新邳洪河闸工程排架加固设计优化

武 蒙，丁 平，王桂智，刘 斌

(1.江苏省水利勘测设计研究院有限公司，江苏 扬州 225127；2．扬州市水利局，江苏 扬州 225000)

1 工程概况

新邳洪河闸位于宿豫区皂河镇，建成于1986年，原设计最大过闸流量310 m3/s，主要功能为：防洪、排涝、灌溉引水。新邳洪河闸分8孔，分三块底板，两侧为3孔一联，中间为2孔一联，闸孔净宽6.6 m，闸室总宽度67.7 m。闸室东侧5孔与邳洪河衔接，用于邳洪河区域的排涝；西侧3孔与黄墩小湖连接，用于黄墩小湖地区的排涝；中间采用钢筋混凝土挡墙分隔，墙顶高程21.5 m(废黄河高程，下同)。闸室采用涵洞式结构，闸室设计底板面高程14.5 m，顶板底面高程21.5 m，涵洞净高7.0 m。闸墩上游侧布置一座交通桥，下游侧布置工作桥，交通桥的设计面高程为28.0 m，与两侧的堤防同高，一并构成完整的防洪体系；下游侧的工作桥布置在排架柱上，设计排架柱面高程32.0 m，工作桥的宽度为5.2 m。新邳洪河闸作为黄墩湖滞洪区穿堤建筑物，加固后将使黄墩湖滞洪区更好的发挥其作用。

2 排架加固设计

新邳洪河闸[1]按最大退水情况1000 m3/s 加固，保留闸室底板，保留22.3 m(通航孔23.8 m)高程以下、上游侧14.5 m范围内的涵洞洞身，加固后闸室共8孔，每孔净宽6.6 m，底板顺水流向长20.00 m，垂直水流向长62.75 m。

2.1 排架结构设计

本工程的工程等别为Ⅰ等，地震设防烈度为8度。本次排架柱与工作桥采用固支结构，设计顶高程为34.3 m；排架柱的截面宽度与墩子宽度相同，即为90 cm，为便于检修，使闸门从上游侧的交通桥与排架间能够调出，从工作门槽位置后对排架柱进行削弱，削弱后的边排架宽度为63 cm，削弱后的中排架宽度为36 cm，加固后的排架柱断面如图1、图2所示，加固后排架柱剖面图如图3所示。

图1 加固后排架柱断面图(边侧)(单位：cm)

2.2 内力计算

结构计算采用河海大学工程软件研究所编制的《软土地基上水工结构内力计算与图形处理(SGR4.0)》软件进行有限元分析计算。利用等代刚度相等的原则，边排架的等代宽度为0.767 m，中排架的等代宽度为0.693 m；本工程有三孔一联和两孔一联两种结构形式，本次以三孔一联为计算典型，考虑自重、启门力、土压力、地震力等荷载因素[2]，对工作桥大梁及排架柱进行内力复核[3]。计算时考虑2种工况，即地震期[4]与正常应用期，其中地震期不考虑启门力的作用。

排架柱及工作桥大梁内力计算成果如图4及表1所示。

图3 加固后中排架柱剖面图

图4 排架柱垂直水流向弯矩包络图(单位：kN·m)

计算部位工作桥大梁跨中工作桥大梁支座工作桥大梁0.2 L边排架柱上部边排架柱根部中排架柱上部中排架柱根部截面尺寸h/mm×b/mm700×400700×400700×400767×1000767×1000693×1000693×1000弯矩/(kN·m)175318116274453184348需配钢筋面积/mm2129225058371775300113222564实配钢筋5Φ2010Φ185Φ185Φ2210Φ205Φ205Φ20+5Φ18

2.3 内力分析

由表1可知，加固后排架柱边墩与中墩根部的弯矩净值分别为453 kN·m、348kN·m，需配筋面积较大，实配钢筋为10Φ20、5Φ20+5Φ18，计算时采用的是排架柱的等代高度，实际上排架柱在削弱部分(尤其中墩的削弱部分)的截面高度很小，截面配筋十分困难。

3 排架加固设计优化

排架加固设计优化考虑二种方案：方案一为活动撑梁方案，该方案在排架左侧，高程28.0 m下设置活动钢撑梁，方案二为抬高胸墙方案，该方案将胸墙抬高至28.5 m，二种方案如图5、图6所示。

3.1 排架内力计算

对两种方案分别进行内力计算，排架柱及工作桥大梁内力计算成果如图7、图8及表2所示。

3.2 内力分析

由表2可知，方案一、方案二均可使排架柱根部的弯矩值变小，不仅方便排架配筋，而且有利于结构的安全。

图5 方案一加固后中排架柱剖面图

图6 方案二加固后中排架柱剖面图

图7 方案一排架柱垂直水流向弯矩包络图(单位：kN·m)

图8 方案二排架柱垂直水流向弯矩包络图(单位：kN·m)

计算部位工作桥大梁跨中工作桥大梁支座工作桥大梁0.2L边排架柱上部边排架柱根部中排架柱上部中排架柱根部截面尺寸h/mm×b/mm700×400700×400700×400767×1000767×1000693×1000693×1000方案一弯矩/(kN·m)需配钢筋面积/mm2实配钢筋160.011745Φ18313.0246010Φ1897.77005Φ18290.018825Φ20225.014495Φ20126.08985Φ20193.013885Φ20方案二弯矩/(kN·m)需配钢筋面积/mm2实配钢筋161.011825Φ18313.0246010Φ1898.37055Φ18289.018765Φ22304.019775Φ22152.010875Φ20242.017545Φ22

4 结 语

新邳洪河闸加固工程排架柱较高，排架柱根部弯矩值较大，由于排架部分被消弱，过大的弯矩值使得排架配筋困难，且不利于结构的安全。在排架中间增加活动撑梁或抬高胸墙均可以减小排架柱根部弯矩，使结构更加安全，但不同的方案在施工、检修及后期管理上有不同的区别，新邳洪河闸加固工程选择抬高胸墙的方案为最终排架加固方案，类似工程可根据工程特性，综合比较，选择适合的优化方案。