侯　璐，　王 海 勝，　王　棋

(國電大渡河枕頭壩水電建設(shè)有限公司，四川 樂山　614700)

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枕頭壩一級水電站魚道設(shè)計及施工關(guān)鍵技術(shù)

侯璐，王 海 勝，王棋

(國電大渡河枕頭壩水電建設(shè)有限公司，四川 樂山614700)

摘要：隨著水電開發(fā)對保護生態(tài)的日益重視，參考國外大壩修筑過魚設(shè)施方面的發(fā)展進程，在魚類洄游通道修建過魚設(shè)施或成為未來環(huán)評批復(fù)的普遍要求。介紹了枕頭壩一級水電站魚道工程的設(shè)計及施工關(guān)鍵技術(shù)，展望了魚道誘魚設(shè)施及過魚監(jiān)測設(shè)施這兩個關(guān)乎過魚目的的關(guān)鍵設(shè)計元素的發(fā)展方向，可為同類工程提供借鑒和參考。

關(guān)鍵詞：魚道；設(shè)計；槽身混凝土；枕頭壩一級水電站

1工程概述

枕頭壩一級水電站為大渡河干流水電開發(fā)的第19個梯級，位于四川省樂山市。壩址處控制流域面積73 057km2，多年平均流量 1 360m3/s。正常蓄水位高程624m，最大壩高86.5m，電站廠房為河床式，裝機容量720MW，多年平均發(fā)電量為32.9億kW·h，正常蓄水位以下庫容0.435億m3，水庫總庫容0.469億m3。樞紐布置為“左岸河床式廠房+右岸泄洪閘”方案，兩岸為混凝土非溢流壩。電站的開發(fā)任務(wù)為發(fā)電，兼顧下游用水。

根據(jù)國家的相關(guān)法律法規(guī)，在水利工程建設(shè)和運行過程中應(yīng)當實施環(huán)境和生態(tài)保護措施；在有珍稀、特有和重要經(jīng)濟價值的魚類洄游通道建閘、筑壩，需修建過魚措施[1]。

枕頭壩一級水電站魚道穿越大壩左岸非溢流壩段，魚道進口布置在廠房尾水渠左側(cè)，主進口布置于壩軸線下游260m處，主出口設(shè)置在壩軸線上游約240m處。魚道建筑物主要由魚道進口、梯身、魚道出口等組成。魚道總長1 228.25m，采用豎縫式橫隔板魚道槽身。

魚道池室坡度i=0.033，魚道凈寬2m，池室長度為2.5m，每隔24個水池設(shè)立一個長5m的標準休息池。池室隔板厚度為0.2m，高2.7m；豎縫寬度為0.3m，高2.7m。設(shè)置了3個進口，3個出口，2個觀察室，13個標準休息池和5個大容量休息池。在各進口處設(shè)置有噴水誘魚系統(tǒng)以及過魚監(jiān)測系統(tǒng)。

2國內(nèi)外魚道建設(shè)情況

2.1國外魚道

魚道在西歐已有幾百年歷史。1662年法國西南部的貝阿爾恩省頒布了規(guī)定，要求在堰頂上建造魚上、下通行的通道。1883年在蘇格爾柏斯謝爾地區(qū)泰斯河上的胡里壩建成了世界上第一座魚道，該魚道設(shè)有80余個水池，只能在最高水庫水位和低于最高水庫水位1.52m的范圍內(nèi)運行。由于魚不習(xí)慣通過該魚道，因此而成為一次不成功的嘗試。

1909年，比利時工程師丹尼爾創(chuàng)造了在魚道內(nèi)部設(shè)置減小流速的、獨具形式的魚道，稱之為“丹尼爾型魚道”。在西歐、北美等國都建有不少丹尼爾型魚道。

據(jù)不完全統(tǒng)計，至20世紀60年代初期為止，美國、加拿大兩國建有過魚建筑物200座以上，主要采用魚道，還有少量的機械提升設(shè)備；西歐各國建有各種過魚建筑物100座以上；日本約有35座，主要采用魚道；蘇聯(lián)有15座以上。

1990年10月在日本的岐阜市召開了第一屆國際魚道研討會。

1970年，在澳大利亞的菲茨羅伊河(FitzroyRiver)攔河壩建起了池堰式魚道，由于其過魚效果較差，1987年對其進行了改造，但過魚效果仍不理想。1994年，該國將原來的池堰式魚道改造成垂直豎縫式魚道，其結(jié)果是過魚量和過魚種類都比以前有較大程度地提高。因此，澳大利亞有關(guān)政府部門決定，逐漸將更多的池堰式魚道改造成豎縫式魚道。

