新邳洪河閘工程排架加固設(shè)計(jì)優(yōu)化

武 蒙，丁 平，王桂智，劉 斌

(1.江蘇省水利勘測設(shè)計(jì)研究院有限公司，江蘇 揚(yáng)州 225127；2．揚(yáng)州市水利局，江蘇 揚(yáng)州 225000)

1 工程概況

新邳洪河閘位于宿豫區(qū)皂河鎮(zhèn)，建成于1986年，原設(shè)計(jì)最大過閘流量310 m3/s，主要功能為：防洪、排澇、灌溉引水。新邳洪河閘分8孔，分三塊底板，兩側(cè)為3孔一聯(lián)，中間為2孔一聯(lián)，閘孔凈寬6.6 m，閘室總寬度67.7 m。閘室東側(cè)5孔與邳洪河銜接，用于邳洪河區(qū)域的排澇；西側(cè)3孔與黃墩小湖連接，用于黃墩小湖地區(qū)的排澇；中間采用鋼筋混凝土擋墻分隔，墻頂高程21.5 m(廢黃河高程，下同)。閘室采用涵洞式結(jié)構(gòu)，閘室設(shè)計(jì)底板面高程14.5 m，頂板底面高程21.5 m，涵洞凈高7.0 m。閘墩上游側(cè)布置一座交通橋，下游側(cè)布置工作橋，交通橋的設(shè)計(jì)面高程為28.0 m，與兩側(cè)的堤防同高，一并構(gòu)成完整的防洪體系；下游側(cè)的工作橋布置在排架柱上，設(shè)計(jì)排架柱面高程32.0 m，工作橋的寬度為5.2 m。新邳洪河閘作為黃墩湖滯洪區(qū)穿堤建筑物，加固后將使黃墩湖滯洪區(qū)更好的發(fā)揮其作用。

2 排架加固設(shè)計(jì)

新邳洪河閘[1]按最大退水情況1000 m3/s 加固，保留閘室底板，保留22.3 m(通航孔23.8 m)高程以下、上游側(cè)14.5 m范圍內(nèi)的涵洞洞身，加固后閘室共8孔，每孔凈寬6.6 m，底板順?biāo)飨蜷L20.00 m，垂直水流向長62.75 m。

2.1 排架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

本工程的工程等別為Ⅰ等，地震設(shè)防烈度為8度。本次排架柱與工作橋采用固支結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)頂高程為34.3 m；排架柱的截面寬度與墩子寬度相同，即為90 cm，為便于檢修，使閘門從上游側(cè)的交通橋與排架間能夠調(diào)出，從工作門槽位置后對排架柱進(jìn)行削弱，削弱后的邊排架寬度為63 cm，削弱后的中排架寬度為36 cm，加固后的排架柱斷面如圖1、圖2所示，加固后排架柱剖面圖如圖3所示。

圖1 加固后排架柱斷面圖(邊側(cè))(單位：cm)

2.2 內(nèi)力計(jì)算

結(jié)構(gòu)計(jì)算采用河海大學(xué)工程軟件研究所編制的《軟土地基上水工結(jié)構(gòu)內(nèi)力計(jì)算與圖形處理(SGR4.0)》軟件進(jìn)行有限元分析計(jì)算。利用等代剛度相等的原則，邊排架的等代寬度為0.767 m，中排架的等代寬度為0.693 m；本工程有三孔一聯(lián)和兩孔一聯(lián)兩種結(jié)構(gòu)形式，本次以三孔一聯(lián)為計(jì)算典型，考慮自重、啟門力、土壓力、地震力等荷載因素[2]，對工作橋大梁及排架柱進(jìn)行內(nèi)力復(fù)核[3]。計(jì)算時(shí)考慮2種工況，即地震期[4]與正常應(yīng)用期，其中地震期不考慮啟門力的作用。

排架柱及工作橋大梁內(nèi)力計(jì)算成果如圖4及表1所示。

圖3 加固后中排架柱剖面圖

圖4 排架柱垂直水流向彎矩包絡(luò)圖(單位：kN·m)

計(jì)算部位工作橋大梁跨中工作橋大梁支座工作橋大梁0.2 L邊排架柱上部邊排架柱根部中排架柱上部中排架柱根部截面尺寸h/mm×b/mm700×400700×400700×400767×1000767×1000693×1000693×1000彎矩/(kN·m)175318116274453184348需配鋼筋面積/mm2129225058371775300113222564實(shí)配鋼筋5Φ2010Φ185Φ185Φ2210Φ205Φ205Φ20+5Φ18

2.3 內(nèi)力分析

由表1可知，加固后排架柱邊墩與中墩根部的彎矩凈值分別為453 kN·m、348kN·m，需配筋面積較大，實(shí)配鋼筋為10Φ20、5Φ20+5Φ18，計(jì)算時(shí)采用的是排架柱的等代高度，實(shí)際上排架柱在削弱部分(尤其中墩的削弱部分)的截面高度很小，截面配筋十分困難。

3 排架加固設(shè)計(jì)優(yōu)化

排架加固設(shè)計(jì)優(yōu)化考慮二種方案：方案一為活動(dòng)撐梁方案，該方案在排架左側(cè)，高程28.0 m下設(shè)置活動(dòng)鋼撐梁，方案二為抬高胸墻方案，該方案將胸墻抬高至28.5 m，二種方案如圖5、圖6所示。

3.1 排架內(nèi)力計(jì)算

對兩種方案分別進(jìn)行內(nèi)力計(jì)算，排架柱及工作橋大梁內(nèi)力計(jì)算成果如圖7、圖8及表2所示。

3.2 內(nèi)力分析

由表2可知，方案一、方案二均可使排架柱根部的彎矩值變小，不僅方便排架配筋，而且有利于結(jié)構(gòu)的安全。

圖5 方案一加固后中排架柱剖面圖

圖6 方案二加固后中排架柱剖面圖

圖7 方案一排架柱垂直水流向彎矩包絡(luò)圖(單位：kN·m)

圖8 方案二排架柱垂直水流向彎矩包絡(luò)圖(單位：kN·m)

計(jì)算部位工作橋大梁跨中工作橋大梁支座工作橋大梁0.2L邊排架柱上部邊排架柱根部中排架柱上部中排架柱根部截面尺寸h/mm×b/mm700×400700×400700×400767×1000767×1000693×1000693×1000方案一彎矩/(kN·m)需配鋼筋面積/mm2實(shí)配鋼筋160.011745Φ18313.0246010Φ1897.77005Φ18290.018825Φ20225.014495Φ20126.08985Φ20193.013885Φ20方案二彎矩/(kN·m)需配鋼筋面積/mm2實(shí)配鋼筋161.011825Φ18313.0246010Φ1898.37055Φ18289.018765Φ22304.019775Φ22152.010875Φ20242.017545Φ22

4 結(jié) 語

新邳洪河閘加固工程排架柱較高，排架柱根部彎矩值較大，由于排架部分被消弱，過大的彎矩值使得排架配筋困難，且不利于結(jié)構(gòu)的安全。在排架中間增加活動(dòng)撐梁或抬高胸墻均可以減小排架柱根部彎矩，使結(jié)構(gòu)更加安全，但不同的方案在施工、檢修及后期管理上有不同的區(qū)別，新邳洪河閘加固工程選擇抬高胸墻的方案為最終排架加固方案，類似工程可根據(jù)工程特性，綜合比較，選擇適合的優(yōu)化方案。