【摘 要】 在中、小型水利水電工程的施工中，為解決兩岸跨河臨時交通的問題，常采用過水涵管橋，這類涵橋使用期短、施工簡易、造價低，尤其適合有流量小、寬河床的河流上修建。本文結合石龍水電站廠房工程，對此類過水涵管橋的設計與施工進行了總結，為施工單位在承接類似工程時提供借鑒和參考。
【關鍵詞】 石龍水電站 過水涵橋 設計 施工
1 前言
石龍水電站是松江河梯級電站中的第三級電站，中型水利水電工程。樞紐由砼重力壩、引水系統、發電系統等主要建筑物組成。電站廠房位于壩址下游2.7km處的松江河左岸，引水式地面廠房，兩臺機組，單機容量35MW，總裝機容量70MW。
廠房區水流走向為自北東～南西向呈“C”形，平水期水面寬39m～58m，水深0.5m～3.2m，河流靠近左岸山腳流過。左岸為陡峭岸坡，右岸為漫灘、一級階地。
廠房區導流方式為右岸明渠導流，廠區圍堰為高噴芯墻土石圍堰，設計標準為枯水期擋水標準P=20%，Q=491m3/s;大汛期在子圍堰內側利用廠區擋墻、尾水擋墻及尾水渠尾形成的圍堰擋水。
導流工程施工期為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，主要水文資料見表1。
表1 石龍水電站壩址處5～8月份月、旬平均流量
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頻率 |
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 |
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P=20% |
98.2 |
163.8 |
158.7 |
162.2 |
245.6 |
248.7 |
254.5 |
256.0 |
247.7 |
240.1 |
注：表中數據未考慮雙溝水庫的調節作用。
2 過水涵管橋設計
為了進行廠區右岸導流工程施工，需修筑一條過河橋聯系兩岸交通;因右岸導流工程量較小、施工期短(僅2個月)，在下游子圍堰修筑完成后，可利用堰頂平臺作為聯系左、右岸的施工道路;在綜合流域的氣象、水文條件，并充分利用梯級上游電站調洪、發電的優勢，決定采用涵管過水橋解決兩岸的臨時交通，盡快完成導流工程，提前進行廠房區主體施工。
根據現場平面布置，過水橋中心線設置在下游土石圍堰中心線外側10m處，可避開導流明渠回水影響、方便截流、減少堰體填筑量、不影響堰體高噴芯墻施工。
2.1 設計參數選擇
上游來水主要為上游小山水電站至石龍水電站區間流域匯水及小山水電站發電水量，小山電站單機發電流量為80~100m3/s，區間平均匯流量為15～20m3/s。
過河橋橋面為單車道，設計總寬度為6m，汽車荷載等級為公路-II級;鋼絲石籠橋面，設計總長80.0m，設計高程為445.30m，安全通行時過流高度為≤40cm，最大過流高度為1.0m;底孔采用20孔Φ120×200×10cm鋼筋砼涵管過流，管底安裝高程為443.4m;橋體校核洪水為7月中旬P=20%，Q=248.7m3/s。
2.2 加固措施設計
為提高橋體泄流能力，涵管布置于主過流區，且平行于河流方向;為防止高速水流對橋基的沖刷淘蝕，涵管底部設置在碴石回填區，橋體上、下游側采用開挖的碴石護底。岸坡無涵管的橋體部分采用鋼絲石籠堆砌至橋頂設計高程，上、下游側采用抗沖能力強的大塊徑(>50cm)碴石護坡。
為提高橋體的抗沖穩定及抵御超標準洪水的沖擊、減小橋前雍水高度、增強橋體穩定性，橋體設計時盡量降低阻水面積，加大過流面積。為了提高橋體的整體性，所有鋼絲石籠均互相用同直徑的鋼絲連接，橋面滿鋪一道由Ф12的20cm×20cm的鋼筋網，間隔一格與下部鋼絲石籠連接，鋼筋網上、下游邊與每孔涵管內壁的通長Ф12鋼筋焊接。
為提高橋體承載力，將涵管設置在較平整的碴石基礎上，管底設置四層草簾墊層，兩涵管中間及管頂均采用中粗過度料填實，以保證管壁受力均勻。
3 過水橋水力學及穩定驗算
依照以上設計條件，項目根據《公路橋涵設計通用規范》、吳持恭主編的《水力學》(第三版)、 《水利水電工程施工組織設計手冊》及《公路橋涵設計手冊》 涵洞等，對橋面不淹沒時涵管過流能力、安全通行狀態下過流能力、最大過流能力、橋體抗水流沖擊穩定、橋體承載力等進行了系統的計算和驗算，結果完全滿足規范及安全要求。
4 過水橋施工
(1)施工流程：施工準備 → 測量放線 → 左岸引路修筑 → 管底堆石體進占 → 涵管安裝 → 管間填充 → 鋼絲石籠安裝 → 鋼筋網片安裝及橋體加固 → 岸坡段路面石籠安裝及拋廠護坡 →砂礫石橋面鋪設 → 橋體承載力試驗
