【摘 要】 在中、小型水利水电工程的施工中，为解决两岸跨河临时交通的问题，常采用过水涵管桥，这类涵桥使用期短、施工简易、造价低，尤其适合有流量小、宽河床的河流上修建。本文结合石龙水电站厂房工程，对此类过水涵管桥的设计与施工进行了总结，为施工单位在承接类似工程时提供借鉴和参考。
【关键词】 石龙水电站 过水涵桥 设计 施工
1 前言
石龙水电站是松江河梯级电站中的第三级电站，中型水利水电工程。枢纽由砼重力坝、引水系统、发电系统等主要建筑物组成。电站厂房位于坝址下游2.7km处的松江河左岸，引水式地面厂房，两台机组，单机容量35MW，总装机容量70MW。
厂房区水流走向为自北东～南西向呈“C”形，平水期水面宽39m～58m，水深0.5m～3.2m，河流靠近左岸山脚流过。左岸为陡峭岸坡，右岸为漫滩、一级阶地。
厂房区导流方式为右岸明渠导流，厂区围堰为高喷芯墙土石围堰，设计标准为枯水期挡水标准P=20%，Q=491m3/s;大汛期在子围堰内侧利用厂区挡墙、尾水挡墙及尾水渠尾形成的围堰挡水。
导流工程施工期为2006年7月15日至2006年9月15日，松江河流域汛期集中在7、8月份，主要水文资料见表1。
表1 石龙水电站坝址处5～8月份月、旬平均流量
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频率 |
5月份 |
6月份（m3/s） |
7月份（m3/s） |
8月份（m3/s） |
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上旬 |
中旬 |
下旬 |
上旬 |
中旬 |
下旬 |
上旬 |
中旬 |
下旬 |
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P=10% |
107.6 |
174.7 |
165.1 |
171.5 |
255.7 |
263.6 |
265.3 |
279.5 |
258.2 |
264.7 |
|
P=20% |
98.2 |
163.8 |
158.7 |
162.2 |
245.6 |
248.7 |
254.5 |
256.0 |
247.7 |
240.1 |
注：表中数据未考虑双沟水库的调节作用。
2 过水涵管桥设计
为了进行厂区右岸导流工程施工，需修筑一条过河桥联系两岸交通;因右岸导流工程量较小、施工期短(仅2个月)，在下游子围堰修筑完成后，可利用堰顶平台作为联系左、右岸的施工道路;在综合流域的气象、水文条件，并充分利用梯级上游电站调洪、发电的优势，决定采用涵管过水桥解决两岸的临时交通，尽快完成导流工程，提前进行厂房区主体施工。
根据现场平面布置，过水桥中心线设置在下游土石围堰中心线外侧10m处，可避开导流明渠回水影响、方便截流、减少堰体填筑量、不影响堰体高喷芯墙施工。
2.1 设计参数选择
上游来水主要为上游小山水电站至石龙水电站区间流域汇水及小山水电站发电水量，小山电站单机发电流量为80~100m3/s，区间平均汇流量为15～20m3/s。
过河桥桥面为单车道，设计总宽度为6m，汽车荷载等级为公路-II级;钢丝石笼桥面，设计总长80.0m，设计高程为445.30m，安全通行时过流高度为≤40cm，最大过流高度为1.0m;底孔采用20孔Φ120×200×10cm钢筋砼涵管过流，管底安装高程为443.4m;桥体校核洪水为7月中旬P=20%，Q=248.7m3/s。
2.2 加固措施设计
为提高桥体泄流能力，涵管布置于主过流区，且平行于河流方向;为防止高速水流对桥基的冲刷淘蚀，涵管底部设置在碴石回填区，桥体上、下游侧采用开挖的碴石护底。岸坡无涵管的桥体部分采用钢丝石笼堆砌至桥顶设计高程，上、下游侧采用抗冲能力强的大块径(>50cm)碴石护坡。
为提高桥体的抗冲稳定及抵御超标准洪水的冲击、减小桥前雍水高度、增强桥体稳定性，桥体设计时尽量降低阻水面积，加大过流面积。为了提高桥体的整体性，所有钢丝石笼均互相用同直径的钢丝连接，桥面满铺一道由Ф12的20cm×20cm的钢筋网，间隔一格与下部钢丝石笼连接，钢筋网上、下游边与每孔涵管内壁的通长Ф12钢筋焊接。
为提高桥体承载力，将涵管设置在较平整的碴石基础上，管底设置四层草帘垫层，两涵管中间及管顶均采用中粗过度料填实，以保证管壁受力均匀。
3 过水桥水力学及稳定验算
依照以上设计条件，项目根据《公路桥涵设计通用规范》、吴持恭主编的《水力学》(第三版)、 《水利水电工程施工组织设计手册》及《公路桥涵设计手册》 涵洞等，对桥面不淹没时涵管过流能力、安全通行状态下过流能力、最大过流能力、桥体抗水流冲击稳定、桥体承载力等进行了系统的计算和验算，结果完全满足规范及安全要求。
4 过水桥施工
(1)施工流程：施工准备 → 测量放线 → 左岸引路修筑 → 管底堆石体进占 → 涵管安装 → 管间填充 → 钢丝石笼安装 → 钢筋网片安装及桥体加固 → 岸坡段路面石笼安装及抛厂护坡 →砂砾石桥面铺设 → 桥体承载力试验
