某水电站工程跨沟短渡槽+填方渠道的布置与设计

马洪玉，高红涛（新疆水利水电勘测设计研究院新疆乌鲁木齐830

【关键词】高填方渠道；渡槽；布置与设计Layoutanddesignofahydropowerprojectshortcross-channel+fillpathsoffillings

MaHong-yu,GaoHong-tao

(XinjiangwaterconservancyandhydropowersurveyanddesigninstituteUrumqiXinjiang830000)

【Abstract】Thearticledescribesacross-NilekeDitchStationAqueduct+fillshortchannellayoutanddesign.Throughexpertadviceandthedesignoftheprojectwiththeobjectiveunderstandingofthenaturalconditionsofthegradualdeepeningandthecontinuousdevelopmentofengineeringandtechnology,thedesignhasbeenadjustedcontinuallyrevisedandimprovedandoptimizedtoobtaingoodresults.

【Keywords】Highfillchannel;Aqueduct;Layoutanddesign1.

工程概况

某一级水电站位于新疆某河中游河段，跨尼勒克沟建筑物位于渠道桩号21+397.470m～22+824.950m段。

本工程引水枢纽总库容85.5万m3，电站装机容量220MW，该水电站为Ⅲ等中型工程。设计流量138.8m3/s，最小设计流量25m3/s。主要水工建筑物为3级，次要建筑物为4级，临时建筑物按5级进行规划设计。跨沟输水建筑物为3级建筑物，洪水标准按50年一遇设计，最大流量350.38m3/s，100年一遇校核，最大流量415.15m3/s。拟建工程区场地50年超越概率10%的峰值加速度值在0.3g，对应地震基本烈度均为Ⅷ度。跨沟输水建筑物按Ⅷ度设防。

短渡槽+填方渠道组合方案由进口段、进口填方渠道段、槽身段、出口填方渠道段和出口段组成。

桩号21+479.950m～21+524.950m为进口段，布置结构型式与长渡槽方案相同。

桩号21+524.950m～22+220.150m为左岸填方渠道段，长695.200m，渠底距地面最大高度32m；桩号22+660.150m～22+824.950m段为右岸填方渠道段，长164.80m，渠底距地面最大高度32m，填方渠道边坡1:60。左右岸填方渠道横断面结构相同。

桩号22+220.150m～22+660.150m为短槽身段，长440m，槽底纵坡1/1000，槽底距地面最大高度约51m。

根据结构型式比选，推荐渡槽为梁式结构，支承方式为简支式，单跨40.0m，断面为矩形单槽，槽底净宽8.4m，设计水深4.63m，过槽流速3.56m/s。矩形渡槽侧墙兼作纵梁，侧墙上翼缘宽3.0m，下翼缘为马蹄，宽1.5m，侧墙厚0.5m，端部厚0.7m，侧墙跨中高6.9m，为防止漫槽，在高于设计水深0.2m处设排水孔。上翼缘兼顾交通，并每隔50m左右顶部设盖板封闭，以便于沟通槽两侧交通。渡槽顶部设拉杆以增加侧墙稳定，拉杆间距5.0m。拉杆尺寸0.5×0.5m。渡槽底跨中板厚0.55m，端部厚0.8m。渡槽内部涂抹0.02m厚防水保温砂浆，渡槽外包0.05m厚的保温苯板，苯板外设专用砂浆保护层。

渡槽槽墩为圆端形高空心墩结构。空心墩河床段墩高30.29m～49.14m（含台帽和基础），上小下大（外坡25:1，内坡33.5:1），墩顶两圆端半径各2.4m，顶部矩形段长6.82m，墩底两圆端半径各4.37m，底部部矩形段长6.82m。空心墩壁厚上端0.5m，下端0.757m～0.918m。墩帽高3.0m，宽6.0m，墩帽长12.0m，空心墩墩帽设2.0m实体过渡段，河床段空心墩和基础设6.0m过渡段，河滩段3.0m。空心墩设置通风孔与进人孔，以调节墩内外温差，通风孔直径0.2m，每隔3m～5m交错布置，通风孔离地面不小于5.0m，并应高出设计频率水位。空心墩基础采用扩大式基础，基础分两级台阶布置，其最大平面尺寸为25.0×15.0m。

左右两岸槽台为埋置墙式槽台，左岸台身高为29.64m（右岸为35.06m）。墙式槽台台帽高2.50m，宽5.50m，长12.82m，台帽后设2.0m长耳墙。台帽下与支座中心线对应位置设台墙两片，每片厚1.50m，台墙上宽5.50m，左岸下宽9.22m（右岸9.60m），为减小土压力，台墙后坡采用29:1的仰坡。槽台基础分别置于第③和第⑤层土上，为扩大式基础，基础分两级台阶布置，每阶宽1.50m，高1.50m，基底平面尺寸为16.59m×15.22m（右岸16.59m×15.60m）。

3.渡槽结构型式比选

渡槽结构型式选择的基本原则是：安全适用、技术先进、经济合理。因此，布置形式要尽量简单，结构受力明确、合理；过水断面要接近最佳水力断面，水头损失小；施工方便技术先进，能确保工程质量；运用管理方便；总的工程造价较省。

