刘芸华，史明涓，刘　洋，厉　凯

(1.江西省水利规划设计院，江西 南昌 330029；2.江西省水利科学研究院，江西 南昌 330029)



埃塞俄比亚TENDAHO溢洪道闸墩及弧门支座加固设计

刘芸华1，史明涓2，刘洋1，厉凯1

(1.江西省水利规划设计院，江西 南昌 330029；2.江西省水利科学研究院，江西 南昌 330029)

摘要：针对本工程溢洪道闸墩预应力锚杆发生断裂，导致弧门支座承载能力不足的请况，进行断裂原因分析。根据结构布置特点和工程施工状况，通过分析和计算，提出了取消原钢梁支座、增加钢筋混凝土牛腿作为弧门支座、在闸墩表面局部受拉扇形区设置钢板条替代受拉钢筋的加固处理方案。该加固处理方案解决了弧门支座承载能力不足的问题，研究成果对类似工程问题的处理有一定参考价值。

关键词：弧门支座；后贴式钢梁；预应力锚杆；牛腿；钢板条

弧形闸门的支座和闸墩共同承担弧门支臂传来的水压力，其可靠性直接关系到泄水建筑物能否安全运行。当存在结构缺陷，如设计配筋不足、材料老化等情况，必须及时进行处理或补强加固[1-2]，具体实施时可采用植筋、布置碳纤维、施加预应力等方式[3-16]。本文针对埃塞俄比亚TENDAHO溢洪道弧形闸门支座预应力锚杆断裂缺陷引起的承载能力不足，提出了相应的处理方案并进行了计算分析，确保了工程的安全运行，研究成果对类似工程问题的处理具有一定的借鉴意义。

1　溢洪道结构布置及施工情况

位于埃塞俄比亚东北部AWASH河下游的TENDAHO引水枢纽工程，为灌溉渠首工程，旨在保障下游新建和原有几大灌区的灌溉用水，灌区总面积约600 km2。枢纽主要建筑物有大坝、溢洪道、引水隧洞等。溢洪道布置在大坝左岸，由进口段、控制闸段、泄槽等组成。控制闸的溢流堰采用实用堰，分3孔进行布置，每孔净宽为10.5 m。工作闸门为弧形钢闸门，闸顶设卷扬式启闭机进行启闭。闸室中墩及边墩厚均为3.0 m。设计采用当地高程系统，上游设计水位为410.4 m，溢流堰堰顶高程400.0 m，闸墩顶高程为403.78 m～417.675 m，闸室建基面高程386.0 m。

原始设计采用后贴式钢梁作为弧形闸门的支座，钢梁设置在403.78 m高程上部的闸墩下游端，在闸墩内设高强度预应力锚杆，将钢梁锚固在闸墩上，弧门支铰通过螺栓固定在钢梁上。闸门承受的水压力，通过闸门支臂及支铰作用于钢梁上，并通过预应力锚杆传递到闸墩。预应力锚杆采用螺纹钢筋，其强度标准值为fptk=1 080 N/mm2，设计值为fpy=720 N/mm2，张拉控制应力按0.75fptk考虑，单根锚杆的设计张拉力为650 kN。每个闸墩设有预应力锚杆40根，左、右两侧各设置20根，按网格状布置。锚杆直径为32 mm，长度分别为6 m及10 m，两种长度锚杆呈相间布置。

至目前为止，溢洪道已完成土建工程施工和预应力锚杆的安装，弧形钢闸门及钢梁的制作已完成，但还未进行现场安装。在预应力锚杆安装完毕后不久，发现已有8根锚杆相继发生了断裂，已不能满足溢洪道的设计和将来安全运行要求，必须及时进行补强加固处理。本工程溢洪道闸墩布置详见图1。

图1溢洪道闸墩及弧门支座加固结构布置图(单位：mm)

2　闸墩及弧门支座加固方案设计

本工程弧形门采用的后贴式钢梁支座受力复杂，锚杆的产品质量、施工工艺和质量均不易控制。据了解，在张拉过程中，部分预应力锚杆的实际张拉力达700 kN，超过我国规范《水工混凝土结构设计规范》[5](SL191-2008)规定的允许值650 kN，且锚杆张拉伸长率达4 mm/m～6 mm/m，大于设计值3 mm/m。经分析认为，上述情况可能是造成锚杆相继断裂的主要原因。

