峭壁魚(yú)道設(shè)計(jì)

曾海釗，茍芳蓉，劉 躍，張清瓊

(中國(guó)電建集團(tuán)成都勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，四川 成都 610072)

峭壁魚(yú)道設(shè)計(jì)

曾海釗，茍芳蓉，劉 躍，張清瓊

(中國(guó)電建集團(tuán)成都勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，四川 成都 610072)

為了滿足興建藏木水電站后洄游魚(yú)類上溯的要求，保護(hù)雅魯藏布江水生生態(tài)環(huán)境的完整性，減緩工程對(duì)魚(yú)類種群遺傳交流的影響，針對(duì)藏木水電站實(shí)際情況確定了魚(yú)道過(guò)魚(yú)方式。本文主要針對(duì)靠近大壩的峭壁魚(yú)道設(shè)計(jì)進(jìn)行論述，對(duì)藏木電站魚(yú)道懸臂梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行了較為詳細(xì)的介紹。

魚(yú)道；布置；結(jié)構(gòu)形式

0 前 言

水電站的建設(shè)通常會(huì)阻隔魚(yú)類種群遺傳交流，根據(jù)國(guó)家有關(guān)法律法規(guī)的規(guī)定，水電站通常會(huì)采取如：魚(yú)道、仿自然通道、魚(yú)閘、升魚(yú)機(jī)和集運(yùn)漁船等[1]措施保護(hù)所在河流水生生態(tài)環(huán)境的完整性及減緩大壩阻隔對(duì)魚(yú)類種群遺傳交流的影響。

藏木水電站作為雅魯藏布江干流開(kāi)發(fā)的第一座電站，采用壩式開(kāi)發(fā)，會(huì)影響包括異齒裂腹魚(yú)、巨須裂腹魚(yú)、拉薩裂腹魚(yú)、尖裸鯉、雙須葉須魚(yú)、拉薩裸裂尻魚(yú)、黑斑原鮡、黃斑褶鮡等多種魚(yú)類的繁衍生息。

由于藏木水電站工程運(yùn)行水頭較低，魚(yú)道具有不需要人工操作、可持續(xù)過(guò)魚(yú)、運(yùn)行費(fèi)用低、過(guò)魚(yú)效果好等因素，魚(yú)道相對(duì)更適用于本工程。因此，本工程過(guò)魚(yú)設(shè)施選擇魚(yú)道過(guò)魚(yú)方式。

1 魚(yú)道總體布置特點(diǎn)

藏木水電站壩高116 m，最大水頭67.0 m，額定水頭53.5 m，而國(guó)內(nèi)外成功運(yùn)行魚(yú)道的水頭一般在30 m以下。通過(guò)魚(yú)道水工模型試驗(yàn)，當(dāng)魚(yú)道縱坡i取0.02、L取3.0 m時(shí)，過(guò)魚(yú)豎縫處的流速U0為1.058 m/s，滿足魚(yú)道的設(shè)計(jì)流速要求。為滿足魚(yú)道縱坡i=0.02的要求，藏木水電站魚(yú)道總長(zhǎng)達(dá)3 566 m。

在壩下游的布置過(guò)程中面臨地質(zhì)條件較差、布置空間狹窄等不利因素，使得魚(yú)道在壩下游多次轉(zhuǎn)折180°的彎道，當(dāng)魚(yú)道靠近過(guò)壩段時(shí)，需經(jīng)過(guò)約400 m長(zhǎng)的陡峭巖壁，魚(yú)道在該范圍的布置極具考究。而國(guó)內(nèi)外幾乎無(wú)類似條件的魚(yú)道布置可供參考。

按照常規(guī)設(shè)計(jì)，只需以峭壁底部為基礎(chǔ)建造多個(gè)橋墩，而后以橋梁的形式布置魚(yú)道即可。峭壁范圍內(nèi)魚(yú)道底板高程與地基之間的高差近百米，若采用橋墩式的常規(guī)設(shè)計(jì)方案，存在兩個(gè)不利因素：一是工程量極大；二是壩后式廠房的設(shè)計(jì)使得峭壁底部沒(méi)有足夠的空間布置橋墩基礎(chǔ)。

藏木水電站峭壁段魚(yú)道采用魚(yú)道懸臂梁結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)類似于廠區(qū)吊車梁，既可以減少工程量，又能保證峭壁魚(yú)道的安全穩(wěn)定性。

2 峭壁魚(yú)道布置

藏木水電站峭壁魚(yú)道布置范圍約400 m，峭壁坡度約1∶0.3，圍巖以Ⅲ類為主。魚(yú)道經(jīng)過(guò)的峭壁范圍皆設(shè)置懸臂梁，魚(yú)道與梁底板結(jié)合布置。設(shè)計(jì)原則是按巖面上的鋼筋混凝土牛腿進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析，混凝土與巖面間不計(jì)粘結(jié)力，只考慮由正壓力引起的摩擦力；上部錨桿按軸心受拉構(gòu)件考慮，只承受軸向拉力，不承受剪切力；下部錨桿不考慮承受外荷，只作附加固定用。圍巖穩(wěn)定所需的支護(hù)另由系統(tǒng)噴錨支護(hù)考慮承擔(dān)。

峭壁魚(yú)道典型剖面見(jiàn)圖1。

3 峭壁魚(yú)道設(shè)計(jì)

魚(yú)道懸臂梁結(jié)構(gòu)由于沒(méi)有可參考的已建工程，因此主要借鑒巖壁吊車梁的工程實(shí)例來(lái)擬定斷面尺寸并按牛腿理論試驗(yàn)式核算，然后進(jìn)行受力鋼筋、固定錨桿、抗剪滑穩(wěn)定計(jì)算。

