筑筑物物基基底底的的高高程程差差乘乘以以水水的的重重度度。。渗透透压压力力的的确确定定取取决决于于地地基基的的性性质质。。土土基基上上建建筑筑物物的的渗渗透透压压力力计计算算见见本本章章第第二二节节。。下下面面介介绍绍岩岩基基上上建建筑筑物物的的渗渗透透压压力力计计算算。。图6-2为设设帷帷幕幕灌灌浆浆、、排排水水设设施施的的扬扬压压力力图图对未未设设帷帷幕幕、、排排水水的的船船闸闸，，一一般般假假定定渗渗透透压压力力呈呈三三角角形形分分布布，，图图6-2中为为上上游游水水深深，，为为下下游游水水深深，，为渗渗透透水水头头。。但观观测测资资料料表表明明，，岩岩基基上上渗渗透透压压力力线线的的变变化化，，往往往往不不是是一一条条直直线线，，而而是是曲曲线线。。为为了了便便于于计计算算和和比比较较符符合合实实际际，，将将曲曲线线变变化化的的渗渗透透压压力力图图折折算算为为相相应应的的直直线线变变化化的的渗渗透透压压力力图图，，即即将将渗渗透透水水头头H乘以以折折减减系系数数α，使使其其按按直直线线变变化化的的三三角角形形面面积积和和按按曲曲线线变变化化的的面面积积近近似似相相等等，，则则单单位位宽宽度度上上总总渗渗透透压压力力为为：（6-12）3、船船舶舶荷荷载载船舶舶荷荷载载包包括括：：船船舶舶行行进进时时，，船船舶舶对对建建筑筑物物的的撞撞击击力力；；船船舶舶停停靠靠时时，，由由系系船船设设备备传传到到建建筑筑物物上上的的系系缆缆力力。。停靠靠在在建建筑筑物物前前的的船船舶舶受受风风力力作作用用而而产产生生的的横横挤挤力力，，一一般般比比撞撞击击力力小小，，在在船船闸闸设设计计中中多多不不予予以以考考虑虑。。船舶舶行行进进时时对对建建筑筑物物的的撞撞击击力力是是一一动动力力荷荷载载，，它它与与船船舶舶排排水水量量、、撞撞击击速速度度及及撞撞击击角角度度、、船船舶舶与与建建筑筑物物及及其其防防撞撞设设施施的的变变形形特特性性等等因因素素有有关关。。其其计计算算公公式式为为：：（6-13）撞击击力力分分布布长长度度可可按按下下列列公公式式计计算算：：（6-14）（6-15）对于于连连续续的的闸闸墙墙及及导导航航墙墙，，由由于于力力的的扩扩散散作作用用，，撞撞击击力力将将分分布布在在一一定定的的长长度度范范围围内内，，因因此此单单位位长长度度上上的的力力往往往往不不大大，，对对结结构构影影响响较较小小。。而而对对独独立立建建筑筑物物或或轻轻型型结结构构，，如如墩墩柱柱或或框框架架式式等等，，则则影影响响较较大大。。船舶系缆缆力由配配缆破断断力计算算确定。。设计时时，可根根据过闸闸船舶的的载重量量，按表表6-1选用。4、波浪压压力计算波浪浪压力，，首先要要确定波波浪的大大小即波波浪要素素——波高和波波长。受受风浪作作用的船船闸建筑筑物，当当无可靠靠波高、、波长资资料时，，根据船船闸所处处的位置置，可参参照下列列方法进进行计算算：波高、波波长计算算：（3）港口附附近的船船闸也可可参照现现行行业业标准《海港水文文规范》的有关规规定计算算。在波浪要要素确定定后，可可根据建建筑物轮轮廓形状状（直立立、斜坡坡、或孤孤立墩住住）和教教育处情情况的相相应水深深，选用用有相关关公式计计算波浪浪压力。。设计船闸闸结构时时，应根根据各种种计算情情况，将将荷载分分别组合合为基本本组合和和特殊组组合两类类见表6-2，必要时时还应考考虑其他他可能的的不利组组合。荷载组组合合表表6-2注：溢洪洪情况列列入基本本组合。。荷载组合主要考虑情况自重设备力土压力水压力扬压力船舶荷载水流力波浪力活荷载地震力基本组合运用情况检查修情况施工情况完建情况√√√√√√

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特殊组合校核洪水排水管堵塞及止水局部破坏地震情况运用+地震检修+地震√

