枕頭壩一級水電站魚道設計及施工關鍵技術

侯　璐，　王 海 勝，　王　棋

(國電大渡河枕頭壩水電建設有限公司，四川 樂山　614700)

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枕頭壩一級水電站魚道設計及施工關鍵技術

侯璐，王 海 勝，王棋

(國電大渡河枕頭壩水電建設有限公司，四川 樂山614700)

摘要：隨著水電開發對保護生態的日益重視，參考國外大壩修筑過魚設施方面的發展進程，在魚類洄游通道修建過魚設施或成為未來環評批復的普遍要求。介紹了枕頭壩一級水電站魚道工程的設計及施工關鍵技術，展望了魚道誘魚設施及過魚監測設施這兩個關乎過魚目的的關鍵設計元素的發展方向，可為同類工程提供借鑒和參考。

關鍵詞：魚道；設計；槽身混凝土；枕頭壩一級水電站

1工程概述

枕頭壩一級水電站為大渡河干流水電開發的第19個梯級，位于四川省樂山市。壩址處控制流域面積73 057km2，多年平均流量 1 360m3/s。正常蓄水位高程624m，最大壩高86.5m，電站廠房為河床式，裝機容量720MW，多年平均發電量為32.9億kW·h，正常蓄水位以下庫容0.435億m3，水庫總庫容0.469億m3。樞紐布置為“左岸河床式廠房+右岸泄洪閘”方案，兩岸為混凝土非溢流壩。電站的開發任務為發電，兼顧下游用水。

根據國家的相關法律法規，在水利工程建設和運行過程中應當實施環境和生態保護措施；在有珍稀、特有和重要經濟價值的魚類洄游通道建閘、筑壩，需修建過魚措施[1]。

枕頭壩一級水電站魚道穿越大壩左岸非溢流壩段，魚道進口布置在廠房尾水渠左側，主進口布置于壩軸線下游260m處，主出口設置在壩軸線上游約240m處。魚道建筑物主要由魚道進口、梯身、魚道出口等組成。魚道總長1 228.25m，采用豎縫式橫隔板魚道槽身。

魚道池室坡度i=0.033，魚道凈寬2m，池室長度為2.5m，每隔24個水池設立一個長5m的標準休息池。池室隔板厚度為0.2m，高2.7m；豎縫寬度為0.3m，高2.7m。設置了3個進口，3個出口，2個觀察室，13個標準休息池和5個大容量休息池。在各進口處設置有噴水誘魚系統以及過魚監測系統。

2國內外魚道建設情況

2.1國外魚道

魚道在西歐已有幾百年歷史。1662年法國西南部的貝阿爾恩省頒布了規定，要求在堰頂上建造魚上、下通行的通道。1883年在蘇格爾柏斯謝爾地區泰斯河上的胡里壩建成了世界上第一座魚道，該魚道設有80余個水池，只能在最高水庫水位和低于最高水庫水位1.52m的范圍內運行。由于魚不習慣通過該魚道，因此而成為一次不成功的嘗試。

1909年，比利時工程師丹尼爾創造了在魚道內部設置減小流速的、獨具形式的魚道，稱之為“丹尼爾型魚道”。在西歐、北美等國都建有不少丹尼爾型魚道。

據不完全統計，至20世紀60年代初期為止，美國、加拿大兩國建有過魚建筑物200座以上，主要采用魚道，還有少量的機械提升設備；西歐各國建有各種過魚建筑物100座以上；日本約有35座，主要采用魚道；蘇聯有15座以上。

1990年10月在日本的岐阜市召開了第一屆國際魚道研討會。

1970年，在澳大利亞的菲茨羅伊河(FitzroyRiver)攔河壩建起了池堰式魚道，由于其過魚效果較差，1987年對其進行了改造，但過魚效果仍不理想。1994年，該國將原來的池堰式魚道改造成垂直豎縫式魚道，其結果是過魚量和過魚種類都比以前有較大程度地提高。因此，澳大利亞有關政府部門決定，逐漸將更多的池堰式魚道改造成豎縫式魚道。

1999年，美國在弗吉尼亞州詹姆斯河(JamesRiver)Bosher大壩上建造了垂直豎縫式魚道，該魚道配置了電視攝像系統供游客參觀，并可通過網絡現場轉播過魚實況。1999年共過魚6萬余條，近20種魚類。2000年共過魚11萬余條，近20種魚類。

2.2國內魚道概況

1958年，我國在浙江富春江七里壟電站中首次設計了魚道，最大水頭約18m。

在20世紀80年代，我國在葛洲壩水利樞紐建設時針對中華鱘的保護方式進行了大量的研究，但最終采取了人工繁殖和放養的方法以解決中華鱘等珍稀魚類的過壩問題。在此之后，我國在大江大河上修建大壩時幾乎都不再考慮修建過魚設施，從而導致魚道研究工作在此后的20a里基本限于停滯狀態。有關資料表明：葛洲壩三個船閘的下游是魚類聚集最多的地方，說明過了這么多年，許多魚類依然要本能地過壩上溯。