对于本工程弧门支座加固处理方案的选择，应考虑以下因素：

(1)预应力锚杆是否安全，取决于锚杆本身的产品质量、锚杆施工工艺和施工质量等多方面因素。因此，剩余未断裂锚杆的安全性存在不确定性。

(2)根据我国规范《水工预应力锚固设计规范》[6](SL212-98)的规定，预应力锚杆锚固区混凝土强度等级不得低于C30，但实际闸墩混凝土强度等级为C25，已不适合在原闸墩中设置预应力锚杆。

(3)已断裂的锚杆无法更换。

(4)受前期已施工的锚杆影响，重新布设所有预应力锚杆已较困难。

因此，根据上述原因，提出本工程弧门支座的加固处理方案为：取消原钢梁支座，采用钢筋混凝土牛腿作为弧形闸门支座。主要处理方案如下所述：

(1)首先，将下游段闸墩从403.78 m高程加高至410.0 m高程。新加高闸墩高度6.22 m，长8.6 m～9.8 m，厚3.0 m。

(2)在新加高的闸墩范围内设钢筋混凝土牛腿，以替代钢梁作为弧形闸门支座，闸门支座推力通过牛腿传递到闸墩。牛腿突出闸墩面1.0 m，尺寸为2.2 m×1.7 m(高×宽)。

(3)为确保新加高闸墩与原闸墩之间的可靠连接，采取了以下处理措施：在原闸墩顶面上设置键槽，形成凹凸面，对混凝土凹凸面进行凿毛处理，并设锚筋以利于新加高闸墩的稳定性。403.78 m高程至410.0 m高程之间闸墩面设32根φ32锚筋，其一端与新加闸墩内布设的钢筋网焊接，每根锚筋设计抗拔力为185 kN。同时，为充分利用原设计预应力锚杆的作用，以提高新加闸墩的稳定性，在出露的预应力锚杆端部设钢板作为锚固板。锚固钢板厚30 mm，采用螺栓固定在预应力锚杆尾端。

(4)闸墩由于牛腿集中力作用，在局部扇形范围产生较大拉应力，根据《水工混凝土结构设计规范》[5](SL191-2008)，应在闸墩表面的局部受拉扇形区设置受拉钢筋。目前，闸墩混凝土已浇筑完成，已无法在其表面布设受拉钢筋。如在闸墩外侧再新增一层混凝土以解决该问题，其厚度至少达0.3 m～0.5 m，这势必减少原设计溢流净宽，降低溢洪道泄流能力，影响工程的防洪安全。经分析和计算认为，可以采用钢板条替代该受拉钢筋。因所需钢板条厚度较薄(厚12 mm)，原设计闸墩表面钢筋的混凝土保护层厚约为35 mm～40 mm，故可在原闸墩表面混凝土保护层内开浅槽，将钢板条布设于槽内，并对钢板条加以固定和表面保护即可。钢板条布置范围要求等同于扇形受拉钢筋。钢板条采用结构胶粘贴在浅槽表面，并利用螺栓将其锚固于闸墩上。

加固处理措施及布置详见图1。

3　闸墩钢板条设计与施工工艺

3.1钢板条截面面积计算

闸墩钢板条设计计算考虑基本(设计挡水工况)及偶然(地震工况)两种荷载效应组合。设计挡水位为410.4 m，地震设计烈度为9度。闸墩一侧弧门支座推力设计值F在基本组合时F=5 178.58 kN，偶然组合时F=5 640.58 kN。由于利用钢板条代替钢筋，故可采用计算钢筋的方法来计算钢板条。根据《水工混凝土结构设计规范》[5](SL191-2008)，闸墩局部受拉扇形区受拉钢板条的截面面积可按下述公式进行计算：

(1)闸墩受两侧弧门支座推力作用时：

(1)

② 闸墩受一侧弧门支座推力作用时：

(2)

拟选扇形钢板条21根，钢板条截面尺寸为120 mm×12 mm(宽×厚)，单层布置，钢板条布满35°范围。经计算：

根据以上计算结果，弧门支座附近的闸墩局部受拉区的扇形局部受拉钢板条的布置满足规范要求。

3.2钢板条的布置

根据上述计算结果，钢板条的具体设计及布置如下：

(1)为了将牛腿上所受之力通过钢板系统传递到闸墩，沿牛腿周边在闸墩表面布设4块钢板。钢板宽350 mm及500 mm，厚24 mm，其边缘紧贴牛腿面；钢板之间采用焊接形式连接，并用18根锚杆将钢板锚固于新增闸墩混凝土中；锚杆长1 000 mm、直径32 mm；锚杆一端与钢板之间采用焊接形式连接。

