高烈度区水闸设计中的抗震处理

孙明霞 周立霞

（中水淮河规划设计研究有限公司 合肥 230601）

1 工程概况

大官庄枢纽位于山东省临沭县，是沂沭泗河洪水东调南下工程的一个关键性枢纽工程，人民胜利堰节制闸是该枢纽的重要组成部分。人民胜利堰节制闸位于老沭河上，设计流量2500m3/s，校核流量3000m3/s，Ⅱ等大（2）型工程。闸室8 孔，每孔净宽10.00m，采用露顶式钢制弧形闸门。该闸交通桥桥面板兼做启闭机房屋顶，由于车辆振动影响，交通桥桥面板多处裂缝，裂缝漏水直接进启闭机房及中控室，致使启闭机房及中控室积水，影响使用。该闸位于大地构造部位上，地震基本烈度为Ⅷ度，按Ⅸ度进行设防，设计要重点考虑抗震。此次除险加固工程的主要内容是：原位拆除重建启闭机房，拆除重建公路桥桥面板等。

2 地质背景

该工程区位于沂沭断裂带的东侧，距断裂带边缘约70km。沂沭断裂带为我国东部规模最大的深大断裂带，由四条北北东向主干断裂组成，自东向西依次有昌邑—大店断裂、安丘—莒县断裂、沂水—汤头断裂、鄌郚—葛沟断裂，四条主干断裂构成“两堑夹一垒”的构造格架。北西向断裂西北部有新泰—蒙阴断裂、蒙山断裂，西南部有曲阜—苍山断裂、枣庄（峄城）断裂。北北东、北西两组断裂构成本区极为复杂的地质背景。人民胜利堰节制闸工程西距主干断裂安丘—莒县断裂约6.50km，距昌邑—大店主干断裂仅1.10km。以上断裂控制了第四系沉积轮廓，主要活动期为中生代（绝对年龄为1 亿年左右）；沂水—汤头断裂、安邱—莒县断裂两断裂在第四纪晚更新世（Q3）及全新世（Q4）有过活动。从区域构造分析，区内两组断裂构造为强震和多震奠定了基础。本区处于鲁西穹断带前震旦纪弧形基底构造的顶端，又是北北东向沂沭断裂与北西向蒙山断裂、枣庄断裂、苍山断裂一组“X”型剪切断裂的交叉地带，均是应力集中地区，地震活动比较频繁。

3 设计重点

3.1 启闭机房布置在交通桥下

该工程场区地震动峰值加速度为0.20g，地震动反应谱特征周期为0.35s，相应地震基本烈度为Ⅷ度。根据相关批复，该工程按地震烈度Ⅸ度设防。建筑物抗震设防是该项目的重点技术难题。对于高地震区的水工建筑物，为减少地震力，最有效的方法是降低建筑物的高度，减少水平向地震力。为此，该工程从以下方面来实现较好的抗震设防效果。

3.1.1 布置弧形闸门

水闸工程常规的闸门形式有平面直升式闸门和弧形闸门。采用平面直升式闸门，需配备较高的启闭排架和工作桥和启闭机房，无法实现降低建筑物高度的目标。该工程采用8 扇10.0m×9.5m-9.0m（宽×高-水头）露顶式斜支臂弧形钢闸门，采用QP-2×400kN-11.0m 后拉式启闭机，回避掉平面闸门启闭机需要在闸门上部布置的问题，而且启闭机房的位置可以灵活处理，以达到降低建筑物高度的目标。

3.1.2 交通桥下布置启闭机房

该工程采用弧形钢闸门，通过设置定滑轮的方式可以灵活采用后拉式启闭机，充分利用闸室下游侧交通桥下部的空间，将启闭机房布置在交通桥桥板的下面，避免了设置启闭机排架，降低了建筑物高度，有利于抗震设防，见图1。

图1 交通桥下布置启闭机房图

3.2 巧妙设计启闭机房结构

启闭机房布置在交通桥板下面，交通桥板是启闭机房的屋顶，交通桥桥板震动形成裂缝，漏水进启闭机房，影响启闭机房的使用。结合抗震考虑，为降低建筑物高程，本次启闭机房位置不动，依旧在交通桥板下部。

原启闭机房利用相对宽敞的闸墩布置设备，两闸墩之间衔接是2.20m 宽全封闭便桥，整个启闭机房层高受桥面板控制净高仅2.50m，视线不开阔，空间狭窄，设备布置尺寸不足。此次加固将相邻闸墩之间的便桥加宽至与两侧闸墩位置启闭机房宽度一致。常规在闸墩之间利用便桥加宽布置启闭机房需要从闸墩位置向下凿混凝土浇筑梁，现状在钢筋混凝土闸墩凿混凝土非常困难，操作不方便，质量无法保证。因此，设计采用做反梁方式（见图2、图3），在闸墩位置向上布置梁，启闭机房底板高程同梁的底高程，梁作为启闭机房的外墙，巧妙地将梁隐藏并利用起来，梁板的施工成为常规施工，质量可控。

图2 做反梁加宽启闭机房平面图

图3 做反梁加宽启闭机房剖面图

为解决交通桥板震动对启闭机房的影响，将启闭机房屋面结构与交通桥板分离，做成两个结构。启闭机房的柱子单独做，不再利用交通桥的柱子。房子外围墙壁与桥的柱子分离，尽量降低桥面板震动对启闭机房的影响。启闭机房地面、外墙、屋面每跨相接处均设有变形缝，缝内填充弹性材料，满足防火、防水、防虫害和防油渗的要求，也有一定的隔音作用，屋面铺设防水层和保温、隔热层。完建后的启闭机房，总宽度5.00m，宽敞舒适，满足使用要求。

4 结语

启闭机房放在交通桥板下部的优点是可以降低建筑物高度，是为了解决高烈度区抗震问题采用的处理措施。放在交通桥板下部的缺点是空间小，存在桥面板震动对启闭机房的影响问题。加固前的启闭机房桥面板是启闭机房的屋顶，桥梁柱子是启闭机房的柱子，桥面板的震动及开裂使得启闭机房震动漏雨。加固方案将启闭机房屋顶与交通桥屋顶分离，两者柱子分别设计，避免了两者的相互影响。

人民胜利堰节制闸除险加固工程于2016年8月竣工验收，已经运行5年，服从沂沭泗流域统一调度，水闸运行平稳，新建桥面板结实可靠，交通桥的震动减少，启闭机房宽敞明亮，运行环境安全舒适。2020年，大官庄枢纽管理局被评为水利部优秀运管单位。2020年8月14日大洪水，过闸流量2770m3/s，工程完好