1.课题来源与背景

岸边溢洪道是土石坝工程的重要组成部分，是保障工程安全并能使枢纽发挥预期效益的关键性建筑物，随着大坝设计高度和溢洪道泄量的增大，溢洪道的设计难度相应的提高，主要表现在溢洪道闸室弧门尺寸的巨大化以及闸室闸墩结构的复杂化。随着孔口尺寸逐渐增大，弧形闸门所承受的推力也随之加大，闸墩受力相应地也在加大，普通钢筋混凝土闸墩结构已不能满足设计要求，采用预应力闸墩已成为必然。从已建或在建工程的预应力闸墩可以看出，尽管预应力技术的应用在闸墩结构设计中取得了较大的经济效益和安全保障，但在锚索的布置方式、锚块型式、预应力控制标准、结构设计方法等方面仍存在一些问题，尤其是针对大吨位预应力闸墩，弧门及闸墩结构受力更加复杂，需通过创新手段和系统的理论方法，研究结构受力特点、受力变形机理、结构设计等。

2.研究目的与意义

本项目以黄河积石峡水电站岸边溢洪道、马来西亚巴贡水电站岸边溢洪道为依托黄河积石峡水电站岸边开敞式溢洪道单孔尺寸15m×21.7m、弧门面积325.5m2，尺寸最大；马来西亚巴贡水电站岸边开敞式溢洪道单孔尺寸15m×21.09m次之，都属于巨型弧门。同时积石峡溢洪道预应力闸墩单根锚索锁定吨位4680kN；巴贡溢洪道单孔预应力闸墩单根锚索锁定吨位3870kN，都属大吨位预应力闸墩，尤其积石峡溢洪道预应力闸墩，单根锁定吨位达500T级水平，为国内土石坝岸边溢洪道单根锚索最大吨位。土石坝水流不翻坝而布置的岸边溢洪道不同于混凝土坝溢流坝，其布置特点是根据地形地质条件布置在靠近山体一侧，堰闸墩段结构形式不完全对称，结构受力复杂，因此，很有必要针对岸边溢洪道不对称闸墩结构承受较大水压力的弧门、预应力闸墩的应力应变进行研究，为工程设计提供依据。通过开展特大型溢洪道巨型弧门及预应力闸墩研究，形成一套比较完善的设计准则和方法，使预应力闸墩结构设计规范化，从而更好地为工程设计人员提供理论指导。

3.研究内容和创新点

（1）提出大型预应力闸墩"部分预应力设计体系"控制标准及经济合理的拉锚系数范围

通过分析总结国内外已建、在建大型预应力闸墩设计方面研究成果，考虑闸墩全预应力设计的不经济性，提出预应力闸墩"部分预应力设计体系"，给出了预应力闸墩应力和钢绞线应力控制标准以及预应力闸墩不同锚块型式的拉锚系数值，并应用于积石峡水电站和马来西亚巴贡水电站中。

（2）提出特大型岸边溢洪道单根500t锚索级不对称预应力闸墩主锚索、次锚索的布置及新型闸墩结构型式。

依托工程积石峡水电站溢洪道堰闸段左右边墩不对称，左墩与岸坡相接，右墩与电站进水口相接，左右墩受力不对称，且单根锚索锁定吨位达4680kN， 通过建立三维有限元模型，计算分析闸墩受力情况，调整锚索布置及吨位，研究锚索布置型式对闸墩受力情况的影响，最终提出特大型岸边溢洪道单根锚索500t级不对称预应力闸墩主锚索、次锚索的布置型式和闸墩顶部封闭的框架结构型式及闸墩外侧止水的布置方案。经过多年的运行监测表明，这种新型闸墩结构型式应力应变符合规范要求。

（3）针对国内、外最大岸边溢洪道单根锚索500t级锚块式预应力闸墩，提出了三维静动力应力应变分析计算成果，给出了不对称闸墩新结构型式三向应力路径分布情况，并与传统闸墩应力进行对比分析。

（4）提出岸边溢洪道巨型弧门结构特点及布置型式

针对巨型弧门双主横梁双支臂复杂结构与小开度运行的特点，通过数值仿真模拟计算分析，总结了巨型弧门应力应变规律、不同开度闸门动力特性，系统解决了巨型弧门设计、运行关键技术问题

（5）提出特大型溢洪道预应力闸墩巨型弧门施工安装方法

依托工程积石峡水电站弧门总水压力35342kN，弧门半径22m，支铰高度13.2m，门叶结构为主横梁斜支臂焊接钢结构，吊点间距13.7m。弧门由8节门叶组成，总质量281.65t。结合施工进度质量要求，开展拼装、焊接工艺研究，提出巨型弧门支臂断开拼装工艺、门叶加工工艺及质量控制方法。

4.社会经济效益

通过对巨型弧门及单根锚索500t级预应力闸墩受力变形机理分析，总结了巨型弧门及预应力闸墩应力应变规律、结构设计特点，提出了大型预应力闸墩"部分预应力设计体系"控制标准及经济合理的拉锚系数范围，特大型岸边溢洪道单根锚索500t级不对称预应力闸墩主锚索、次锚索的布置型式及预应力闸墩新型结构型式，提出了三维静动力应力应变分析计算成果，给出了不对称闸墩新结构型式三向应力路径分布情况，提出了巨型弧门双主横梁双支臂复杂结构受力特点及布置型式及特大型溢洪道预应力闸墩巨型弧门施工安装方法。研究成果获得发明专利1项，实用新型专利2项，施工工法2项，出版技术专著1部，发表论文8篇。

本项目研究既解决了工程实际问题，又节约了工程投资。科研成果提升了特大型岸边溢洪道结构设计水平，提出的部分预应力体系控制标准，规范了预应力闸墩设计理论体系，提高了水利水电建设技术水平。

5.获奖情况

获得2019年公司科技进步一等奖