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√√第二节船船闸的的渗流及及防渗设设计一、船闸闸的渗流流船闸作为为挡水建建筑物承承受着上上、下游游水位差差的作用用。在水水头的作作用下，，船闸的的地基和和其两侧侧的回填填土内，，产生渗渗透水流流（简称称渗流，，见图6-3）。渗流流对建筑筑物产生生渗透压压力，降降代建筑筑物抗滑滑稳定性性；也可可能经起起地基土土壤的渗渗透变形形，甚至至会引起起建筑物物失事。。为减少渗渗流的不不利影响响，通常常在船闸闸首前设设置水平平防渗设设备——铺盖；在底板板下设置置垂直防防渗设备备——板桩、齿齿墙等。图6-3船闸的渗渗流图式式图图6-4船闸闸首首的地下下轮廓线线在水头作作用下，，在船闸闸的地基基及其两两则回填填土内产产生渗流流，由于于两者相相互影响响，呈空间渗流流状态，特别是是闸室为为透水闸闸底时，，其闸首首渗流的的空间性性理为显显著。当闸室采采用透水水闸底时时，随着着船闸的的灌水和和泄水，，作用在在船闸上上的水头头在很短短时间内内将最大大值降为为零，然然后又由由零增升升到最大大值，从从而渗流流的方向向也随着着改变，，这就使使得船闸闸的渗流流具有不不稳定流流性质。。其过程如如流水、、管涌…等。注意船闸与其其他水工工建筑物物相比在在渗流方方面所具具有的特特点。二、船闸闸的防渗渗布置1、船闸为为透水闸底底的防渗布布置船闸为透透水闸底底时，闸闸首和闸闸室均是是独立的的挡水建建筑物，，它们各各自都应应设置防防渗设备备。图6-5船闸为透透水闸底底的防渗渗布置土壤分类类：砂性土：：透水性大大，容易易发生渗渗流变形形；防渗渗方法是是减少渗渗透压力力，减小小渗流量量，防渗渗布置难难度较大大；/shihao/rugaotv/rugaotv（1）边墩背背面不宜宜有向回回填土侧侧的倒坡坡，水下下部分沿沿墙高不不宜有突突出部分分；（2）当闸首首为挡水水线的一一部分时时，在挡挡水线及及其上游游侧宜设设置粘土土防渗墙墙，必要要地还可可设置刺刺墙等防防渗设备备。对于闸室室，由于于在透水水闸底的的闸墙下下面产生生横向渗渗流，最最简单的的防渗措措施是设设置齿墙墙，若还还不能满满足防渗渗要求时时，则可可在闸室室内侧闸闸墙下渗渗流出口口处设置置一道板板桩，在在闸室内内设置反反滤层。。在粘性土土地基上上，通常常不宜施施打板桩桩。船闸闸防渗，，一船多多采用齿齿墙和铺铺盖等设设施。图6-6透水底板板的闸室室墙的放放渗布置置2、闸室为为不透水水闸底的的防渗布布置/rugaotv三、渗流流计计算通常，船闸的渗渗流计算算可简化化为平面面问题进进行。工工程设计计中，常常用的方方法有渗径系数数法和阻力系数数法。1、渗径系系数法渗径系数数法是一一种简化化的方法法。该法法是将船船闸下的的地下防防渗轮廊廊线，化化引为水水平的计计算轮廊廊线，即即将板桩桩、齿墙墙等垂直直的下轮轮廊线按按比例化化引为水水平长度度而展开开，然后后绘制渗渗透压力力图形，，从而可可以求出出各相应应段的渗渗透压力力值，如如图6-7：图6-7渗径系数数法计算算渗透压压力式中：L——地下轮廓廓线的化化引总长长度，m；C——渗径系数数。在出口处处设有反反滤层时时，按表表6-3选用；H——计算水头头（渗透透水头）），m；Ln——地下轮廓廓线水平平段长度度，m；Lv——地下轮廓廓线垂直直段长度度，m；m——垂直段换换算为水水平段长长度的换换算系数数，对多多板桩（（相邻板板桩水平平间距应应大于总总长的1.5倍）m取2.0，对齿墙墙、对墙墙身垂直直段m取小于等等于1.0。渗径系数数法比较较粗略，，它没有有考虑渗渗流区域域的边界界和地下下轮廊形形状的影影响以及及地基土土壤的不不均匀性性等，这这些必然然影响到到渗透压压力和渗渗流坡降降值。但但该方法法计算简简便，有有一定的的实践经经验基础础，目前前在小型型工程中中应用较较广。2、阻力系系数法阻力系数数法的基基本原理理是将建建筑物地地基内的的整个渗渗流区域域大致按按等势线位置分成成几个基基本渗流流段形，，各段渗渗流水头头损失与与各段的的阻力系系数成正正比。主要计算算步骤：：（1）地基分段将地基沿渗流流流程，一般般可通过板桩桩角点和尖点点的等水头线线进行分段（（图6-8、图6-9）。地基分段段可归纳为进进出口段、内内部垂直段和和水平段。三三种基本段形形。图6-8地基断面分布布图图6-9基本分段形式式图（2）计算地基有有效深度地基有效深度度系指渗流计计算的影响深深度。①当地基内的的透水层深度度小于有效深深度（计算深深度），按地地基的实际透透水层深度取取用；②当实际透水水深度大于有有效深度，则则取有效深度度计算。地基的有效深深度按下列公公式计算：当时时，（（6-22）当时时，（（6-23）（3）计算各段的的阻力系数①进出口段（如如图6-9a）阻力系数：：（6-24）式中：S0——地下轮廓的垂垂直投影长度度，m；S——垂直防渗设施施的深度，m；T——地基计算深度度，m。②内部垂直段（（见图6-9b）阻力系数：：（6-25）③水平段（如如图6-9C）阻力系数：：（6-26）式中：S1、S2——计算段两端垂垂直防渗设施施深度，m；L——计算段水平投投影长度，m。（6）进出口处水水头损失和渗渗透压力图形形的局部修正正当进出口段板桩桩较短时，进出口水水力坡降呈急急变曲线型式式，需对按式式（6-28）计算出的进进出口水头损损失和渗透压压力图形进行行修正，使得得与实际的急急变曲线及渗渗透压力图形形接近。