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【摘要】本文依托“中部移民”的工程實例，就工程特點，結構設計思路、主要節(jié)點設計等方面進行介紹，形成操作性強的設計概要。中部移民閘室工程區(qū)域跨度大，精度要求高，建筑風格雖然統(tǒng)一，卻使用功能不盡相同。因此在閘室結構設計過程中，需要和諸多專業(yè)配合進行綜合分析，可謂是“麻雀雖小五臟俱全”。結構專業(yè)作為整個施工圖設計周期的末端專業(yè)，應從每個閘室的建設地點、渠道水流方向、門槽中心線定位、啟閉機的類型、建筑立面等多角度考慮。通過一閘一設計，實現(xiàn)水利工程建筑的精準、美觀、實用。
【關鍵詞】地震加速度值；閘室定位；起吊孔；樓面活載
甘肅中部生態(tài)移民扶貧開發(fā)供水工程位于白銀市靖遠縣北部及平川區(qū)境內，工程任務以高效農業(yè)灌溉為主，兼顧農村人飲供水，為區(qū)域鞏固脫貧攻堅成果和扶貧產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供水資源支撐和保障，為區(qū)域易地搬遷安置和生態(tài)環(huán)境修復創(chuàng)造條件。本工程初步確定的建設內容包括總干渠1條，長28.684km；干渠3條，長108.426km；分干渠4條，長43.318km；支干渠1條（現(xiàn)狀利用），長5.4km；支渠（分支）29條，總長126.571km。在渠道的新建、改造過程中需設置尺寸不同、功能各異的閘室約50多座，肩負著百余孔閘門的起落，在運行期為開展節(jié)水型社會的建設發(fā)揮不可替代作用。因此在結構設計過程中需要和地勘、金結、建筑、水工等專業(yè)反復溝通，完善節(jié)點設計。下面將閘室上部結構的設計過程中需要控制的關鍵點進行概述，并對提出相應的解決方案。
1核查閘室的建設地點，確定計算參數(shù)
本工程供水范圍為白銀市的靖遠縣5鄉(xiāng)鎮(zhèn)和平川區(qū)5鄉(xiāng)鎮(zhèn)約99個村。工程區(qū)分布在隴西黃土高原的北部，總體屬基巖低中山區(qū)和黃土低中山梁峁區(qū)。供水工程線路長，跨越了不同的地震帶，雖然每個閘室體型相似，但坐落于不同的鄉(xiāng)鎮(zhèn)，抗震參數(shù)就不一定相同。經(jīng)過查閱《建筑抗震設計規(guī)范》GB50011-2010(2016年版)、《中國地震動參數(shù)區(qū)劃圖》GB18306-2015，白銀市境內各地的抗震設防烈度和設計基本地震加速度值不盡相同，最終會影響建筑結構的地震影響系數(shù)的選用。不僅如此，也會遇到個別項目由于建設地點更改，建筑物的基本風壓和基本雪壓的取值也要做相應調整。因此在閘室的結構設計前，首先應核查每個閘室的建設地點，采用準確的抗震計算參數(shù)及抗震設防措施。通過合理的結構計算，每個閘室的設計成果才是既安全可靠，又經(jīng)濟環(huán)保。雖然閘墩的設計和地基處理方案由水工專業(yè)負責，但是遇到下部為多個獨立閘墩上部為連體閘室的建筑物，結構專業(yè)應對特殊情況特殊對待。首先根據(jù)地質情況判斷連體閘室是否適合整體計算：（1）若閘墩持力層為不發(fā)生沉降、液化的穩(wěn)定地層，如基巖、沖洪積砂礫石，連體閘室可進行整體建模計算；（2）若閘墩下伏土層中夾粉土和砂礫石透鏡體或著為輕微濕陷性黃土，在閘墩地基按照地基處理規(guī)范進行地基處理，且建設場地加強了地表排水措施的前提下，連體閘室仍然可以進行整體建模計算；（3）若閘墩位于大厚度濕陷性黃土地區(qū)，連體閘室就得考慮設沉降縫進行分段建模計算。