呂德浩

(林口縣水電開發(fā)總公司，黑龍江 林口 157600)

1 工程概況

牡丹江下游某水電站，設(shè)計(jì)裝機(jī)100MW，庫容1.25m3，屬大型水電工程。發(fā)電機(jī)組位于大壩有右岸。右岸進(jìn)廠公路長(zhǎng)2.81km，是一條新建公路，公路起點(diǎn)位于壩址，終點(diǎn)與下游方虎公路相交，是外界進(jìn)入壩址的唯一通道。距該進(jìn)廠公路終點(diǎn)下游2.05km處是電站施工所需的主料場(chǎng)，供應(yīng)水電站圍堰及壩體施工的土石方共計(jì)200余萬m3。因此，右岸進(jìn)廠公路承擔(dān)著建設(shè)水電站所需的土石方、機(jī)電設(shè)備、金屬結(jié)構(gòu)等運(yùn)輸任務(wù)，是水電站工程建設(shè)的關(guān)鍵性道路。

2001年該電站開始進(jìn)行前期的“四通一平”工程，其中右岸公路確定為一般二級(jí)公路，涉及涵洞六座。其中六號(hào)涵洞設(shè)計(jì)為圓管涵(雙排)，管徑1.0M，涵上填土高度平均為4.37M，涵長(zhǎng)22.0M，坡度2%。由于該處落差較大(4.23M)，涵洞上游設(shè)消力跌水，下游設(shè)急流槽、消力池等。

經(jīng)對(duì)六號(hào)涵洞進(jìn)行實(shí)地勘測(cè)，該涵洞上游溝道長(zhǎng)約2.0km，平均寬約0.4km，溝道兩側(cè)已大部分開荒種地，已形成沖刷溝；下游出口距牡丹江約100M；溝道內(nèi)平時(shí)無水，根據(jù)洪痕，水位較高，經(jīng)走訪當(dāng)?shù)匕傩眨摐系烙昙竞樗{著泥沙及柴草等下泄，一般土涵洞已沖毀多次。鑒于該公路工程的重要性，決定對(duì)該涵洞的型式進(jìn)行修改。

2 設(shè)計(jì)選型

六號(hào)涵洞溝道平均坡度為11.3%，末端溝道較寬、較深。經(jīng)探挖該段基礎(chǔ)較好為天然穩(wěn)定砂礫石，俗稱鐵板砂。根據(jù)因地制宜、就地取材和便于施工養(yǎng)護(hù)等原則，選取涵洞構(gòu)造型式中常用的圓管涵(雙管Ф1.0)、蓋板涵、內(nèi)部跌落式蓋板涵進(jìn)行方案比較。

材料來源：毛石擬采用距離工地1.0km處的該路段爆破山石石方經(jīng)選料后作為涵洞石料(經(jīng)檢測(cè)滿足涵洞用料要求)；水泥自林口供應(yīng)，距離98公路；碎石場(chǎng)距工地80km；施工用沙距工地5.0km。在同等材料價(jià)格的基礎(chǔ)上對(duì)三種涵洞的型式、施工難易程度、造價(jià)等比較如下：

1)圓管涵洞(雙管Ф1.0)：是一種常用的涵洞型式，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，施工方便，輔助當(dāng)?shù)氐霓r(nóng)民工就能完成工程，且造成價(jià)低。缺點(diǎn)：本工程所用管材需從廠家運(yùn)送，距離較遠(yuǎn)(約98km)，圓管安裝需吊裝設(shè)備；碎石運(yùn)距較遠(yuǎn)；穩(wěn)管墊層所需要混凝土用量較大且需現(xiàn)場(chǎng)拌制；發(fā)電機(jī)、攪拌機(jī)等一應(yīng)俱全，直接增加施工成本[1]。

2)蓋板涵洞：蓋板涵主要由蓋板涵臺(tái)及基礎(chǔ)等部分組成，蓋板涵與簡(jiǎn)支板梁橋的結(jié)構(gòu)型式基本相同，具有受力明確，構(gòu)造簡(jiǎn)單，施工方便，排洪能力強(qiáng)等特點(diǎn)。廣泛用于公路工程中，特別是水利水電工程的前期“四通一平”山區(qū)公路工程建設(shè)中。一般情況下造價(jià)較圓管涵高，由于本工程采用的石料距離較近，減少了較多的材料成本；蓋板所需鋼筋混凝土工程量較小，可預(yù)制后運(yùn)抵工地安裝；主要施工是砌筑漿砌石，輔助當(dāng)?shù)氐霓r(nóng)民工就能完成工程。

