三河口水利樞紐壩后電梯井結(jié)構(gòu)方案比選

解 豪，楊 蕾

（陜西省水利電力勘測設(shè)計研究院,陜西 西安 710001）

1 概況

三河口水利樞紐是陜西省引漢濟渭工程的調(diào)蓄中樞。大壩為碾壓混凝土拱壩，最大壩高141.5 m，水庫總庫容為7.1 億 m3。

大壩電梯井布置在大壩右岸壩后下游，其下部結(jié)構(gòu)嵌入與壩體整體澆筑，電梯井總行程130 m，沿高程共分7站，是三河口樞紐最重要的垂直交通通道。其功能主要為連接壩體內(nèi)部各層交通廊道，連通壩后電站廠區(qū)與壩頂交通。

2 電梯井結(jié)構(gòu)設(shè)計方案

在水利行業(yè)發(fā)展的今天，水工建筑物設(shè)計不再僅僅考慮其功能性和安全可靠性，越來越多的水利設(shè)計在保證其功能和安全可靠的同時，更注重于生態(tài)融合、環(huán)保與建筑美感的設(shè)計。而鋼結(jié)構(gòu)自重輕、結(jié)構(gòu)美觀、強度較高[1]，因此，鋼結(jié)構(gòu)電梯井則被作為了三河口電梯井設(shè)計中一個重要方案。

2.1 混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計方案

壩后交通電梯布置在右岸壩后，電梯井結(jié)構(gòu)沿高程（高程516.00 m～646.00 m）共分7站，行程130 m。

電梯井結(jié)構(gòu)主要由電梯井室與檢修爬梯兩部分組成。井壁結(jié)構(gòu)厚度為1 m，高程610.00 m以下部分結(jié)構(gòu)與壩體整體澆筑，與壩頂鉸接；區(qū)間檢修爬梯共90跑，為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)；上下游側(cè)井壁寬度為7.4 m，左右側(cè)井壁寬度為8.1 m。井底部高程516.00 m下設(shè)深1.8 m×長2.5 m×寬2.6 m的緩沖坑，坑壁結(jié)構(gòu)采用0.3 m厚的C30鋼筋混凝土襯砌[2]。

電梯井設(shè)計圖見圖1～圖7。

圖1 電梯井A-A剖面圖

圖2 電梯井B-B剖面圖

圖3 電梯井下游側(cè)立視圖

圖4 電梯井1-1剖面圖

圖5 電梯井2-2剖面圖

圖6 電梯井3-3剖面圖

圖7 電梯井4-4剖面圖

國內(nèi)近些年大中型水利樞紐、水電站工程在大壩、電站廠房內(nèi)設(shè)置電梯非常普遍，大壩電梯也均采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，在眾多已建項目中，電梯井混凝土結(jié)構(gòu)已被證實是一種較為安全可靠的結(jié)構(gòu)。大壩電梯井結(jié)構(gòu)設(shè)計、施工，以及電梯設(shè)備制造和安裝技術(shù)也較為成熟。

2.2 鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計方案

電梯行業(yè)也是一個不斷發(fā)展的行業(yè)，電梯發(fā)展?jié)u趨多樣化。20世紀70年代，鋼結(jié)構(gòu)電梯就登臺亮相了，鋼結(jié)構(gòu)電梯轎廂、井道至少有同一側(cè)是透明玻璃組成，乘坐鋼結(jié)構(gòu)電梯乘客可觀看轎廂外景物，鋼結(jié)構(gòu)電梯拓展了電梯的視覺空間，使狹窄的電梯空間得到了延伸，能較大地提升乘客的乘坐舒適感，鋼結(jié)構(gòu)電梯逐漸也成為大型城市建筑的一大亮點[3]。

近年來，鋼結(jié)構(gòu)電梯也開始在各大自然景區(qū)出現(xiàn)。很多鋼結(jié)構(gòu)電梯都超過100 m，尤其張家界的百龍鋼結(jié)構(gòu)電梯，提升高度更是達到了326 m，甚至被冠以“國際十大旅游景觀工程”稱號。自然景區(qū)的鋼結(jié)構(gòu)電梯，對提升景區(qū)舒適度和觀景效果都有很大的益處，同時也帶來不錯的經(jīng)濟效益。

鋼結(jié)構(gòu)電梯的井道，一般為鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計或?qū)⒒炷两Y(jié)構(gòu)和鋼結(jié)構(gòu)相結(jié)合，因地制宜。對于在自然景區(qū)設(shè)計的鋼結(jié)構(gòu)電梯多以純鋼結(jié)構(gòu)為主，用以凸顯峽谷峭壁的險峻和更好的觀景體驗。

雖然大壩電梯和景區(qū)鋼結(jié)構(gòu)電梯均被較廣泛使用，也通過已建證明各自結(jié)構(gòu)的安全性。但經(jīng)過調(diào)查，目前關(guān)于已知大中型水利項目的壩后電梯的實例中，尚無壩后電梯采用鋼結(jié)構(gòu)電梯的先例。雖然景區(qū)鋼結(jié)構(gòu)電梯與大壩電梯的運行工況有較大差別，但在地質(zhì)地形和電梯規(guī)模上有一定的相近和相似性?？蓞⒖计滗摻Y(jié)構(gòu)電梯的設(shè)計方案對大壩電梯方案做初步設(shè)計。2.2.1 鋼結(jié)構(gòu)電梯方案1