因為在黃土高原地區(qū)濕陷性土層大多超過20m，地基處理厚度無法完全消除剩余濕陷量，通過相應的地基處理措施（如復合地基、增設土工格柵等）閘墩不會發(fā)生嚴重的沉降破壞，但是如果上部連體閘室為整體結構，輕微地基沉降都可能發(fā)生嚴重的拉裂破壞。因此結構專業(yè)應根據(jù)地質斷面核查閘墩的地基處理方式能否完全消除剩余濕陷量，再確定結構設計的方案。
2區(qū)分啟閉機類型，初步設定閘室的平面尺寸
中部移民工程的閘室內設3種啟閉機，分別為臺車、固卷、螺桿啟閉機。每種啟閉機的運行特點各不相同，在結構設計前考慮的關鍵點也存在著區(qū)別，例如金結專業(yè)若采用臺車，結構專業(yè)應沿著臺車的運行軌跡準確布置移動荷載；金結專業(yè)采用固卷啟閉機，結構專業(yè)應根據(jù)預埋件的位置合理布置主次梁位置,并根據(jù)啟閉機重量在屋面梁上設置吊環(huán)；金結專業(yè)若采用螺桿啟閉機，結構專業(yè)應分析各種定位線的相對關系，準確布置起吊孔在樓面板和屋面板的位置。中部移民工程采用螺桿啟閉機的閘室較多，本文針對此種情況對某閘室進行分析。根據(jù)金結專業(yè)提供的互提資料（附圖1）提取有用信息，并對關鍵節(jié)點提出建議：（1）渠道水流方向為從左向右，閘門的起吊中心線在門槽中心線的上游側，并且有一定的間距；（2）渠道中心線和孔口中心線重合；閘門起吊點和起吊孔的中心重合。起吊孔的中心在起吊中心線上，扁寬梁的中線為起吊中心線。閘門起吊點距孔口中心線距離相等。（3）設備層需預留起吊孔，屋面板需預留螺桿出屋面的孔，混凝土澆筑時可預埋內直徑180mm的套管。（4）起吊孔宜布置在扁寬梁上，扁寬梁跨度方向應順著預埋鋼板的長向布置。扁寬梁的寬度、高度應根據(jù)預埋鋼板的平面尺寸、厚度、錨筋根數(shù)和間距等構造要求確定，可參照《混凝土結構設計規(guī)范》（2015版）GB50010-2010第9.7條要求設計。（5）根據(jù)圖中標注的吊點距墻邊最小距離≥950mm，可初步設定閘室的最小平面尺寸。最終平面尺寸由建筑專業(yè)根據(jù)相關規(guī)定及實際情況確定。（6）因為設備運輸和安裝具有不確定性，建議設備層樓面、懸挑走道板的活荷載標準值取5KN/m2。施工圖中應注明：設備安裝時，應盡可能置設備于就位附近的梁上，嚴禁將設備置于懸挑板上。（7）啟閉機檢修時，必須在樓板上鋪墊枕木，不得直接將設備坐落于混凝土樓板上，防止設備對樓板的沖撞。
3滿足建筑平、立面要求，確定結構方案
經(jīng)過建筑專業(yè)對閘室的平、立面細化設計，可基本確定閘室的結構設計方案。（1）閘室的安全運行關系著渠道灌溉，且設備層下部的閘門檢修區(qū)域不得遮擋，因此宜采用抗震性能較好的框架結構；（2）結構專業(yè)核算啟閉機下的扁梁高度，且梁下凈尺寸應滿足金結專業(yè)要求，最終由建筑專業(yè)確定閘室層高。（3）結構構件的布置應盡可能滿足建筑立面的要求，宜突出施工便捷、美觀實用、節(jié)能環(huán)保的設計理念，例如立面的縱橫線條多數(shù)是由梁、柱突出墻面實現(xiàn)的。若經(jīng)過計算必需增大結構構件尺寸，應及時反饋給建筑專業(yè)調整方案，修改立面線條寬度。（4）通過建筑平面確定閘室鋼梯的起步位置，結構專業(yè)應設置獨立的鋼梯基礎或在閘墩上設懸挑梁作為鋼梯基礎，避免地基發(fā)生不均勻沉降而導致鋼梯失穩(wěn)。鋼梯基礎的平面布置應考慮鋼梯預埋件的尺寸和位置。具體尺寸與建筑專業(yè)所選的鋼梯型號、角度有關，可參照《15J401》設計。
