雙河口水電站閘墩

雙河口水電站閘墩

粘貼鋼板加固設計

曹駿（貴州省水利水電勘測設計研究院）雙河口水電站閘墩工程概況

溢洪道閘墩結(jié)構(gòu)布置及復核

閘墩加固設計

粘貼鋼板加固后閘墩結(jié)構(gòu)分析計算結(jié)語

雙河口水電站閘墩工程概況

電站位于貴州省羅甸縣蒙江河段上。水庫總庫容1.93億m3，總裝機3×40MW。工程于2004年5月開工，2008年全部機組投產(chǎn)發(fā)電。雙河口水電站閘墩雙河口水電站樞紐平面布置圖雙河口水電站閘墩雙河口水電站閘墩溢洪道閘墩結(jié)構(gòu)布置溢洪道共2孔，每孔弧形工作鋼閘門孔口尺寸為寬12m×高18m。采用箱型結(jié)構(gòu)鋼梁將水推力傳遞給閘墩。鋼梁寬2.8m，高2m，為便于鋼梁安裝，閘墩預留寬4.5m、高5.14m的二期混凝土孔口?；￠T液壓油缸支座埋件安裝在閘墩上預留寬2m、高3.7m二期混凝土孔口。設置C40鋼筋混凝土橫向聯(lián)系梁連接中墩與邊墩，寬3m×高4m。閘墩頂部布置7m寬的交通橋?；￠T門槽頂部設置0.8m寬檢修平臺。弧門支鉸及液壓油缸支座處均設置1.2m寬的檢修平臺。閘墩在每側(cè)弧門支鉸座上游側(cè)混凝土內(nèi)配置雙層扇形鋼筋，與混凝土共同承擔弧門支鉸傳遞給閘墩的水推力。扇形鋼筋深入二期混凝土內(nèi)部1.2m。雙河口水電站閘墩雙河口水電站閘墩雙河口水電站閘墩工程建成后發(fā)現(xiàn)溢洪道閘墩混凝土局部出現(xiàn)裂縫

雙河口水電站閘墩閘墩結(jié)構(gòu)分析復核

采用有限元法仿真計算，研究分析閘墩、鋼梁、二期混凝土及聯(lián)系梁的應力及變形協(xié)調(diào)性。計算成果表明：各工況閘墩混凝土最大壓應力5.0MPa，出現(xiàn)在鋼梁下游側(cè)混凝土內(nèi)。其余部位壓應力均不大。壓應力安全系數(shù)均大于4，說明閘墩受壓安全是可以保證的；根據(jù)溫度應力和閘門推力加載后結(jié)果，一、二期混凝土交界面及鋼梁與二期混凝土接觸面均會拉開，最大縫寬可達0.5～0.7mm；拉開后混凝土拉應力部分釋放；鋼筋應力偏大，少數(shù)跨縫鋼筋的拉應力超出允許拉應力；結(jié)合面開裂后，一期混凝土最大拉應力為1.5MPa，油缸支鉸周邊的二期混凝土最大拉應力3.86MPa，鋼梁外包二期混凝土最大拉應力3.0MPa，因此在二期混凝土內(nèi)很可能出現(xiàn)裂縫。雙河口水電站閘墩鋼梁第一主應力局部放大圖雙河口水電站閘墩油缸第一主應力局部放大圖

雙河口水電站閘墩復核結(jié)論：采用鋼梁作為傳力結(jié)構(gòu)，構(gòu)造上須保障傳力要求。鋼梁周邊扇形抗拉鋼筋未伸入拉應力最大區(qū)域。鋼梁與閘墩二期混凝之間僅靠混凝土粘接，缺乏可靠的連接措施，造成鋼梁仍為一懸臂結(jié)構(gòu)。二期混凝土為C50高標號混凝土，澆筑時溫度升高，溫度下降后因混凝土收縮會在一、二期混凝土結(jié)合面及混凝土和鋼梁的結(jié)合面產(chǎn)生較大的初始應力。在長期水荷載作用下，一、二期混凝土結(jié)合面、鋼梁與混凝土接觸面將裂開，造成鋼梁松動后失穩(wěn)。因此閘墩需進行加固。雙河口水電站閘墩鋼梁周邊扇形抗拉鋼筋布置圖雙河口水電站閘墩閘墩加固設計

閘墩加固方案選擇預應力錨束方案。施加預應力錨束方案雖然能使閘墩整體受力，但錨束孔鉆設施工會損傷混凝土結(jié)構(gòu)及鋼梁，且受空間的局限，錨束交叉布置施工難度較大。粘貼鋼板加固方案：結(jié)合廣西合面獅水電站溢洪道閘墩加固、陸水蒲圻水利樞紐溢洪道閘墩加固等工程實例，粘貼鋼板加固具有混凝土與粘鋼聯(lián)合作用，結(jié)構(gòu)受力明確，對混凝土結(jié)構(gòu)損傷較小的優(yōu)勢，最終選擇粘貼鋼板加固方案。雙河口水電站閘墩閘墩加固總體措施裂縫灌漿：對一、二期混凝土之間施工縫、鋼梁與混凝土接觸面出現(xiàn)的裂縫進行灌漿。增設粘貼鋼板：在鋼梁及液壓油缸支座周邊混凝土表層增設粘貼鋼板。鋼梁后部補強：鋼梁下游側(cè)懸伸出聯(lián)系梁0.5m寬度，造成鋼梁懸臂。采用鋼構(gòu)件（槽鋼）將鋼梁與聯(lián)系梁連接齊平，消除鋼梁的懸臂作用。增加觀測設施：閘墩混凝土增加應力應變觀測設施。雙河口水電站閘墩弧門支鉸粘貼鋼板加固設計