1999年，美國在弗吉尼亞州詹姆斯河(JamesRiver)Bosher大壩上建造了垂直豎縫式魚道，該魚道配置了電視攝像系統(tǒng)供游客參觀，并可通過網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)場轉(zhuǎn)播過魚實況。1999年共過魚6萬余條，近20種魚類。2000年共過魚11萬余條，近20種魚類。

2.2國內(nèi)魚道概況

1958年，我國在浙江富春江七里壟電站中首次設(shè)計了魚道，最大水頭約18m。

在20世紀80年代，我國在葛洲壩水利樞紐建設(shè)時針對中華鱘的保護方式進行了大量的研究，但最終采取了人工繁殖和放養(yǎng)的方法以解決中華鱘等珍稀魚類的過壩問題。在此之后，我國在大江大河上修建大壩時幾乎都不再考慮修建過魚設(shè)施，從而導(dǎo)致魚道研究工作在此后的20a里基本限于停滯狀態(tài)。有關(guān)資料表明：葛洲壩三個船閘的下游是魚類聚集最多的地方，說明過了這么多年，許多魚類依然要本能地過壩上溯。

據(jù)不完全統(tǒng)計，目前我國在各類水利工程中已建魚道40座以上。已建的魚道大多布置在沿海沿江平原地區(qū)的低水頭閘壩上，故其底坡較緩，提升高度也不大，一般在10m左右。對已建魚道資料進行分析得知，國內(nèi)修建的魚道大部分運行不理想。

枕頭壩一級水電站于2011年取得環(huán)評批復(fù)。在此后進行環(huán)評的電站大多根據(jù)需求規(guī)劃了過魚設(shè)施，過魚設(shè)施建設(shè)或?qū)⒊蔀榻窈笏婇_發(fā)的強制性要求。

3魚道的設(shè)計及施工采取的關(guān)鍵技術(shù)

(1)魚道設(shè)計的第一步是根據(jù)筑壩河段的水生生態(tài)調(diào)查明確洄游魚類的種類、大小，根據(jù)其洄游習(xí)性確定魚道或過魚設(shè)施的種類及水流流速。

(2)為了優(yōu)化設(shè)計，魚道的布置應(yīng)盡量考慮與電站樞紐建筑物相結(jié)合，簡化施工，從而有利于節(jié)省投資。根據(jù)國外魚道建設(shè)歷程，采用垂直豎縫式魚道過魚效果較好。

(3)當魚道工程布置與樞紐建筑物相結(jié)合，魚道施工一般不涉及復(fù)雜的地質(zhì)條件，也不存在大體積混凝土，其施工技術(shù)的關(guān)鍵是止水、縫間處理及外觀體型控制。

(4)建筑魚道的最終目的是在大壩攔截河段為魚類提供洄游通道，因此，魚道設(shè)計的關(guān)鍵是誘魚和過魚監(jiān)測設(shè)施設(shè)計有效，其中過魚監(jiān)測設(shè)施將作為魚道運行效果反饋分析的基礎(chǔ)，需在過魚的大小、數(shù)量及成活率等方面有基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

4魚道設(shè)計的關(guān)鍵技術(shù)

4.1水生生態(tài)調(diào)查

水生生態(tài)調(diào)查的目的是明確區(qū)間河段環(huán)境保護對象，以進一步根據(jù)保護對象的生理學(xué)、生態(tài)學(xué)特點進行過魚設(shè)施設(shè)計。

該工程通過調(diào)查得知，其過魚對象為裸體鰍鮀、重口裂腹魚、青石爬鮡、大渡白甲魚、側(cè)溝爬巖鰍等5種省級保護魚類，兼顧區(qū)域河段分布的其他魚類。根據(jù)過魚對象特點，最終確定過魚設(shè)施為魚道。

4.2魚類游泳能力測試

魚類進入魚道入口、能否順利通過魚道，主要與過魚對象的游泳行為密切相關(guān)。其中魚類的趨流特性主要用于魚道進口流場設(shè)計；魚類的克流速度和疲勞時間等游泳指標主要用于魚道流速設(shè)計。

