高烈度區水閘設計中的抗震處理

孫明霞 周立霞

（中水淮河規劃設計研究有限公司 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南下工程的一個關鍵性樞紐工程，人民勝利堰節制閘是該樞紐的重要組成部分。人民勝利堰節制閘位于老沭河上，設計流量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。該閘交通橋橋面板兼做啟閉機房屋頂，由于車輛振動影響，交通橋橋面板多處裂縫，裂縫漏水直接進啟閉機房及中控室，致使啟閉機房及中控室積水，影響使用。該閘位于大地構造部位上，地震基本烈度為Ⅷ度，按Ⅸ度進行設防，設計要重點考慮抗震。此次除險加固工程的主要內容是：原位拆除重建啟閉機房，拆除重建公路橋橋面板等。

2 地質背景

該工程區位于沂沭斷裂帶的東側，距斷裂帶邊緣約70km。沂沭斷裂帶為我國東部規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，四條主干斷裂構成“兩塹夾一壘”的構造格架。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、北西兩組斷裂構成本區極為復雜的地質背景。人民勝利堰節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，主要活動期為中生代（絕對年齡為1 億年左右）；沂水—湯頭斷裂、安邱—莒縣斷裂兩斷裂在第四紀晚更新世（Q3）及全新世（Q4）有過活動。從區域構造分析，區內兩組斷裂構造為強震和多震奠定了基礎。本區處于魯西穹斷帶前震旦紀弧形基底構造的頂端，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，均是應力集中地區，地震活動比較頻繁。

3 設計重點

3.1 啟閉機房布置在交通橋下

該工程場區地震動峰值加速度為0.20g，地震動反應譜特征周期為0.35s，相應地震基本烈度為Ⅷ度。根據相關批復，該工程按地震烈度Ⅸ度設防。建筑物抗震設防是該項目的重點技術難題。對于高地震區的水工建筑物，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實現較好的抗震設防效果。

3.1.1 布置弧形閘門

水閘工程常規的閘門形式有平面直升式閘門和弧形閘門。采用平面直升式閘門，需配備較高的啟閉排架和工作橋和啟閉機房，無法實現降低建筑物高度的目標。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，采用QP-2×400kN-11.0m 后拉式啟閉機，回避掉平面閘門啟閉機需要在閘門上部布置的問題，而且啟閉機房的位置可以靈活處理，以達到降低建筑物高度的目標。

3.1.2 交通橋下布置啟閉機房

該工程采用弧形鋼閘門，通過設置定滑輪的方式可以靈活采用后拉式啟閉機，充分利用閘室下游側交通橋下部的空間，將啟閉機房布置在交通橋橋板的下面，避免了設置啟閉機排架，降低了建筑物高度，有利于抗震設防，見圖1。

圖1 交通橋下布置啟閉機房圖

3.2 巧妙設計啟閉機房結構

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

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

圖2 做反梁加寬啟閉機房平面圖

圖3 做反梁加寬啟閉機房剖面圖

為解決交通橋板震動對啟閉機房的影響，將啟閉機房屋面結構與交通橋板分離，做成兩個結構。啟閉機房的柱子單獨做，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對啟閉機房的影響。啟閉機房地面、外墻、屋面每跨相接處均設有變形縫，縫內填充彈性材料，滿足防火、防水、防蟲害和防油滲的要求，也有一定的隔音作用，屋面鋪設防水層和保溫、隔熱層。完建后的啟閉機房，總寬度5.00m，寬敞舒適，滿足使用要求。

4 結語

啟閉機房放在交通橋板下部的優點是可以降低建筑物高度，是為了解決高烈度區抗震問題采用的處理措施。放在交通橋板下部的缺點是空間小，存在橋面板震動對啟閉機房的影響問題。加固前的啟閉機房橋面板是啟閉機房的屋頂，橋梁柱子是啟閉機房的柱子，橋面板的震動及開裂使得啟閉機房震動漏雨。加固方案將啟閉機房屋頂與交通橋屋頂分離，兩者柱子分別設計，避免了兩者的相互影響。

人民勝利堰節制閘除險加固工程于2016年8月竣工驗收，已經運行5年，服從沂沭泗流域統一調度，水閘運行平穩，新建橋面板結實可靠，交通橋的震動減少，啟閉機房寬敞明亮，運行環境安全舒適。2020年，大官莊樞紐管理局被評為水利部優秀運管單位。2020年8月14日大洪水，過閘流量2770m3/s，工程完好