峭壁鱼道设计
2017-03-23曾海钊苟芳蓉张清琼
曾海钊，苟芳蓉，刘 跃，张清琼
(中国电建集团成都勘测设计研究院有限公司，四川 成都 610072)
峭壁鱼道设计
曾海钊，苟芳蓉，刘 跃，张清琼
(中国电建集团成都勘测设计研究院有限公司，四川 成都 610072)
为了满足兴建藏木水电站后洄游鱼类上溯的要求，保护雅鲁藏布江水生生态环境的完整性，减缓工程对鱼类种群遗传交流的影响，针对藏木水电站实际情况确定了鱼道过鱼方式。本文主要针对靠近大坝的峭壁鱼道设计进行论述，对藏木电站鱼道悬臂梁结构设计进行了较为详细的介绍。
鱼道；布置；结构形式
0 前 言
水电站的建设通常会阻隔鱼类种群遗传交流，根据国家有关法律法规的规定，水电站通常会采取如：鱼道、仿自然通道、鱼闸、升鱼机和集运渔船等[1]措施保护所在河流水生生态环境的完整性及减缓大坝阻隔对鱼类种群遗传交流的影响。
藏木水电站作为雅鲁藏布江干流开发的第一座电站，采用坝式开发，会影响包括异齿裂腹鱼、巨须裂腹鱼、拉萨裂腹鱼、尖裸鲤、双须叶须鱼、拉萨裸裂尻鱼、黑斑原鮡、黄斑褶鮡等多种鱼类的繁衍生息。
由于藏木水电站工程运行水头较低，鱼道具有不需要人工操作、可持续过鱼、运行费用低、过鱼效果好等因素，鱼道相对更适用于本工程。因此，本工程过鱼设施选择鱼道过鱼方式。
1 鱼道总体布置特点
藏木水电站坝高116 m，最大水头67.0 m，额定水头53.5 m，而国内外成功运行鱼道的水头一般在30 m以下。通过鱼道水工模型试验，当鱼道纵坡i取0.02、L取3.0 m时，过鱼竖缝处的流速U0为1.058 m/s，满足鱼道的设计流速要求。为满足鱼道纵坡i=0.02的要求，藏木水电站鱼道总长达3 566 m。
在坝下游的布置过程中面临地质条件较差、布置空间狭窄等不利因素，使得鱼道在坝下游多次转折180°的弯道，当鱼道靠近过坝段时，需经过约400 m长的陡峭岩壁，鱼道在该范围的布置极具考究。而国内外几乎无类似条件的鱼道布置可供参考。
按照常规设计，只需以峭壁底部为基础建造多个桥墩，而后以桥梁的形式布置鱼道即可。峭壁范围内鱼道底板高程与地基之间的高差近百米，若采用桥墩式的常规设计方案，存在两个不利因素：一是工程量极大；二是坝后式厂房的设计使得峭壁底部没有足够的空间布置桥墩基础。
藏木水电站峭壁段鱼道采用鱼道悬臂梁结构，该结构类似于厂区吊车梁，既可以减少工程量，又能保证峭壁鱼道的安全稳定性。
2 峭壁鱼道布置
藏木水电站峭壁鱼道布置范围约400 m，峭壁坡度约1∶0.3，围岩以Ⅲ类为主。鱼道经过的峭壁范围皆设置悬臂梁，鱼道与梁底板结合布置。设计原则是按岩面上的钢筋混凝土牛腿进行结构分析，混凝土与岩面间不计粘结力，只考虑由正压力引起的摩擦力；上部锚杆按轴心受拉构件考虑，只承受轴向拉力，不承受剪切力；下部锚杆不考虑承受外荷，只作附加固定用。围岩稳定所需的支护另由系统喷锚支护考虑承担。
峭壁鱼道典型剖面见图1。
3 峭壁鱼道设计
鱼道悬臂梁结构由于没有可参考的已建工程，因此主要借鉴岩壁吊车梁的工程实例来拟定断面尺寸并按牛腿理论试验式核算，然后进行受力钢筋、固定锚杆、抗剪滑稳定计算。
3.1 鱼道悬臂梁断面拟定
鱼道悬臂梁结构类似岩壁吊车梁，其断面尺寸可根据公式(1)进行初拟。
