塢式閘室是一種用於水電站的混凝土結構閘室。該閘室建造時會配置大量的鋼筋，當閘牆高度或底板寬度加大時，閘牆、底板的尺寸和鋼筋用量會進一步增加，易出現裂縫且裂縫寬度難以滿足規範要求。結構尺寸的增大及鋼筋用量的增加，使得結構變得很不經濟。
基本介紹
- 中文名：塢式閘室
- 外文名：Dock's chamber
- 學科：水電工程
- 領域：工程技術
- 範圍：能源
- 釋義：用於水電站的混凝土結構閘室
簡介,閘室結構方案設計,閘室結構方案比選,閘室沉降處理措施,總結,
簡介
閘室結構方案的選擇需綜合考慮工程地質條件、總布置要求、閘室輸水條件和防滲要求等因素，經過篩選，適合本工程的有鋼筋混凝土塢式整體結構、雙鉸式結構、空箱扶臂擋牆式結構共3種結構型式兆捆再。閘室結構方案的選擇需綜合考慮工程地質條件、總布置要求、閘室輸水條件和防滲要求等因素，經過殃漿擊市篩選，適合本工程的有鋼筋混凝土塢式整體結構、雙鉸式結構、空箱扶臂擋牆式結構共3種結構型式。
閘室結構方案設計
3個方案均為鋼筋混凝土結構，由於閘室結構兩側荷載不對稱，一側臨土，另一側臨水。在結構設計上，臨土側因擋土需要，可分別採用懸臂式、半重力式或扶壁式結構；臨水側考慮閘室與節制閘引河之間分隔且銜接聯繫的需要，可統一採用空箱式結構。
1.複合地基上的塢式整體結構方案
(1)結構設計
閘室底板與閘室牆相結合形成整體塢式結構，底板總寬24.5m，底板厚1.6m，牆高8.3m，臨土側牆厚頂部0.5m、底部1.5m；臨水側空箱牆體厚度0.6m。臨土側底板懸挑2.4m，臨水側空箱填土2.0m。
(2)基礎處理
採用∅60@110cm水泥土深層攪拌樁，樁長14～18 m，形成複合地基，以滿足地基承載力和地基變形要求。
2.樁基上的雙鉸式結構方案
(1)結構設計
閘室牆閥永的前趾與中間底板鉸接形成雙鉸式結構。雙鉸式結構主要尺寸為：中部底板寬9.8m，厚1.6m，閘室牆前趾寬3.1m，底板厚1.2m，閘室底板總寬26-3m；牆高與前一方案相同；空箱為滿足抗浮和穩定需要填土4.0m。
(2)基礎處理
3.樁基上的擋牆式結構方案
(1)結構設計
臨岸側為鋼筋混凝土扶臂式擋牆，臨水側為空箱式擋牆，扶臂式結構由底板、立板和肋板組成，底板頂面高程2.0m，擋牆底板寬8.0m，底板厚0.8m，立板牆身厚0.6m，肋板(扶臂)厚0.50 m，肋板間距3.5m，閘室底板總寬27.9m。
空箱底板寬7.1m，厚0.8m，空箱內填土4.5m，臨土側擋牆後布置排水設施，閘室內設定撐梁，以滿足檢修期翼牆抗滑穩定需要。
(2)基礎處理
兩側閘室牆底板下為∅60鑽孔灌注樁基礎，各3排8根，總計48根。臨土側樁長為34.0 m，空箱下樁長31.0 m。
(3)閘室防滲設計
閘室內採用鋼筋混凝土撐梁間隔支撐和格埂分格的鋼筋混凝土透水護底結構，兩側布置反濾層，上做0.4m厚鋼筋混凝土鋪蓋，下做砂石墊層。
檢修期閘室承受最大水頭為5.8m，閘室防滲採用水平防滲和垂直防滲相結合的方法，水平防滲為兩布一膜防滲土工布，自擋牆底板後向外鋪設各10m，垂直防滲為防滲板樁，深10m。防滲土工布之上為砌石保護層，厚35cm，瓜子片墊層厚10cm。
閘室結構方案比選
從工程造價、結構技術、施工技術等幾個方面進行綜合比較後，再按照結構可靠、投資省、施工方便的原則選擇並確定閘室結構方案。