考慮在混凝土方案的基礎(chǔ)上，做一定程度的設(shè)計改變，以期用較小的方案改動量和更可靠的安全性達到鋼結(jié)構(gòu)電梯的效果。具體方案為：調(diào)整原方案布置形式，將電梯井道后置，同時檢修樓梯前置，檢修樓梯間為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，電梯井道采用鋼結(jié)構(gòu)與樓梯間結(jié)合，整體平面為“凸”字型。但井道鋼結(jié)構(gòu)布置在高程550 m以上，高程550 m以下井道已全部在壩體內(nèi)部，并且下游水位較高，三河口大壩壩后消力塘內(nèi)50年一遇設(shè)計水位為545.10 m，200年一遇校核水位為545.40 m，電梯井的基礎(chǔ)面高程為516 m。同時高程546.50 m為電站廠坪高程，為電梯經(jīng)常?？康淖畹透叱?，因此以高程550 m為分界。見圖8～圖13。

圖9 電梯井B-B剖面圖

圖10 電梯井下游側(cè)立視圖

圖8 電梯井A-A剖面圖

圖12 2-2剖面圖

圖13 3-3剖面圖

圖11 1-1剖面圖

2.2.2 鋼結(jié)構(gòu)電梯方案2

采用下部混凝土結(jié)構(gòu)，上部完全為鋼結(jié)構(gòu)，以高程550m為分界。此方案高程550m以下與方案一相同，高程550m以上與混凝土結(jié)構(gòu)電梯井布置型式相同，但整體結(jié)構(gòu)為鋼結(jié)構(gòu)加玻璃幕墻，典型剖面見圖14～圖15。

圖14 高程588 m橫剖面圖

圖15 高程615 m橫剖面圖

方案二從結(jié)構(gòu)的美觀性以及使用效果方面無較方案一更優(yōu)。

3 方案比選

3.1 不同方案工程經(jīng)濟性比較

電梯井方案的經(jīng)濟性是設(shè)計方案考量的重要因素之一，對不同方案的工程量及造價估算進行對比，見表1。

表1 不同方案電梯工程造價對比表

表1中各方案的造價，僅為基本建筑工程費用，大型鋼結(jié)構(gòu)的安裝及運費費用，也較為昂貴。同時，對工程造價編制過程中對部分已建成景區(qū)鋼結(jié)構(gòu)電梯案例進行調(diào)查，并選取與本工程電梯井規(guī)模、參數(shù)較為相近的設(shè)計方案，對其造價進行比較，作為鋼結(jié)構(gòu)方案的參考依據(jù)。表2為兩個已建鋼結(jié)構(gòu)電梯的基本參數(shù)與造價調(diào)查表。

表2 景區(qū)鋼結(jié)構(gòu)電梯參數(shù)及造價調(diào)查表

綜上所述，電梯井混凝土方案造價最低，兩種鋼結(jié)構(gòu)電梯方案造價依次升高。鋼結(jié)構(gòu)電梯井除建筑工程造價較混凝土結(jié)構(gòu)高外，同時還帶來的運輸、安裝及后期維護等費用均在最終造價中占有不小的比例。

3.2 不同方案電梯井優(yōu)缺點

三河口大壩電梯的運行環(huán)境，和一般建筑電梯及景區(qū)鋼結(jié)構(gòu)電梯運行環(huán)境相比，更為惡劣。大壩下游消力塘水位較高，電梯下部長年處于水下環(huán)境；當(dāng)?shù)貧夂蜉^為溫和，雖不屬于嚴寒氣候，但年內(nèi)氣溫變化仍較大；并且泄洪對電梯影響較大，包括泄洪時震動和較強的霧化等。根據(jù)三河口大壩初設(shè)成果中霧化結(jié)果分析，大壩泄洪時，在580 m高程以下會產(chǎn)生暴雨級別的霧化現(xiàn)象。

根據(jù)大壩的運行特點，對電梯井混凝土方案與鋼結(jié)構(gòu)方案的優(yōu)缺點進行分析對比，見表3。

表3 不同方案電梯井優(yōu)缺點分析表

鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)電梯井，在經(jīng)濟性、結(jié)構(gòu)可靠性、耐久性、運行可靠性和適用性等方面較優(yōu)。鋼結(jié)構(gòu)電梯雖在其他行業(yè)很多地方應(yīng)用效果良好，并成為一道靚麗的風(fēng)景，但結(jié)合水利水電工程的特殊性，加之目前大型水利工程電梯井設(shè)計方面尚無建設(shè)實例，電梯井采用鋼結(jié)構(gòu)仍會帶來一定的已知和或未知的問題。因此選擇鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)為三河口電梯井的最終方案。

4 結(jié)語

在水利行業(yè)發(fā)展的今天，水工建筑物設(shè)計不再僅僅考慮其功能性和安全可靠性，更注重于生態(tài)融合、環(huán)保與建筑美感設(shè)計。因此，鋼結(jié)構(gòu)電梯井則被作為了三河口電梯井設(shè)計中一個重要方案。對于三河口電梯井設(shè)計，提出鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)以及鋼結(jié)構(gòu)，兩種設(shè)計方案，分別從結(jié)構(gòu)設(shè)計、工程造價、運行優(yōu)缺點等方面對不同的電梯井型式進行分析比較，據(jù)分析結(jié)果，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)電梯井，在經(jīng)濟性、結(jié)構(gòu)可靠性、耐久性、運行可靠性和適用性等方面有一定優(yōu)勢。鋼結(jié)構(gòu)電梯雖在其他行業(yè)很多地方應(yīng)用效果良好，并成為一道靚麗的風(fēng)景，但結(jié)合水利水電工程的特殊性，加之目前大型水利工程電梯井設(shè)計方面尚無建設(shè)實例，電梯井采用鋼結(jié)構(gòu)仍會帶來一定的已知或未知的問題。因此，三河口大壩壩后電梯井仍然采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計。