杜靜俠，方 超

（中國水利水電第十工程局有限公司，四川 成都 611830）

1 引言

老撾東薩宏水電站位于老撾南部占巴塞省，距離上游巴色市約160 km，距離老撾首都萬象約832 km，距離柬埔寨首都金邊450 km。工程采用無壩明渠引水結構，引水明渠長5 km，水頭約25 m。電站裝設4臺貫流式機組，單機引水流量400 m3/s，總裝機260 MW(4×65 MW)，該電站采用的貫流式機組的單機容量目前為亞洲第一，世界第二，電站年平均發(fā)電量約21億kW·h。

2 混凝土疊梁門方案研究

本工程4臺機組進水口僅設置1套共用檢修疊梁門，要實現(xiàn)首臺機組發(fā)電，另外3臺機組均需具備發(fā)電調試條件。而工地現(xiàn)場實際進度是3號、4號機組尚不具備發(fā)電調試條件，故調整施工方案，對3號、4號機組進水口及尾水采取臨時封堵?lián)跛?，確保首臺機組如期發(fā)電。為此，必須增加1套臨時性的進水口疊梁門（3號機組進水口采用永久鋼結構疊梁門封堵，4號機組進水口需增加1套疊梁門封堵，尾水閘門全部安裝完畢）。針對該情況，提出了2種方案：

（1）重新采購1套鋼結構疊梁門。優(yōu)點是技術方案可靠成熟，國內有成熟的制造廠家（永久疊梁門原廠）。缺點是從合同簽訂到產品交貨至現(xiàn)場最快需要半年，工期上無法滿足要求。同時，依據(jù)第一次采購價費用近90萬美元，成本較高。

（2）現(xiàn)場制作混凝土疊梁門。優(yōu)點是所需原材料（鋼筋，混凝土等）、人員、設備現(xiàn)場具備，制作工期、質量、成本可控。缺點是，工程實例不多，無成熟設計方案，設計考慮因素復雜，有一定風險。

通過方案綜合比較，最終確定采用混凝土疊梁門方案。

3 混凝土疊梁門設計

3.1 混凝土疊梁門設計參數(shù)選定

設計基本參數(shù)數(shù)據(jù)：設計洪水位高程為EL75.9 m (P=0.1%)，進水口疊梁門底檻高程為EL33.7 m，閘門槽孔口尺寸為15.36 m×17.77 m（寬×高），頂部門楣下緣到底檻的高度為h=17.767 m，閘門孔口凈寬15.36 m，門槽凈寬1.24 m。設計的永久鋼結構疊梁門門葉寬度為16.69 m，閘門槽總寬度為16.90 m，門葉與門槽兩端的間隙為0.105 m，設計支撐跨度為16.06 m。鋼疊梁門設計總高度為17.98 m，6扇疊為一體(5×3+2.98=17.98 m)，單葉最大重量60 t。

根據(jù)鋼疊梁門的結構型式、吊點位置及單葉重量情況，混凝土疊梁門設計采用類似結構布置，盡量保證與進水口門機吊裝相匹配?；炷怜B梁門設計長度為16.40 m，與門槽兩端間隙距離分別為0.25 m，沿水深方向梁寬設計高度為1 m，沿水流方向梁高設計為2 m。疊梁門兩個端頭為矩形斷面(寬×高=1 m×1 m），跨中為工字形斷面(寬×高=1 m×2 m），以減小疊梁門的自重，單葉重量控制在60 t以內。單根疊梁門（變截面梁）的尺寸為：長×寬×高=16.4 m×1 m×2 m(1 m)。因閘門孔凈高17.77 m，疊梁門設計總高度按18 m考慮，超高0.23 m。

疊梁門選用C40混凝土，混凝土彎曲抗壓強度設計值fcm為19.0 MPa，梁有效高度為188 cm，混凝土軸心抗壓強度設計值為16.7 MPa；Ⅲ級鋼筋抗拉強度設計值為360 MPa、I級鋼筋抗拉強度設計值為210 MPa，結構系數(shù)取1.2；疊梁門按一級建筑設計，其重要性系數(shù)ψ取1.1。

3.2 混凝土疊梁門受力計算

（1）水壓力

將疊梁門分成上、中、下三部分各六塊進行水壓力計算：水深分別為h1、h2、h3=30.2 m、36.2 m、42.2 m。計算水壓力分別為：q1=ρgh1=10×30.2=302 kN/m2；q2=ρgh2= 362 kN/m2；q3=ρgh3= 422 kN/m2。