(2)在已施工完成的闸墩混凝土表面开浅槽布设钢板条。钢板条沿扇形发散的方向并围绕总水压力作用线两边布置；浅槽设计断面为150 mm(宽)×35 mm(深)；钢板条宽140 mm，厚12 mm；扇形发散钢板条与牛腿周边的钢板之间采用焊接形式进行连接；在已施工完成的闸墩部位，扇形钢板条与闸墩混凝土之间采用结构胶粘贴，并设置M12螺栓进行锚固；螺栓间隔1.5 m，深度180 mm。在新增闸墩部位，用锚杆将钢板条锚固于新增闸墩混凝土中；锚杆长400 mm、直径12 mm，间隔1.5 m；锚杆一端与钢板条之间采用焊接形式连接。

扇形局部受拉钢板条的布置详见图2。

图2闸墩扇形局部受拉区补强加固布置图(单位：mm)

3.3钢板条粘贴工艺

钢板条粘贴工艺步骤主要如下：

(1)按设计位置及尺寸要求，在已施工完成的闸墩表面开浅槽。

(2)按设计位置要求，在浅槽上钻螺栓孔，用植筋胶安装固定螺杆。

(3)涂胶粘贴钢板条。

(4)钢板条固定：钢板条粘贴到浅槽后，立即用螺帽夹紧固定。

(5)对闸墩表面进行防护：将钢板条与浅槽之间空隙采用高强聚合物水泥砂浆进行填抹至与闸墩表面平齐；最后，为维护闸墩外观形态和保护浅槽钢板条，在整个新、老闸墩表面再涂抹一层厚约1 mm～2 mm高强聚合物水泥砂浆。

钢板条粘贴工艺详见图3。

图3钢板条粘贴工艺剖面详图(单位：mm)

4　结　语

(1)针对本工程溢洪道闸门支座所出现的缺陷问题，采用钢筋混凝土牛腿取代原钢梁作为弧形闸门支座。计算表明，这种处理方案技术上是完全可行合理的。

(2)本加固处理设计采用多种措施来保证新增闸墩与原闸墩之间的可靠连接，除了常规的接触面凿毛处理、加设键槽和锚筋以外，还对原预应力锚杆进行了充分的利用等，进一步提高了工程运用的安全性、可靠性。

(3)对于已施工完成的闸墩，采用钢板条替代扇形受拉钢筋，解决了无法在其表面布设扇形局部受拉钢筋的问题。而外涂高强聚合物水泥砂浆能对钢板条起到防护的作用。因此，钢板条对扇形受拉钢筋的替代作用是可靠的。这对于一些类似工程的除险加固具有一定的参考意义。

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ReinforcementDesignoftheSpillwayGatePierandRadialGateBearingofTendahoProjectinEthiopia

LIU Yun-hua1,SHI Ming-juan2,LIU Yang1,LI Kai1

(1.JiangxiWaterConservancyPlanningandDesigningInstitute,Nanchang,Jiangxi330029,China;2.JiangxiInstituteofHydraulicResearch,Nanchang,Jiangxi330029,China)

Abstract：The bearing capacity of the radial gate bracket is insufficient due to the breakage of the pre-stressed anchor rods in the spillway gate pier of Tendaho project.To solve this problem,a reinforcement measure was proposed here after detailed analysis and computation based on the characteristics of structure arrangement and construction condition.According to this measure the steel beam bracket was replaced by reinforced concrete corbel bracket,meanwhile the steel bars in the fan-shaped area on the surface of the gate pier were replaced by the reinforcing steel plates.This measure will solve the problem of lacking bearing capacity at the gate bracket,which has certain referential value to similar projects.

Keywords：radial gate bearing;steel beams attached to the back;pre-stressed anchor rod;corbel;steel plate

DOI:10.3969/j.issn.1672-1144.2014.06.032

中图分类号：TV651.1

文献标识码：A

文章编号：1672—1144(2014)06—0160—04

作者简介：刘芸华(1962—)，女，江西南昌人，高级工程师，主要从事水利工程设计与研究工作。

收稿日期：2014-07-21修稿日期：2014-08-27