峭壁魚道設計

曾海釗，茍芳蓉，劉 躍，張清瓊

(中國電建集團成都勘測設計研究院有限公司，四川 成都 610072)

峭壁魚道設計

曾海釗，茍芳蓉，劉 躍，張清瓊

(中國電建集團成都勘測設計研究院有限公司，四川 成都 610072)

為了滿足興建藏木水電站后洄游魚類上溯的要求，保護雅魯藏布江水生生態環境的完整性，減緩工程對魚類種群遺傳交流的影響，針對藏木水電站實際情況確定了魚道過魚方式。本文主要針對靠近大壩的峭壁魚道設計進行論述，對藏木電站魚道懸臂梁結構設計進行了較為詳細的介紹。

魚道；布置；結構形式

0 前 言

水電站的建設通常會阻隔魚類種群遺傳交流，根據國家有關法律法規的規定，水電站通常會采取如：魚道、仿自然通道、魚閘、升魚機和集運漁船等[1]措施保護所在河流水生生態環境的完整性及減緩大壩阻隔對魚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發的第一座電站，采用壩式開發，會影響包括異齒裂腹魚、巨須裂腹魚、拉薩裂腹魚、尖裸鯉、雙須葉須魚、拉薩裸裂尻魚、黑斑原鮡、黃斑褶鮡等多種魚類的繁衍生息。

由于藏木水電站工程運行水頭較低，魚道具有不需要人工操作、可持續過魚、運行費用低、過魚效果好等因素，魚道相對更適用于本工程。因此，本工程過魚設施選擇魚道過魚方式。

1 魚道總體布置特點

藏木水電站壩高116 m，最大水頭67.0 m，額定水頭53.5 m，而國內外成功運行魚道的水頭一般在30 m以下。通過魚道水工模型試驗，當魚道縱坡i取0.02、L取3.0 m時，過魚豎縫處的流速U0為1.058 m/s，滿足魚道的設計流速要求。為滿足魚道縱坡i=0.02的要求，藏木水電站魚道總長達3 566 m。

在壩下游的布置過程中面臨地質條件較差、布置空間狹窄等不利因素，使得魚道在壩下游多次轉折180°的彎道，當魚道靠近過壩段時，需經過約400 m長的陡峭巖壁，魚道在該范圍的布置極具考究。而國內外幾乎無類似條件的魚道布置可供參考。

按照常規設計，只需以峭壁底部為基礎建造多個橋墩，而后以橋梁的形式布置魚道即可。峭壁范圍內魚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設計方案，存在兩個不利因素：一是工程量極大；二是壩后式廠房的設計使得峭壁底部沒有足夠的空間布置橋墩基礎。

藏木水電站峭壁段魚道采用魚道懸臂梁結構，該結構類似于廠區吊車梁，既可以減少工程量，又能保證峭壁魚道的安全穩定性。

2 峭壁魚道布置

藏木水電站峭壁魚道布置范圍約400 m，峭壁坡度約1∶0.3，圍巖以Ⅲ類為主。魚道經過的峭壁范圍皆設置懸臂梁，魚道與梁底板結合布置。設計原則是按巖面上的鋼筋混凝土牛腿進行結構分析，混凝土與巖面間不計粘結力，只考慮由正壓力引起的摩擦力；上部錨桿按軸心受拉構件考慮，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。圍巖穩定所需的支護另由系統噴錨支護考慮承擔。

峭壁魚道典型剖面見圖1。

3 峭壁魚道設計

魚道懸臂梁結構由于沒有可參考的已建工程，因此主要借鑒巖壁吊車梁的工程實例來擬定斷面尺寸并按牛腿理論試驗式核算，然后進行受力鋼筋、固定錨桿、抗剪滑穩定計算。

3.1 魚道懸臂梁斷面擬定

魚道懸臂梁結構類似巖壁吊車梁，其斷面尺寸可根據公式(1)進行初擬。

圖1 峭壁魚道典型剖面示意

(1)

式中Q——豎向荷載(包括魚道結構自重、魚道內水荷載、魚道內插板自重、巖壁梁自重)；

T——按荷載標準值計算得出的作用于懸臂梁的水平拉力值；

ftk——混凝土標準抗拉強度；

β——裂縫控制系數；

b——巖壁吊車梁單位長度，取1 m；

h0——巖壁梁外邊緣高度；

a——豎向力作用點至下柱邊緣的水平距離。

經計算分析，藏木水電站魚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 魚道懸臂梁結構配筋

魚道懸臂梁結構配筋主要參考《水工混凝土結構設計規范》[2]相關公式，具體見公式(2)。

(2)

式中AS——受力鋼筋總截面面積；

γd——結構系數，取1.2；

Fv——豎向力設計值；

Fh——水平拉力設計值；

fy——鋼筋抗拉強度設計值。

計算過程中，水平拉力主要為水平地震慣性力，因此Fh按照公式(3)進行計算。

Fh=ahξGEhαi/g

(3)

式中ah——水平向設計地震加速度代表值，m/s2；

ξ——地震作用的效應折減系數；

GEh——集中在質點i的重力作用標準值，kN；

ai——質點i的動態分布系數。

藏木魚道懸臂梁結構配筋按照公式(2)及公式(3)進行計算，得出相應的受力筋配置最低要求。

3.3 魚道懸臂梁固定錨桿計算

單位魚道懸臂梁結構受拉錨桿截面面積應符合《地下廠房巖壁吊車梁設計規范》[3]中的相關規定，具體見公式(4)。

(4)

式中 γ0——結構重要性系數，取1.1；

ψ ——設計狀況系數，取1.0；

γd——結構系數，取1.65；

fy——受拉錨桿抗拉強度設計值，MPa；

M ——力矩和；

As1、As2——第一、第二排受拉錨桿單位梁長的計算截面面積；

Ls1、Ls2——第一、第二排受拉錨桿到受壓錨桿與巖壁斜面交點的力臂。

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

3.4 魚道懸臂梁抗剪滑穩定分析

魚道懸臂梁抗剪滑穩定分析按照公式(5～7)進行計算。

K=F/F’

(5)

F=(Qsinβ-Tcosβ+Scosαcosβ)

(6)

F’=Qcosβ+Tsinβ

(7)

式中K——抗剪滑安全系數；

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°；

經計算，魚道懸臂梁抗剪滑安全系數達到2.08，滿足設計要求。

4 結 語

藏木水電站于2015年6 月底進行魚道通水試驗，試驗過程中觀測到魚類上溯行為，證明魚道能夠滿足魚類通行要求。藏木水電站發電至今，峭壁魚道運行正常，魚道懸臂梁結構未出現安全穩定問題。

[1] 曹慶磊,楊文俊, 周良景. 國內外過魚設施研究綜述[J].長江科學院院報, 2010(05).

[2] 魏堅政,石廣斌,候建國,等.DL/T 5057-2009,水工混凝土結構設計規范[S]. 北京:中國電力出版社, 2009.

[3] 張孝松,馮樹榮,關沛文,等.Q/CHECC 003-2008, 地下廠房巖壁吊車梁設計規范[S].2008.

2016-08-23

曾海釗(1986-)，男，四川蓬溪人，碩士，工程師，從事水工設計工作。

S956.3

B

1003-9805(2017)01-0072-02