小型水庫交通橋對壩頂高程確定的影響

汪 洋

(貴州筑恒檢測服務有限公司，貴州 貴陽 550002)

1 小型水庫交通橋存在的問題

小型水庫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。現行的水利行業設計規范，如《混凝土重力壩設計規范》(SL 319-2018)第8.1.3 條、《溢洪道設計規范》(SL 253-2018)第3.3.8 條，都要求橋下應有足夠的凈空，以滿足泄洪、排漂及排凌要求。但上述規范并未給出具體的凈空尺寸設計，而根據《公路橋涵設計通用規范》(JTG D60-2015)第3.4.3 條5 款規定:在不通航和無流筏的水庫區域內，梁底面或無鉸拱拱頂底面離開水面的高度不應小于計算浪高的0.75 倍加上0.25 m。通常小型水庫交通橋的橋面高程在設計時，都是與壩頂高程保持一致，由此會導致小型水庫交通橋很難有足夠的凈空。

2 工程實例一

貴州省黔西南州某水庫總庫容241 萬m3，工程規模屬小(1)型，工程等別為Ⅳ等，正常蓄水位為1182.80 m，設計洪水位為1184.10 m，校核設計洪水位為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。泄水建筑物為無閘控制開敞式溢洪道，共設2 孔，凈寬14 m，中墩寬1.5 m。由于壩頂連接左右岸鄉村道路，需設置交通橋便于當地百姓出行。

2.1 壩頂高程計算

根據《重力壩設計規范》(SL 319-2018)條規定:壩頂高程應高于水庫最高靜水位。壩頂上游防浪墻頂的高程應高于波浪頂高程，其與正常蓄水位或校核洪水位的高差，應按下式計算，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。本工程重力壩級別為4 級，安全超高參照3 級取值:正常蓄水位，hc=0.4 m;校核洪水位，hc=0.3 m。

式中:h為當gD/V02=20～250 時，為累積頻率5%的波高h5%，當gD/V02=250～1000 時，為累積頻率10%的波高h10%，Lm為平均波長，m。

波浪中心線至水庫靜水位的高程hz按下式計算:

計算結果見表1。

表1 計算結果表

根據計算結果，壩頂不設防浪墻時，壩頂高程取1185.5 m。

2.2 交通橋橋面高程計算

交通橋為簡支梁橋，在滿足橋下有足夠的凈空時，梁底面離開水面的高度h3不應小于計算浪高的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濟范圍為1/11～1/16，計算跨度取兩支座中心線距離L0=7.61 m，故梁高經濟范圍為0.48 m～0.69 m，確定主梁截面為0.4 m×0.8 m(寬×高)。梁的撓度驗算采用以下公式:

經計算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。考慮上述計算的梁下凈空要求，計算橋面高程=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

由上述計算可知，計算橋面高程高于計算壩頂高程0.5 m，差距比較大，對此有三種方案可解決此類沖突。

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，將交通橋寬度6.0 m 減小至4.8 m，將主梁根數由3 根減少至2 根，優化交通橋梁、板布置結構，具體結構見圖2。

圖2 方案③示意圖

方案優缺點:方案①壩頂整體結構規整協調，但增加約320 m3壩體混凝土填筑量;方案②壩頂整體結構不協調，存在坡度，但增加壩體混凝土填筑量小(約40 m3);方案③壩頂整體結構不協調，從非溢流壩段至溢流壩段壩頂寬度由6.0 m 變為4.0 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，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 萬元，但對整個工程投資影響甚微(不到千分之一)，方案②和方案③雖然節省投資，但不利于當地百姓交通出行，脫離工程建設“以人為本”的初衷。

3 工程實例二

六盤水市某水庫總庫容111 萬m3，工程規模屬小(1)型，工程等別為Ⅳ等，正常蓄水位為1416.0 m，設計洪水位為1417.08 m，校核設計洪水位為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。泄水建筑物為無閘控制開敞式溢洪道，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村道路，需設置交通橋便于當地百姓出行。

3.1 壩頂高程計算

壩頂高程根據《碾壓式土石壩設計規范》(SL 274-2020)第5.3.1 條規定:壩頂高程等于水庫靜水位與壩頂超高之和計算，計算結果見表2。

表2 計算結果表 單位:m

由計算結果可知，壩頂高程由設計洪水位控制，取壩頂高程1418.00 m，防浪墻頂高程1419.20 m，滿足規范要求:當壩頂上游側設有防浪墻時，壩頂超高可改為對防浪墻頂的要求;在正常運用條件下，壩頂應高出靜水位0.5 m;在非常運用條件下，壩頂應不低于靜水位。

3.2 交通橋橋面高程確定

交通橋在滿足構造、荷載和撓度等要求下，確定主梁截面為0.4 m×0.9 m(寬×高)，若此時橋面高程采用壩頂高程時，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，此時梁底已在校核、設計水位以下，不利于交通橋的長期安全運行。

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，通過放坡(1∶32)即可解決壩頂高程與橋面高程不一致問題，且坡度較緩，不會對百姓出行造成不便。

4 結語

上面兩個工程實例是小型水庫剛性壩、柔性壩(土石壩)設計中常見問題， 但因為現行水利規范暫未針對此類交通橋進行明確的凈空要求， 在實際設計過程中設計人員會忽略橋下凈空要求， 導致交通橋橋下凈空不滿足規范要求， 甚至會出現交通橋主梁梁底在校核、設計水位以下的情況， 不利于小型水庫建筑物的長期安全運行。建議設計人員在確定壩頂高程時， 充分考慮橋下凈空要求這一因素。