專利名稱：拉索支墩鋼構(gòu)壩的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及水利工程技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種鋼構(gòu)壩。
背景技術(shù)：
鋼構(gòu)壩作為一種擋水建筑物，至今已有百余年歷史。在最初期的鋼構(gòu)壩中，面板與構(gòu)件間采用焊接或螺栓連接，它充分利用鋼材強度高、柔性好的特點，使壩體具有非常好的整體性與柔韌性，可以更適應(yīng)水體的變形要求，是一種先進的壩工新技術(shù)。美國曾于1897年10月7日建成了 Ashfork steel dam,該壩總長91. 4m,鋼構(gòu)壩部分高14m,長56m,鋼構(gòu)壩兩端設(shè)砌石重力壩，為世界上最早的鋼構(gòu)壩之一。1900 1960年，在澳大利亞、英國等相繼建成幾座鋼構(gòu)壩，最大壩高在20m以上。上述所建鋼構(gòu)壩均為斜面壩，壩面后采用桁架支撐系統(tǒng)。由于對基礎(chǔ)要求較高，且樞紐布置不靈活，加之鋼結(jié)構(gòu)加工和施工技術(shù)限制，此后 鋼構(gòu)壩的發(fā)展受到了較大限制，僅針對較低水頭(<20m)進行了嘗試。直到1997年，在荷蘭建成的梅斯蘭大壩前，2道可開啟式扇形浮動鋼結(jié)構(gòu)壩體高達22米，400多米的長度相當(dāng)于一座埃菲爾鐵塔，重量卻是埃菲爾鐵塔的2倍。2003年日本還出現(xiàn)一種支墩壩，壩高在36m左右，是已建的世界最高鋼構(gòu)壩。實質(zhì)上，近期出現(xiàn)的這種巨型鋼結(jié)構(gòu)更多的類似于閘門，而與壩工結(jié)構(gòu)相差較遠(yuǎn)，其不可能適應(yīng)于較高水頭(MOm)和較大泄量OlOOOm3)情況。在我國，目前鋼構(gòu)壩方面的研究和實踐都還處于起步階段，已有的有關(guān)鋼構(gòu)壩(或鋼壩)的報道主要針對景觀河道等的低水頭工程，這種類型的鋼構(gòu)壩與鋼閘門類似，主要通過支墩固定鋼結(jié)構(gòu)，底部則通過鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)與基礎(chǔ)相連，其應(yīng)用只能局限于較低水頭，泄水則是自動溢流或通過專門的泄水建筑物。魏群等對以鋼結(jié)構(gòu)為主的擋水建筑物進行了較多探索性研究，其提出鋼構(gòu)壩新形式容易實現(xiàn)工業(yè)化制造安裝，能夠加快工程進度，具有一定的技術(shù)經(jīng)濟性，但適應(yīng)性仍局限于較低水頭。總體來看，隨著擋水水頭和下泄水量的增加，鋼構(gòu)壩在壩體設(shè)計、施工、維護等方面出現(xiàn)了很多新問題，目前尚沒有能滿足高水頭(>70m)的鋼構(gòu)壩形式。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明提供一種拉索支墩鋼構(gòu)壩，克服現(xiàn)有鋼構(gòu)壩形式在擋水水頭較高時難以滿足壩體應(yīng)力、變形控制要求，鋼構(gòu)壩的穩(wěn)定性能突出的問題。本發(fā)明的技術(shù)方案為一種拉索支墩鋼構(gòu)壩，包括支墩、擋水鋼結(jié)構(gòu)以及墊座，支墩和支墩之間的鋼結(jié)構(gòu)面板組成一個壩段，鋼構(gòu)壩由多個壩段組成，壩段之間設(shè)縫，所述支墩包括鋼筋混凝土墩體、拉索、泄水結(jié)構(gòu)物，拉索在支墩上游面布置，利用錨固結(jié)構(gòu)錨固在支墩內(nèi)部，泄水結(jié)構(gòu)物布置在中間河床壩段的支墩上，所述鋼筋混凝土墊座設(shè)置在基礎(chǔ)上，墊座上設(shè)置底孔。所述支墩高度為7(Tl20m，沿壩軸線長度為8 20m ;沿水流向底寬為25 40m ;支墩間距為6 10m。
所述泄水結(jié)構(gòu)物采用表孔或倒虹吸形式泄洪，寬度為6 18m ;支墩下游坡度在I :