3)內(nèi)部跌落式蓋板涵：是蓋板涵洞的一種改進(jìn)，采用涵洞內(nèi)部分層跌水，減少了上游、下游的高差，減少了上游設(shè)置跌水、下游設(shè)置急流槽的長(zhǎng)度。同蓋板涵一樣，具有受力明確，構(gòu)造簡(jiǎn)單，施工方便，排洪能力強(qiáng)等特點(diǎn)。主要施工是砌筑漿砌石，輔助當(dāng)?shù)氐霓r(nóng)民工就能完成工程。

3種型式涵洞的工程量、造價(jià)比較見表1。

表1 3種型式工程量、經(jīng)濟(jì)指標(biāo)比較表

根據(jù)上述3種涵洞的特點(diǎn)分析，從工程量、造價(jià)等的比較看，3種涵洞造價(jià)相差不大，蓋板涵造價(jià)最高，圓管涵次之，最小的是內(nèi)部跌落式蓋板涵；從施工的角度上講，蓋板涵、內(nèi)部跌落式蓋板涵施工簡(jiǎn)便、適合涵洞就地取材的原則；從運(yùn)行方式上看，蓋板涵、內(nèi)部跌落式蓋板涵有利于泥沙、柴草等雜物的通過，而雙排圓管涵中的兩圓管涵之間的隔墩阻礙泥沙、柴草下泄，增加水流對(duì)涵洞的沖擊，影響涵洞的穩(wěn)定性。由此看出，無論工程造價(jià)、施工難易程度、運(yùn)行方式上看內(nèi)部跌落式蓋板涵都優(yōu)越于蓋板涵和圓管涵(雙排)，因此選擇方案3內(nèi)部跌落式蓋板涵。

3 涵洞尺寸的確定

3.1 涵洞進(jìn)口尺寸確定

根據(jù)《公路工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范定額匯編》，一般二級(jí)公路涵洞設(shè)計(jì)洪水頻率為1/50，經(jīng)計(jì)算，洞徑為1.0m的涵洞可以滿足過水要求，但是考慮到上游流域內(nèi)植被破壞嚴(yán)重，下泄洪水中泥沙、柴草等雜物較多，易導(dǎo)致涵洞口堵塞，因此將涵洞進(jìn)口尺寸調(diào)整為1.5m×1.5m。

3.2 沉降縫的選擇及跌水的設(shè)置

一般情況下，非巖石地基上的涵洞每4-6m應(yīng)設(shè)置沉降縫，考慮到該涵洞基底為穩(wěn)定的天然砂礫石(鐵板砂)，基礎(chǔ)穩(wěn)定。為便宜于施工，設(shè)置兩道沉降縫，三段長(zhǎng)度自上而下分別為7.5m、7.0m、7.5m。涵洞底坡為2%。

涵洞內(nèi)的跌水設(shè)置在兩道沉降縫處，跌檻高度為0.3m，總跌水高度為0.6m。

3.3 進(jìn)、出水口的縱坡設(shè)置

進(jìn)水口采用八字墻接走廊式洞口，增大了進(jìn)口寬度和長(zhǎng)度，有利于溝道內(nèi)的洪水匯集。

加高隔水墻，使隔水墻距進(jìn)口達(dá)1.0m，減緩上游原地面坡度，使原上游地面坡度由11.3%降為4.6%，防止上游溝道的繼續(xù)加深，減少泥沙下泄量。加高的隔水墻使涵洞進(jìn)口成為跌水進(jìn)口，經(jīng)計(jì)算，不會(huì)對(duì)涵洞產(chǎn)生任何不利影響。

出口采用八字式洞口，出口與原地面的高差采用臺(tái)階平置式陡坡，臺(tái)階采用30×30階梯，八字墻角度為14°，出口總寬3.0m；臺(tái)階及八字式洞口均能消減大部分水能，使出口末端的原地面受到的水流沖擊最小，經(jīng)計(jì)算不會(huì)對(duì)涵洞基礎(chǔ)產(chǎn)生影響。

3.4 涵洞結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

蓋板設(shè)計(jì)：按簡(jiǎn)支梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，根據(jù)相關(guān)規(guī)范，蓋板厚度為0.2m。

擋土墻設(shè)計(jì)：涵洞的墻體設(shè)計(jì)為重力式擋土墻，考慮當(dāng)?shù)囟緝龊η闆r，涵底以下基礎(chǔ)均為2.0m，三段墻洞內(nèi)凈高分別為1.5m、1.8m、2.1m；擋土墻上口取0.5m，底寬2.7m。根據(jù)承載能力極限狀態(tài)和正常使用極限狀態(tài)，經(jīng)土壓力、車輛荷載、填土重力、自身重力等多種不利荷載受力分析計(jì)算，該結(jié)構(gòu)滿足抗壓、抗傾覆校核。

