摘要：文章簡述了廣西龍州二級水電站溢流閘壩的布置形式，并介紹了平面鋼閘門閘墩的結構計算內容。本文總結的閘墩結構計算思路值得類似工程設計借鑒。

　　關鍵詞：閘墩,結構計算,溢流閘壩,平面鋼閘門,龍州二級水電站

　　1 概述

　　廣西龍州二級水電站是左江上游一級支流-平而河下游河段規劃開發的第二級水電站。壩址多年平均流量134m3/s，正常水位118.0m，相應庫容1536萬m3，水庫總庫容為5749萬m3，電站擬裝機容量3×5.0 MW =15.0MW。本電站工程等別為Ⅲ等，泄水建筑物級別為3級。

　　本工程泄水建筑物為溢流閘壩，布置在河床主河槽正中。溢流堰為駝峰堰，底寬34.357m、最大堰高5.0m。閘壩全長118m，溢流前緣凈寬98m：共設7個泄流閘孔，每孔寬度14m;共設8個閘墩，厚度均為2.5m。每個閘孔均設工作閘門和上、下游檢修閘門各一扇，閘門形式均為平面鋼閘門。

　　2 閘墩結構計算的內容和方法

　　2.1計算內容

　　根據《混凝土重力壩設計規范》SL319-2005，溢流壩上閘墩的強度計算包括：

　　(1)閘墩承受最大縱向力、相應側向力、豎向力及自重情況下，核算其縱向強度。

　　(2)閘墩承受最大不平衡側向力、相應縱向力、豎向力及自重情況下，核算其橫向強度。

　　(3)閘門門槽承受最大拉應力情況下，核算門槽強度。

　　結合本工程溢流閘壩的運行特點，首先對閘墩所承受的各種最不利荷載組合進行分析，進而確定閘墩縱向、橫向強度和門槽強度等最不利情況的形成條件，作為結構設計的依據。閘墩強度核算最不利情況分析見“表1”。

　　2.2計算方法和計算結果

　　核算閘墩的結構強度時，應選取若干水深的水平截面進行核算(若閘墩厚度有變化，尚應取變化處的水平截面進行核算)。限于篇幅，本文僅以溢流堰堰頂高程106.50m處的水平截面(即最大水深處的水平截面)為例，介紹閘墩的縱向、橫向強度和門槽應力核算，并進行配筋計算。

　　2.2.1閘墩縱向強度核算

　　在核算閘墩縱向強度的最不利計算條件情況下，閘墩上主要作用有自重、墩頂交通橋和啟閉設備重力等豎向荷載，以及上、下游最大水頭差產生的最大縱向水壓力。此處以堰頂高程的閘墩水平截面為例，按材料力學偏心受壓構件計算其縱向正應力，計算公式如下：

　　由上表知，計算截面上的閘墩縱向應力均為壓應力，且小于閘墩混凝土的抗壓強度，因此閘墩按最小配筋率進行構造配筋即可滿足縱向強度要求。但實際配筋面積還需核算橫向強度后綜合確定。

　　2.2.2閘墩橫向強度核算

　　在核算閘墩橫向強度的最不利計算條件情況下，閘墩上主要作用有自重、墩頂交通橋和啟閉設備重力等豎向荷載，以及閘墩兩側的最大不平衡水壓力。計算時，將閘墩視為固定在溢流堰體上的整體構件，沿順水流方向取1m寬度，按偏心受壓構件核算其橫向強度。當8≤l0/h≤30時，偏心受壓構件的偏心距可按下列公式計算：

　　以上各式中符號的含義詳見《水工混凝土結構設計規范》SL 191-2008。當ηe0>0.3h0時，可按大偏心受壓構件設計;當ηe0≤0.3h0時，可按小偏心受壓構件設計。計算結果見“表3”。

　　由表3計算結果可知，閘墩在橫向最大不平衡水壓力的作用下均屬大偏心受壓構件。

　　2、大偏心受壓構件承載能力極限狀態計算

　　當閘墩兩側作用最大不平衡水壓力時，閘墩一側受拉一側受壓。對于中墩，其相鄰的兩個閘孔在不同的運行情況下，閘墩兩側均可能受拉，故中墩應采用對稱配筋;對于邊墩，由于閘墩外側與相鄰的接頭壩或發電廠房之間設有止水，閘墩一般為內側受拉，故邊墩可采用不對稱配筋。

　　根據《水工混凝土結構設計規范》SL 191-2008，大偏心受壓構件承載能力極限狀態計算公式如下：上各式中符號的含義詳見《水工混凝土結構設計規范》SL 191-2008。

　　此處取堰頂高程處截面為例進行計算，計算過程從略。2.2.3門槽應力計算

　　在核算閘墩門槽應力的最不利計算條件情況下，門槽縱向作用的力主要有：擋水閘門傳來的最大縱向水壓力、淤沙壓力及浪壓力等。計算時，取豎直方向1m高閘墩作為計算單元，由兩側閘門傳來的縱向力各P/2，在計算單元上、下水平截面上將產生剪力Q上和Q下，剪力差Q下-Q上=P。假設剪應力在上、下水平截面上呈均分布，并取門槽前的閘墩作為脫離體，由力的平衡條件可求得此1 m高閘墩在門槽頸部所產生的拉力P1和拉應力σ為：

　　式中：A1—門槽頸部以前閘墩的水平截面積;A—閘墩的水平截面積;b—門槽處的閘墩厚度。

　　將計算單元視為軸心受拉構件，根據求得的拉應力σ計算門槽頸部的抗拉鋼筋面積。若門槽兩側鋼筋采用對稱配筋，則單側抗拉鋼筋面積按下式計算：

　　式中，K-承載力安全系數; fy-鋼筋抗拉強度設計值;As-單側受拉鋼筋面積。

　　取堰頂高程以上1m高度范圍內的閘墩作為計算單元，以各閘門下閘擋水的情況，分別核算其相應的門槽應力，計算過程從略，計算成果見“表5”。

　　由表5計算結果可知，除中墩工作閘門槽和下游檢修閘門槽須按計算面積配筋外，其余門槽均為構造配筋。

　　3 結語

　　(a.)在對平面閘門閘墩進行結構計算時，首先應分析閘壩和相鄰水工建筑物之間的布置情況，并結合閘門的運行條件，以此來確定閘墩的最不利計算情況以及作用在閘墩上的各種最不利荷載組合。

　　(b.)由結構計算結果可知，閘墩截面尺寸通常較大，在最不利計算情況下，按最小配筋率進行配筋通常均可滿足強度要求。但閘門門槽截面尺寸較小，是閘墩結構的薄弱部位，結構計算和配筋時應予以重視。

　　參考文獻：

　　[1.] 《混凝重力壩設計規范》SL391-2005，中國水利水電出版社;

　　[2.] 《水工混凝土結構設計規范》SL191-2008;

　　[3.] 《水工建筑物(第三版)》，中國水利水電出版社。