據不完全統計，目前我國在各類水利工程中已建魚道40座以上。已建的魚道大多布置在沿海沿江平原地區的低水頭閘壩上，故其底坡較緩，提升高度也不大，一般在10m左右。對已建魚道資料進行分析得知，國內修建的魚道大部分運行不理想。

枕頭壩一級水電站于2011年取得環評批復。在此后進行環評的電站大多根據需求規劃了過魚設施，過魚設施建設或將成為今后水電開發的強制性要求。

3魚道的設計及施工采取的關鍵技術

(1)魚道設計的第一步是根據筑壩河段的水生生態調查明確洄游魚類的種類、大小，根據其洄游習性確定魚道或過魚設施的種類及水流流速。

(2)為了優化設計，魚道的布置應盡量考慮與電站樞紐建筑物相結合，簡化施工，從而有利于節省投資。根據國外魚道建設歷程，采用垂直豎縫式魚道過魚效果較好。

(3)當魚道工程布置與樞紐建筑物相結合，魚道施工一般不涉及復雜的地質條件，也不存在大體積混凝土，其施工技術的關鍵是止水、縫間處理及外觀體型控制。

(4)建筑魚道的最終目的是在大壩攔截河段為魚類提供洄游通道，因此，魚道設計的關鍵是誘魚和過魚監測設施設計有效，其中過魚監測設施將作為魚道運行效果反饋分析的基礎，需在過魚的大小、數量及成活率等方面有基礎數據。

4魚道設計的關鍵技術

4.1水生生態調查

水生生態調查的目的是明確區間河段環境保護對象，以進一步根據保護對象的生理學、生態學特點進行過魚設施設計。

該工程通過調查得知，其過魚對象為裸體鰍鮀、重口裂腹魚、青石爬鮡、大渡白甲魚、側溝爬巖鰍等5種省級保護魚類，兼顧區域河段分布的其他魚類。根據過魚對象特點，最終確定過魚設施為魚道。

4.2魚類游泳能力測試

魚類進入魚道入口、能否順利通過魚道，主要與過魚對象的游泳行為密切相關。其中魚類的趨流特性主要用于魚道進口流場設計；魚類的克流速度和疲勞時間等游泳指標主要用于魚道流速設計。

為了解區域河段目標魚類的游泳能力，該工程開展了魚類游泳能力測試。魚類游泳能力的主要指標有兩類：一是趨流特性，二是克流能力。趨流特性一般以感性流速為指標，它反映魚道以及魚類洄游路線中出現的最小流速，在這個流速上，魚類會較易找到洄游方向；克流能力以速度表示，可以分為持續游泳速度、耐久游泳速度和突進速度。其中持續游泳速度為魚類在恒定流速下的游泳行為，在過魚設施內出現的幾率較小，故不作為測試指標；耐久游泳速度是魚道長度以及休息池設計的參考依據；突進游泳速度主要用于魚道的一些特殊結構及高流速區。

通過魚類游泳能力試驗，獲得了該工程魚道設計的主要參數建議值。其中過魚孔流速主要參考了魚類突進速度，建議過魚孔流速為1.1～1.25m/s；過魚孔尺寸主要參考了過魚對象的規格，根據通過魚類的最大體長，要求豎縫寬度和高度≥0.3m；休息池可為魚類經過突進游動后提供顯著的休息時段，該工程的主要過魚對象持續游泳能力存在差異，若要保證魚類順利通過魚道且不疲勞須設置休息池，休息處形成類似自然的小型池塘，內部流速為0.2～0.6m/s；對魚道底部進行加糙處理，以滿足齊口裂腹魚、白甲魚等底棲型魚類；進口流速范圍為0.7～1.1m/s。

4.3魚道布置

枕頭壩一級水電站壩址兩岸山體雄厚，地形陡峭，魚道不具備岸邊布置條件；同時，電站樞紐布置除左右岸布置有非溢流壩段和排污閘壩段外，其余河床壩段均布置有發電廠房和泄水建筑物。結合左右岸非溢流壩段和排污閘壩段均有布置魚道跨越壩體的條件。該工程擬定左岸、右岸、跨河3個方案從過魚效果、樞紐布置條件、施工條件及投資等方面進行綜合比選，最終選定了左岸方案。