由于进出口段段水头损失的的减小，必然然引起相邻水水平段的水头头损失的增加加，进出口段段齿墙不规则则部位，应对对与进出口板板桩相邻水平平段的水头损损失和渗透压压力图形进行行修正，具体体的修正方法法可见船闸设设计规范相关关部分。（7）计算出口坡坡降出口处渗流的的平均坡降可可按下式计算算：（6-29）出口段的平均均坡降应小于于在渗透水流流作用下，按按地基土壤平平衡条件所求求得的出口段段容许坡降，，其值见教材材（p121）表6-4。（8）核算地基土土壤“整体”渗流稳定性地基土壤的平平均渗流坡降降按下式计算算：（6-30）地基土壤的平平均坡降应小小于水平段容容许坡降，其其值可按表6-4取用。第三节船船闸闸室结结构计算闸室结构计算算的任务，就就是在各种计计算荷载组合合情况下，既既要保证建筑筑物安全可靠靠，又要保证证地基不发生生破坏。闸室室结构验算一一船包括：抗抗滑、抗倾、、抗浮稳定性性验算；渗透透稳定性验算算；地基承载载力、地基沉沉降计算；结结构各部位强强度和限裂验验算等。（属整体稳定定验算）一、闸室结构构的一般验算算内容及方法法1、抗滑稳定验验算（1）土基上闸室室结构的抗滑滑稳定性验算算作用在闸室墙墙的荷载系倾倾斜荷载，即即既有垂直荷荷载又有水平平荷载。当水水平荷载较大大，而垂直荷荷载相对较小小时，闸室墙墙可能沿地基基表层产生水水平滑移。土土基上重力式式、扶壁式闸闸室结构抗滑滑稳定性一般般采用抗剪强强度公式计算算：（6-31）式中：——土基抗滑稳定定安全系数；；f——抗滑摩擦系数数；——作用在墙体上上全部荷载对对滑动面法向向投影的总和和，kn；——作用在墙体上上全部荷载对对滑动面切向向投影的总和和，kn。由于建筑物产产生水平滑移移时的滑裂面面一般出现在在地基层土的的内部，为考考虑凝聚力的的作用，可取取表层土的等代摩擦系数作为为建筑物的抗抗剪摩擦系数数，即：（6-32）式中：Φ——地基土壤内摩摩擦角；c——地基土壤的凝凝聚力，kpa；σ——底板平均压应应力，kpa；n——系数，取4～6；f值一般不大于于0.45。当闸室墙抗滑滑稳定性的验验算结果不能能满足规范规规定的要求时时，可采取适适当措施提高高闸室的抗滑滑稳定性。其其措施有：在两侧闸墙之之间的闸底处处设置钢筋混混凝土横撑或或底板；在闸闸墙基底设置置齿墙；降代代墙后地下水水位和填土高高度；或有基基底更换摩擦擦系数较大的的砂土（砂垫垫层）等。有横撑式底板板的分离式闸闸墙抗滑稳定定，可计入横横撑或底板的的部分作用，，在闸墙与横横撑或底板共共同作用下，，其安全系数数应满足规范范规定的要求求。在不计入入横撑式底板板作用下，闸闸墙自身稳定定安全系数不不宜小于1.0。当地基中有软软弱夹层时，，尚应验算结结构沿软弱夹夹层面的抗滑滑稳定性。（2）岩基上闸室室结构的抗滑滑稳定验算岩基上闸室结结构的抗滑稳稳定计算，主主要计算沿地地基面的抗滑滑条件。一般般可按两种方方法验算，即即按抗剪强度度计算公式和和按抗剪断强强度计算公式式计算。抗剪强度计算算公式，把滑滑动面视为一一种接触面，，而不是胶结结面，滑动面面上的阻力只只计摩擦力，，不计凝聚力力。当滑动面面为水平面时时，其抗滑稳稳定安全系数数，可按下式式计算：（6-34）式中：——墙体与地基接接触面的抗剪剪断粘结力，，kpa；A——墙体与地基接接触面面积，，m2。抗剪强度公公式简单方方便，在选选择值方面面也积累了了丰富的经经验，在国国内外船闸闸工程中得得到广泛应应用。抗剪剪断公式虽虽较为合理理，但在多多数情况下下的现场量量测值不很很稳定。目目前该公式式在船闸工工程中应用用尚不普遍遍。2、抗倾稳定定性验算闸室墙的抗抗倾稳定性性按下式计计算：（6-35）式中：——抗倾稳定安安全系数，，（表6-5）；——对计算截面面前趾的稳稳定力矩之之和，kn.m；——对计算截面面前趾的倾倾覆力矩之之和，kn.m。3、抗浮稳定定性验算当闸室采用用不透水闸闸底时，须须进行抗浮浮稳定验算算。抗浮稳稳定按下式式计算：（6-36）4、渗透稳定定性验算船闸结构的的渗流计算算，参见本本章第二节节内容。5、地基承载载力验算在荷载作用用下，支承承基础的地地基应不发发生剪切破破坏而失去去稳定。地地基的稳定定性通常用用地基的容容许承载力力来衡量。。当作用在在船闸地基基上的荷载载小于地基基的容许承载力力时，表示地地基是稳定定时，否则则地基是不不稳定的。。验算地基基承载力，，一般采用用查表法或或计算法，，对于重要要建筑物还还应进行野野外荷载试试验。地基极限承承载能力除除以安全系系数即为地地基容许承承载力。地基极限承承载力是指指使地基出出现整体剪剪切破坏时时，持力层层能够承受受的基底传传来的单位位面积的最最大压力，，详见土力力学教材。。在荷载作用用下，闸室室基底压力力应该在地地基上所容容许的承载载力之内。。基底压力力一船可用用偏心受压压公式进行行计算：（6-37）式中：N——作用在闸墙墙上外荷载载的合力垂垂直分力；；B——基础宽度；；e——合力对基础础中心的偏偏心矩。计算条件：：为防止闸墙墙产生过大大的不均匀匀沉陷，应应控制地基基反力的不不均匀性。。通常在使使用情况下下，对砂性性地基，要要求地基反反力的最大大值与最小小值之比应应不大于5，对粘性地地基，则应应不大于3。