汪 洋

(貴州筑恒檢測(cè)服務(wù)有限公司，貴州 貴陽(yáng) 550002)

1 小型水庫(kù)交通橋存在的問(wèn)題

小型水庫(kù)由于兼顧交通的原因，需要在剛性壩(重力壩、拱壩等)的溢流壩段、柔性壩(土石壩)的泄水建筑物和取放水建筑物布置交通橋。現(xiàn)行的水利行業(yè)設(shè)計(jì)規(guī)范，如《混凝土重力壩設(shè)計(jì)規(guī)范》(SL 319-2018)第8.1.3 條、《溢洪道設(shè)計(jì)規(guī)范》(SL 253-2018)第3.3.8 條，都要求橋下應(yīng)有足夠的凈空，以滿足泄洪、排漂及排凌要求。但上述規(guī)范并未給出具體的凈空尺寸設(shè)計(jì)，而根據(jù)《公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范》(JTG D60-2015)第3.4.3 條5 款規(guī)定:在不通航和無(wú)流筏的水庫(kù)區(qū)域內(nèi)，梁底面或無(wú)鉸拱拱頂?shù)酌骐x開(kāi)水面的高度不應(yīng)小于計(jì)算浪高的0.75 倍加上0.25 m。通常小型水庫(kù)交通橋的橋面高程在設(shè)計(jì)時(shí)，都是與壩頂高程保持一致，由此會(huì)導(dǎo)致小型水庫(kù)交通橋很難有足夠的凈空。

2 工程實(shí)例一

貴州省黔西南州某水庫(kù)總庫(kù)容241 萬(wàn)m3，工程規(guī)模屬小(1)型，工程等別為Ⅳ等，正常蓄水位為1182.80 m，設(shè)計(jì)洪水位為1184.10 m，校核設(shè)計(jì)洪水位為1184.50 m。擋水建筑物為混凝土重力壩，壩頂寬度6.0 m，最大壩高40.0 m。泄水建筑物為無(wú)閘控制開(kāi)敞式溢洪道，共設(shè)2 孔，凈寬14 m，中墩寬1.5 m。由于壩頂連接左右岸鄉(xiāng)村道路，需設(shè)置交通橋便于當(dāng)?shù)匕傩粘鲂小?/p>

2.1 壩頂高程計(jì)算

根據(jù)《重力壩設(shè)計(jì)規(guī)范》(SL 319-2018)條規(guī)定:壩頂高程應(yīng)高于水庫(kù)最高靜水位。壩頂上游防浪墻頂?shù)母叱虘?yīng)高于波浪頂高程，其與正常蓄水位或校核洪水位的高差，應(yīng)按下式計(jì)算，并選擇兩者中防浪墻頂高程的高者作為最低高程。

式中:h1%%為波高，m;hz為波浪中心線至正常蓄水位或校核洪水位的高差，m;hc為安全超高，m。本工程重力壩級(jí)別為4 級(jí)，安全超高參照3 級(jí)取值:正常蓄水位，hc=0.4 m;校核洪水位，hc=0.3 m。

式中:h為當(dāng)gD/V02=20～250 時(shí)，為累積頻率5%的波高h(yuǎn)5%，當(dāng)gD/V02=250～1000 時(shí)，為累積頻率10%的波高h(yuǎn)10%，Lm為平均波長(zhǎng)，m。

波浪中心線至水庫(kù)靜水位的高程hz按下式計(jì)算:

計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 計(jì)算結(jié)果表

根據(jù)計(jì)算結(jié)果，壩頂不設(shè)防浪墻時(shí)，壩頂高程取1185.5 m。

2.2 交通橋橋面高程計(jì)算

交通橋?yàn)楹?jiǎn)支梁橋，在滿足橋下有足夠的凈空時(shí)，梁底面離開(kāi)水面的高度h3不應(yīng)小于計(jì)算浪高的0.75 倍加上0.25 m，故h3=0.75×0.71 m+0.25 m=0.78 m(正常情況)，h3=0.75×0.426 m+0.25 m=0.56 m(校核情況)，梁底面高程應(yīng)大于1182.80 m+0.78 m=1183.58 m(正常情況)、1184.50 m+0.56 m=1185.06 m(校核情況)兩者中最大值1185.06 m。

普通鋼筋混凝土橋主梁高跨比的經(jīng)濟(jì)范圍為1/11～1/16，計(jì)算跨度取兩支座中心線距離L0=7.61 m，故梁高經(jīng)濟(jì)范圍為0.48 m～0.69 m，確定主梁截面為0.4 m×0.8 m(寬×高)。梁的撓度驗(yàn)算采用以下公式:

經(jīng)計(jì)算f=14.7mm ＜撓度限值[flim]=L0/400=7610 mm/400=19.03 mm，主梁截面尺寸滿足要求。

交通橋橋面板厚度0.25 m， 同時(shí)梁底橡膠支座厚度為5.0 cm，橋面鋪5.0 cm 厚C40 混凝土鋪裝層?？紤]上述計(jì)算的梁下凈空要求，計(jì)算橋面高程=1185.06 m+0.8 m+0.05 m+0.05m=1185.96 m，橋面高程取1186.0 m 合適。

