高烈度區(qū)水閘設(shè)計(jì)中的抗震處理

孫明霞 周立霞

（中水淮河規(guī)劃設(shè)計(jì)研究有限公司 合肥 230601）

1 工程概況

大官莊樞紐位于山東省臨沭縣，是沂沭泗河洪水東調(diào)南下工程的一個(gè)關(guān)鍵性樞紐工程，人民勝利堰節(jié)制閘是該樞紐的重要組成部分。人民勝利堰節(jié)制閘位于老沭河上，設(shè)計(jì)流量2500m3/s，校核流量3000m3/s，Ⅱ等大（2）型工程。閘室8 孔，每孔凈寬10.00m，采用露頂式鋼制弧形閘門(mén)。該閘交通橋橋面板兼做啟閉機(jī)房屋頂，由于車輛振動(dòng)影響，交通橋橋面板多處裂縫，裂縫漏水直接進(jìn)啟閉機(jī)房及中控室，致使啟閉機(jī)房及中控室積水，影響使用。該閘位于大地構(gòu)造部位上，地震基本烈度為Ⅷ度，按Ⅸ度進(jìn)行設(shè)防，設(shè)計(jì)要重點(diǎn)考慮抗震。此次除險(xiǎn)加固工程的主要內(nèi)容是：原位拆除重建啟閉機(jī)房，拆除重建公路橋橋面板等。

2 地質(zhì)背景

該工程區(qū)位于沂沭斷裂帶的東側(cè)，距斷裂帶邊緣約70km。沂沭斷裂帶為我國(guó)東部規(guī)模最大的深大斷裂帶，由四條北北東向主干斷裂組成，自東向西依次有昌邑—大店斷裂、安丘—莒縣斷裂、沂水—湯頭斷裂、鄌郚—葛溝斷裂，四條主干斷裂構(gòu)成“兩塹夾一壘”的構(gòu)造格架。北西向斷裂西北部有新泰—蒙陰斷裂、蒙山斷裂，西南部有曲阜—蒼山斷裂、棗莊（嶧城）斷裂。北北東、北西兩組斷裂構(gòu)成本區(qū)極為復(fù)雜的地質(zhì)背景。人民勝利堰節(jié)制閘工程西距主干斷裂安丘—莒縣斷裂約6.50km，距昌邑—大店主干斷裂僅1.10km。以上斷裂控制了第四系沉積輪廓，主要活動(dòng)期為中生代（絕對(duì)年齡為1 億年左右）；沂水—湯頭斷裂、安邱—莒縣斷裂兩斷裂在第四紀(jì)晚更新世（Q3）及全新世（Q4）有過(guò)活動(dòng)。從區(qū)域構(gòu)造分析，區(qū)內(nèi)兩組斷裂構(gòu)造為強(qiáng)震和多震奠定了基礎(chǔ)。本區(qū)處于魯西穹斷帶前震旦紀(jì)弧形基底構(gòu)造的頂端，又是北北東向沂沭斷裂與北西向蒙山斷裂、棗莊斷裂、蒼山斷裂一組“X”型剪切斷裂的交叉地帶，均是應(yīng)力集中地區(qū)，地震活動(dòng)比較頻繁。

3 設(shè)計(jì)重點(diǎn)

3.1 啟閉機(jī)房布置在交通橋下

該工程場(chǎng)區(qū)地震動(dòng)峰值加速度為0.20g，地震動(dòng)反應(yīng)譜特征周期為0.35s，相應(yīng)地震基本烈度為Ⅷ度。根據(jù)相關(guān)批復(fù)，該工程按地震烈度Ⅸ度設(shè)防。建筑物抗震設(shè)防是該項(xiàng)目的重點(diǎn)技術(shù)難題。對(duì)于高地震區(qū)的水工建筑物，為減少地震力，最有效的方法是降低建筑物的高度，減少水平向地震力。為此，該工程從以下方面來(lái)實(shí)現(xiàn)較好的抗震設(shè)防效果。

3.1.1 布置弧形閘門(mén)

水閘工程常規(guī)的閘門(mén)形式有平面直升式閘門(mén)和弧形閘門(mén)。采用平面直升式閘門(mén)，需配備較高的啟閉排架和工作橋和啟閉機(jī)房，無(wú)法實(shí)現(xiàn)降低建筑物高度的目標(biāo)。該工程采用8 扇10.0m×9.5m-9.0m（寬×高-水頭）露頂式斜支臂弧形鋼閘門(mén)，采用QP-2×400kN-11.0m 后拉式啟閉機(jī)，回避掉平面閘門(mén)啟閉機(jī)需要在閘門(mén)上部布置的問(wèn)題，而且啟閉機(jī)房的位置可以靈活處理，以達(dá)到降低建筑物高度的目標(biāo)。