图1 峭壁鱼道典型剖面示意
(1)
式中Q——竖向荷载(包括鱼道结构自重、鱼道内水荷载、鱼道内插板自重、岩壁梁自重)；
T——按荷载标准值计算得出的作用于悬臂梁的水平拉力值；
ftk——混凝土标准抗拉强度；
β——裂缝控制系数；
b——岩壁吊车梁单位长度，取1 m；
h0——岩壁梁外边缘高度；
a——竖向力作用点至下柱边缘的水平距离。
经计算分析，藏木水电站鱼道悬臂梁断面采用如图1所示的截面尺寸,满足公式(1)的要求。
3.2 鱼道悬臂梁结构配筋
鱼道悬臂梁结构配筋主要参考《水工混凝土结构设计规范》[2]相关公式，具体见公式(2)。
(2)
式中AS——受力钢筋总截面面积；
γd——结构系数，取1.2；
Fv——竖向力设计值；
Fh——水平拉力设计值；
fy——钢筋抗拉强度设计值。
计算过程中，水平拉力主要为水平地震惯性力，因此Fh按照公式(3)进行计算。
Fh=ahξGEhαi/g
(3)
式中ah——水平向设计地震加速度代表值，m/s2；
ξ——地震作用的效应折减系数；
GEh——集中在质点i的重力作用标准值，kN；
ai——质点i的动态分布系数。
藏木鱼道悬臂梁结构配筋按照公式(2)及公式(3)进行计算，得出相应的受力筋配置最低要求。
3.3 鱼道悬臂梁固定锚杆计算
单位鱼道悬臂梁结构受拉锚杆截面面积应符合《地下厂房岩壁吊车梁设计规范》[3]中的相关规定，具体见公式(4)。
(4)
式中 γ0——结构重要性系数，取1.1；
ψ ——设计状况系数，取1.0；
γd——结构系数，取1.65；
fy——受拉锚杆抗拉强度设计值，MPa；
M ——力矩和；
As1、As2——第一、第二排受拉锚杆单位梁长的计算截面面积；
Ls1、Ls2——第一、第二排受拉锚杆到受压锚杆与岩壁斜面交点的力臂。
通过公式(4)拟定出藏木水电站鱼道悬臂梁固定锚杆直径为32 mm，锚杆间距0.75 m。
3.4 鱼道悬臂梁抗剪滑稳定分析
鱼道悬臂梁抗剪滑稳定分析按照公式(5～7)进行计算。
K=F/F’
(5)
F=(Qsinβ-Tcosβ+Scosαcosβ)
(6)
F’=Qcosβ+Tsinβ
(7)
式中K——抗剪滑安全系数；
F——抗剪滑力；
F’ ——滑移力；
α——受拉锚杆与水平方向的夹角，取15°；
β——岩层走向与垂直方向的夹角，取0°；
经计算，鱼道悬臂梁抗剪滑安全系数达到2.08，满足设计要求。
4 结 语
藏木水电站于2015年6 月底进行鱼道通水试验，试验过程中观测到鱼类上溯行为，证明鱼道能够满足鱼类通行要求。藏木水电站发电至今，峭壁鱼道运行正常，鱼道悬臂梁结构未出现安全稳定问题。
[1] 曹庆磊,杨文俊, 周良景. 国内外过鱼设施研究综述[J].长江科学院院报, 2010(05).
[2] 魏坚政,石广斌,候建国,等.DL/T 5057-2009,水工混凝土结构设计规范[S]. 北京:中国电力出版社, 2009.
[3] 张孝松,冯树荣,关沛文,等.Q/CHECC 003-2008, 地下厂房岩壁吊车梁设计规范[S].2008.
2016-08-23
曾海钊(1986-)，男，四川蓬溪人，硕士，工程师，从事水工设计工作。
S956.3
B
1003-9805(2017)01-0072-02
