預(yù)制混凝土樓梯在拱壩設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

劉其文，代富紅

（1.貴州省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，貴州 貴陽(yáng) 550002；2.貴州大學(xué)，貴州 貴陽(yáng) 550003）

預(yù)制混凝土樓梯在拱壩設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

劉其文1，代富紅2

（1.貴州省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，貴州 貴陽(yáng) 550002；2.貴州大學(xué)，貴州 貴陽(yáng) 550003）

拱壩設(shè)計(jì)常用的現(xiàn)澆混凝土樓梯施工速度慢、造價(jià)高，鋼結(jié)構(gòu)樓梯耐久性差，維護(hù)費(fèi)用高。在建筑行業(yè)已廣泛使用的預(yù)制混凝土樓梯的基礎(chǔ)上，提出了一種實(shí)用于拱壩的預(yù)制混凝土樓梯，并以魚簡(jiǎn)河和沙壩拱壩為例對(duì)樓梯設(shè)計(jì)作簡(jiǎn)要介紹。

樓梯設(shè)計(jì)；預(yù)制混凝土；魚簡(jiǎn)河拱壩；沙壩拱壩

0 前 言

為了滿足巡視檢查和運(yùn)行管理的需要，拱壩通常需要在下游壩面設(shè)置交通橋，特別是對(duì)于壩體厚度較小不宜設(shè)置檢查廊道的中低薄拱壩更是如此。對(duì)于兩壩肩地形陡，沒有條件修建梯步的工程，還需要設(shè)置樓梯將各層交通橋、取放水設(shè)施控制閘室以及基礎(chǔ)灌漿廊道出口等連接在一起，以形成完整有效的交通系統(tǒng)。

拱壩通常采用的樓梯有現(xiàn)澆混凝土樓梯和鋼結(jié)構(gòu)樓梯兩種型式?，F(xiàn)澆混凝土樓梯是在施工現(xiàn)場(chǎng)架設(shè)模板、綁扎鋼筋并澆筑混凝土而形成的整體式樓梯?，F(xiàn)澆混凝土樓梯整體性好，剛度大，對(duì)抗震較有利，但由于拱壩體型復(fù)雜，施工時(shí)須搭設(shè)大量的腳手架和模板，施工臨時(shí)工程量大、施工速度慢、造價(jià)高，當(dāng)壩較高時(shí)其缺點(diǎn)更加突出。鋼結(jié)構(gòu)樓梯是在加工場(chǎng)制作構(gòu)件，并在現(xiàn)場(chǎng)錨固于壩體的一種鋼結(jié)構(gòu)。鋼結(jié)構(gòu)樓梯制作和安裝施工方便，但由于長(zhǎng)期在露天、潮濕環(huán)境下工作，極其容易銹蝕，耐久性差，須定期進(jìn)行保養(yǎng)和維護(hù)，運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用高。

為了克服上述兩種樓梯的不足，參照建筑行業(yè)［1］已廣泛使用的預(yù)制混凝土樓梯，經(jīng)過研究和改進(jìn)，提出了一種實(shí)用于拱壩的預(yù)制混凝土樓梯，并已在多座混凝土拱壩設(shè)計(jì)中成功應(yīng)用，本文以魚簡(jiǎn)河和沙壩拱壩為例對(duì)預(yù)制混凝土樓梯設(shè)計(jì)作簡(jiǎn)要介紹，以供參考。

1 預(yù)制混凝土樓梯設(shè)計(jì)

預(yù)制混凝土樓梯是將樓梯分成挑梁、樓梯段和平臺(tái)板三個(gè)部分，在加工廠進(jìn)行制作，施工時(shí)將各構(gòu)件進(jìn)行裝配和固定的一種樓梯結(jié)構(gòu)，如圖1所示。因各種形式樓梯的欄桿設(shè)計(jì)差異不大，本文不對(duì)欄桿設(shè)計(jì)作討論。

圖1 預(yù)制混凝土樓梯結(jié)構(gòu)示意

挑梁由懸挑段和錨固段組成，懸挑段橫截面為“L”形，錨固段橫截面可做成矩形，為方便構(gòu)件制作常與懸挑段一起做成“L”形。懸挑段長(zhǎng)度為樓梯設(shè)計(jì)寬度B或2B（樓梯回頭處），錨固段長(zhǎng)度需結(jié)合安裝時(shí)采用的穩(wěn)定措施確定，若靠自身重量維持穩(wěn)定，其長(zhǎng)度應(yīng)不小于懸挑段長(zhǎng)度的1.3倍，若在末端采用可靠的錨固措施，可以做得更短。