6、沉降计算算地基沉降一一般只计算算最终沉降降量，通常常根据地基基各土层的的标准压缩缩曲线（曲曲线曲曲线）），采用分分层总和法法进行计算算。由于曲曲线线简便易行行，目前在在船闸地基基设计中得得到广泛应应用，其计计算公式如如下：（6-38）地基压缩层层的计算深深度取取值的大小小，影响地地基最终沉沉降量计算算值。目前前工程中通通常按竖向向附加应力力与与自重应力力之之比来确定定。当地基基某深度的的附加应力力与与自重重应力之之比比等于0.2时，该深度度范围内的的土层即为为压缩层。。在计算深深度下有软软弱土层时时，应将计计算深度加加大。7、闸室强度度计算和限限裂验算闸室强度包包括闸墙及及底板强度度。闸墙应应力一般可可采用材料料力学方法法进行计算算，对于高高度较大的的闸墙和地地质条件较较为复杂的的情况，可可采用有限限元法进行行计算。至至于闸室底底板一般视视其结构型型式选用弹弹性地基梁梁方法或者者材料力学学方法计算算。根据计计算所得内内力即可进进行结构强强度分析及及限裂验算算。二、分离式式闸室结构构计算本章前一节节中主要介介绍了重力力式、悬臂臂式、扶壁壁式等分离离式闸室结结构的地基基承载力、、抗滑稳定定、沉降及及渗透稳定定验算方法法，本节主主要介绍各各种不同分分离式闸室室结构型式式的结构强强度验算方方法。1、重力式验算内容：：地基承载力力验算；抗抗滑稳定性性验算；抗抗倾稳定性性验算；土土基渗透稳稳定性验算算；土基沉沉降计算；；截面强度度验算。重力式闸墙墙应力通常常按材料力力学方法计计算，如高高度较大的的闸墙及地地基条件较较复杂时，，需要进行行模型试验验论证.边界面上的的应力往往往起控制作作用，需重重点验算.（1）边界上的的垂直正应应力（6-37）按材料力学学方法假定定，闸墙通通常按悬臂臂梁图示计计算，假定定闸墙各水水平截面上上的垂直正应力力呈直线分布布，有:式中:ΣN——作用在闸墙墙计算截面面上的全部部荷载的垂垂直分力的的总和，KN；ΣM——作用在闸墙墙计算截面面上的全部部荷载对截截面形心的的力矩总合合，KN.m；B——计算截面的的宽度，m。（2）边界上剪剪应力，水水平正应力力和主应力力求得正应力力σy后,即可用平衡衡条件一一一确定剪应应力、水平平正应力和和主应力等等。方法是从墙墙背上切除除一个三角角形微分体体，作用在在上面的力力分别有：：土压力στ、水压力σs、正应力σxd、σyd和剪应力τd。其值根据据平衡原理理求（见参考书书）。最后可得得到计算任任一截面的的应力分量量和主应力力。对于浆砌块块石和混凝凝土重力式式墙，应沿沿闸墙高度度截取不同同断面进行行计算，任一截面应应力均应小小于材料的的抗拉应力力。钢筋混凝土土重力式墙墙按相应规规范核算。。2、悬臂式悬臂式结构构（图示）的闸墙与与底板刚性性连接，同同时底板不不透水，不不会出现闸闸墙整体滑滑移和渗流流稳定遭到到破坏。验算内容：：地基承载力力验算；抗抗浮稳定性性验算；地地基沉降计计算；闸墙墙和底板的的截面强度度及限裂验验算。闸墙可按偏偏心受压构构件核算截截面强度。。悬臂式结结构的底板板和后悬臂臂可按嵌固固于闸墙上上的悬臂梁梁计算截面面强度。图6-10悬臂式结构构荷载图式式底板上的地地基反力——偏心受压公公式（1）最小应力力大于零；；（（2）为保证闸闸室纵缝处处止水正常常工作，控制最大和和最小应力力比值：沙性地基≯≯5；粘性地基基≯3。如不满足足就应调整整后悬臂长度。经验验表明，如如果h/b＜0.5（h—闸墙高，b—闸室宽度）），说明调调整后悬臂臂长度已不不行，不宜宜采用悬臂臂式结构。。（（3）闸室较宽宽时，以上上直线法计计算地基反反力误差较较大，应用用两个有限限刚度变断断面弹性地地基梁计算算。在计算底板板的截面强强度时，除除考虑地基基反力、底底板自重、、作用于底底板上的扬扬压力及闸闸室水重上上，尚应计计入闸底和和地基间的的摩察力和和作用在底底板中缝处处的水平力力。底板和地基基之间的摩摩擦力按下式计算算，即（6-39）摩擦力在底底板上的分分布与地基基反力分布布成正比（（也可采用用均匀分布布进行计算算）。作用用在底板中缝处处水平力按下式，即即（6-40）闸室中缝处处的水平力力分布尚无无法确定，，在核算底底板截面强强度时，可可假定水平平力作用在在底板中心心线以上1/4底板厚度处处（通常是是1/2～1/4，这样计算算的底板拉拉应力偏大大，结果偏偏于安全））。3、扶壁式扶壁式闸墙墙计算内容容：整体稳稳定性（抗抗滑、抗倾倾）验算、、地基承载载力计算；；渗透稳定定性验算；；地基沉降降计算；主主要是立板、肋板板和底板及及趾板四个部分，，包括肋板板与立板、、肋板与底底板的连接接强度计算算。（1）立板计算算时，考虑虑到底板对对立板的嵌嵌固作用，，应将与底底板较近范范围，即1.5L（L为肋板间距距）区段内内，按三边边固定一边边简支的双双向板计算算，在1.5以上的区段段按连续板板计算；具具体查阅《结构计算手手册》。（2）肋板按固固定在底板板上的悬臂臂板计算；；（3）趾板按固固定在立板板上的悬臂臂板计算；；（4）肋板与立立板、肋板板与底板连连接按轴心心受拉构件件计算。岩基上除重重力式结构构外，还有有衬砌式和和混合式结结构。衬砌砌式闸墙应应进行整体体稳定性验验算；截面面强度验算算；当闸墙墙内设置锚锚筋时，尚尚应进行锚锚筋计算。。衬砌式闸墙墙断面有倒倒梯型及阶阶梯型断面面两种:4、衬砌式图6-12倒梯形衬砌砌墙计算图图式倒梯形衬砌砌墙整体抗抗滑稳定,目前有两种种算法:方法一：忽忽略斜坡面面（kc）的作用，，不考虑衬衬砌体斜坡坡部分下滑滑力的不利利影响。