每個弧門鋼梁周邊共設置15條粘鋼帶。鋼梁上部、下部的閘墩表面各設置4條粘鋼帶，除限制混凝土裂縫擴展外，還起到加強扇形鋼筋與鋼梁的連接作用。鋼梁上游側(cè)的閘墩表面布設5條粘鋼帶，要求與鋼梁上游側(cè)板牢固焊接。因該范圍未設置扇形鋼筋，故粘鋼帶除起到將鋼梁承受的推力傳遞到上游側(cè)的閘墩表面混凝土外，還可限制鋼梁翼緣板與混凝土之間的裂縫擴展。鋼梁頂、底面布設1條粘鋼帶，側(cè)面與閘墩表面的粘鋼板焊接牢固，即能減少鋼梁與二期混凝土之間變形、又更好地將鋼梁承受的推力傳遞給粘鋼帶。雙河口水電站閘墩油缸支座粘貼鋼板加固設計

每個油缸支座處共設置5塊粘貼鋼板帶，支座上部設置異形A鋼板和矩形C鋼板。A鋼板下端分別與D鋼板及支座埋件焊接，限制埋件受拉區(qū)混凝土的裂縫擴展，更好的將埋件受力傳遞給周邊鋼板及混凝土；A鋼板上端與矩形C鋼板焊接。C鋼板穿過一二期混凝土的施工縫，以加強施工縫的連接。支座下部設有異型B鋼板和2塊矩形D鋼板。B鋼板上端與支座鋼埋件焊接，限制埋件周邊混凝土的裂縫擴展。D鋼板上端與異型A鋼板焊接，下端穿過一二期混凝土的施工縫，以加強施工縫的連接。A鋼板和B鋼板上分別設置3塊肋板，以加強鋼板的剛度。雙河口水電站閘墩粘貼鋼板施工工藝

閘墩表面混凝土開槽自鎖錨桿制安粘貼鋼板的現(xiàn)場制作鋼板就位、焊接粘貼鋼板結(jié)構(gòu)膠固化表面防護處理雙河口水電站閘墩A級WSJ--Ⅱ建筑結(jié)構(gòu)專用粘膠粘膠性能要求性能項目A級WSJ--Ⅱ膠性能要求膠體性能抗拉強度（Mpa）≥30受拉彈性模量（Mpa）≥4.0×103伸長率（％）≥1.3抗彎強度（Mpa）≥45且不得呈脆性（破裂狀）破壞抗壓強度（Mpa）≥65不揮發(fā)物含量（固體含量）（％）≥99粘接能力鋼－鋼拉伸抗剪強度標準值（Mpa）≥15鋼－鋼不均勻扯離強度（kN/m）≥16鋼－鋼粘接抗拉強度（Mpa）≥33與混凝土的正拉粘結(jié)強度（Mpa）≥max｛2.5，ftk｝，且為混凝土內(nèi)聚破壞雙河口水電站閘墩鋼梁后部補強設計

為消除鋼梁的懸臂作用，減少鋼梁受力變形，將閘門推力傳至聯(lián)系梁，鋼梁后部與聯(lián)系大梁之間的懸臂空間采用C30混凝土回填密實?；靥罨炷僚c閘墩混凝土采用φ28植筋連接。為增加回填材料的剛度，回填混凝土內(nèi)部設置槽鋼，槽鋼上游端與鋼梁后翼緣板焊接，下游端與聯(lián)系梁上設置鋼墊板焊接。雙河口水電站閘墩雙河口水電站閘墩安全監(jiān)測設計

為及時掌握閘墩的安全運行狀況，在閘墩受力關(guān)鍵部位鋼梁及油缸附近設置應力應變觀測設施，包括一、二期混凝土上布設應變計，粘鋼板上布設鋼板計。雙河口水電站閘墩粘貼鋼板加固后閘墩結(jié)構(gòu)分析計算粘貼鋼板加固后采用有限元法研究分析計算閘墩結(jié)構(gòu)。計算成果表明：各工況閘墩混凝土最大壓應力5.3Mpa，壓應力安全系數(shù)均大于5，說明閘墩受壓安全是可以保證的；各工況混凝土最大拉應力出現(xiàn)在鋼梁上游與鋼梁接觸的混凝土內(nèi)，剔除應力集中點之外，拉應力在2Mpa以下?？紤]鋼梁和混凝土之間抗拉強度低，鋼梁上游側(cè)接觸面張開后，則混凝土拉應力大部分會消失。其它部分承受拉應力較小，有足夠的抗拉安全系數(shù)。在受拉狀態(tài)下閘墩安全可以保證。增設粘貼鋼板后，鋼梁及油缸整體位移較加固前減小，最大位移2.42mm；鋼筋所受拉應力較小，可以承受外荷載的作用。鋼梁在外荷載作用下拉應力值在25Mpa以下，在荷載作用下可以正常工作；粘鋼最大拉應力約20.5Mpa，錨桿的最大拉應力約5.0Mpa。粘鋼及粘結(jié)材料工作性態(tài)良好。粘鋼能傳遞里部分荷載，起到分散荷載的作用，可局部改善混凝土的受力狀態(tài)。粘接面的法向拉壓應力和剪應力都沒有超出粘接材料的強度，再考慮錨桿作用，粘結(jié)材料的傳力功能可以保證。采用粘鋼加固處理后局部混凝土的受力狀態(tài)得到改善，各種材料的拉壓應力均處于容許范圍內(nèi)。閘墩的安全是可以保證的。雙河口水電站閘墩雙河口水電站閘墩

結(jié)語