樓梯段可做成板式和梁板式兩種。板式梯段為一塊帶臺(tái)階（踏步）的預(yù)制混凝土板，如圖1所示。梯段寬度通常為樓梯設(shè)計(jì)寬度，若樓梯寬度較大或現(xiàn)場(chǎng)吊裝能力有限時(shí)，也可以將其分成2塊。梯段板厚度需根據(jù)跨度和設(shè)計(jì)荷載計(jì)算確定，通常為10～20 cm。踏步尺寸需根據(jù)實(shí)際情況確定，為行走方便舒適，踏面寬度可取25～30 cm，踢面高度可取15～20 cm。板式梯段優(yōu)點(diǎn)是底面平整，便于制作和安裝，組成構(gòu)件少，整體性好，但其單件重量大，對(duì)起吊設(shè)備要求高，當(dāng)跨度較大時(shí)更是如此，通常適用于跨度不大于4 m情況。梁板式梯段由2根鋸齒形斜梁和數(shù)塊“L”形踏步板組成，如圖2所示。踏步板長(zhǎng)度為樓梯設(shè)計(jì)寬度B，厚度5～6 cm，踏步尺寸確定原則同板式梯段。斜梁寬度15～20 cm，高度20～30 cm，鋸齒尺寸需與踏步尺寸相協(xié)調(diào)。梁板式梯段主要特點(diǎn)是構(gòu)件小而輕，易制作和安裝，但構(gòu)件多，整體性較差。適用于跨度較大，采用板式梯段變形難于滿足要求、現(xiàn)場(chǎng)吊裝能力有限的情況。

圖2 梁板式梯段結(jié)構(gòu)示意

平臺(tái)板通常做成矩形，若壩體曲率半徑過小，為減小填縫工程量也可做成梯形。平臺(tái)板寬度通常為B，樓梯回頭處放置2塊即可。平臺(tái)板長(zhǎng)度需根據(jù)梯段布置需要確定，以通過調(diào)整平臺(tái)板長(zhǎng)度使樓梯段之間、樓梯與其它設(shè)施順利連接。平臺(tái)板厚度需根據(jù)跨度和設(shè)計(jì)荷載計(jì)算確定，并需保證安裝后頂面與梯段頂面高程一致，通常取10～15 cm。

預(yù)制混凝土樓梯實(shí)施過程為，先在加工廠制作構(gòu)件，在進(jìn)行壩體混凝土施工時(shí)，將挑梁錨固端按預(yù)定位置埋入壩體，待壩體施工完畢后，再將樓梯段放置到挑梁上，最后將平臺(tái)板放置在兩樓梯段之間的挑梁上，所有接縫用水泥砂漿填充抹平。

相對(duì)于現(xiàn)澆混凝土樓梯和鋼結(jié)構(gòu)樓梯，預(yù)制混凝土樓梯有如下優(yōu)點(diǎn)：

（1）構(gòu)件均為鋼筋混凝土制作，造價(jià)比鋼結(jié)構(gòu)樓梯省；

（2）構(gòu)件可在預(yù)制廠批量生產(chǎn)，施工過程中臨時(shí)工程量小，施工速度快，便于質(zhì)量控制；

（3）除挑梁須在大壩施工時(shí)埋入壩體外，其余構(gòu)件均可在壩體施工結(jié)束后再進(jìn)行安裝，可最大限度地減少樓梯施工對(duì)壩體施工的干擾，特別是對(duì)于機(jī)械化施工程度較高的碾壓混凝土拱壩效果更加顯著；

（4）可根據(jù)壩體施工分層高度調(diào)整樓梯段高度，以便于挑梁的安裝；

（5）可根據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)的吊裝能力調(diào)整構(gòu)件尺寸，以方便施工；

（6）可通過調(diào)整挑梁長(zhǎng)度，以滿足樓梯回頭的布置需要；

（7）全部采用鋼筋混凝土構(gòu)件，耐久性好；

（8）可通過調(diào)整平臺(tái)板的平面尺寸，以適應(yīng)拱壩不同位置曲率半徑的變化；

（9）可根據(jù)欄桿布置需要，在任意位置埋設(shè)預(yù)埋件，用于欄桿的安裝；

（10）構(gòu)件數(shù)量少，整體性好，安全性高。

2 工程實(shí)例

2.1 魚簡(jiǎn)河碾壓混凝土拱壩

魚簡(jiǎn)河碾壓混凝土拋物線雙曲拱壩，最大壩高81.0 m，壩頂高程1 062.0 m，拱冠梁底厚16.5 m，壩頂中心角為89.143°，壩頂弧長(zhǎng)179.733 m，壩內(nèi)995.3 m高程設(shè)灌漿廊道，壩后1 011.92 m及1 036.82 m高程設(shè)有交通橋。