(2)主要分技术准备及资源准备。做好方案筹划、相关力学计算，并完成方案报批;按方案准备过水桥修筑相关材料，如采购涵管、钢丝石笼、草帘、编织袋、钢筋，进行砂子、砾石料、块石料收集，准备3辆25吨自卸车、2台1m3反铲挖掘机和1台ZL-50装载机，对施工人员做好交底，规划好场地。因受上游不定时发电的影响，加强与小山电站的即时沟通，计算来水到达时间。
(3)按设计要求放出桥体定位轴线，将左岸引路修至左桥头，自卸车运料到左桥头开始管底堆石体填筑，尽量采用大块径的石料填筑并及时整平，以减少施工期间过流裹带损失，提高堆石体抗冲能力。 堆石体上表面高程按低于涵管安装高程20cm控制，并按不小于1：5的坡度向涵管上、下游侧河床摊铺，以提高堆石体的抗冲能力。
(4)涵管安装随堆石体进占同时进行，以降低堆石阻水导致上游过度雍水，提高上游发电时河床的过流能力，减少填筑料冲刷损失。涵管安装前，采用反铲整平管底，取上、下游河床里的砾石料作为管底过渡料，用反铲斗配合人工水下整平。涵管吊运至水面后，将准备好的草帘放置于管底，随管沉入水中，人工配合机械进行管体定位、对接。安装时从上游向下游进行，每孔定位后，在管顶处采用预制好的Ф12的钢筋套子将三节管临时固定，并作为后期桥体加固用。
(5)每孔安装完成后，在上、下游孔口侧及接缝处采用多层砂袋填砌两管间的空隙，待完成4孔到6孔后再采用原河道的粗砾料填充管道中间，砂袋及粗砾料(粒径5~20cm)采用人工压实、挤紧至管顶20cm。边孔采用钢丝石笼砌成的边墙，与管间采用上述方法填充。每天收工后或上游来水前将最前一孔的侧面用大块径石料或钢丝石笼打眼固定，并在前面堆筑堆石体，防止过水期间将边孔冲毁，进而影响其它桥孔。
(6)管间填充完成后，即进行桥面钢丝石笼的安装;钢丝石笼石料的块径应按50cm控制，吊运就位后人工整平、钢丝连接，石笼长向顺水流方向布置，以提高整体稳定性，减小桥面水阻。
(7)涵管桥段铺设完成后，及时完成两岸岸坡段路基块石填筑、路面石笼安装，石笼宜延至上、下游坡面不小于2m，岸坡路段护坡坡比应不大于1：4，并采用大块石抛筑。
(8)整个桥面石笼安装完成后，即进行桥面钢筋网片安装。钢筋网片上、下游端应卷下70cm(与桥面厚度同，但不能影响底孔过流)，并与穿桥孔的钢筋套子进行焊接，间隔一网孔用钢丝与下部石笼连接。
(9)桥体加固完成后，采用装载机进行桥面细砂砾料的铺设;通车前应进行桥体承载力试验，试验时采用从小吨位开始，逐渐加载到设计荷载，首次吨位不超过15吨，以5吨级加载至25吨，并检查桥体变形情况，验收合格后方可投入正常使用;严格控制车辆的装载量，不得在桥面超载行驶，车速不得超过10km/h，行驶时不得急停或猛然加速。
5 过水桥运行维护
(1)过水桥施工期及运行期应加强桥体两侧引路及其上、下游侧的防护的巡查，尽量采用大块石钢丝石笼进行防护，防止水流冲毁岸坡，并波及岸坡段及涵管段的安全。
(2)运行期在桥头设置安全标识，桥面过流水深超过40cm时，机动车或行人严禁过河;桥面在安全通行前，应及时清除漂浮物，以免影响桥孔及桥面系的泄流;每次过水后加强桥体的维护;使用期加强天气预报及水情测报，密切关注上游水情和发电情况，合理安排施工时间及出渣时间，保证机械设备和人员的通行安全。
6 运行效果
过水桥修筑时间历时7天，期间因上游发电过水达6次，桥体未出现大的位移及毁坏;在厂区导流工程施工期间，桥体经历小山电站多次单、双机发电流量及2006年7月31日的较大洪水(实测流量达500m3/s)的考验，均安全无恙。过水桥作为下游子围堰的截流戗堤，节省了部分堰体填筑量，加快截流速度，保证了工程主体施工期的交通，其综合经济性方面较其它桥型具有明显的优势，得到了业主等各方的一致好评，实践证明该方案是在石龙水电站厂房施工中的运用是成功的。
7 结束语
水文、气象条件是选用该类桥型的决定性因素，河道及两岸的地形、地貌等也是该类桥体设计的重要影响条件。采用该类桥型时，应加强选址，设计时尽量采用大管径涵管(箱涵或圆管涵)，如有条件可在下游侧两管间设置抗滑桩或在上游设置拉锚桩，以提高桥体抗冲能力;桥面可用钢筋砼面板，降低阻水断面，提高桥面的承载力和过流能力，降低维护率。
实践证明该类过水桥在中、小流域水电开发中具有较强的实践价值，采用时应根据水文、气象、河道条件及使用期等，进行多方案比较，加强水力学计算和稳定性验算，选用合理的方案，确保施工质量，加强维护，以提高该类过水桥的可行性、安全性及经济性。
参考文献：
[1] JTG D60-2004,公路桥涵设计通用规范.
[2] 吴持恭.四川大学《水力学》(第三版).北京:高等教育出版社,2003.
[3] 《水利水电工程施工组织设计手册》第5卷 结构设计.中国水利水电出版社,2003.
[4] 顾克明,苏清洪,赵嘉行.《公路桥涵设计手册》 涵洞.北京:人民交通出版社,1993.
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文章名称：
石龙水电站过水涵桥设计与施工
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