預制混凝土樓梯在拱壩設計中的應用

劉其文，代富紅

（1.貴州省水利水電勘測設計研究院，貴州 貴陽 550002；2.貴州大學，貴州 貴陽 550003）

預制混凝土樓梯在拱壩設計中的應用

劉其文1，代富紅2

（1.貴州省水利水電勘測設計研究院，貴州 貴陽 550002；2.貴州大學，貴州 貴陽 550003）

拱壩設計常用的現澆混凝土樓梯施工速度慢、造價高，鋼結構樓梯耐久性差，維護費用高。在建筑行業已廣泛使用的預制混凝土樓梯的基礎上，提出了一種實用于拱壩的預制混凝土樓梯，并以魚簡河和沙壩拱壩為例對樓梯設計作簡要介紹。

樓梯設計；預制混凝土；魚簡河拱壩；沙壩拱壩

0 前 言

為了滿足巡視檢查和運行管理的需要，拱壩通常需要在下游壩面設置交通橋，特別是對于壩體厚度較小不宜設置檢查廊道的中低薄拱壩更是如此。對于兩壩肩地形陡，沒有條件修建梯步的工程，還需要設置樓梯將各層交通橋、取放水設施控制閘室以及基礎灌漿廊道出口等連接在一起，以形成完整有效的交通系統。

拱壩通常采用的樓梯有現澆混凝土樓梯和鋼結構樓梯兩種型式。現澆混凝土樓梯是在施工現場架設模板、綁扎鋼筋并澆筑混凝土而形成的整體式樓梯。現澆混凝土樓梯整體性好，剛度大，對抗震較有利，但由于拱壩體型復雜，施工時須搭設大量的腳手架和模板，施工臨時工程量大、施工速度慢、造價高，當壩較高時其缺點更加突出。鋼結構樓梯是在加工場制作構件，并在現場錨固于壩體的一種鋼結構。鋼結構樓梯制作和安裝施工方便，但由于長期在露天、潮濕環境下工作，極其容易銹蝕，耐久性差，須定期進行保養和維護，運行維護費用高。

為了克服上述兩種樓梯的不足，參照建筑行業［1］已廣泛使用的預制混凝土樓梯，經過研究和改進，提出了一種實用于拱壩的預制混凝土樓梯，并已在多座混凝土拱壩設計中成功應用，本文以魚簡河和沙壩拱壩為例對預制混凝土樓梯設計作簡要介紹，以供參考。

1 預制混凝土樓梯設計

預制混凝土樓梯是將樓梯分成挑梁、樓梯段和平臺板三個部分，在加工廠進行制作，施工時將各構件進行裝配和固定的一種樓梯結構，如圖1所示。因各種形式樓梯的欄桿設計差異不大，本文不對欄桿設計作討論。

圖1 預制混凝土樓梯結構示意

挑梁由懸挑段和錨固段組成，懸挑段橫截面為“L”形，錨固段橫截面可做成矩形，為方便構件制作常與懸挑段一起做成“L”形。懸挑段長度為樓梯設計寬度B或2B（樓梯回頭處），錨固段長度需結合安裝時采用的穩定措施確定，若靠自身重量維持穩定，其長度應不小于懸挑段長度的1.3倍，若在末端采用可靠的錨固措施，可以做得更短。

樓梯段可做成板式和梁板式兩種。板式梯段為一塊帶臺階（踏步）的預制混凝土板，如圖1所示。梯段寬度通常為樓梯設計寬度，若樓梯寬度較大或現場吊裝能力有限時，也可以將其分成2塊。梯段板厚度需根據跨度和設計荷載計算確定，通常為10～20 cm。踏步尺寸需根據實際情況確定，為行走方便舒適，踏面寬度可取25～30 cm，踢面高度可取15～20 cm。板式梯段優點是底面平整，便于制作和安裝，組成構件少，整體性好，但其單件重量大，對起吊設備要求高，當跨度較大時更是如此，通常適用于跨度不大于4 m情況。梁板式梯段由2根鋸齒形斜梁和數塊“L”形踏步板組成，如圖2所示。踏步板長度為樓梯設計寬度B，厚度5～6 cm，踏步尺寸確定原則同板式梯段。斜梁寬度15～20 cm，高度20～30 cm，鋸齒尺寸需與踏步尺寸相協調。梁板式梯段主要特點是構件小而輕，易制作和安裝，但構件多，整體性較差。適用于跨度較大，采用板式梯段變形難于滿足要求、現場吊裝能力有限的情況。

圖2 梁板式梯段結構示意

平臺板通常做成矩形，若壩體曲率半徑過小，為減小填縫工程量也可做成梯形。平臺板寬度通常為B，樓梯回頭處放置2塊即可。平臺板長度需根據梯段布置需要確定，以通過調整平臺板長度使樓梯段之間、樓梯與其它設施順利連接。平臺板厚度需根據跨度和設計荷載計算確定，并需保證安裝后頂面與梯段頂面高程一致，通常取10～15 cm。

預制混凝土樓梯實施過程為，先在加工廠制作構件，在進行壩體混凝土施工時，將挑梁錨固端按預定位置埋入壩體，待壩體施工完畢后，再將樓梯段放置到挑梁上，最后將平臺板放置在兩樓梯段之間的挑梁上，所有接縫用水泥砂漿填充抹平。