為了解區(qū)域河段目標魚類的游泳能力，該工程開展了魚類游泳能力測試。魚類游泳能力的主要指標有兩類：一是趨流特性，二是克流能力。趨流特性一般以感性流速為指標，它反映魚道以及魚類洄游路線中出現(xiàn)的最小流速，在這個流速上，魚類會較易找到洄游方向；克流能力以速度表示，可以分為持續(xù)游泳速度、耐久游泳速度和突進速度。其中持續(xù)游泳速度為魚類在恒定流速下的游泳行為，在過魚設(shè)施內(nèi)出現(xiàn)的幾率較小，故不作為測試指標；耐久游泳速度是魚道長度以及休息池設(shè)計的參考依據(jù)；突進游泳速度主要用于魚道的一些特殊結(jié)構(gòu)及高流速區(qū)。

通過魚類游泳能力試驗，獲得了該工程魚道設(shè)計的主要參數(shù)建議值。其中過魚孔流速主要參考了魚類突進速度，建議過魚孔流速為1.1～1.25m/s；過魚孔尺寸主要參考了過魚對象的規(guī)格，根據(jù)通過魚類的最大體長，要求豎縫寬度和高度≥0.3m；休息池可為魚類經(jīng)過突進游動后提供顯著的休息時段，該工程的主要過魚對象持續(xù)游泳能力存在差異，若要保證魚類順利通過魚道且不疲勞須設(shè)置休息池，休息處形成類似自然的小型池塘，內(nèi)部流速為0.2～0.6m/s；對魚道底部進行加糙處理，以滿足齊口裂腹魚、白甲魚等底棲型魚類；進口流速范圍為0.7～1.1m/s。

4.3魚道布置

枕頭壩一級水電站壩址兩岸山體雄厚，地形陡峭，魚道不具備岸邊布置條件；同時，電站樞紐布置除左右岸布置有非溢流壩段和排污閘壩段外，其余河床壩段均布置有發(fā)電廠房和泄水建筑物。結(jié)合左右岸非溢流壩段和排污閘壩段均有布置魚道跨越壩體的條件。該工程擬定左岸、右岸、跨河3個方案從過魚效果、樞紐布置條件、施工條件及投資等方面進行綜合比選，最終選定了左岸方案。

左岸魚道方案盡可能地與電站樞紐工程相結(jié)合，與已設(shè)計的1號堆積體下?lián)鯄Α⒖够瑯都斑M廠公路下?lián)鯄Φ冉ㄖ镆黄鸪省爸弊中尾贾谩?/p>

4.4誘魚和過魚監(jiān)測設(shè)施

該工程在魚道進口邊墻上埋設(shè)了φ50PVC誘魚噴水管，通過噴射水流誘使魚類進入魚道。

魚道監(jiān)測系統(tǒng)主要是在進出口安裝攝像機、在魚道觀察室位置安裝水下攝像機及測流速儀器，形成魚道洄游監(jiān)控系統(tǒng)，可實現(xiàn)魚道上下游紅外線掃描及計數(shù)功能。觀測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖見圖1。

圖1　上游觀察室觀測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

5魚道施工采取的關(guān)鍵技術(shù)

該工程魚道施工內(nèi)容主要包括土石方開挖，混凝土澆筑(灌注樁混凝土、水下混凝土、承臺及支撐墩混凝土、槽身混凝土)，閘門及啟閉機安裝，供電供水系統(tǒng)及建筑裝飾裝修等。為了減少施工干擾、減少合同邊界條件，利于施工管理，魚道工程施工單獨成標。

該工程魚道布置與電站主體工程基礎(chǔ)相結(jié)合，魚道施工不涉及復(fù)雜的地質(zhì)條件；其結(jié)構(gòu)尺寸較小，不涉及大體積混凝土澆筑；其單獨成標，除進出口施工與大壩二期圍堰在一個作業(yè)面外，其他部位基本上在上一個標段交面后才開始施工，干擾較小。因此，魚道施工的關(guān)鍵是止水、施工縫處理及外觀體型控制。

5.1止水施工

(1)止水制安。

銅片止水表面平整，其表面的浮皮、銹污、油漆、油漬等均需清除干凈。對砂眼、釘孔應(yīng)予焊補。架立金屬止水銅片時，采用焊接鉛絲或布置止水夾等措施加以固定；在混凝土澆筑前，將止水片上的塵土及其他雜物清除干凈，以保證止水片與混凝土的緊密結(jié)合；對止水片周圍的混凝土采用軟軸振搗器振搗密實，同時，振搗器在振搗過程中不能與止水片接觸。