2.3 壩頂高程與橋面高程不一致的解決方案

由上述計(jì)算可知，計(jì)算橋面高程高于計(jì)算壩頂高程0.5 m，差距比較大，對(duì)此有三種方案可解決此類(lèi)沖突。

方案①:非溢流壩段抬高壩頂高程0.5 m，橋面高程一致，均為1186.0 m。方案②:非溢流壩段壩頂高程取1185.5 m，橋面高程取1186.06 m，從交通橋向兩邊1∶20 放坡的型式，具體見(jiàn)圖1。

圖1 方案②示意圖

方案③:壩頂高程和橋面高程一致，均為1185.5 m，將交通橋?qū)挾?.0 m 減小至4.8 m，將主梁根數(shù)由3 根減少至2 根，優(yōu)化交通橋梁、板布置結(jié)構(gòu)，具體結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖2。

圖2 方案③示意圖

方案優(yōu)缺點(diǎn):方案①壩頂整體結(jié)構(gòu)規(guī)整協(xié)調(diào)，但增加約320 m3壩體混凝土填筑量;方案②壩頂整體結(jié)構(gòu)不協(xié)調(diào)，存在坡度，但增加壩體混凝土填筑量小(約40 m3);方案③壩頂整體結(jié)構(gòu)不協(xié)調(diào)，從非溢流壩段至溢流壩段壩頂寬度由6.0 m 變?yōu)?.0 m，但不需要增加壩體混凝土填筑量，投資最省。

綜合考慮下來(lái)，選擇方案①為最終推薦方案，主要原因有:方案①雖然增加投資約16 萬(wàn)元，但對(duì)整個(gè)工程投資影響甚微(不到千分之一)，方案②和方案③雖然節(jié)省投資，但不利于當(dāng)?shù)匕傩战煌ǔ鲂?，脫離工程建設(shè)“以人為本”的初衷。

3 工程實(shí)例二

六盤(pán)水市某水庫(kù)總庫(kù)容111 萬(wàn)m3，工程規(guī)模屬小(1)型，工程等別為Ⅳ等，正常蓄水位為1416.0 m，設(shè)計(jì)洪水位為1417.08 m，校核設(shè)計(jì)洪水位為1417.48 m。擋水建筑物為鋼筋混凝土面板堆石壩，壩頂寬度7.0 m(含防浪墻)，最大壩高46.0 m。泄水建筑物為無(wú)閘控制開(kāi)敞式溢洪道，溢洪道位于大壩右岸，單孔，凈寬8.0 m。由于壩頂連接左右岸鄉(xiāng)村道路，需設(shè)置交通橋便于當(dāng)?shù)匕傩粘鲂小?/p>

3.1 壩頂高程計(jì)算

壩頂高程根據(jù)《碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范》(SL 274-2020)第5.3.1 條規(guī)定:壩頂高程等于水庫(kù)靜水位與壩頂超高之和計(jì)算，計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 計(jì)算結(jié)果表 單位:m

由計(jì)算結(jié)果可知，壩頂高程由設(shè)計(jì)洪水位控制，取壩頂高程1418.00 m，防浪墻頂高程1419.20 m，滿足規(guī)范要求:當(dāng)壩頂上游側(cè)設(shè)有防浪墻時(shí)，壩頂超高可改為對(duì)防浪墻頂?shù)囊?在正常運(yùn)用條件下，壩頂應(yīng)高出靜水位0.5 m;在非常運(yùn)用條件下，壩頂應(yīng)不低于靜水位。

3.2 交通橋橋面高程確定

交通橋在滿足構(gòu)造、荷載和撓度等要求下，確定主梁截面為0.4 m×0.9 m(寬×高)，若此時(shí)橋面高程采用壩頂高程時(shí)，梁底高程=1418.0 m(壩頂高程)-0.9 m(梁高)-0.05 m(支座厚度)-0.05 m(橋面鋪裝層)=1417.0 m，此時(shí)梁底已在校核、設(shè)計(jì)水位以下，不利于交通橋的長(zhǎng)期安全運(yùn)行。

最終在滿足梁下凈空要求情況下，交通橋橋面高程取為1419.0 m。

3.3 壩頂高程與橋面高程不一致的解決方案

由于溢洪道離大壩32.0 m，通過(guò)放坡(1∶32)即可解決壩頂高程與橋面高程不一致問(wèn)題，且坡度較緩，不會(huì)對(duì)百姓出行造成不便。

4 結(jié)語(yǔ)

上面兩個(gè)工程實(shí)例是小型水庫(kù)剛性壩、柔性壩(土石壩)設(shè)計(jì)中常見(jiàn)問(wèn)題， 但因?yàn)楝F(xiàn)行水利規(guī)范暫未針對(duì)此類(lèi)交通橋進(jìn)行明確的凈空要求， 在實(shí)際設(shè)計(jì)過(guò)程中設(shè)計(jì)人員會(huì)忽略橋下凈空要求， 導(dǎo)致交通橋橋下凈空不滿足規(guī)范要求， 甚至?xí)霈F(xiàn)交通橋主梁梁底在校核、設(shè)計(jì)水位以下的情況， 不利于小型水庫(kù)建筑物的長(zhǎng)期安全運(yùn)行。建議設(shè)計(jì)人員在確定壩頂高程時(shí)， 充分考慮橋下凈空要求這一因素。