假假定衬砌体体在荷载作作用下沿衬衬砌的基底底面滑动。。此法与重重力式闸墙墙抗滑稳定定计算一样样。方法二：考考虑斜坡面面的作用，，并计算衬衬砌体部分分下滑力的的不利影响响，仍假定定衬砌体在在荷载作用用下沿衬砌砌基底面滑滑动（图6-12）。即先将斜坡部部分垂直力分分解为：垂直直与平行斜坡坡面的两个分分力N’和N’’，斜坡上的剩剩余下滑力为为：（6-41）式中:f——摩擦系数；θ——衬砌斜面与水水平面夹角；；α——折减系数，与与基岩有关。。将有关荷载分分别合并后，，按常规方法法计算衬砌体体沿基底的滑滑动稳定。衬砌墙的断面面强度核算有有两种方法，，一种是材料料力学方法分分层校核强度度。另一种是是用弹性力学学的有限单元元法求得断面面的应力值。。对于有锚筋的的衬砌墙，可可把衬砌墙视视为支承在按按正方形或矩矩形布置的锚锚筋上的无梁梁楼盖或弹性性支承上的多多跨连续梁验验算强度。边边长为La的正方形无梁梁楼盖板最大大应力σmax在支点处，其其值按下式计计算。当锚筋间距和和衬砌墙的厚厚度拟定后，，可直接求得得支点处的最最大应力，据据此即可进行行强度验算和和配筋计算。。（（6-42）Pw——作用于正方形形板中心处的的水压力强度度；t——衬砌墙的计算算厚度，初步步设计时可按按：t=0.05La+0.2估算（单位m）；La——锚筋间距。锚筋可按以下下公式计算：：1）锚筋断面：：（6-43）式中：Fa——锚筋断面面积积，mm2；[σ]——锚筋容许拉应应力，MPa；Zi——第i根锚筋所受的的拉应力，MPa。2）锚筋长度：：（6-44）式中（见图示）：m——安全系数，一一般取2.0。da——锚筋和锚孔直直径，mm；（根据规范:）Ra——锚筋与水泥沙沙浆、水泥沙沙浆与岩石间间的粘结力一般取0.6~0.8MPa。3）锚孔深度（6-45）式中：m——安全系数，一一般取2.0。Lc——锚孔深度，mm；dc——锚筋和锚孔直直径，mm；Rc——锚筋与水泥沙沙浆、水泥沙沙浆与岩石间间的粘结力一般取0.2~0.4MPa。5、混合式混合式闸墙除除应满足整体体抗倾稳定外外，应将上部部挡土墙和下下部衬砌墙作作为独立结构构，分别进行行稳定和强度度验算。该型式应力分分布状态与基基岩特性，闸闸墙结构型式式和尺度密切切相关，目前前尚无完善的的计算方法。。只能用材料料力学方法求求近似解。整体稳定性验验算：考虑为为一刚性整体体，绕基底O点抗倾稳定性性验算。由于于在极限平衡衡状态下，重重力墙后悬臂臂有与岩面脱脱离的趋势，，因此计算中中一般不考虑虑后悬臂板与与岩石面水平平反力的抗倾倾覆作用。图6-13混合式结构计计算图式独立结构计算算：（1）上部按一般般重力式计算算；（2）下部可按一一般衬砌墙计计算，考虑自自重和墙后水水压力等力外外，还需考虑虑上部结构传传来的垂直及及水平荷载。。上部重力墙作作用在下部衬衬砌墙上的垂垂直力可按下下式计算：（6-46）式中：G’——作用于衬砌墙墙顶面的垂直直力，kN；σmax、σk——分别为重力墙墙基底面最大大应力和k点处的应力，kpa；b——衬砌墙顶宽，，m。独立结构计算算：上部重力墙作作用于衬砌墙墙上的水平力力可按下式计计算：（6-47）（6-48）式中：E’——上部重力墙作作用于衬砌墙墙上的水平力力，kN；ω1和ω2——分别为作用于于衬砌墙顶面面正应力图形形面积和基岩岩面正应力图图形面积，m2；ΣH——作用于重力墙墙的水平力总总和，kN；B——重力墙底宽，，m。6、分离式闸室室的底板分离式闸室的的闸底可根据据地基条件、、水头大小等等因素采用透透水闸底和不不透水闸底。。当重力式、扶扶壁式等闸室室结构采用不不透水闸底时时，其底板常常用双铰底板板。双绞底板一般般采用地基反力折线线分布假设计算，在铰接接处只传递水水平力和垂直直力，不传递递弯距，其计计算图式如图图6-14。图6-14地基反力折线线法计算图式式根据闸墙段的的静力平衡条条件，得（6-49）式中：ΣM——作用在闸墙段段上所有荷载载对绞点的力力矩总和（顺顺时针为正）），KN·m；ΣV——作用在闸墙段段上向下垂直直力的总和，，KN；Σq——作用在底版上上的均布荷载载，KN/m；a、b——分别为闸墙底底板宽和中底底板半宽，m；L——闸墙底板宽与与中底板半宽宽，m。当两边对称荷荷载作用时，，从式（6-49）可得：（6-50）（6-51）式中：σ1——闸墙地板前趾趾处地基反力力，KN/m2；σ2——闸墙地板后趾趾处地基反力力与前趾的差差值，KN/m2。求得地基反力力后，即可计计算确定底板板的内力。对大型船闸工工程，其双铰铰底板也可按按弹性地基梁梁进行计算，，即假定闸墙墙与中间底板板为不同刚度度以铰相联接接的弹性地基基梁，采用链链杆法进行计计算，其计算算图式如图6-15。图6-15链杆法计算双双绞底板图式式由于闸墙与地地基间存在摩摩阻力，因此此作用于双铰铰底板上的水平力可按下式计算算，即（6-52）式中：ΣH——作用在闸墙上上水平力的总总和，KN；ΣV——作用在闸墙上上垂直力的总总和，KN；f——闸墙与地基摩摩擦系数；P——绞传递的剪力力，向上为正正，KN。水平力的作用用点位置应考考虑墙后边载载和负摩擦力力等因素影响响，可取底板板中心以下1/6~1/4底板厚度处。。垂直力ΣV，含自重，回回填土重，墙墙上水重等力力移至闸墙内内侧边线处并并叠加而成