(2)止水片的連接。

銅止水片采用雙面氧氣銅焊焊接，搭接長度不得小于20mm，雙面焊。

5.2施工縫的處理

為預(yù)防施工縫處混凝土骨料集中、混凝土疏松、新舊混凝土接茬明顯、沿縫隙處滲漏水等問題，施工縫采用清除浮漿法進行處理，即采用鐵抹子將表面的浮漿刮去一層，深度<25mm并挖壓出條紋狀，以提高水平施工縫的粘結(jié)質(zhì)量，從而對新舊混凝土的結(jié)合有利。

在施工縫處繼續(xù)澆筑混凝土?xí)r, 應(yīng)符合下列規(guī)定:(1) 已澆筑的混凝土其抗壓強度不小于1.2MPa。(2) 在已硬化的混凝土表面上, 應(yīng)清除水泥薄膜和松動石子以及軟弱混凝土層, 并對其加以充分濕潤和沖洗干凈、不積水，即做到: 去掉乳皮, 微露骨料, 表面粗糙。(3) 澆筑前, 水平施工縫先鋪上10～15mm厚的水泥砂漿一層, 其配合比與混凝土內(nèi)的砂漿成分相同。(4) 防水混凝土連續(xù)澆筑, 少留置施工縫。當需留置施工縫時,嚴格遵守下列規(guī)定: 第一, 底板、頂板不留施工縫,底拱、頂拱不宜留縱向施工縫。第二, 墻體不留垂直施工縫。水平施工縫不留在剪力與彎矩最大處或底板與側(cè)墻交接處,而留在高出底板表面不小于300mm的墻體上。當墻體有孔洞時, 施工縫距孔洞邊緣不小于300mm。第三, 對于承受動力作用的設(shè)備基礎(chǔ)不留置施工縫。

5.3外觀體型控制

為保證混凝土外觀質(zhì)量，實現(xiàn)外觀均勻、平整，無蜂窩麻面，主要從水泥選擇、配合比設(shè)計、模板選擇及振搗時間幾個方面進行控制。在水泥的選擇上，因水泥用量不大，應(yīng)盡量采用同一廠家、同一品種的水泥；在混凝土配合比設(shè)計中，需考慮混凝土具有均勻一致的外觀質(zhì)感并具有穩(wěn)定的工作性能；在模板的選擇上，魚道外側(cè)墻體采用桁架式大面鋼模板和定型模板，并在鋼模板表面涂刷優(yōu)質(zhì)的油性脫模劑；在振搗工藝上，根據(jù)混凝土表面大氣泡排出與成型振動時間的關(guān)系，并考慮混凝土的性能及施工條件，找出最佳成型振動時間、振動點間距的控制，以減少混凝土表面的氣泡數(shù)量。筆者以魚道槽身為例，簡要介紹了魚道混凝土的施工。

(1)混凝土分塊。魚道槽身混凝土按照設(shè)計結(jié)構(gòu)分縫分塊，一般為10m一段，局部分塊長度由于轉(zhuǎn)彎、魚道休息平臺及結(jié)構(gòu)控制物及過壩段長度根據(jù)實際情況有所不同，混凝土澆筑采用跳倉法施工。

(2)混凝土分層。魚道槽身混凝土施工在下部基礎(chǔ)施工完成后分層澆筑，先進行底板混凝土和邊墻下部50cm混凝土澆筑；對于邊墻高度超過3m的槽身段，按照每層3m進行施工，隔板、聯(lián)系梁及人行道隨邊墻混凝土同時施工。

(3)模板施工。魚道槽身內(nèi)側(cè)及隔板模板采用鋼框竹膠板、方木和鋼管加固，拐角部位采用定型鋼模板；外側(cè)墻體采用桁架式大面鋼模板和定型模板，并在鋼模板表面涂刷優(yōu)質(zhì)的油性脫模劑。部分魚道槽身為墩柱結(jié)構(gòu)支撐，該部分槽身混凝土采用搭設(shè)滿堂腳手架支撐進行施工，腳手架下部基礎(chǔ)進行加固處理，清除表層的松軟及淤泥質(zhì)，分層換填石灰土或級配碎石，采用重型碾壓機械壓實并澆筑混凝土墊層，以確保腳手架基礎(chǔ)滿足荷載要求。

(4)鋼筋制安。魚道使用的鋼筋為業(yè)主供材，從而保證了鋼筋質(zhì)量。鋼筋在工廠經(jīng)現(xiàn)場驗收合格后采用載重汽車運至現(xiàn)場，現(xiàn)場采用人工綁扎或焊接。