1.經濟比較
對3個結構方案分別進行工程量統計，分別得出各方案造價。空箱底板付龍嚷寬7.1m，厚0.8m，空箱內填土4.5m，臨土側擋牆後布置排水設施，閘室內設定撐梁，以滿足檢修期翼牆抗滑穩定需要。
(2)基礎處理
兩側閘室牆底板下為060鑽孔灌注樁基礎，各3排8根，總計48根。臨土側樁長為34.0m，空箱下樁長31.0m。
(3)閘室防滲設計
閘室內採用鋼筋混凝土撐梁間隔支撐和格埂分格的鋼筋混凝土透水護底結構，兩側布置反濾層，上做0.4m厚鋼筋混凝土鋪蓋，下做砂石墊層。
檢修期閘室承受最大水頭為5.8m閘室防滲採用水平防滲和垂直防造價比較顯示，方案一臭端束雖然閘室結構造價較大，但由於閘室為全封閉結構，省去了防滲排水工程費用，且地基應力較小，相對基礎處理費用較低；方案三雖然閘室結構較省，但由於閘室為分離式透水結構，增加了防滲排水工程費用，且基礎處理費用較高。統計結果表明，整體式結構造價最省。
2.結構技術比較
以上結構設計已確定了各方案漏主試的結構尺寸，且結構設計均滿足規範要求，故技術上3方案均可行；但由於結構型式不同，各方案在結構技術上各有優缺點。
(1)塢式整體結構
該結構具有整體性好、剛度大、地基應力小以及抗滲性能好的優點，且在檢修期滿足抗浮要求的前提下可有效地影漿斷整解決閘室防滲問題；由於基礎處理採用了分節梯級加深的處理方法，加上分期填土、預留沉降和預留二期混凝土後澆帶等措施，可較好地滿足地基穩定和變形要求。
(2)雙鉸式閘室結構
該結構具有不透水及抗浮、抗滲性能好等優點，雙鉸底板使閘室牆與底板共同作用，可提高閘室牆抗滑安全度，節省防滲設施費用；但與塢式整體結構相比，由於雙鉸結構將閘室分為3個部分，使得閘室結構適應沉降變形的能力較差。
(3)擋牆式結構
該結構的扶臂式擋牆或空箱擋牆結構簡單，結構受力(內力)較小，但對地基承載力要求較高；在防滲排水方面，必須另外增加防滲排水工程措施來解決工程運行及檢修期防滲及結構穩定問題。
3.施工技術比較
三方案雖無特殊施工技術要求，但工程施工進度和難度因工序和內容繁簡不同而不一樣：方案一基礎處理完成、基坑開挖並封底後，即可進行底板和閘室牆施工，施工內容最少，施工難度最小；方案二較方案一增加了底板企口和分縫接頭，施工難度次之；方案三除了灌注樁基礎處理和閘牆結構施工外，還有防滲排水工程施工，其施工內容和工序最多，施工難度最大；在施工工期上，整體結構方案工序最少，工期最短，雙鉸結構次之，擋牆結構工序最多，工期最長。
4.比選結論
經比較，攪拌樁複合地基上的整體結構方案投資最省、結構技術可行、施工難度最小、工期最短，綜合優勢最大，為推薦採用方案。
閘室沉降處理措施
雖然複合地基上的塢式整體結構地基應力較小，但由於地基的軟弱下臥層較厚，複合地基懸浮於軟淤土上，因此，解決好閘室沉降變形問題是設計的關鍵。
根據複合地基的特性，面積置換率指標控制複合地基的承載力，處理深度(樁長)決定地基變形量，因此，可適當減小面積置換率，加深複合地基的處理深度，儘量減小樁底的懸浮厚度，以做到既能滿足複合地基承載力要求，又能將地基變形縮小到規範允許的範圍內。由於閘首為灌注樁基礎，沉降相對較小，使得閘室與閘首之間仍然存在一定的沉降差，這將影響兩者的安全銜接，為此，經進一步研究，可通過以下幾個簡易可行的技術措施，有效地解決閘室沉降問題。