相對于現澆混凝土樓梯和鋼結構樓梯，預制混凝土樓梯有如下優點：

（1）構件均為鋼筋混凝土制作，造價比鋼結構樓梯省；

（2）構件可在預制廠批量生產，施工過程中臨時工程量小，施工速度快，便于質量控制；

（3）除挑梁須在大壩施工時埋入壩體外，其余構件均可在壩體施工結束后再進行安裝，可最大限度地減少樓梯施工對壩體施工的干擾，特別是對于機械化施工程度較高的碾壓混凝土拱壩效果更加顯著；

（4）可根據壩體施工分層高度調整樓梯段高度，以便于挑梁的安裝；

（5）可根據施工現場的吊裝能力調整構件尺寸，以方便施工；

（6）可通過調整挑梁長度，以滿足樓梯回頭的布置需要；

（7）全部采用鋼筋混凝土構件，耐久性好；

（8）可通過調整平臺板的平面尺寸，以適應拱壩不同位置曲率半徑的變化；

（9）可根據欄桿布置需要，在任意位置埋設預埋件，用于欄桿的安裝；

（10）構件數量少，整體性好，安全性高。

2 工程實例

2.1 魚簡河碾壓混凝土拱壩

魚簡河碾壓混凝土拋物線雙曲拱壩，最大壩高81.0 m，壩頂高程1 062.0 m，拱冠梁底厚16.5 m，壩頂中心角為89.143°，壩頂弧長179.733 m，壩內995.3 m高程設灌漿廊道，壩后1 011.92 m及1 036.82 m高程設有交通橋。

根據交通橋布置，梯段高度從下往上分別設計為4×3.3 m、4×2.925 m、8×3.128 m共3類16段。樓梯設計寬度1.2 m。樓梯段為梁板式，各梯段均由2根斜梁和數塊“L”形踏步板組成。斜梁截面尺寸200 mm×300 mm，臺階尺寸分別為280 mm ×183 mm和280 mm×195 mm。踏步板寬度340 mm，高度183 mm，長度1 200 mm，厚度60 mm。挑梁橫截面形狀為“L”形，寬度600 mm，高度600 mm，缺口寬度300 mm，高度300 mm。錨固段長度1.8 m，懸挑段長度為1.2 m或2.4 m（樓梯回頭處）。各高程布置平臺板2塊，平面尺寸1 100 mm ×600 mm，厚度120 mm，共計38塊。

本工程已于2005年建成并投入使用。

2.2 沙壩碾壓混凝土拱壩

沙壩單心圓碾壓混凝土雙曲拱壩，壩頂高程620.0 m，壩頂寬度6.0 m，壩底厚度19.715 m，最大壩高84.5 m，壩軸線長度148.55 m。壩體561.5 m高程設置有灌漿廊道。右壩段591.7 m、大壩中部573.5 m和左壩段585.7 m等高程分別設置有觀測室。為便于大壩日常觀測和維護檢查，連接廊道和底孔出口啟閉機室，在壩后573.45 m高程設置一層交通橋，兩岸均設置樓梯連接壩頂，其中左岸樓梯往下延伸連接561.5 m高程交通廊道出口，兩岸樓梯均與觀測室相連。

為方便挑梁安裝，樓梯段標準高度設計為3 m，與壩體碾壓混凝土施工升層高度一致，局部采用非標準高度。實際共采用標準梯段31段，非標準梯段5段。樓梯段為板式，寬度1.2 m，厚度200 mm，踏步尺寸250 mm×200 mm。挑梁橫截面形狀為“L”形，寬度600 mm，高度500 mm，缺口寬度300 mm，高度200 mm。錨固段長度1.8 m，懸挑段長度為1.2 m或2.4 m（樓梯回頭處）；為方便安裝，挑梁均布置在碾壓混凝土升層倉面上，與模板安裝同步進行。為防止施工過程中挑梁傾覆，在梁端均設置Φ20錨筋1根。平臺板厚度150 mm，標準件平面尺寸1 200 mm×1 200 mm，共計41塊，非標準件寬度1 200 mm，長度1 500～3 000 mm，共計21塊。

本工程已于2006年建成并投入使用。

3 結 論

（1）預制混凝土樓梯可規模化生產，施工臨時工程量小，造價低，耐久性好，運行維護費用低。

（2）預制混凝土樓梯可減少對壩體施工的干擾，特別是對于機械化施工程度較高的碾壓混凝土拱壩效果更加顯著。

（3）預制混凝土樓梯可根據布置需要任意調整構件尺寸，適應性強、安裝靈活方便。

（4）預制混凝土樓梯除可用于混凝土拱壩外，在漿砌石拱壩同樣可以采用，通過適當的改進后還可以用于重力壩。

［1］同濟大學，西安建筑科技大學，東南大學，重慶建筑大學.房屋建筑學（第三版）［M］.北京：中國建筑工業出版社，1997.

TV642.4，TV544

B

1003－9805（2015）01－0010－02

2014－06－30

劉其文（1976－），男，貴州金沙人，高級工程師，從事水工結構設計工作。