集中力矩ΣM，将垂直力和水平力移位所产生的力叠加起来，作用于垂直集中力处。均匀分布在梁上的Σq荷载包括：底板自重，浮托力，闸室水重等的叠加值。延伸于闸墙段，由闸墙自重扣除。此外双铰底板铰接处的承压面尚需进行局部强度验算。

三、整体式闸闸室计算整体式闸室结结构，由于底底板不透水，，基础埋置深深度较大，地地基容许的作用于底板上的扬压力较大，故应验算抗浮稳定性。控制情况：

闸室抽空检修或低水运行时。抗浮稳定性验算公式：（6-36）

对于地基有倾倾斜的软弱层层面，或由于于结构受力不不对称，在某某一侧出现临临空面等，尚尚应验算其侧侧向抗滑稳定定性。结构截截面强度验算算，包括闸墙墙及底板的强强度及限裂计计算。整体式式闸室室的闸闸墙，，按假定：地基与地基梁共同工作，由此求得两者间接触压力的分布，从而求得地基梁内力。目前常用的的有文克尔尔地基模型型、半无限限理想弹性性体模型、、有限压缩缩层地基模模型。地基条件较较复杂时，，可采用非线形地基模型。。1、地基模型型（1）文克尔地地基模型假定：地基基任一点所所受压力强强度P只与该点的的地基沉降降y成正比，即即P=ky。适用范围：：可压缩土层层厚度小于0.25L（闸地板半半宽）。（2）半无限理理想弹性体体模型假定：地基基为均匀的的、各向同同性的半无限理想想弹性体，采用弹性性理论。适用范围：：压缩土层层厚度大于于3L时。（3）有限深度度的理想弹弹性体地基基模型有限深弹性性体假定可以根根据土层分分布情况,较合理确定定可压缩深深度，然后后用有限深深弹性体假假定计算。。适用范围：：压缩土层层厚度0.4L～3L。2、弹性地基基梁计算链杆法和郭郭尔布洛夫夫—波萨多夫法法，对于大大型或较重重要的工程程也开始采采用有限元元法。（1）链杆法将底板与地地基之间的的接触代以以绝对的刚刚性的链杆杆连接，然然后用结构构力学方法法求解链杆杆内力，即即得到地基基反力（图图）。闸室底板通通常具有对对称性，计计算时一般般把固定截截面选在闸闸室纵轴线线处（图6-16），链杆数数10～15（可根据精精度要求增增减）。由由于结构对对称，梁的的中间截面面不会转动动（转角为为零）根据据每根链杆杆切口处（（中间截面面）的相对对位移为零零及竖向垂垂直力为零零，由竖向向静力平衡衡条件可列列出6-53式。（未知总数数n＋1），采用矩矩阵计算求求解方程可可得到地基基梁任一断断面的内力力。rugaotv.移动集中力产生的力矩ΣM，将垂直力和水平力移位所产生的力叠加起来，作用于垂直集中力处。均匀分布在梁上的Σq荷载包括：底板自重，浮托力，闸室水重等的叠加值。延伸于闸墙段，由闸墙自重扣除。此外，双铰底板铰接处的承压面尚需进行局部强度验算。

（2）郭式法同链杆法一一样，将地地基视为理理想弹性体体，通过求求解梁的基基本方程式式来求地基基反力，计计算较复杂杂。但是M、H葛尔布诺夫夫－白沙沙道夫制成成各种典型型荷载下有有限刚度短短梁的计算算用表，河河海大学也也编制出边边荷载作用用的计算用用表，以此此简化了计计算。两种方法比比较：链杆法——灵活，可用用于变断面面底板及有有限压缩层层的影响；；求解方程程式计算工工作量大，，郭氏法——主要采用查查表计算简简单，应用用较广泛；；但不能考考虑变断面面底板，计计算受表格格类型限制制。两种方法计计算假定不不同，并且且作出不同同程度简化化，结果有有差异。但但实践表明明，在控制制好计算条条件情况下下，结果可可以达到较较好的吻合合。3、边荷载影影响边荷载指建筑物旁旁侧底面以以上的填土土重量或临临近建筑物物的重量。。计算时根根据闸室建建造情况，，即直接建建造在地基基上还是开开挖的基坑坑上来确定定边载的分分布形状及及大小。开挖的基坑坑：边载取取三角形分分布；直接接建造：根根据填土外外形取梯形形或矩形均均匀分布。。采用链杆法法计算时，，由于边荷荷载不直接接作用在梁梁上，对链链杆k处的变位作作用仅是使使k处地基产生生沉降。为为计算简便便，常将边边荷载分成成许多长度度为c的小段，每每段的边荷荷载力用si表示。边荷载对切切口处变位位的影响表表示为：Δks＝ΣsiFki式中：Δks即由Xi单位（内））力在Xk方向引起的的地基变位位。Δks作用可计入入在（6－53）式Δkp自由项里。。第四节船闸闸首结结构计算一、整体式式闸首计算算船闸闸首结结构的轮廓廓形状不规规则，且承承受的荷载载较复杂。。既有垂直直于船闸纵闸首结构须根据结构特点进行稳定性和地基承载力等验算。强度验算包括：边墩强度、底板强度、局部强度等验算。需要说明：闸首的大部分验算均可按前节一般方法进行，特有部分介绍如下：1、整体抗滑滑稳定计算算在一般情况况下，作用用于闸首上上的荷载均均对称于船船闸纵轴线线，因此对对整体式闸首可只进进行沿船闸闸纵轴线方向向的水平滑滑移稳定验算。。在验算时，，考虑它的的空间受力力状态，将将两侧边墩墩墙背与回回填土之间间的摩擦力力计入阻滑滑力中，其其抗滑稳定定安全系数数按下式计计算：(6-57)(6-58)式中:——抗滑稳定安安全系数，，允许值按按船闸设计计规范取用用；——作用于闸首首上的垂直直力总和，，KN；——作用于闸首首底板上的的扬压力，，KN；——闸首沿地基基面的摩擦擦系数；、——作用于闸首、——