(5)混凝土運輸及入倉?；炷了竭\輸均采用6m3混凝土攪拌車由拌和系統(tǒng)運至施工現(xiàn)場。魚道槽身混凝土以履帶吊吊罐入倉為主，局部采用腳手架搭設(shè)溜槽直接入倉；對于不具備吊罐和溜槽的建筑結(jié)構(gòu)采用泵送混凝土入倉。

(6)混凝土澆筑及振搗?；炷练謱訚仓?、分層振搗。插入式振搗棒移動間距不大于振搗棒作用范圍的1.5倍。一般每點振搗30～35s。振搗時需注意對于鋼筋密集及不易插入振動棒的部位不得出現(xiàn)漏振、欠振或過振。每一振點的時間以表面出現(xiàn)浮漿和不再有顯著沉落，不再有大量氣泡上冒為止。為使上下層混凝土結(jié)合成整體，上層混凝土振搗要在下層混凝土初凝之前進行，并要求振搗棒插入下層混凝土10cm。

5.4混凝土施工質(zhì)量

魚道工程混凝土共評定單元工程369個，合格369個，合格率為100%，優(yōu)良338個，優(yōu)良率為91.6%。施工單位對混凝土抗壓強度檢測取樣437組，檢測結(jié)果滿足設(shè)計要求，強度保證率達到97.7%。對混凝土全面性能檢測40組，檢測結(jié)果均滿足設(shè)計要求。對混凝土體型檢測381個點，371個點合格，合格率為97.4%。對過流面檢測284個點，275個點合格，合格率為96.8%。

2015年5月，枕頭壩一級水電站下閘蓄水，魚道進行了過水。魚道首次過水后現(xiàn)場巡視未發(fā)現(xiàn)滲水現(xiàn)象且運行至今未發(fā)現(xiàn)滲水現(xiàn)象。

5.5其他

魚道標施工內(nèi)容除土建工程外，還有閘門、啟閉機安裝，電氣一次、二次設(shè)備安裝，因涉及專業(yè)較多，施工單位應(yīng)該配備相關(guān)專業(yè)施工管理人員。由于魚道內(nèi)有大量的水力機械輔助設(shè)備及監(jiān)測設(shè)備的預(yù)埋管線，施工前，應(yīng)針對專業(yè)間的交叉做好設(shè)計交底工作。

6結(jié)語

(1)枕頭壩一級水電站魚道工程的布置與電站樞紐工程相結(jié)合，簡化了施工，節(jié)省了工程投資，可為其他電站布置魚道時借鑒。

(2)該工程魚道長1 228.25m，水頭34m，是西南地區(qū)規(guī)模最大的魚道。目前，魚道設(shè)計還沒有成熟的設(shè)計規(guī)范，國內(nèi)已建的魚道規(guī)模均較小，多為低水頭大壩上建設(shè)的魚道。該工程魚道的設(shè)計代表著國內(nèi)魚道設(shè)計的先進水平，可供其他魚道設(shè)計時參考。

(3)魚道施工過程中以止水、施工縫處理、混凝土外觀體型控制為重點，魚道過水后未發(fā)現(xiàn)滲

水現(xiàn)象，施工質(zhì)量良好。

(4)誘魚設(shè)施是魚道設(shè)計的關(guān)鍵，該工程僅在魚道進口設(shè)置了噴水誘魚系統(tǒng)，而該部位的河床寬約200m，在如此寬的水域此誘魚系統(tǒng)具有一定的局限性，誘魚效果尚待進一步觀察。參考國外工程，有覆蓋水面的誘魚系統(tǒng)以及通過燈光、聲音等方式誘魚，其他電站在選擇誘魚設(shè)施時可考慮采用。

參考文獻：

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[2]宋德敬，姜輝，等.老龍口水利樞紐工程中魚道的設(shè)計研究[J].海洋水產(chǎn)研究，2008,29(1)：92-97.

侯璐(1987-)，女，四川仁壽人，副處長，工程師，學(xué)士，從事水電工程建設(shè)管理工作；

王海勝(1978-)，男，河南新鄉(xiāng)人，工程師，碩士，從事水電工程建設(shè)技術(shù)與管理工作；

王棋(1990-)，男，湖北黃岡人，技術(shù)員，從事水電工程建設(shè)技術(shù)與管理工作.

(責(zé)任編輯：李燕輝)

收稿日期:2015-10-15

文章編號:1001-2184(2015)06-0107-04

文獻標識碼:B

中圖分類號:TV52;TV222;TV7

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