(2)主要分技術準備及資源準備。做好方案籌劃、相關力學計算，并完成方案報批;按方案準備過水橋修筑相關材料，如采購涵管、鋼絲石籠、草簾、編織袋、鋼筋，進行砂子、礫石料、塊石料收集，準備3輛25噸自卸車、2臺1m3反鏟挖掘機和1臺ZL-50裝載機，對施工人員做好交底，規劃好場地。因受上游不定時發電的影響，加強與小山電站的即時溝通，計算來水到達時間。
(3)按設計要求放出橋體定位軸線，將左岸引路修至左橋頭，自卸車運料到左橋頭開始管底堆石體填筑，盡量采用大塊徑的石料填筑并及時整平，以減少施工期間過流裹帶損失，提高堆石體抗沖能力。 堆石體上表面高程按低于涵管安裝高程20cm控制，并按不小于1：5的坡度向涵管上、下游側河床攤鋪，以提高堆石體的抗沖能力。
(4)涵管安裝隨堆石體進占同時進行，以降低堆石阻水導致上游過度雍水，提高上游發電時河床的過流能力，減少填筑料沖刷損失。涵管安裝前，采用反鏟整平管底，取上、下游河床里的礫石料作為管底過渡料，用反鏟斗配合人工水下整平。涵管吊運至水面后，將準備好的草簾放置于管底，隨管沉入水中，人工配合機械進行管體定位、對接。安裝時從上游向下游進行，每孔定位后，在管頂處采用預制好的Ф12的鋼筋套子將三節管臨時固定，并作為后期橋體加固用。
(5)每孔安裝完成后，在上、下游孔口側及接縫處采用多層砂袋填砌兩管間的空隙，待完成4孔到6孔后再采用原河道的粗礫料填充管道中間，砂袋及粗礫料(粒徑5~20cm)采用人工壓實、擠緊至管頂20cm。邊孔采用鋼絲石籠砌成的邊墻，與管間采用上述方法填充。每天收工后或上游來水前將最前一孔的側面用大塊徑石料或鋼絲石籠打眼固定，并在前面堆筑堆石體，防止過水期間將邊孔沖毀，進而影響其它橋孔。
(6)管間填充完成后，即進行橋面鋼絲石籠的安裝;鋼絲石籠石料的塊徑應按50cm控制，吊運就位后人工整平、鋼絲連接，石籠長向順水流方向布置，以提高整體穩定性，減小橋面水阻。
(7)涵管橋段鋪設完成后，及時完成兩岸岸坡段路基塊石填筑、路面石籠安裝，石籠宜延至上、下游坡面不小于2m，岸坡路段護坡坡比應不大于1：4，并采用大塊石拋筑。
(8)整個橋面石籠安裝完成后，即進行橋面鋼筋網片安裝。鋼筋網片上、下游端應卷下70cm(與橋面厚度同，但不能影響底孔過流)，并與穿橋孔的鋼筋套子進行焊接，間隔一網孔用鋼絲與下部石籠連接。
(9)橋體加固完成后，采用裝載機進行橋面細砂礫料的鋪設;通車前應進行橋體承載力試驗，試驗時采用從小噸位開始，逐漸加載到設計荷載，首次噸位不超過15噸，以5噸級加載至25噸，并檢查橋體變形情況，驗收合格后方可投入正常使用;嚴格控制車輛的裝載量，不得在橋面超載行駛，車速不得超過10km/h，行駛時不得急停或猛然加速。
5 過水橋運行維護
(1)過水橋施工期及運行期應加強橋體兩側引路及其上、下游側的防護的巡查，盡量采用大塊石鋼絲石籠進行防護，防止水流沖毀岸坡，并波及岸坡段及涵管段的安全。
(2)運行期在橋頭設置安全標識，橋面過流水深超過40cm時，機動車或行人嚴禁過河;橋面在安全通行前，應及時清除漂浮物，以免影響橋孔及橋面系的泄流;每次過水后加強橋體的維護;使用期加強天氣預報及水情測報，密切關注上游水情和發電情況，合理安排施工時間及出渣時間，保證機械設備和人員的通行安全。
6 運行效果
過水橋修筑時間歷時7天，期間因上游發電過水達6次，橋體未出現大的位移及毀壞;在廠區導流工程施工期間，橋體經歷小山電站多次單、雙機發電流量及2006年7月31日的較大洪水(實測流量達500m3/s)的考驗，均安全無恙。過水橋作為下游子圍堰的截流戧堤，節省了部分堰體填筑量，加快截流速度，保證了工程主體施工期的交通，其綜合經濟性方面較其它橋型具有明顯的優勢，得到了業主等各方的一致好評，實踐證明該方案是在石龍水電站廠房施工中的運用是成功的。
7 結束語
水文、氣象條件是選用該類橋型的決定性因素，河道及兩岸的地形、地貌等也是該類橋體設計的重要影響條件。采用該類橋型時，應加強選址，設計時盡量采用大管徑涵管(箱涵或圓管涵)，如有條件可在下游側兩管間設置抗滑樁或在上游設置拉錨樁，以提高橋體抗沖能力;橋面可用鋼筋砼面板，降低阻水斷面，提高橋面的承載力和過流能力，降低維護率。
實踐證明該類過水橋在中、小流域水電開發中具有較強的實踐價值，采用時應根據水文、氣象、河道條件及使用期等，進行多方案比較，加強水力學計算和穩定性驗算，選用合理的方案，確保施工質量，加強維護，以提高該類過水橋的可行性、安全性及經濟性。
參考文獻：
[1] JTG D60-2004,公路橋涵設計通用規范.
[2] 吳持恭.四川大學《水力學》(第三版).北京:高等教育出版社,2003.
[3] 《水利水電工程施工組織設計手冊》第5卷 結構設計.中國水利水電出版社,2003.
[4] 顧克明,蘇清洪,趙嘉行.《公路橋涵設計手冊》 涵洞.北京:人民交通出版社,1993.