3.1 魚(yú)道懸臂梁斷面擬定

魚(yú)道懸臂梁結(jié)構(gòu)類似巖壁吊車梁，其斷面尺寸可根據(jù)公式(1)進(jìn)行初擬。

圖1 峭壁魚(yú)道典型剖面示意

(1)

式中Q——豎向荷載(包括魚(yú)道結(jié)構(gòu)自重、魚(yú)道內(nèi)水荷載、魚(yú)道內(nèi)插板自重、巖壁梁自重)；

T——按荷載標(biāo)準(zhǔn)值計(jì)算得出的作用于懸臂梁的水平拉力值；

ftk——混凝土標(biāo)準(zhǔn)抗拉強(qiáng)度；

β——裂縫控制系數(shù)；

b——巖壁吊車梁?jiǎn)挝婚L(zhǎng)度，取1 m；

h0——巖壁梁外邊緣高度；

a——豎向力作用點(diǎn)至下柱邊緣的水平距離。

經(jīng)計(jì)算分析，藏木水電站魚(yú)道懸臂梁斷面采用如圖1所示的截面尺寸,滿足公式(1)的要求。

3.2 魚(yú)道懸臂梁結(jié)構(gòu)配筋

魚(yú)道懸臂梁結(jié)構(gòu)配筋主要參考《水工混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》[2]相關(guān)公式，具體見(jiàn)公式(2)。

(2)

式中AS——受力鋼筋總截面面積；

γd——結(jié)構(gòu)系數(shù)，取1.2；

Fv——豎向力設(shè)計(jì)值；

Fh——水平拉力設(shè)計(jì)值；

fy——鋼筋抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值。

計(jì)算過(guò)程中，水平拉力主要為水平地震慣性力，因此Fh按照公式(3)進(jìn)行計(jì)算。

Fh=ahξGEhαi/g

(3)

式中ah——水平向設(shè)計(jì)地震加速度代表值，m/s2；

ξ——地震作用的效應(yīng)折減系數(shù)；

GEh——集中在質(zhì)點(diǎn)i的重力作用標(biāo)準(zhǔn)值，kN；

ai——質(zhì)點(diǎn)i的動(dòng)態(tài)分布系數(shù)。

藏木魚(yú)道懸臂梁結(jié)構(gòu)配筋按照公式(2)及公式(3)進(jìn)行計(jì)算，得出相應(yīng)的受力筋配置最低要求。

3.3 魚(yú)道懸臂梁固定錨桿計(jì)算

單位魚(yú)道懸臂梁結(jié)構(gòu)受拉錨桿截面面積應(yīng)符合《地下廠房巖壁吊車梁設(shè)計(jì)規(guī)范》[3]中的相關(guān)規(guī)定，具體見(jiàn)公式(4)。

(4)

式中 γ0——結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)，取1.1；

ψ ——設(shè)計(jì)狀況系數(shù)，取1.0；

γd——結(jié)構(gòu)系數(shù)，取1.65；

fy——受拉錨桿抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值，MPa；

M ——力矩和；

As1、As2——第一、第二排受拉錨桿單位梁長(zhǎng)的計(jì)算截面面積；

Ls1、Ls2——第一、第二排受拉錨桿到受壓錨桿與巖壁斜面交點(diǎn)的力臂。

通過(guò)公式(4)擬定出藏木水電站魚(yú)道懸臂梁固定錨桿直徑為32 mm，錨桿間距0.75 m。

3.4 魚(yú)道懸臂梁抗剪滑穩(wěn)定分析

魚(yú)道懸臂梁抗剪滑穩(wěn)定分析按照公式(5～7)進(jìn)行計(jì)算。

K=F/F’

(5)

F=(Qsinβ-Tcosβ+Scosαcosβ)

(6)

F’=Qcosβ+Tsinβ

(7)

式中K——抗剪滑安全系數(shù)；

F——抗剪滑力；

F’ ——滑移力；

α——受拉錨桿與水平方向的夾角，取15°；

β——巖層走向與垂直方向的夾角，取0°；

經(jīng)計(jì)算，魚(yú)道懸臂梁抗剪滑安全系數(shù)達(dá)到2.08，滿足設(shè)計(jì)要求。

4 結(jié) 語(yǔ)

藏木水電站于2015年6 月底進(jìn)行魚(yú)道通水試驗(yàn)，試驗(yàn)過(guò)程中觀測(cè)到魚(yú)類上溯行為，證明魚(yú)道能夠滿足魚(yú)類通行要求。藏木水電站發(fā)電至今，峭壁魚(yú)道運(yùn)行正常，魚(yú)道懸臂梁結(jié)構(gòu)未出現(xiàn)安全穩(wěn)定問(wèn)題。

[1] 曹慶磊,楊文俊, 周良景. 國(guó)內(nèi)外過(guò)魚(yú)設(shè)施研究綜述[J].長(zhǎng)江科學(xué)院院報(bào), 2010(05).

[2] 魏堅(jiān)政,石廣斌,候建國(guó),等.DL/T 5057-2009,水工混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范[S]. 北京:中國(guó)電力出版社, 2009.

[3] 張孝松,馮樹(shù)榮,關(guān)沛文,等.Q/CHECC 003-2008, 地下廠房巖壁吊車梁設(shè)計(jì)規(guī)范[S].2008.

2016-08-23

曾海釗(1986-)，男，四川蓬溪人，碩士，工程師，從事水工設(shè)計(jì)工作。

S956.3

B

1003-9805(2017)01-0072-02