(1)分期填土：施工期閘室地基應力最大，放水後，整體閘室結構在水的浮托力作用下，地基應力將減小。實際施工中，可分期分批實施土方回填，預留2m的土方在放水之後回填，可減小地基應力，達到減小施工期沉降的目的。
(2)梯級加深基礎：位於過渡段的閘室首末各三節基礎處理深度呈梯級加深，通過加深第一、二節基礎處理深度，在減少其沉降量的同時，將閘首與第一節閘室之間的沉降差分攤到第一、二、三節閘室牆上，以進一步減小沉降差。
(3)預留沉降：施工階段再留適當的沉降量，使其沉降後的高程更加接近設計高程。
(4)二期混凝土後澆帶：在第一節閘室牆與閘首銜接處預留2m寬度的後澆帶，以二期混凝土與閘首銜接，讓閘室整體沉降後再與閘首銜接，以避免沉降的閘室結構拉壞止水。
(5)加強止水：在閘室牆與閘首銜接處設定兩道銅片以加強止水。放水前，再用JSP遇水膨脹橡膠條對接縫進行封閉處理，確保結構防滲效果達到設計要求。
總結
整體塢式結構方案如果採用灌注樁基礎，閘室沉降變形可得到有效控制，結構技術優勢更大，但工程造價將大幅度增加，綜合優勢不明顯。但由於其地基應力較小，工程設計中，通過牆后土方分期回填、調整複合地基並梯級加深、預留沉降、加強止水和設定二期混凝土後澆帶等一系列簡易可行的措施，使得該結構的整體優勢在基礎處理上得以充分顯現，綜合優勢明顯提高。
採用攪拌樁複合地基上的整體塢式結構，有效地解決了基礎處理、防滲、抗浮、穩定和沉降等結構設計問題，且工程造價較省。工程實測數據顯示，閘室之間、特別是閘室與閘首銜接處變形差均小於設計控制值。整體塢式結構方案達到了既經濟又能確保結構安全的效果。
閘室結構方案比選
從工程造價、結構技術、施工技術等幾個方面進行綜合比較後，再按照結構可靠、投資省、施工方便的原則選擇並確定閘室結構方案。
1.經濟比較
對3個結構方案分別進行工程量統計，分別得出各方案造價。空箱底板寬7.1m，厚0.8m，空箱內填土4.5m，臨土側擋牆後布置排水設施，閘室內設定撐梁，以滿足檢修期翼牆抗滑穩定需要。
(2)基礎處理
兩側閘室牆底板下為060鑽孔灌注樁基礎，各3排8根，總計48根。臨土側樁長為34.0m，空箱下樁長31.0m。
(3)閘室防滲設計
閘室內採用鋼筋混凝土撐梁間隔支撐和格埂分格的鋼筋混凝土透水護底結構，兩側布置反濾層，上做0.4m厚鋼筋混凝土鋪蓋，下做砂石墊層。
檢修期閘室承受最大水頭為5.8m閘室防滲採用水平防滲和垂直防造價比較顯示，方案一雖然閘室結構造價較大，但由於閘室為全封閉結構，省去了防滲排水工程費用，且地基應力較小，相對基礎處理費用較低；方案三雖然閘室結構較省，但由於閘室為分離式透水結構，增加了防滲排水工程費用，且基礎處理費用較高。統計結果表明，整體式結構造價最省。
2.結構技術比較
以上結構設計已確定了各方案的結構尺寸，且結構設計均滿足規範要求，故技術上3方案均可行；但由於結構型式不同，各方案在結構技術上各有優缺點。
(1)塢式整體結構
該結構具有整體性好、剛度大、地基應力小以及抗滲性能好的優點，且在檢修期滿足抗浮要求的前提下可有效地解決閘室防滲問題；由於基礎處理採用了分節梯級加深的處理方法，加上分期填土、預留沉降和預留二期混凝土後澆帶等措施，可較好地滿足地基穩定和變形要求。
(2)雙鉸式閘室結構