O.5^1:1間取值。所述支墩上布置拉索排數(shù)在6 14排，每排2 4根，避免布置單根拉索，拉索的長度在10(T400m之間。所述擋水鋼結(jié)構(gòu)主要由面板、主梁、次梁、橫隔板組成，次梁支撐橫隔板，與主梁間隔布置，主梁、次梁、橫隔板交叉形成梁格，鋼結(jié)構(gòu)的形式為拱形、半圓弧形或平面形式。單壩段擋水鋼結(jié)構(gòu)長度為6 10m，高度為68 118m ;主梁為8 16根，采用實腹式組合梁，次梁采用槽鋼截面形式，布置Γ8根，橫隔板按I. (Γ2. Om等間距布置，選用鋼面板厚度在2(T30mm之間。所述擋水鋼結(jié)構(gòu)設(shè)置斜向桿進行支撐。 所述擋水鋼結(jié)構(gòu)與支墩采用鉸接的方式，采用類似閘門槽的形式，在鋼結(jié)構(gòu)端部適當(dāng)加大截面面積，并在門槽附近加強配筋，槽內(nèi)設(shè)止水。所述墊座內(nèi)設(shè)有基礎(chǔ)灌漿廊道，墊座和支墩之間采用整體澆筑，并采用鋼筋進行貫通連接；墊座與上部鋼結(jié)構(gòu)之間采用輪式支承或滑動支承進行連接。墊座底高度為l(T20m，底寬為25 40m，其上游面鉛直，下游坡度比為I: O. 5 I: I之間，所述基礎(chǔ)灌漿廊道斷面形狀采用城門洞型，廊道的上游壁離上游側(cè)面的距離取ΓΙΟπι ；基礎(chǔ)灌漿廊道距基巖面距離取3飛m。本發(fā)明拉索支墩鋼構(gòu)壩的主要特征在于通過連接在一起的拉索支墩，將鋼結(jié)構(gòu)面板承擔(dān)的高壓力水頭分散傳遞到地基上。由于多根錨索與基礎(chǔ)分散連接，可避免拉力集中傳遞引起的基礎(chǔ)承載力不足，同時，鋼筋混凝土支墩可承擔(dān)絕大部分豎向壓力和部分水平荷載；鋼結(jié)構(gòu)面板僅承擔(dān)小部分向基礎(chǔ)傳力功能，可避免大變形和應(yīng)力集中引起的安全問題。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是現(xiàn)有的鋼構(gòu)壩形式僅能作為低水頭擋水建筑物，其功能要求(防洪、發(fā)電、航運等)受到極大限制。本發(fā)明具有樞紐布置靈活、結(jié)構(gòu)簡單且穩(wěn)定可靠的特點，能適應(yīng)于較高(>70m)擋水水頭和較大泄量。支墩和墊座均可布置泄洪建筑物，可避免布設(shè)溢洪道、泄洪洞等引起的大規(guī)模開挖，樞紐布置靈活；拉索和支墩可以抵消大部分的水荷載，墊座可保證壩體與基礎(chǔ)可靠連接，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性較好。在相同外部條件和功能要求下，針對70m壩高，通過與傳統(tǒng)混凝土重力壩進行方案對比，可節(jié)省工程投資15%以上。


圖I為本發(fā)明拉索支墩鋼構(gòu)壩整體布置形式結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為拉索支壤和塾座的結(jié)構(gòu)不意圖；圖3為擋水鋼結(jié)構(gòu)面板的結(jié)構(gòu)示意圖；圖中I-斜拉索，2-支墩，3-墊座，4-泄水結(jié)構(gòu)物，5-擋水鋼結(jié)構(gòu)，6_橫隔板，7_灌漿廊道，8-主梁，9-水平次梁，10-斜桿，Ii1Ii6為高程，L1為拉索水平長度，brb7為拉索排距，L2為支墩底寬，B1為拉索錨固在支墩的水平距離，a2為廊道距上游面水平距離，οΓο7為主梁間距，drd16為次梁間距，srs2為面板寬度。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做詳細(xì)說明。拉索支墩鋼構(gòu)壩主要由兩部分組成一是支撐鋼結(jié)構(gòu)面板的拉索支墩，其主要作用是固定約束鋼結(jié)構(gòu)，將由鋼結(jié)構(gòu)形成的巨大水推力通過拉索和支墩傳遞到地基，以維持整個壩體穩(wěn)定，此外，支墩結(jié)構(gòu)還可以布置泄水系統(tǒng)，以下泄多余水量；二是主要由梁、隔板、面板等組成的鋼結(jié)構(gòu)面板，其主要作用是擋水。