左岸魚道方案盡可能地與電站樞紐工程相結合，與已設計的1號堆積體下擋墻、抗滑樁及進廠公路下擋墻等建筑物一起呈“之”字形布置。

4.4誘魚和過魚監測設施

該工程在魚道進口邊墻上埋設了φ50PVC誘魚噴水管，通過噴射水流誘使魚類進入魚道。

魚道監測系統主要是在進出口安裝攝像機、在魚道觀察室位置安裝水下攝像機及測流速儀器，形成魚道洄游監控系統，可實現魚道上下游紅外線掃描及計數功能。觀測系統結構框圖見圖1。

圖1　上游觀察室觀測系統結構框圖

5魚道施工采取的關鍵技術

該工程魚道施工內容主要包括土石方開挖，混凝土澆筑(灌注樁混凝土、水下混凝土、承臺及支撐墩混凝土、槽身混凝土)，閘門及啟閉機安裝，供電供水系統及建筑裝飾裝修等。為了減少施工干擾、減少合同邊界條件，利于施工管理，魚道工程施工單獨成標。

該工程魚道布置與電站主體工程基礎相結合，魚道施工不涉及復雜的地質條件；其結構尺寸較小，不涉及大體積混凝土澆筑；其單獨成標，除進出口施工與大壩二期圍堰在一個作業面外，其他部位基本上在上一個標段交面后才開始施工，干擾較小。因此，魚道施工的關鍵是止水、施工縫處理及外觀體型控制。

5.1止水施工

(1)止水制安。

銅片止水表面平整，其表面的浮皮、銹污、油漆、油漬等均需清除干凈。對砂眼、釘孔應予焊補。架立金屬止水銅片時，采用焊接鉛絲或布置止水夾等措施加以固定；在混凝土澆筑前，將止水片上的塵土及其他雜物清除干凈，以保證止水片與混凝土的緊密結合；對止水片周圍的混凝土采用軟軸振搗器振搗密實，同時，振搗器在振搗過程中不能與止水片接觸。

(2)止水片的連接。

銅止水片采用雙面氧氣銅焊焊接，搭接長度不得小于20mm，雙面焊。

5.2施工縫的處理

為預防施工縫處混凝土骨料集中、混凝土疏松、新舊混凝土接茬明顯、沿縫隙處滲漏水等問題，施工縫采用清除浮漿法進行處理，即采用鐵抹子將表面的浮漿刮去一層，深度<25mm并挖壓出條紋狀，以提高水平施工縫的粘結質量，從而對新舊混凝土的結合有利。

在施工縫處繼續澆筑混凝土時, 應符合下列規定:(1) 已澆筑的混凝土其抗壓強度不小于1.2MPa。(2) 在已硬化的混凝土表面上, 應清除水泥薄膜和松動石子以及軟弱混凝土層, 并對其加以充分濕潤和沖洗干凈、不積水，即做到: 去掉乳皮, 微露骨料, 表面粗糙。(3) 澆筑前, 水平施工縫先鋪上10～15mm厚的水泥砂漿一層, 其配合比與混凝土內的砂漿成分相同。(4) 防水混凝土連續澆筑, 少留置施工縫。當需留置施工縫時,嚴格遵守下列規定: 第一, 底板、頂板不留施工縫,底拱、頂拱不宜留縱向施工縫。第二, 墻體不留垂直施工縫。水平施工縫不留在剪力與彎矩最大處或底板與側墻交接處,而留在高出底板表面不小于300mm的墻體上。當墻體有孔洞時, 施工縫距孔洞邊緣不小于300mm。第三, 對于承受動力作用的設備基礎不留置施工縫。

5.3外觀體型控制

為保證混凝土外觀質量，實現外觀均勻、平整，無蜂窩麻面，主要從水泥選擇、配合比設計、模板選擇及振搗時間幾個方面進行控制。在水泥的選擇上，因水泥用量不大，應盡量采用同一廠家、同一品種的水泥；在混凝土配合比設計中，需考慮混凝土具有均勻一致的外觀質感并具有穩定的工作性能；在模板的選擇上，魚道外側墻體采用桁架式大面鋼模板和定型模板，并在鋼模板表面涂刷優質的油性脫模劑；在振搗工藝上，根據混凝土表面大氣泡排出與成型振動時間的關系，并考慮混凝土的性能及施工條件，找出最佳成型振動時間、振動點間距的控制，以減少混凝土表面的氣泡數量。筆者以魚道槽身為例，簡要介紹了魚道混凝土的施工。

(1)混凝土分塊。魚道槽身混凝土按照設計結構分縫分塊，一般為10m一段，局部分塊長度由于轉彎、魚道休息平臺及結構控制物及過壩段長度根據實際情況有所不同，混凝土澆筑采用跳倉法施工。

(2)混凝土分層。魚道槽身混凝土施工在下部基礎施工完成后分層澆筑，先進行底板混凝土和邊墻下部50cm混凝土澆筑；對于邊墻高度超過3m的槽身段，按照每層3m進行施工，隔板、聯系梁及人行道隨邊墻混凝土同時施工。