作用于闸首上、下端面的静止土压力，KN；

——作用于闸首下游端面埋深部分的抗力，KN;

土基和埋置不深的岩基可不计；

——边墩背面与回填料间的摩擦力，KN；在粘性填土段可不计；

——摩擦力折减系数，上、中闸首可取0.6，下闸首可取0.4；

——边墩背面的土压力，KN；

——回填料与边墩背面间的摩擦角（º），取。

2、闸首边墩墩计算闸首边墩一一般采用分分段计算法法。各类门门型门前段和门门龛段的工作条件件和受力情情况均与闸闸室段相同同，计算方方法一般与与闸室结构构相同。其其闸首断面面尺寸则根根据布置和和使用要求求确定，一一般闸首边边墩刚度较较大，因面面这两段的的强度要求求是很容易易得到满足足的。直接接承受闸门门荷载的支持段受力较大，，其强度和和稳定均须须单独加以以验算。为简化计算算并偏于安安全，通常常将支持墙墙视为一独独立体，即即假定支持持墙与门龛龛段用缝分分开，与底底板也用缝缝分开，独独立承受全全部闸门推推力，如图图6-17。荷载种类：：图6-17人字闸门支支持墙段荷荷载图式（a）人字闸门门（b）平面闸门门（c）弧形闸门门图6-19闸首底板特特征段划分分b1计算情况（1）运行情况况：闸门关闭，，闸门承受受最大水压压力，墙后后回填土压压力和地下下水压力（（纵向力最最大）；；（2）墙后检修修闸门关闭并并承受水压压力，墙后后无回填土土压力和地地下水压力力（横向向向墙后推力力最大）；；（3）闸室检修修闸门关闭，，门上无水水压力，闸闸门自重产产生的力矩矩，墙后回回填土压力力和地下水水压力（横横向向墙前前推力最大大）。传到支持墙墙上的闸门门推力，，与闸门门型式有关关，平面闸闸门及横拉拉闸门，其其值等于作作用在闸门门上的水压压力总和的的一半。对对于人字闸闸门，由于于门扇结构构起三铰供供的作用，，传到支持持墙上的闸闸门推力为为：（6-59）式中：——闸门推力，，KN；——作用于每扇扇闸门上的的总水压力力，KN；——闸门与船闸闸横轴线的的夹角，（（通常20～22.5ºº）。将闸门推力力R分解为平行行于船闸轴轴线的纵向分力E1及垂直于船闸闸轴向分力力S，即：（6-60）此外，支持持墙还作用用有门龛水水压力E2、支持墙与与门龛分缝缝间的水压压力E3、支持墙与与底板分缝缝间的扬压压力E4、以及土压压力和自重重等荷载。。其中E3、E4为缝隙水压力，均均应乘以小小于1.0的折减系数数，（一般般取0.5）。分析写出支支持墙沿底底板的抗滑滑稳定系数数为：（6-61）式中：——作用于支持持墙全部垂垂直力的总总和（包括括墙底缝内内的扬压力力E4），KN；f——支持墙底面面的摩擦系系数，一般般取0.7～0.75；——作用于支持持墙全部水水平力的总总和，KN。支持墙的强强度计算，，采用双向向弯曲受压压公式，即即支持墙在在各种荷载载作用下，，在X轴及Z轴的弯曲，，墙底四角角点应力按按下式计算算：（6-62？）式中：——支持墙底面面对x、z轴的断面模模量,m3；——分别为纵向向水平力对

F——支持墙底面的面积，m2

。支持墙还有有绕y轴的扭矩一一般可不计计，原因是是支持墙刚刚度较大，，且墙底具支持墙主要依靠自身重量维持稳定性，为使支持墙与门龛段有较好的连接，确保支持墙的稳定安全，所以通常需要配置纵向带形钢筋（腰筋），一是满足水平抗滑稳定要求，二是构造要求。带形钢筋所受的力可按下式计算：