此外，還包括混凝土墊座，其主要作用是連接鋼結(jié)構(gòu)與基礎(chǔ)。具體說明如下如圖I所示，本發(fā)明拉索支墩鋼構(gòu)壩整體結(jié)構(gòu)包括支墩2、擋水鋼結(jié)構(gòu)5，支墩和支墩之間的擋水鋼結(jié)構(gòu)5組成一個壩段，鋼構(gòu)壩由多個壩段組成，壩段之間設(shè)縫，各壩段長度根據(jù)基礎(chǔ)及擋水水頭高度確定，一般而言，河床中間部位壩段較短，而壩肩部位壩段較長。泄水結(jié)構(gòu)物4布置在中間河床壩段的支墩2上，可根據(jù)支墩2尺寸采用表孔或倒虹吸等形式泄洪。在處理后基礎(chǔ)上設(shè)置鋼筋混凝土墊座3，墊座3高度根據(jù)壩體高度和基礎(chǔ)情況確定，設(shè)置墊座可加強壩體對基礎(chǔ)的荷載傳遞作用，同時，可在墊座3上設(shè)置底孔，進一步發(fā) 揮泄洪、放空、沖沙等功能，對于有發(fā)電功能的樞紐工程，可在墊座3之后布置壩后式廠房。圖I所示的拉索支墩鋼構(gòu)壩壩高76m，壩軸線總長226m，共11個壩段，河床中部的單壩段寬度為16m，靠近岸坡的單壩段寬度為18m和20m，共9個支墩，其中中間5個支墩布置倒虹吸溢洪道進行泄洪，同時，支墩自上而下布置七排拉索，每排2根，以提供必要的支墩穩(wěn)固力。兩岸壩肩共布置4個支墩，不設(shè)置泄洪結(jié)構(gòu)物，由于擋水水頭較低，不布置拉索?；A(chǔ)上部澆筑鋼筋混凝土墊座，墊座設(shè)置兩個底孔。支墩為擋水鋼結(jié)構(gòu)5提供約束和支撐，為鋼筋混凝土墩體2，其上主要設(shè)置拉索I、泄水結(jié)構(gòu)物4等，拉索I和泄水結(jié)構(gòu)物4的布置根據(jù)壩體受力、穩(wěn)定和功能等確定；墩體2結(jié)構(gòu)尺寸主要包括高度、寬度、厚度、上下游傾角等，在設(shè)計時，都由擋水高度、基礎(chǔ)條件、功能要求等綜合確定。拉索I設(shè)計主要包括排距、間距、根數(shù)、傾角等，根據(jù)壩體穩(wěn)定和受力要求沿墩體自上而下布置，一般在墩體上部間距較大，下部較小，拉索I在支墩2上游面布置，利用錨固結(jié)構(gòu)錨固在支墩內(nèi)部。泄水結(jié)構(gòu)物4形式可根據(jù)泄水要求和支墩尺寸綜合確定，其設(shè)計包括孔口尺寸、長度、消能尺寸等諸多方面。圖2給出某鋼構(gòu)壩河床壩段支墩設(shè)計方案。鋼筋混凝土支墩沿壩軸線長度為10m，沿水流向底寬為29m,高度為68m,間距6m。正虹吸泄水管布置在支墩內(nèi)，寬8m,,采用壩后背管的型式，支墩下游坡度為I :0. 58。其上布置七排拉索，每排兩根，即支墩上共14根拉索。拉索的水平投影長度為50. 8m，豎直方向上，距下部混凝土墊座的高度依次為4m，8m，12m,16m,24m,36m 和 48m。擋水鋼結(jié)構(gòu)5主要起擋水作用，主要由面板、主梁8、次梁9、橫隔板6等組成，鋼結(jié)構(gòu)的形式可以為拱形、半圓弧形或平面形式等。主梁8和次梁9的設(shè)計包括截面形式、位置、根數(shù)等，主要根據(jù)水壓力大小確定，原則上每根主梁8所受水荷載大小應(yīng)相等，次梁9支撐橫隔板6，與主梁8間隔布置，以加強鋼結(jié)構(gòu)整體安全性；主梁8、次梁9、橫隔板6交叉形成梁格，面板厚度主要根據(jù)水壓力、梁格大小等確定。圖3給出某鋼構(gòu)壩擋水鋼結(jié)構(gòu)的形式和尺寸。單壩段鋼結(jié)構(gòu)形式為平面，單壩段鋼結(jié)構(gòu)長度根據(jù)支墩間距確定，長度為6m,高度68m,根據(jù)壩高確定，自上而下共布置8根主梁，采用實腹式組合梁，9根次梁，采用槽鋼截面形式，橫隔板按I. 2m等間距布置，共布置5根，選用面板厚度23mm。為加強面板的穩(wěn)定性，設(shè)置斜向桿10進行支撐。墊座3的主要作用是連接基礎(chǔ)、支墩2和鋼結(jié)構(gòu)5，以將部分荷載傳遞給基礎(chǔ)，保持大壩整體穩(wěn)定，墊座3內(nèi)一般設(shè)有基礎(chǔ)灌漿廊道7，兼作灌漿、排水和檢查之用，一般為混凝土結(jié)構(gòu)。