（2）梁計算跨度L0

取計算的小值作為結構受力的跨度計算值，即L0=15.75 m。

（3） 梁受力計算

疊梁門的受力分析簡圖見圖1：

圖1 疊梁門工作受力計算簡圖

1）彎矩M計算

其公式為：M=ψql2/8

注：ψ—為重要系數(shù)，取值1.1；q—為梁上所受均布荷載；l—為梁的計算跨度。

2）剪力ν計算

其公式為：ν=ψql/2

3.3 疊梁門配筋計算

3.3.1 6根梁配筋計算

公式：as=γdM/(fcmbh02)

注：γd——結構系數(shù)，取值1.2，M—為彎矩，fcm―為砼彎曲抗壓強度設計值，b—為梁寬，h0—為梁的有效高度。

注：ζ—相對受壓區(qū)高度，as—截面抵抗矩系數(shù)

Ⅲ級鋼筋計算面積如下：

選配25根Φ32鋼筋及1根Φ20鋼筋，實配面積As實=25×π×162+π×102=20 420.4 mm2＞As

同理，中部6根梁配筋計算結果：選配31根Φ32鋼筋及1根Φ16鋼筋。

下部6根梁配筋計算結果：選配37根Φ32鋼筋及1根Φ20鋼筋。

3.3.2 受壓區(qū)配筋計算

根據(jù)GB 50010-2010《混凝土結構設計規(guī)范》規(guī)定梁的最小配筋率0.2%，受壓區(qū)面積為1 m2，配筋率≥0.2%×1 m2= 2 000 mm2，擬取值As=2 200 mm2。

選配7根Φ20鋼筋，實配面積As實=7×π×102=7×314.16=2 200 mm2=As

3.3.3 斜截面配筋計算

（1）兩端截面箍筋計算(寬×高=1 m×1 m)，鋼筋按Ⅲ級鋼計算。

1）箍筋計算

ν=2 616.1{3 135.8；3 655.6}kN≥0.07fcmbh0=0.07×19×1 000×900/1 000=1 197 kN

由于截面尺寸(寬×高=1 m×1 m)不能滿足抗剪要求，需進行設計箍筋配置。

箍筋選用Φ14按15 cm(跨中按20 cm)布置，每 個斷面5個箍筋，則每米長度內箍筋的面積為Asv=5×6.67×2×π×72=10 314 mm2≥5 395{7 108；8 811}mm2

Psv＞ρsvmin滿足配筋要求，因此梁中間段截面全按Φ14@200 mm進行箍筋布置。

2）彎起鋼筋校核

剪跨比為λ=L0/h0=15.75/1.88=8.38，h0/b=1.88/1 = 1.88

0.25fcbh0=0.25×19×1 000×1 880=8 930 000 N =8 930 kN＞ν，截面滿足要求。

是否需配置彎起鋼筋校核：

γdV=1.2V=1.2×2 616.1(3 135.8，3 655.6) =3 139.3(3 763，4 386.7)kN＞νcs，應 配 抗 剪 彎 起鋼筋。

采用Φ32做彎起鋼筋，單根Φ32面積為804.25 mm2，上、中、下三部分疊梁門彎起鋼筋布置：6根、9根、12根，即能滿足抗剪要求。彎起鋼筋的面積為As實=4 825.5 mm2、7 238.3 mm2、9 651 mm2。

彎起鋼筋配筋的起點離支座邊緣距離為：0.195+1-0.05-0.05=1.095 m

該截面的剪力設計值為：2 616.1(3 135.8，3 655.6) ×6.7/7.8=2 247.2(2 693.6，3140.1)kN

＞νcs/γd=2 025.5/1.2=1 687.92 kN，因此需要配第二排彎起鋼筋。

第二排采用Φ32彎起鋼筋，上、中、下三部分疊梁門彎起鋼筋布置：4根、6根、12根，即能滿足抗剪要求。第二排彎起筋的起點離支座邊緣距離為：0.195+1-0.05-0.05+1.13-0.1=2.225 m。

該截面的剪力設計值為：1 868.2(2 210.9，2 867.8)kN ＞νcs/γd=1 687.92 kN，需要配第三排彎起筋。

第三排采用Φ32彎起鋼筋，上、中、下三部分疊梁門彎起鋼筋布置：2根、4根、7根，即能滿足抗剪要求。第三排彎起筋的起點離支座距離為：0.195+1-0.05-0.05+1.13-0.1+1.78-0.1=3.905 m。