根據(jù)交通橋布置，梯段高度從下往上分別設(shè)計(jì)為4×3.3 m、4×2.925 m、8×3.128 m共3類16段。樓梯設(shè)計(jì)寬度1.2 m。樓梯段為梁板式，各梯段均由2根斜梁和數(shù)塊“L”形踏步板組成。斜梁截面尺寸200 mm×300 mm，臺(tái)階尺寸分別為280 mm ×183 mm和280 mm×195 mm。踏步板寬度340 mm，高度183 mm，長(zhǎng)度1 200 mm，厚度60 mm。挑梁橫截面形狀為“L”形，寬度600 mm，高度600 mm，缺口寬度300 mm，高度300 mm。錨固段長(zhǎng)度1.8 m，懸挑段長(zhǎng)度為1.2 m或2.4 m（樓梯回頭處）。各高程布置平臺(tái)板2塊，平面尺寸1 100 mm ×600 mm，厚度120 mm，共計(jì)38塊。

本工程已于2005年建成并投入使用。

2.2 沙壩碾壓混凝土拱壩

沙壩單心圓碾壓混凝土雙曲拱壩，壩頂高程620.0 m，壩頂寬度6.0 m，壩底厚度19.715 m，最大壩高84.5 m，壩軸線長(zhǎng)度148.55 m。壩體561.5 m高程設(shè)置有灌漿廊道。右壩段591.7 m、大壩中部573.5 m和左壩段585.7 m等高程分別設(shè)置有觀測(cè)室。為便于大壩日常觀測(cè)和維護(hù)檢查，連接廊道和底孔出口啟閉機(jī)室，在壩后573.45 m高程設(shè)置一層交通橋，兩岸均設(shè)置樓梯連接壩頂，其中左岸樓梯往下延伸連接561.5 m高程交通廊道出口，兩岸樓梯均與觀測(cè)室相連。

為方便挑梁安裝，樓梯段標(biāo)準(zhǔn)高度設(shè)計(jì)為3 m，與壩體碾壓混凝土施工升層高度一致，局部采用非標(biāo)準(zhǔn)高度。實(shí)際共采用標(biāo)準(zhǔn)梯段31段，非標(biāo)準(zhǔn)梯段5段。樓梯段為板式，寬度1.2 m，厚度200 mm，踏步尺寸250 mm×200 mm。挑梁橫截面形狀為“L”形，寬度600 mm，高度500 mm，缺口寬度300 mm，高度200 mm。錨固段長(zhǎng)度1.8 m，懸挑段長(zhǎng)度為1.2 m或2.4 m（樓梯回頭處）；為方便安裝，挑梁均布置在碾壓混凝土升層倉(cāng)面上，與模板安裝同步進(jìn)行。為防止施工過程中挑梁傾覆，在梁端均設(shè)置Φ20錨筋1根。平臺(tái)板厚度150 mm，標(biāo)準(zhǔn)件平面尺寸1 200 mm×1 200 mm，共計(jì)41塊，非標(biāo)準(zhǔn)件寬度1 200 mm，長(zhǎng)度1 500～3 000 mm，共計(jì)21塊。

本工程已于2006年建成并投入使用。

3 結(jié) 論

（1）預(yù)制混凝土樓梯可規(guī)?；a(chǎn)，施工臨時(shí)工程量小，造價(jià)低，耐久性好，運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用低。

（2）預(yù)制混凝土樓梯可減少對(duì)壩體施工的干擾，特別是對(duì)于機(jī)械化施工程度較高的碾壓混凝土拱壩效果更加顯著。

（3）預(yù)制混凝土樓梯可根據(jù)布置需要任意調(diào)整構(gòu)件尺寸，適應(yīng)性強(qiáng)、安裝靈活方便。

（4）預(yù)制混凝土樓梯除可用于混凝土拱壩外，在漿砌石拱壩同樣可以采用，通過適當(dāng)?shù)母倪M(jìn)后還可以用于重力壩。

［1］同濟(jì)大學(xué)，西安建筑科技大學(xué)，東南大學(xué)，重慶建筑大學(xué).房屋建筑學(xué)（第三版）［M］.北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，1997.

TV642.4，TV544

B

1003－9805（2015）01－0010－02

2014－06－30

劉其文（1976－），男，貴州金沙人，高級(jí)工程師，從事水工結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作。