墊座3的設(shè)計主要包括厚度(高度)、上下游坡度、廊道位置和尺寸等。墊座3和支墩2之間可采用整體澆筑，并采用鋼筋進行貫通連接；墊座3與上部鋼結(jié)構(gòu)之間可采用輪式支承進行連接，在較低的擋水水頭下，也可采用滑動支承。圖2給出某鋼構(gòu)壩墊座設(shè)計方案?；炷翂|座底高度為10m，底寬36m。其上游面鉛直，下游坡度比為1:0. 7?；A(chǔ)灌漿廊道7斷面取3. 0X3. 5m，形狀采用城門洞型。廊道的上游壁離上游側(cè)面的距離取6m ;基礎(chǔ)灌漿廊道7距基巖面距離取4m。拉索支墩鋼構(gòu)壩的設(shè)計應(yīng)滿足現(xiàn)行規(guī)范的規(guī)定，此外，在具體實施中，應(yīng)采取如下技術(shù)手段以保證最大功能發(fā)揮·
( I)建壩的地形要求對于L/H (寬高比)>4. 5寬淺河谷適應(yīng)性好。在寬高比較小的情況下，由于支墩布置存在較大難度，其與拱壩相比的技術(shù)經(jīng)濟性能不突出。(2)建壩的地質(zhì)要求適宜于修建于巖基上，對于風(fēng)化、節(jié)理、裂隙等缺陷，應(yīng)采取針對性的處置措施，包括防滲、提高巖體強度和整體性。(3)拉索與支墩及基礎(chǔ)的連接選擇拉索與支墩之間的錨固方式時要考慮以下幾個因素確保連接可靠；能簡捷地把索力傳遞到全截面；應(yīng)具有足夠的操作空間；要有防銹蝕能力和避免拉索產(chǎn)生顫震應(yīng)力腐蝕；便于拉索養(yǎng)護和更換。一般可采用夾片群錨，其對錨具的疲勞性能要求較低。拉索與基礎(chǔ)之間宜采用錨碇進行連接。通常采用重力式錨碇，其依靠巨大的自重和嵌固力來抵抗主纜的垂直分力，水平分力則由錨碇與地基直接的摩阻力或嵌固力來承擔(dān)。(4)鋼結(jié)構(gòu)與支墩的連接為了安全和運用方便，擋水鋼結(jié)構(gòu)與支墩宜采用鉸接的方式，采用類似閘門槽的形式，在鋼結(jié)構(gòu)端部應(yīng)適當(dāng)加大截面面積，并在門槽附近加強配筋，防止應(yīng)力集中。槽內(nèi)應(yīng)設(shè)止水。(5)鋼結(jié)構(gòu)防腐處理擋水鋼面板的防腐主要采用涂層的方法，涂層材料可選用聚脲等，并預(yù)留一定的腐蝕厚度。鋼拉索防腐多采用涂層和陰極保護聯(lián)合應(yīng)用的方法，外涂層主要材料有熔結(jié)環(huán)氧涂層、聚乙烯涂層、煤焦油瓷漆涂層、復(fù)合涂層和煤焦油環(huán)氧涂層等。選擇涂層時，必須考慮涂層所要服務(wù)的具體環(huán)境，如拉索直徑、水溫、施工方法以及相配合使用的陰極保護系統(tǒng)。盡管結(jié)合附圖對本發(fā)明進行了上述描述，但是本發(fā)明并不局限于上述的具體實施方式
，上述的具體實施方式
僅僅是示意性的，而不是限制性的，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在本發(fā)明的啟示下，在不脫離本發(fā)明宗旨和權(quán)利要求所保護范圍的情況下，還可以做出很多變形，這些均屬于本發(fā)明的保護之列。
權(quán)利要求
1.一種拉索支墩鋼構(gòu)壩，包括支墩、擋水鋼結(jié)構(gòu)以及墊座，支墩和支墩之間的鋼結(jié)構(gòu)面板組成一個壩段，鋼構(gòu)壩由多個壩段組成，壩段之間設(shè)縫，其特征在于，所述支墩包括鋼筋混凝土墩體、拉索、泄水結(jié)構(gòu)物，拉索在支墩上游面布置，利用錨固結(jié)構(gòu)錨固在支墩內(nèi)部，泄水結(jié)構(gòu)物布置在中間河床壩段的支墩上，所述鋼筋混凝土墊座設(shè)置在基礎(chǔ)上，墊座上設(shè)置底孔。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述拉索支墩鋼構(gòu)壩，其特征在于，所述支墩高度為7(Tl20m，沿壩軸線長度為8 20m ;沿水流向底寬為25 40m ;支墩間距為6 10m。