3.1.2 交通橋下布置啟閉機(jī)房

該工程采用弧形鋼閘門(mén)，通過(guò)設(shè)置定滑輪的方式可以靈活采用后拉式啟閉機(jī)，充分利用閘室下游側(cè)交通橋下部的空間，將啟閉機(jī)房布置在交通橋橋板的下面，避免了設(shè)置啟閉機(jī)排架，降低了建筑物高度，有利于抗震設(shè)防，見(jiàn)圖1。

圖1 交通橋下布置啟閉機(jī)房圖

3.2 巧妙設(shè)計(jì)啟閉機(jī)房結(jié)構(gòu)

啟閉機(jī)房布置在交通橋板下面，交通橋板是啟閉機(jī)房的屋頂，交通橋橋板震動(dòng)形成裂縫，漏水進(jìn)啟閉機(jī)房，影響啟閉機(jī)房的使用。結(jié)合抗震考慮，為降低建筑物高程，本次啟閉機(jī)房位置不動(dòng)，依舊在交通橋板下部。

原啟閉機(jī)房利用相對(duì)寬敞的閘墩布置設(shè)備，兩閘墩之間銜接是2.20m 寬全封閉便橋，整個(gè)啟閉機(jī)房層高受橋面板控制凈高僅2.50m，視線不開(kāi)闊，空間狹窄，設(shè)備布置尺寸不足。此次加固將相鄰閘墩之間的便橋加寬至與兩側(cè)閘墩位置啟閉機(jī)房寬度一致。常規(guī)在閘墩之間利用便橋加寬布置啟閉機(jī)房需要從閘墩位置向下鑿混凝土澆筑梁，現(xiàn)狀在鋼筋混凝土閘墩鑿混凝土非常困難，操作不方便，質(zhì)量無(wú)法保證。因此，設(shè)計(jì)采用做反梁方式（見(jiàn)圖2、圖3），在閘墩位置向上布置梁，啟閉機(jī)房底板高程同梁的底高程，梁作為啟閉機(jī)房的外墻，巧妙地將梁隱藏并利用起來(lái)，梁板的施工成為常規(guī)施工，質(zhì)量可控。

圖2 做反梁加寬啟閉機(jī)房平面圖

圖3 做反梁加寬啟閉機(jī)房剖面圖

為解決交通橋板震動(dòng)對(duì)啟閉機(jī)房的影響，將啟閉機(jī)房屋面結(jié)構(gòu)與交通橋板分離，做成兩個(gè)結(jié)構(gòu)。啟閉機(jī)房的柱子單獨(dú)做，不再利用交通橋的柱子。房子外圍墻壁與橋的柱子分離，盡量降低橋面板震動(dòng)對(duì)啟閉機(jī)房的影響。啟閉機(jī)房地面、外墻、屋面每跨相接處均設(shè)有變形縫，縫內(nèi)填充彈性材料，滿足防火、防水、防蟲(chóng)害和防油滲的要求，也有一定的隔音作用，屋面鋪設(shè)防水層和保溫、隔熱層。完建后的啟閉機(jī)房，總寬度5.00m，寬敞舒適，滿足使用要求。

4 結(jié)語(yǔ)

啟閉機(jī)房放在交通橋板下部的優(yōu)點(diǎn)是可以降低建筑物高度，是為了解決高烈度區(qū)抗震問(wèn)題采用的處理措施。放在交通橋板下部的缺點(diǎn)是空間小，存在橋面板震動(dòng)對(duì)啟閉機(jī)房的影響問(wèn)題。加固前的啟閉機(jī)房橋面板是啟閉機(jī)房的屋頂，橋梁柱子是啟閉機(jī)房的柱子，橋面板的震動(dòng)及開(kāi)裂使得啟閉機(jī)房震動(dòng)漏雨。加固方案將啟閉機(jī)房屋頂與交通橋屋頂分離，兩者柱子分別設(shè)計(jì)，避免了兩者的相互影響。

人民勝利堰節(jié)制閘除險(xiǎn)加固工程于2016年8月竣工驗(yàn)收，已經(jīng)運(yùn)行5年，服從沂沭泗流域統(tǒng)一調(diào)度，水閘運(yùn)行平穩(wěn)，新建橋面板結(jié)實(shí)可靠，交通橋的震動(dòng)減少，啟閉機(jī)房寬敞明亮，運(yùn)行環(huán)境安全舒適。2020年，大官莊樞紐管理局被評(píng)為水利部?jī)?yōu)秀運(yùn)管單位。2020年8月14日大洪水，過(guò)閘流量2770m3/s，工程完好