唐振華，姜 軍，張冬冬，周榮磊

（中水東北勘測設計研究有限責任公司，吉林長春130021）

1 工程概況

大藤峽工程位于珠江流域紅水河下游大藤峽峽谷末端。樞紐工程泄水閘布置在主河床偏左岸，其中設置泄水低孔24個。泄水閘低孔主要任務是泄洪與排沙，采用寬頂堰，堰頂高程為22.00m，孔寬9.0m，孔高18.0m，低孔分縫采用2孔1聯的墩中分縫型式，邊墩厚度為4.0m，中墩厚度為5.3m，閘墩長67.0m，壩段寬31.3m。低孔胸墻及閘墩按壩身泄水孔體型設計，上游設雙胸墻，第一道胸墻厚3.0m，第二道胸墻厚5.0m，胸墻最低處底高程為40.00m。進口段的頂部曲線采用橢圓曲線，后接1.0∶5.0直線段，壓坡段頂坡1.0∶4.0，側面曲線采用1/4橢圓。為了與消力池水流平順銜接，堰頂與消力池底板采用拋物線y=0.009x2和半徑為25.0m的反弧相接。為了滿足1000年一遇洪水不沖擊弧門支鉸及支承結構，弧門支鉸中心高程選定47.00m，弧門最大推力設計值為76272kN。

由于弧形閘門承受水壓力巨大，門軸推力大，選用大噸位的預應力錨索將鉸支座支承體與閘墩相連接，結合國內已建的同類工程，確定支承體的結構型式。

2 國內已建同類工程支承體布置情況

通過現場實地調研并查閱大量文獻資料發(fā)現：國內已建或在建工程泄水建筑物大型弧門預應力混凝土閘墩的支承結構型式主要有錨塊式和深梁式兩種。國內部分已建工程中泄水建筑物弧門支承體結構特性見表1。

表1 國內部分已建同類工程預應力

3 弧門支承體型式方案擬定

據相關資料分析，預應力閘墩錨塊式支承結構預應力閘墩和深梁式支承結構預應力閘墩各具特點：錨塊式支承結構多為簡單四邊形，結構體型簡單，受力性能好，施工較為方便，多應用于大跨度、多孔口結構。深梁式支承結構多應用于高水頭泄洪孔或孔口寬度較小或孔口閘墩為縫墩的閘室結構中，它可以改善閘墩受力偏心狀態(tài)，提高閘室剛度，減小變形，并具有抵御高烈度地震或高速水流強烈振動的良好性能。結合國內外已建或在建的同類工程，大藤峽預應力閘墩弧門支承結構分析比選鋼梁方案與混凝土錨塊方案。

3.1 鋼梁方案

鋼梁支承體結構采用梯形斷面簡支鋼箱梁結構，根據鋼梁抗剪承載力要求，擬定鋼梁梁高為3.8m，弧門支鉸支座處設置厚60mm、寬2100 mm、高2500mm的鋼墊板一塊。根據錨索布置要求，鋼梁上游面大翼緣板寬4.714m，下游面小翼緣板寬3.612m，其間設置一定間排距、不同厚度的隔板和肋板等等。為滿足鋼梁的焊接施工要求，在梁內腹板開設進人孔。此方案通過三維有限元計算分析，比較兩孔一聯、單孔簡支兩種鋼梁型式，對兩種結構型式分別進行靜力分析和動力分析計算，并對溫度荷載進行應力應變分析。根據靜力計算、動力響應分析及動靜疊加分析計算成果，考慮鋼梁制作安裝等因素選擇采用單孔簡支鋼梁型式。

3.2 混凝土錨塊方案

弧門推力作用點至閘墩邊緣的距離為1.4m，根據DL/T5057-2009《水工混凝土結構設計規(guī)范》和水工預應力錨固設計規(guī)范中的相關規(guī)定，擬定錨塊總高度為7.2m。主錨索排間距為0.6m。次錨索分3排在垂直弧門推力方向共布置了18束，每排均布置6束，每束布置在相鄰兩層主錨索中間。第一排次錨索距錨塊上游面距離為1.4m，第二排次錨索距錨塊上游面為2.4m，第三排錨索位于錨塊下游面，距錨塊下游面為1.0m?；炷铃^塊方案在錨塊部位預留0.5m厚的二期空間用于錨索張拉施工。