該截面的剪力設計值為：2 616.1(3 135.8，3 655.6) ×3.89/7.8=1 304.7(1 544.1 , 2 002.9)kN

νcs/γd=2 025.5/1.2=1 687.92 kN，因此只需下部6根疊梁需配第四排彎起鋼筋。

Asv=(γdV-νcs)/fysin45°=(2 002.9×1.2-2 025.5)/ (360×sin45)×103=1 485.1 mm2

下部6根疊梁門的第四排彎起鋼筋采用Φ32，彎起鋼筋2根，滿足抗剪要求。As實=1 608.5 mm2。

（2）支座兩端及漸變段截面箍筋計算(寬×高=1 m×1 m)

3.3.4 吊裝配筋設計

（1）吊點確定

混凝土疊梁門吊點位置參照永久鋼閘門設計吊點，吊點順水流方向根據(jù)混凝土疊梁斷面的慣性中心計算確定重心位置。安裝吊點位置設在疊梁腹板的加筋肋板上，與永久鋼閘門的設計吊點對應，以減少壩頂雙向門機安裝時吊具縱向位置調整工作量，吊點位置距疊梁兩端距離3.03 m。見圖2：

圖2 混凝土疊梁體型圖

（2）梁下部鋼筋配筋計算

主要計算梁配筋是否滿足起吊梁自重產生的內力要求。

1）受力分析

按兩端懸臂簡支梁進行計算，梁荷載主要為自重G。

疊梁外輪廓面積S=28.865 m2，每根疊梁的外輪廓的總體積V0=28.865 m3。上下游兩側共8個標準凹槽體積為V1=4.677 6 m3。兩端異形斷面凹槽部位體積V2=0.85 m3。鋼筋混凝土密度按ρ=2 kN/m3考慮。單根疊梁體積V=V0-V1-V2=23.337 m3。

G=25×23.337=583.425 kN＜60 t。滿足啟閉機吊重要求。計算時按吊重60 t進行配筋計算。

混凝土疊梁起吊計算受力見圖3：

圖3 混凝土疊梁起吊計算受力簡圖

2）配筋計算 (起吊時梁斷面 寬×高=2 m×1 m)

實配2根Φ28，As實=2×615.75=1 231.5 mm2＞As=1 009.75 mm2，滿足要求。

3.4 進水口混凝土疊梁門吊點重心計算

（1）根據(jù)疊梁對稱性，只計算順水流方向疊梁重心到下游背水面距離，假設距離為x。按力矩平衡原則計算確定未知變量x值。

計算重心線下游側力矩Ma，計算重心線上游側力矩Mb，計算配筋產生的力矩Mc，根據(jù)力矩平衡原則Ma+Mc=Mb，解得：x=0.85 m

（2）吊點結構設計：由于混凝土疊梁拆除時上游最大水深達42 m，若采用潛水員水下作業(yè)系鋼絲繩掛鉤進行吊裝拆除，安全危險性大，拆除費用高。因此對疊梁的吊點進行了專門設計，采用與鋼結構疊梁門同樣的預埋對中套管，便于進水口雙向門機自動穿銷吊裝。

3.5 壓力試驗檢測

為檢測混凝土疊梁的配筋設計是否滿足在進水口疊梁封堵狀態(tài)下承受的水壓力，現(xiàn)場預制1根混凝土疊梁，在承受相當于實際水壓力狀下進行模擬試驗，檢測在試驗壓力作用下疊梁的變形情況。

最大水壓力在跨中產生的彎矩：M3=ψql2/8 =1.1×422×15.752/8=1 4393.83 kN/m；相當于跨中集中荷載F=4M3/L=3 655.6 kN。

采用液壓千斤頂對迎水面的疊梁進行施壓，分段進行加壓測試，觀測并記錄疊梁受力變形情況。

選擇1臺液壓電動油泵，電動油泵與頂升千斤頂通過油管并聯(lián)，油泵以輸出壓力為控制參數(shù)，當測試壓力達到設計壓力值時保持壓力不變進行觀測記錄。

3.6 進水口混凝土疊梁門止水設計

進水口疊梁門止水設計采用2種布置型式：

（1）在混凝土疊梁背水面兩端與門槽導軌接觸部位嵌入止水密封條，主要靠水壓力作用壓縮密封條進行止水。預制過程中在混凝土疊梁兩端預埋鋼板及螺栓，安裝止水前將預埋件表面污物清理干凈，并進行除銹防腐，安裝密封條必須均勻壓緊。