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述拉索支墩鋼構(gòu)壩，其特征在于，所述泄水結(jié)構(gòu)物寬度為6 18m；采用壩后背管的型式，支墩下游坡度在I :0. 5 1:1間取值。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述拉索支墩鋼構(gòu)壩，其特征在于，所述支墩上布置拉索排數(shù)在6 14排，每排2 4根，避免布置單根拉索，拉索的長度在10(T400m之間。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述拉索支墩鋼構(gòu)壩，其特征在于，所述擋水鋼結(jié)構(gòu)主要由面板、主梁、次梁、橫隔板組成，次梁支撐橫隔板，與主梁間隔布置，主梁、次梁、橫隔板交叉形成梁格，鋼結(jié)構(gòu)的形式為拱形、半圓弧形或平面形式。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述拉索支墩鋼構(gòu)壩，其特征在于，單壩段擋水鋼結(jié)構(gòu)長度為6 10m，高度為68 118m;主梁為8 16根，采用實腹式組合梁，次梁采用槽鋼截面形式，布置4^8根，橫隔板按I. (Γ2. Om等間距布置，選用鋼面板厚度在2(T30mm之間。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述拉索支墩鋼構(gòu)壩，其特征在于，所述擋水鋼結(jié)構(gòu)設(shè)置斜向桿進行支撐。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述拉索支墩鋼構(gòu)壩，其特征在于，所述擋水鋼結(jié)構(gòu)與支墩采用鉸接的方式，采用類似閘門槽的形式，在鋼結(jié)構(gòu)端部適當(dāng)加大截面面積，并在門槽附近加強配筋，槽內(nèi)設(shè)止水。
9.根據(jù)權(quán)利要求I所述拉索支墩鋼構(gòu)壩，其特征在于，所述墊座內(nèi)設(shè)有基礎(chǔ)灌漿廊道，墊座和支墩之間采用整體澆筑，并采用鋼筋進行貫通連接；墊座與上部鋼結(jié)構(gòu)之間采用輪式支承或滑動支承進行連接。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述拉索支墩鋼構(gòu)壩，其特征在于，墊座底高度為l(T20m，底寬為25 40m，其上游面鉛直，下游坡度比為1:0. 5 1:1之間，所述基礎(chǔ)灌漿廊道斷面形狀采用城門洞型，廊道的上游壁離上游側(cè)面的距離取ΓΙΟπι ;基礎(chǔ)灌漿廊道距基巖面距離取3飛m。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種拉索支墩鋼構(gòu)壩，包括支墩、擋水鋼結(jié)構(gòu)以及墊座，支墩和支墩之間的鋼結(jié)構(gòu)面板組成一個壩段，鋼構(gòu)壩由多個壩段組成，壩段之間設(shè)縫，所述支墩包括鋼筋混凝土墩體、拉索、泄水結(jié)構(gòu)物，拉索在支墩上游面布置，利用錨固結(jié)構(gòu)錨固在支墩內(nèi)部，泄水結(jié)構(gòu)物布置在中間河床壩段的支墩上，所述鋼筋混凝土墊座設(shè)置在基礎(chǔ)上，墊座上設(shè)置底孔。本發(fā)明具有樞紐布置靈活、結(jié)構(gòu)簡單且穩(wěn)定可靠的特點，能適應(yīng)于較高(>70m)擋水水頭和較大泄量。在相同外部條件和功能要求下，針對70m壩高，通過與傳統(tǒng)混凝土重力壩進行方案對比，可節(jié)省工程投資15%以上。
文檔編號E02B8/00GK102912769SQ20121042285
公開日2013年2月6日 申請日期2012年10月29日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月29日
發(fā)明者崔溦, 張社榮, 郭千里, 林喆, 譚森明 申請人:天津大學(xué)