（6-63）

式中：Eg、Em、Es、Ef——分别是带形钢筋受力、闸门推力的纵向分力、门龛纵向水压力和缝面上的水压力，KN;α——折减系数，一般取0.5。

廊道部分墙墙体结构当闸首边墩墩布置输水水廊道时，，边墩为空空箱结构计计算是常将将此分成不不同段，按按不同图示示进行计算算。（1）当廊道壁壁厚小于2.5D（D为廊道孔洞洞化引直径径）时，可可按杆件系系统计算。。以人字门门闸首为例例，可将廊廊道在平面面上分成四四段，即进进口段Ⅰ、门龛段Ⅱ、支持段Ⅲ和出口段Ⅳ（图6-18），支持段段通常也是是阀门井所所在位置，，一般只作作局部强度度核算（如如侧板、隔隔水板等））。Ⅰ、Ⅳ段廊道可按按固定在底底板上Γ形悬臂梁计计算；Ⅱ段为廊道直线线段,可按固定在在底板上的的∏形刚架架计算。计计算时需要要将Ⅱ段上全部荷荷载均匀分分配到该长长度段上.然后按单位位长度计算算时,其荷载应乘乘以L2/L’2的放大系数数。支持段Ⅲ算法与Ⅱ段相同但在在荷载中需需增加闸门门推力。对作用在∏型钢架的力力应分荷载载情况（图图示）列出出。（2）当廊道壁厚大大于2.5D时，可按弹弹性力学方方法计算，，廊道顶板板按相应计计算结果配配筋。。根据弹性力力学有限元元法计算得得知，廊道道孔边偶处处有应集中中现象，当当受均布荷荷载时q时，孔周周应力在在（1～1.5）D的范围影影响较大大，大于于1.5D处就与无无孔情况况相差不不大了。墙体计算算对于空箱箱结构的的边墩，，可以距距底板顶顶面1.5L（L为箱内隔隔墙跨度度）高度度为界，，以上部部分的侧侧墙按闭闭合框架架或多跨跨连续梁梁计算，，以下部部分则按按三边固固定一边边简支的的支持板板计算。。对于垂垂直方各各可近似似地按固固定在底底板上的的空心悬悬臂梁进进行核算算。弧形闸门门闸首弧形闸门门的闸首首，边墩墩轮廓形形状和结结构较简简单，作作用在边边墩上的的主要荷荷载是：：闸门支支臂传到到边墩的的集中推推力，墙墙后回填填土压力力，地下下水压力力和墙前前水压力力等，强强度可按按式（6－62）验算。为为保证闸闸门支臂铰座座处的边墩墩部分有有足够的的强度，，一般在在支臂铰铰座处附附近配置置受力钢钢筋，钢钢筋面积积：Ag=KN’/Rg式中：K——强度安全全系数；；Rg——钢筋的屈屈服极限限；N’——闸门传到到边墩上上的推力力，一般般取总水水压力合合力的0.7～0.8。横拉门的的闸首边边墩横拉门的的闸首边边墩与一一般闸墩墩一样，，分门前前段与门门后段分分别计算算底板以横拉门的门库，则与闸墩用缝分开形成两个独立部分结构，可按独立体进行核算。门库侧墙按底部固定在底板上，顶端简支的梁进行计算；门库的底板则按弹性地基上的梁计算；门库的后端墙上部分按三边固定一边简支的双向板计算，下部分按四边固定双向板计算。3、闸首底底板计算算通常在闸闸首上需需要设置置闸门门门龛、输输水廊道道、消能能工等，，闸首底底板沿船船闸纵轴轴线方向向的断面面是变化化的，厚厚度不同同，间距距也不一一样。荷荷载组成成较复杂杂，如为简化计算，一般将底板纵向划分为几个特征段，计入不平衡剪力，按平面问题进行分段计算，然后考虑整体影响，将各段所得的内力进行调整。由于纵向有刚度较大的边墩存在，闸首底板纵向变形很小，因此闸首底板计算以横向（变形）为主。

分段原则则：（a）各种底底板断面面大致相相同；（（b）段内边边墩间距距基本一一致；（（c）段内荷荷载纵向向变化小小。闸首底板板的特征征段，一一般可根根据荷载载、刚度度及跨度度等因素素划分（（图6-19）。人字字闸门的的闸首底底板，一一般分为为门前、、门龛和和支持墙墙三段；；有帷墙（a）人字闸闸门（b）平面闸闸门（c）弧形闸闸门图6-19闸首底板板特征段段划分闸首底板板在整体体工作时时，作用用在其上上的垂直直力与地地基反力力是平衡衡的。闸闸首底板板划分为为几个特特征段后后，每段段计算垂垂直力与与该段地地基反力力处于不不平衡状状态，如如图6-20。（2）不平衡衡剪力计计算计算为使独立立段处于于平衡状状态，须须在分段段的截面面处计入入不平衡衡剪力，，其值按按下式计计算：（6-64）式中：——不平衡剪剪力，kN；等于该该段结构构自重力力及土重重、水重重力、扬扬压力

——闸首沿纵向按直线反力法计算所得的作用于该特征段上的地基反力，kN；

——该特征段上的垂直力总和，kN。分配：各特征段段不平衡衡剪力值值在闸首首截面中中按弹性性力学方方法进行行分配。。分配于于边墩截截面上上的不不平衡剪剪力（（图6-21），可由由下式计计算：（6-65）式中：——相应特征征段上边边墩截面面上的不不平衡剪剪力，kN；——边墩和底底板截面面对y轴的惯矩矩，m4；——边墩高度度，m；——截面对y轴的静矩矩，m3；——截面对y轴的惯矩矩，m4；分配于底底板上的的不平衡衡剪力为为：图6-21边墩不平平衡剪力力计算图图式取值：对于人字字闸门闸闸首边墩墩和底板板也可分分别按相相应特征征段的总不平衡剪力在闸首横断面上的分布，通常以集中力的方式作用于两边墩的中点上，以均布力的方式作用于整个底板上。当荷载确定后，各特征段的底板内力，可按一般弹性地基梁方法计算，具体可参照整体式闸室底板计算。（3）横向荷荷载的分分配一般情况况下，闸闸首边墩墩墙后的的水压力、、土压力力等荷载载沿船闸闸纵轴线线方向变变化不大大，但在在闸门前前后，由由于上、、下游水水位不同同，作用用在边墩墩上的水水压力和和闸门推推力，沿沿船闸纵纵轴线方方向的变变化较大大，有的的还是集集中荷载载。由于于闸首结结构的整整体作用用，这些些荷载必必然通过过闸首边边墩传递递到底板板的一定定范围内内，而使使直接受受荷部位位实际承承受的弯弯矩减少少。因此此，对于于大型船船闸整体体式闸首首底板，，应将闸闸门前后后的侧向向水压力力及闸门门推力等等荷载先先行分配配于各特特征段上上，然后后进行各各特征段段底板内内力的计计算。对于一般闸首首（如人字闸闸门闸首、三三角门闸首）），在闸首的的支持段作用用有闸门推力力。闸门推力力的横向分力力沿闸首长度度按以下办法法分配：将闸闸门推力的横横向分力沿边边墩高度分为为若干个集中中力，，每个集集中力按45°角沿边墩自上上而下的扩散散分布在一定定的范围内（（图6-22）。通过闸首首边墩传递到到单位长度底底板上的横向向力T及其所产生的的弯矩M（图6-23）为：图6-22人字闸门横向向推力沿高度度分布（6-66）式中：——横向力距距闸首底板板中心轴的距距离，m；——横向力在在闸首底板板处的分布长图6-23闸门推力的横横向分力矩沿沿闸首长度分分布由于横向静水水压力沿闸首首长度分布不不均匀，而使使边墩发生扭扭转变形。因因此，横向水水压力沿闸首首长度的分配配，可按边墩