4核對閘室與閘墩的相對位置，精準定位
在閘室設計過程中，閘室的定位至關重要。如果閘室與閘墩定位錯誤會導致啟閉機無法正常起吊，造成嚴重的質量事故。各專業(yè)在各自施工圖中都有自己定位線且標注重點不同（附圖1、附圖2），結構設計過程中必須核對各專業(yè)定位線是否統(tǒng)一。以下幾點應仔細確認：（1）各專業(yè)必須在施工圖中明確渠道的水流方向，否則會導致施工圖表達模糊發(fā)生歧義，造成施工錯誤；（2）各專業(yè)在施工圖上標注的渠道中心線、門槽中心線至閘墩上游樁號的相對距離必須一致，否則會導致上部結構和閘墩錯位，造成啟閉機無法正常運行；（3）起吊中心線一定在門槽中心線的上游側，在布置起吊孔和扁寬梁時要再次核對；（4）若閘室的建筑軸線超出閘墩邊線，說明閘墩平面尺寸不滿足閘室框架柱的嵌固、錨固要求。結構專業(yè)應及時向水工專業(yè)提供框架柱的相對位置及框架柱的縱向鋼筋直徑，要求水工專業(yè)采取措施。通過設計中部移民項目的閘室，水工專業(yè)采取了在閘墩邊局部增設設牛腿的方法，有效解決了閘室框架柱的嵌固、錨固問題。牛腿高度設置需滿足閘室框架柱縱向鋼筋錨固的直段要求，柱縱向鋼筋伸入基礎直段≥0.6labE且≥20d，可參照圖集《16G101-3》第65頁設計。
5結語
本工程旨在發(fā)展高效節(jié)水農業(yè)、優(yōu)化用水結構和經(jīng)濟結構。渠道設計時每段的流量控制需因地制宜，閘室的規(guī)模也不能生搬硬套，閘室雖小，卻是灌區(qū)大動脈上重要節(jié)點。設計人員應端正工作態(tài)度，在設計過程中秉承工匠精神從多角度考慮，一絲不茍的對相關設計信息精準分析。參與項目的各專業(yè)設計人員要反復溝通精確調整，做到既不冒險設計，也不過渡設計。本文所述的閘室結構設計概要對水利工程的一般閘室具有建設性意見，可從技術角度保障工程質量，提高設計精度，節(jié)約施工成本。近幾年，國家要求高質量發(fā)展水利工程，美麗鄉(xiāng)村的生態(tài)建設理念也深得民心。傳統(tǒng)的閘室和水利建筑造型已無法與高質量的現(xiàn)代化水利工程相匹配。我們今后的水利建筑設計要響應鄉(xiāng)村振興的戰(zhàn)略，給水利配套建筑賦予或古典秀麗或現(xiàn)代剛毅的性格，把“嚴謹、求實、團結、奮進”的水利精神通過一條條輸水干線傳遞到中華大地的每個角落。
【參考文獻】
[1]《甘肅中部生態(tài)移民扶貧開發(fā)供水工程工程地質勘察報告》。蘭州：甘肅省水利水電勘測設計研究院有限責任公司，2019
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[3]《混凝土結構設計規(guī)范》（2015版）GB50010-2010.[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2016.
[4]《16G101-3》[S].北京：中國計劃出版社，2016.
[5]《15J401》[S].北京：中國計劃出版社，2016.
作者:王福鵬 單位:甘肅省水利水電勘測設計研究院有限責任公司