八字墻基礎(chǔ)取1.8m，上口0.4m，下口1.3-1.6m不等，墻高為3.3-4.4m不等，經(jīng)校核，滿足設(shè)計(jì)要求。涵洞縱斷面及平面圖如圖1所示。

(a)函洞縱剖面圖

(b)函洞平面圖

4 涵洞的施工

4.1 施工放樣

根據(jù)涵洞中心線，確定涵洞的四邊位置，并定樁標(biāo)記。根據(jù)水準(zhǔn)控制網(wǎng)，確定基礎(chǔ)開挖輪廓線。注意：道路中心線與涵洞中心線并不重合。

4.2 溝槽開挖

按設(shè)計(jì)要求的沉降縫間距分段開挖，寬度為擋土墻實(shí)體工程基礎(chǔ)加作業(yè)面寬，采用人工配合挖掘機(jī)或人工配合推土機(jī)開挖。開挖過程中，要邊開挖、邊檢查，發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤，立即給予糾正，保證開挖按設(shè)計(jì)要求進(jìn)行。砌筑前，先在已經(jīng)驗(yàn)收合格的基底鋪一層30-50m厚的水泥砂漿，然后再向上施砌。

4.3 漿砌石施工

選料：由于使用公路爆破石料，首先要注意安全，應(yīng)選擇材質(zhì)堅(jiān)實(shí)，無風(fēng)化剝落或裂紋，石材表面無污垢、水銹等雜質(zhì)，必要時(shí)，應(yīng)用水沖洗。水泥、沙等均應(yīng)滿足設(shè)計(jì)要求。

漿砌石施工方法：砌石施工方法采用座漿法，其砌石程序?yàn)椋合绕觥敖鞘?，再砌“面石”，最后砌“腹石”?/p>

拉結(jié)石的設(shè)置：由于墻體較厚到、較高，容易產(chǎn)生前后墻體塊石砌筑不均，影響墻體的整體強(qiáng)度，一般每間隔1-2m，高度0.5m左右，應(yīng)錯(cuò)縫分布“拉結(jié)石”(較長(zhǎng)的條石)，使墻體前后能構(gòu)成一個(gè)整體保證墻體的穩(wěn)定。

4.4 混凝土蓋板澆筑及安裝

混凝土蓋板采取預(yù)制方式在距工地1.0km處的江南村澆筑，養(yǎng)護(hù)后運(yùn)至工地，人工配合及吊車安裝。

4.5 養(yǎng)生與回填土

由于距離牡丹江較近，取江中水草袋履蓋養(yǎng)生；養(yǎng)生完成后，墻后先作反慮層，再填路基土，人工分層夯填，超過涵頂蓋板0.5m后，按正常道路施工填筑。

5 內(nèi)部跌落式蓋板涵的評(píng)價(jià)

經(jīng)10余年的運(yùn)行，該涵洞目前運(yùn)行狀況良好，涵洞上游約50m溝道內(nèi)原沖刷溝已恢復(fù)到原溝底，溝道沒有下切，達(dá)到了設(shè)計(jì)預(yù)期目的。下游涵洞出口處略有沖刷，對(duì)出口段無影響。

綜合看內(nèi)部跌落式蓋板涵有以下特點(diǎn)：

1)優(yōu)點(diǎn)：內(nèi)部跌落式蓋板涵結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，施工方便，就地取材，技術(shù)含量較低，造價(jià)低。泄洪能力強(qiáng)，穩(wěn)定性強(qiáng)。汛期未出現(xiàn)洞口堵塞情況，適合牤牛大、泥沙含量高、柴草飄浮物多的山區(qū)涵洞。

2)缺點(diǎn)：由于是漿砌石體，對(duì)砂漿、石材、水泥等技術(shù)指標(biāo)要求較高；沉降縫的處理較復(fù)雜；施工用業(yè)面較小，易出現(xiàn)施工干擾；大量塊石施工，易出現(xiàn)人員傷害事故[2]。

3)不足之處：該涵洞內(nèi)跌落差為0.6m，占整個(gè)涵洞上、下游高差的14%。目前看，跌落差設(shè)置有些保守，如能多設(shè)置幾道跌檻使跌落差能達(dá)到總高差的30%-50%，消能效果能更加顯著；另外，涵底采用跌落式，涵頂蓋板未采用跌落式，仍按2%坡度下降，使涵洞出口凈高高于進(jìn)口凈高0.6m(進(jìn)口洞凈高1.5m，出口洞凈高2.1m)，增加了漿砌石工程量；可以通過試算，如涵頂也采用跌落式與增加涵長(zhǎng)相比較確定合理的涵頂坡降和涵長(zhǎng)。

以上不足之處有待在今后的工程中論證、比較、改進(jìn)。