本文主要从渡槽整体方案、上、下部结构型式、运用方式及施工方案等方面进行比选。

4.渡槽水力学计算

渡槽的槽身过流能力按明渠均匀流计算，计算公式如下：

Q=ACRi

式中：Q——输水流量（m3/s）；

A——过流断面面积（m2）；

C——曼宁系数；

R——水力半径（m）；

i——渡槽纵坡降，I=1/1000。

一般渡槽采用深宽比大一点的断面，对矩形槽一般采用深宽比为0.6～0.8，U型槽为0.7～0.9。根据已建和在建大型渡槽的设计经验，矩形槽控制在0.5～0.6之间，U型槽控制在0.6～0.7之间。根据计算结果，本着过水断面较小的原则，并结合上部结构要求，确定单槽矩形断面槽宽8.4m，水深4.61m，流速3.56m/s，深宽比0.55。最小引水流量25m3/s时，渡槽水深1.301m，流速2.105m/s。

5渡槽结构设计

5.1基本材料设计参数

5.1.1混凝土。（1）槽身侧墙及槽身底板：预应力混凝土结构C50W6F300;（2）渡槽拉杆：C30F300;（3）墩帽（台帽）：C30F300；（4）槽墩身（重力墩及排架柱等）：C30F300；（5）埋置式槽台：C25F100；（6）基础：C25F100。

混凝土的设计强度和弹模等指标，按有关规范取用。工程所处地区为严寒地区（最冷月平均气温为-11℃），抗冻强度等级取F300，槽身混凝土的抗渗等级取W6。

5.1.2钢筋。预应力结构采用X×75（15.2）钢绞线，其他为Ⅰ、Ⅱ级普通钢筋。其设计强度和弹模指标按有关规范取用。

5.1.3砌石采用M7.5号水泥砂浆砌50号块石。

5.2安全控制标准及组合。（1）渡槽抗倾及抗滑稳定控制(见表2)。（2）渡槽槽墩基底应力控制。

5.3荷载及组合。渡槽在纵、横向上的荷载基本上是一样的,其主要荷载为:（1）结构自重，钢筋混凝土容重γ=25KN/m3；（2）水体自重和作用与墩台上的静水压力，水容重γ=10KN/m3；（3）槽顶桥面人群荷载:3KN/m2；检修设备按20KN荷载考虑设计；（4）风荷载，根据《公路桥涵设计通用规范》（JTGD60-2004）附表A，工程区基本风压值0.55KN/m2；（5）动水压力，作用与槽墩上；（6）河道漂浮物撞击力；（7）地震荷载，主要为地震惯性力、地震动水压力及地震动土压力；（8）温度力、混凝土收缩及徐变，由于本渡槽流量及跨度较大，处于严寒地区，温度应力还应考虑日照温差及寒潮温差影响；（9）纵向、垂向、横向预应力；（10）土侧压力；（11）冰压力及冻胀力，冰压力分竖向和水平力，主要是水平作用力，竖向作用力为冰层因水位升降对墩台产生的作用力。水平作用力则包括由于风和水流作用与大面积冰层产生的静压力，冰盖层受温度影响膨胀产生的静压力和河流流冰产生的动水压力等；（12）施工荷载，施工情况时，记入人群荷载和施工机具重，单位面积内按4.0KN/m2考虑；

按承载能力极限状态设计时，应考虑荷载的基本组合和偶然组合。按正常使用状态设计时，应考虑荷载的短期组合和长期组合。

（1）建筑在岩石地基（较好的）上的单向推力墩，当满足强度σmax≤［σ］和稳定（抗倾覆）要求时，合力偏心距不受限制。（2）槽身侧墙及底板按抗裂设计，其他按强度设计；（3）渡槽槽身挠度短期组合时L/500、长期组合L/550；（4）对渡槽空槽时要控制受压区在预加应力作用下不在该处产生裂缝；（5）荷载分项系数按水工建筑物荷载规范，其中渡槽水荷载分项系数按《水工混凝土结构设计规范》DL/T5057-1996取1.2；（6）计算渡槽地震荷载时，只考虑水平向地震荷载；根据工程经验，顺槽向水平地震荷载可不考虑水产生的地震惯性力（但水重考虑），横槽向乘以0.7系数；在进行渡槽下部结构的抗震设计时，上部结构地震荷载作用点的位置，顺槽向为支座顶面，横槽向为上部结构质量重心；（7）渡槽槽身糙率为0.015。

6．结论

6.1跨尼勒克沟建筑物采用短渡槽+填方渠道组合方案，较好的适应了尼勒克沟的地形特点和复杂的地质条件，圆满的解决了排洪与交通的问题。

6.2有利于满足高地震区建筑物的抗震安全，妥善的解决了建筑物的抗震安全，利于水电站的运行管理。

6.3本工程的渡槽规模较大，跨度，高度都非常高，而且位于高地震区。是一个非常具有挑战性的课题。希望能于同行很好的交流，相互借鉴。以期待能更好的解决工程实际问题，不仅对本工程有重大意义，而且对水电事业的发展也能取得更好的作用。

参考文献

［1］涵洞/熊启钧编著，北京：中国水利水电出版社，2006

［2］《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》JTGD62-2004

［3］《水工建筑物抗震设计规范》DL5073-2000；

［文章编号］1006-7619（2009）04-13-238