（2）止水條布置在上下兩層疊梁之間，主要靠疊梁自重壓縮密封條進行止水。預埋件施工及密封條安裝類似于疊梁兩端止水施工工藝。

特別注意的是，最底層的疊梁的止水需在疊梁的上下兩面都安裝密封條，防止疊梁最底部與進水口底板之間滲漏水。安裝疊梁門時，在疊梁兩端與門槽之間的空腔里回填高塑性粘土，塑性粘土迎水面采用兩布一膜(即兩層土工布夾一層土工膜)進行防水，從而增加滲徑長度，減少因疊梁安裝誤差的滲水量。塑性粘土的回填隨著疊梁的安裝逐層填筑，壓實度不低于95%。

4 實施措施

4.1 現(xiàn)場制造措施

場地準備：18根疊梁分成6組，每組3根，疊梁尺寸16.52 m×1 m×2 m，需制作場地25 m×60 m =1 500 m2，對場地進行壓實，初步找平，并進行壓實度測量。

疊梁預制：在預制位置間隔500 mm布置相應數(shù)量的工字鋼，調平，確保整體水平偏差在5 mm范圍內，在工字鋼上鋪底層模板，模板上綁扎鋼筋。3根疊梁一組，準備3套模板，同時綁扎鋼筋，澆筑混凝土，需要18 d，6組（18根）疊梁共需108 d，每根疊梁養(yǎng)護28 d，確保強度。共計136 d，即可使用。

4.2 安裝吊裝措施

由于單根疊梁全長達16.52 m，重量近達60 t，采用130 t汽車吊及18 m液壓板車進行裝車運輸，同時對道路進行檢查修整，要求上壩道路坡度不大于5%，轉彎半徑（內徑）不小于20 m，且道路寬度不小于6.5 m。疊梁運輸至壩頂后，由壩頂雙向門機（2×80 t）吊裝就位。

4.3 拆除運輸措施

由于單根疊梁全長達16.52 m，重量近達60 t，為保證封堵門拆除后運輸安全，需對疊梁破解后裝運撤離現(xiàn)場。破解時采用液壓錘將疊梁均勻分成4段搗斷，煤氣割槍將鋼筋熔斷后分塊裝車運到指定卸料場堆存處理。同時要防止混凝土塊掉落入進水口里，施工中采用鋼板墊在疊梁底部，每破解拆完運走1根疊梁后，及時將鋼墊板上留下的混凝土碎塊清理干凈。

5 技術經(jīng)濟比較

混凝土臨時疊梁門與鋼結構疊梁門的施工技術比較如下：

優(yōu)點：①混凝土結構材料成本低，材料費遠低于鋼結構。②混凝土結構施工成本低，現(xiàn)場施工容易，可在制作場地澆筑；鋼制疊梁門需要專業(yè)制作廠，且需要跨國運輸，成本高昂。③混凝土疊梁運輸成本低，拆除簡單易行，可以現(xiàn)場分解后分段運輸，就地處理。

難點：①混凝土疊梁的止水安裝及密封比鋼結構困難，施工時要求更加精細與認真。②拆除時在分解疊梁時避免碎塊掉入進水口底部，影響機組運行安全。在破碎時需對進水口孔口遮蓋。

經(jīng)過經(jīng)濟比較分析，混凝土疊梁門方案約花費人民幣3 060 935元，增加1套鋼結構疊梁門將花費人民幣6 418 688元。采用預制混凝土疊梁門方法具有明顯的經(jīng)濟效果，比鋼結構疊梁門可節(jié)約人民幣3 357 753元。

6 結語

通過本工程的實際實施，證明采用混凝土疊梁門方案可行。技術上很好的解決了老撾東薩宏項目面臨的工期難題，實現(xiàn)了項目的完美履約；經(jīng)濟上效果明顯，相對于常規(guī)趕工、搶工帶來的額外成本投入大幅降低，得到業(yè)主方的高度認可。同時此方案也創(chuàng)新性地把金結閘門與土建混凝土閘門做了一個技術上的連接，為后續(xù)的其他類似工程提供了一個全新的解決思路。