該結構具有不透水及抗浮、抗滲性能好等優點，雙鉸底板使閘室牆與底板共同作用，可提高閘室牆抗滑安全度，節省防滲設施費用；但與塢式整體結構相比，由於雙鉸結構將閘室分為3個部分，使得閘室結構適應沉降變形的能力較差。
(3)擋牆式結構
該結構的扶臂式擋牆或空箱擋牆結構簡單，結構受力(內力)較小，但對地基承載力要求較高；在防滲排水方面，必須另外增加防滲排水工程措施來解決工程運行及檢修期防滲及結構穩定問題。
3.施工技術比較
三方案雖無特殊施工技術要求，但工程施工進度和難度因工序和內容繁簡不同而不一樣：方案一基礎處理完成、基坑開挖並封底後，即可進行底板和閘室牆施工，施工內容最少，施工難度最小；方案二較方案一增加了底板企口和分縫接頭，施工難度次之；方案三除了灌注樁基礎處理和閘牆結構施工外，還有防滲排水工程施工，其施工內容和工序最多，施工難度最大；在施工工期上，整體結構方案工序最少，工期最短，雙鉸結構次之，擋牆結構工序最多，工期最長。
4.比選結論
經比較，攪拌樁複合地基上的整體結構方案投資最省、結構技術可行、施工難度最小、工期最短，綜合優勢最大，為推薦採用方案。
閘室沉降處理措施
雖然複合地基上的塢式整體結構地基應力較小，但由於地基的軟弱下臥層較厚，複合地基懸浮於軟淤土上，因此，解決好閘室沉降變形問題是設計的關鍵。
根據複合地基的特性，面積置換率指標控制複合地基的承載力，處理深度(樁長)決定地基變形量，因此，可適當減小面積置換率，加深複合地基的處理深度，儘量減小樁底的懸浮厚度，以做到既能滿足複合地基承載力要求，又能將地基變形縮小到規範允許的範圍內。由於閘首為灌注樁基礎，沉降相對較小，使得閘室與閘首之間仍然存在一定的沉降差，這將影響兩者的安全銜接，為此，經進一步研究，可通過以下幾個簡易可行的技術措施，有效地解決閘室沉降問題。
(1)分期填土：施工期閘室地基應力最大，放水後，整體閘室結構在水的浮托力作用下，地基應力將減小。實際施工中，可分期分批實施土方回填，預留2m的土方在放水之後回填，可減小地基應力，達到減小施工期沉降的目的。
(2)梯級加深基礎：位於過渡段的閘室首末各三節基礎處理深度呈梯級加深，通過加深第一、二節基礎處理深度，在減少其沉降量的同時，將閘首與第一節閘室之間的沉降差分攤到第一、二、三節閘室牆上，以進一步減小沉降差。
(3)預留沉降：施工階段再留適當的沉降量，使其沉降後的高程更加接近設計高程。
(4)二期混凝土後澆帶：在第一節閘室牆與閘首銜接處預留2m寬度的後澆帶，以二期混凝土與閘首銜接，讓閘室整體沉降後再與閘首銜接，以避免沉降的閘室結構拉壞止水。
(5)加強止水：在閘室牆與閘首銜接處設定兩道銅片以加強止水。放水前，再用JSP遇水膨脹橡膠條對接縫進行封閉處理，確保結構防滲效果達到設計要求。
總結
整體塢式結構方案如果採用灌注樁基礎，閘室沉降變形可得到有效控制，結構技術優勢更大，但工程造價將大幅度增加，綜合優勢不明顯。但由於其地基應力較小，工程設計中，通過牆后土方分期回填、調整複合地基並梯級加深、預留沉降、加強止水和設定二期混凝土後澆帶等一系列簡易可行的措施，使得該結構的整體優勢在基礎處理上得以充分顯現，綜合優勢明顯提高。
採用攪拌樁複合地基上的整體塢式結構，有效地解決了基礎處理、防滲、抗浮、穩定和沉降等結構設計問題，且工程造價較省。工程實測數據顯示，閘室之間、特別是閘室與閘首銜接處變形差均小於設計控制值。整體塢式結構方案達到了既經濟又能確保結構安全的效果。