4 弧門支承體型式比選

4.1 方案對樞紐總體布置及施工導流的影響

泄水閘弧門支承體鋼梁方案對整個樞紐布置影響很小，不會增加壩段長度，不會影響施工導流布置方案?；炷铃^塊方案壩段寬度加大，溢流前沿寬度增加，對施工導流設施的縱向混凝土圍堰的位置影響較大，投資變化相應增大。

4.2 對閘墩應力的影響

弧門支承體系采用鋼梁時，由于鋼與混凝土是兩種彈模相差很大的材料，在接觸面上鋼與混凝土是脫開的，完全靠預應力錨索將鋼錨塊與閘墩錨固在一起。閘墩頸部未出現局部拉應力，整個閘墩處于受壓狀態(tài)，僅預應力下游錨固端及閘墩預留孔口處出現相對較大的拉應力，從預應力閘墩三維有限元分析計算過程及結果可以看出，在閘室結構布置相同的情況下，閘墩應力及位移大小受主錨索噸位大小的控制。為滿足鋼錨塊與閘墩間張開縫控制在不影響第一排錨索的條件，所需錨索噸位大，拉錨系數較大；由于鋼梁簡支結構自身條件比懸臂結構的錨塊要好，所需錨索噸位相對較小，拉錨系數較小。

混凝土錨塊與閘墩是同一種材料，且混凝土錨塊與閘墩連成整體，在錨塊與閘墩的連接部位出現局部拉應力。其節(jié)點應力相對較大，亦有一定的超標范圍，導致預應力閘墩基本處于帶縫工作的狀態(tài)。

4.3 施工及安裝方面差異

鋼梁及鋼錨塊是由不同厚度的鋼板焊接而成的箱型結構。為了消除鋼梁或鋼錨塊焊接時溫度應力，鋼板焊接時可預熱加溫、紅外線退火，但焊接時溫度高，且箱型格子尺寸小，焊接工人施工困難，焊接工藝要求高，同時焊縫應力監(jiān)測也較困難。根據國內已有起吊設備能力，鋼梁基本都能采用整體吊裝。吊裝至相應平臺后，需在空間有限的閘墩尾部進行鋼梁拼裝。鋼梁的制作、加工、吊裝、索孔對位等相對復雜，尤其在場地狹窄的閘墩處拼裝還要采取一定的安全措施。鋼梁方案與混凝土錨塊方案相比，不存在次錨索張拉，施工工期相對較短。

混凝土錨塊的施工在國內外已有不少先例，有成熟的施工經驗，但弧門推力總噸位超過70000 kN以上支承體采用混凝土錨塊的預應力閘墩設計施工國內少見?；炷铃^塊需要用C40以上的高強度混凝土，并做好錨塊混凝土的溫控及防裂工作，同時混凝土錨塊模板的架設、埋件安裝、混凝土澆筑等亦有一定難度。為了滿足施工要求，在縫墩預留1.0～1.5m的施工空間，不僅消弱了閘墩厚度，對閘墩的變形及應力不利，且次錨索施工空間相對狹窄，難度較大，施工穿索張拉過程中一旦出現不利情況，處理相對困難。

4.4 運行維護優(yōu)缺點分析

鋼梁建成后，暴露在空氣中，受氣溫影響較大。由于鋼梁與混凝土閘墩主要靠預應力錨索錨固，為防止鋼梁或鋼錨塊中的預應力錨索受氣溫影響而產生應力松弛，在鋼梁錨固端箱型結構內回填低強度混凝土。此外，壩址區(qū)雨量充沛，在鋼梁外表面還應加強防腐防銹措施，并定期維護。

混凝土錨塊結構建成后，同樣在氣溫驟降時存在一定的熱脹冷縮現象，但影響較小，使得預應力錨索出現應力松弛的程度大大降低?；炷两Y構預應力閘墩同樣會出現一定的裂縫，但在潮濕的環(huán)境中比鋼結構耐腐蝕，可以通過相對簡單的工程措施和較小的投入予以保護。

5 結語

通過對鋼梁及混凝土錨塊2種支承體結構型式的結構分析，從工程角度來看各方案均可行。從支承體對樞紐布置的影響、對閘墩應力的影響、支承體施工難易程度、運行維護等方面綜合分析，大藤峽泄水閘低孔弧門支承體采用了單孔簡支鋼梁的支承型式。目前左岸20孔泄水閘低孔已全部施工完成，投入電站的先期運行中。