(3)模板施工。魚道槽身內側及隔板模板采用鋼框竹膠板、方木和鋼管加固，拐角部位采用定型鋼模板；外側墻體采用桁架式大面鋼模板和定型模板，并在鋼模板表面涂刷優質的油性脫模劑。部分魚道槽身為墩柱結構支撐，該部分槽身混凝土采用搭設滿堂腳手架支撐進行施工，腳手架下部基礎進行加固處理，清除表層的松軟及淤泥質，分層換填石灰土或級配碎石，采用重型碾壓機械壓實并澆筑混凝土墊層，以確保腳手架基礎滿足荷載要求。

(4)鋼筋制安。魚道使用的鋼筋為業主供材，從而保證了鋼筋質量。鋼筋在工廠經現場驗收合格后采用載重汽車運至現場，現場采用人工綁扎或焊接。

(5)混凝土運輸及入倉。混凝土水平運輸均采用6m3混凝土攪拌車由拌和系統運至施工現場。魚道槽身混凝土以履帶吊吊罐入倉為主，局部采用腳手架搭設溜槽直接入倉；對于不具備吊罐和溜槽的建筑結構采用泵送混凝土入倉。

(6)混凝土澆筑及振搗。混凝土分層澆筑、分層振搗。插入式振搗棒移動間距不大于振搗棒作用范圍的1.5倍。一般每點振搗30～35s。振搗時需注意對于鋼筋密集及不易插入振動棒的部位不得出現漏振、欠振或過振。每一振點的時間以表面出現浮漿和不再有顯著沉落，不再有大量氣泡上冒為止。為使上下層混凝土結合成整體，上層混凝土振搗要在下層混凝土初凝之前進行，并要求振搗棒插入下層混凝土10cm。

5.4混凝土施工質量

魚道工程混凝土共評定單元工程369個，合格369個，合格率為100%，優良338個，優良率為91.6%。施工單位對混凝土抗壓強度檢測取樣437組，檢測結果滿足設計要求，強度保證率達到97.7%。對混凝土全面性能檢測40組，檢測結果均滿足設計要求。對混凝土體型檢測381個點，371個點合格，合格率為97.4%。對過流面檢測284個點，275個點合格，合格率為96.8%。

2015年5月，枕頭壩一級水電站下閘蓄水，魚道進行了過水。魚道首次過水后現場巡視未發現滲水現象且運行至今未發現滲水現象。

5.5其他

魚道標施工內容除土建工程外，還有閘門、啟閉機安裝，電氣一次、二次設備安裝，因涉及專業較多，施工單位應該配備相關專業施工管理人員。由于魚道內有大量的水力機械輔助設備及監測設備的預埋管線，施工前，應針對專業間的交叉做好設計交底工作。

6結語

(1)枕頭壩一級水電站魚道工程的布置與電站樞紐工程相結合，簡化了施工，節省了工程投資，可為其他電站布置魚道時借鑒。

(2)該工程魚道長1 228.25m，水頭34m，是西南地區規模最大的魚道。目前，魚道設計還沒有成熟的設計規范，國內已建的魚道規模均較小，多為低水頭大壩上建設的魚道。該工程魚道的設計代表著國內魚道設計的先進水平，可供其他魚道設計時參考。

(3)魚道施工過程中以止水、施工縫處理、混凝土外觀體型控制為重點，魚道過水后未發現滲

水現象，施工質量良好。

(4)誘魚設施是魚道設計的關鍵，該工程僅在魚道進口設置了噴水誘魚系統，而該部位的河床寬約200m，在如此寬的水域此誘魚系統具有一定的局限性，誘魚效果尚待進一步觀察。參考國外工程，有覆蓋水面的誘魚系統以及通過燈光、聲音等方式誘魚，其他電站在選擇誘魚設施時可考慮采用。

參考文獻：

[1]王琲，楊文俊，陳輝.生態水工建筑物——魚道的建設及研究進展[J].人民長江，2013， 44(9)：88-92.

[2]宋德敬，姜輝，等.老龍口水利樞紐工程中魚道的設計研究[J].海洋水產研究，2008,29(1)：92-97.

侯璐(1987-)，女，四川仁壽人，副處長，工程師，學士，從事水電工程建設管理工作；

王海勝(1978-)，男，河南新鄉人，工程師，碩士，從事水電工程建設技術與管理工作；

王棋(1990-)，男，湖北黃岡人，技術員，從事水電工程建設技術與管理工作.

(責任編輯：李燕輝)

收稿日期:2015-10-15

文章編號:1001-2184(2015)06-0107-04

文獻標識碼:B

中圖分類號:TV52;TV222;TV7

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