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摘要：与普通机械启闭闸门相比较，自倾门系统是一种非机械的溢洪道控制装置，用以增加溢洪道泄流能力及水库库容。具有可靠性高、操作和维护费用低等特点。此类设计在欧美、非洲、东南亚等地区的数十例水利工程中得到实践应用，但在国内尚无此类工程实践与应用。为此通过本工程对自倾门施工技术研究，在遵从设计原理的情况下，对施工过程中相关问题进行探讨，为水电行业后续类似工程提供借鉴。
关键词：莫桑比克 自倾门 施工 技术
1 工程概况
马辛吉尔大坝位于莫桑比克共和国加扎省绍奎市马辛吉尔村的象群河上，大坝建成于1970年，为土石坝结构，主要用于防洪及灌溉。但大坝在建成时就出现缺陷，其结果是库容仅为设计储水能力的一半。虽然大坝曾在2004年到2006年期间进行修复过，主要目的仅为减小对大坝下游堤趾浮力，并增设主溢洪道弧形闸门，经调查主溢洪道泄洪能力仍未达到设计要求。为使大坝达到预期库容，提高大坝安全性，需增设辅助溢洪道，以提高库区泄洪能力。此文重点介绍辅助溢洪道自倾门施工技术。
2自倾门倾翻结构组成及原理
2.1自倾门结构组成
组成自倾门系统的结构主要包括：自倾门砼、进水井、进水管、基础腔室、趾座等。各部位有其特定的功能及作用。详见下图：
图1 自倾门侧视图
2.2自倾门倾翻原理
自倾门之所以能自动倾翻，是由于水库蓄水位达到一定高层，水流通过预埋在闸墩处的进水井、进水管到达基础腔室，在基础腔室内产生扬压力，促使自倾门失稳，最终在洪水作用下倾翻泄洪。
自倾门受力情况如下图所示：
图2.自倾门受力简图
其中：
FUS为库水位对闸门形成的侧水压力；
FUP为通过进水管口已进入闸门腔室水位的浮力；
Wfg为自倾门自重；
Wba 配重块重量；
Wbu为竖直向下的水压力；
Fds为趾座所形成的以抗水平滑动的作用力。
根据上图，在自倾门达到自行倾翻临界点时，其受力情况必然满足以下条件：
FUS、FUP所形成的合力能够与Wfg 、Wba、Wbu的合力达到平衡，而趾座的设计意图，就是在这种临界状态下确保Fds能够抵消自倾门在上述受力情况下所产生的平行滑动。
3 自倾门砼施工流程
3.1自倾门砼分层
本工程自倾门高度均为5.8m，浇筑时共划分为4层：
第一层：EL120m~EL120.25m（自倾门砼梁）；
第二层：EL120.25m~120.95m（自倾门基础室顶板）；
第三层：EL120.95m~EL123.80m（自倾门侧墙及溢流墙）；
第四层：EL123.8m~EL125.8m（自倾门砼溢流墙）。
下图为自倾门砼侧视剖面图（备注：底部高程为EL.120.0m）
第一层为自倾门砼梁浇筑，浇筑前在接触部位均匀涂抹一层油脂，利于自倾门提升试验时，自倾门轻松与堰体脱离，将预制板吊装在自倾门砼梁上。为避免浇筑时砼渗入基础腔室内，在第二层浇筑前可在预制板与自倾门梁接触缝隙处用砂浆进行封堵，待凝固后进行第二层浇筑。
3.2施工程序
堰体及桥墩砼浇筑完成后，即具备自倾门施工条件，主要流程为：趾座砼浇筑→自倾门EL120.0m~EL120.25m砼浇筑→自倾门预制盖板安装→自倾门EL120.25m~EL125.8m砼浇筑→自倾门提升试验。
4 自倾门砼施工控制措施及方法
自倾门属薄壁挡水结构，对结构尺寸和砼质量控制严格。
4.1自倾门结构尺寸控制方法
4.1.1 结构尺寸技术要求
自倾门作为一种高精度结构，对几何尺寸要求较高。合同规定了误差范围为：
-自倾门闸门顶部高程所允许最大公差：±5mm；
-其他结构尺寸所允许最大公差：±10mm。
4.1.2 模板选型
综合考虑，采用2440×1440×20mm规格的胶合板。鉴于胶合板幅面大，接缝小，可降低现场立模、拆模用工，且胶合板板面平整光滑，可提高砼外观质量、减小缺陷修补工作量。
4.1.3 木模加工
自倾门分四层浇筑，最大层高2m，最大仓面宽度10.75m，整块胶合板尺寸为2440×1440×20mm。加固模板所用的方木截面尺寸为50×100mm，整块方木长度L=5.0m。根据图纸下料，为了确保完成立模后拉筋对拉加固时，两侧开孔位置平直，每套模板所需的方木下料过程中即完成预留孔钻孔，并进行编号标记，便于后期使用。
4.1.4 模板检查
自倾门结构无圆角，主要以规则四边形为主，为确保模板拼接平顺、提高砼外观质量，主要对以下几方面进行检查：
4.1.5 模板加固
竹胶板加固主要依靠竖向方木和横向φ50mm钢管，方木和钢管节点处有预留孔洞，采用φ12mm圆钢作为拉筋，拉筋两端加工螺纹，安装卡扣拧紧。转角水平钢管接头处，用十字扣加固。根据现场试验得出竖向方木间距控制在0.3m，横向钢管控制在0.4m。
4.3.2提升实施情况
自倾门提升试验的要求千斤顶操作要同时进行、步调一致。提升高度满足自倾门砼能够与堰体砼分离即可，本工程自倾门提升高度控制为10mm，该距离可用肉眼直接观察结合面分离情况。通过对自倾门提升试验，验证了采用在堰体与自倾门接触部位涂刷油脂，能够满足要求。
4.3.3数据分析
自倾门倾翻研究中表露了自倾门系统之所以能够翻转泄洪，牵涉到的是力矩之间存在了不平衡状态。因此，自倾门提升数据分析，需要引入力矩的概念，根据自倾门实际提升试验反映出的力矩与设计值对比，误差值基本能控制在5%允许范围内。
5 自倾门砼难点总结
自倾门砼作为薄壁挡水构筑物，不单对结构尺寸要求高，而且对砼浇筑质量要求特别严格。若结构尺寸偏差过大，直接将影响自倾门砼重心，对后续自倾门倾翻造成影响。另外自倾门挡水墙厚度仅为50cm，需长期承担上游库区水的侧向压力，在施工过程中砼浇筑质量控制，不仅对砼温控要求高，而且对施工缝渗水问题也要求高。为此我方也引进了膨胀止水条来解决施工缝可能存在的渗水问题。
传统自倾门基础腔室内部模板拆模，是在提升试验时采用千斤顶提升基础室，人工在内部实施模板拆除。这对千斤顶提升高度有严格要求，且拆模时存有安全隐患。为此，在设计初期，我方就与设计方沟通，最终确定采用预制砼板作为基础腔室顶板，以避免基础腔室模板拆除这一复杂施工程序。有利于加快施工进度。
作者简介
李正余（1982.02~），男，贵州省贵阳市人，工程师，从事水利水电工程项目施工管理工作。
论文作者:李正余
论文发表刊物:《基层建设》2017年第32期
论文发表时间:2018/1/20
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