桃林口水庫碼頭升船軌道工程設(shè)計(jì)

李少鵬，李新旺

（1.河北省定州市水利局，河北 定州 073000；2.河北省水利水電勘測設(shè)計(jì)研究院，天津 300250）

桃林口水庫碼頭升船軌道工程設(shè)計(jì)

李少鵬1，李新旺2

（1.河北省定州市水利局，河北 定州 073000；2.河北省水利水電勘測設(shè)計(jì)研究院，天津 300250）

桃林口水庫碼頭主要包括碼頭臺(tái)階、浮動(dòng)船平臺(tái)及升船軌道工程3部分，其中碼頭臺(tái)階和浮動(dòng)船平臺(tái)先于升船軌道工程建成，而后為解決桃林口水庫工程用船、冬季防凍和檢修問題，建成了升船軌道工程。

桃林口水庫；碼頭工程；升船軌道

1 工程概況

桃林口水庫位于河北省秦皇島市青龍縣境內(nèi)灤河支流青龍河上，是一座供水、灌溉、發(fā)電等綜合利用的大型水利樞紐工程。桃林口水庫碼頭工程位于水庫左岸，是為船只停靠和上、下游客而修建的。碼頭工程主要包括碼頭臺(tái)階、浮動(dòng)船平臺(tái)及升船軌道工程3部分，其中碼頭臺(tái)階和浮動(dòng)船平臺(tái)先于升船軌道工程建成，而后為解決桃林口水庫工程用船冬季防凍和檢修問題，建成升船軌道工程。升船軌道工程主要包括升船軌道、檢修平臺(tái)、操作平臺(tái)和升船機(jī)室。

2 工程總體布置

桃林口水庫工程左岸上游250m范圍內(nèi)，系原三道河村所在地，山坡較緩，巖層為長城系大紅峪組第二段，以中厚層石英砂巖為主，夾薄層板狀粉細(xì)砂巖，上覆山麓堆積物。已建的碼頭臺(tái)階工程坐落在大壩上游樁號(hào)上0+114處，漿砌石砌筑臺(tái)階起點(diǎn)高程146.5m，設(shè)計(jì)為349級(jí)，步高0.12m，寬5.0m，臺(tái)階綜合坡度為1∶3.2，沿岸坡坡向庫區(qū)，斜長110.0m，與大壩軸線基本平行，連接浮動(dòng)船平臺(tái)與碼頭公路。

浮動(dòng)船平臺(tái)寬4.0m，長30.0m，布置于碼頭臺(tái)階的下游一側(cè)，作為停靠船只和輸送游客的碼頭。

升船軌道中心樁號(hào)為上0+144，與碼頭臺(tái)階平行且相距30m，軌道間距4.5m。軌道梁頂點(diǎn)高程145.63m，總長108.96 m。

船只檢修平臺(tái)高程145.8～146.0m，臺(tái)面寬8.0 m，長20.0m，對(duì)稱布置于軌道兩側(cè)。

樁號(hào)上0+120.89～0+176.8區(qū)間，平均挖寬17.8m，設(shè)計(jì)為升船軌道操作平臺(tái)，以設(shè)置升船機(jī)室和作為小型船只停放場地，平臺(tái)面積共995m2。

觀測水尺布置在碼頭臺(tái)階上游側(cè)，系船碇沿碼頭臺(tái)階下游側(cè)每隔5.0 m埋設(shè)1個(gè)，共20個(gè)。

碼頭工程總平面布置見圖1。

圖1 碼頭工程總平面布置圖

3 升船軌道方案比選

3.1 垂直岸坡方案

軌道長108.96m，布置與碼頭臺(tái)階平行，相距30m。詳見圖1。

3.2 斜坡道方案

軌道起點(diǎn)與垂直岸坡方案類同，布置與庫岸呈60°夾角坡向上游，長155.16m。

主要指標(biāo)比較如表1。

表1 升船軌道方案比較

從表1可以看出，垂直岸坡方案牽引力雖然較大，但總體布置合理、抗冰壓力較好、軌道短，且投資較小，故設(shè)計(jì)推薦采用垂直岸坡方案。

4 升船軌道設(shè)計(jì)

4.1 軌道基礎(chǔ)設(shè)計(jì)

考慮水庫左岸山麓堆積較厚，且軌道大部處于水面以下，故軌道采用灌注樁基礎(chǔ)。灌注樁入土深按摩擦樁設(shè)計(jì)為8.0m；入土深不足8.0m而又大于5.0m者，要求樁底嵌入基巖0.5m；入土深小于5.0m者，要求樁底嵌入基巖1.0m。灌注樁直徑0.6m，樁距4.5m。個(gè)別樁位基巖面較高，覆蓋層厚度小于2.0m，采用混凝土墩式基礎(chǔ)，要求墩底坐落在弱風(fēng)化基巖面上，混凝土墩厚0.6m，寬5.1m。灌注樁與墩的混凝土強(qiáng)度均為C20。

4.2 軌道梁設(shè)計(jì)

升船軌道梁設(shè)計(jì)為8.0m三跨連續(xù)梁結(jié)構(gòu)。為減少軌道遭受冰壓力的影響，布置軌道坡度與岸坡走勢一致，確定軌道坡度為1∶3.2。

考慮船只檢修及冬季防凍，升船軌道應(yīng)確保船只在大多數(shù)情況下能出水上岸，因此確定適宜的升船水位很重要。升船水位低，升船保證率高但使用幾率低，且難免工程于水下施工，加大了施工難度及工程投資；升船水位高，雖可減小施工難度，并節(jié)約投資，但升船保證率低。

桃林口水庫為多年調(diào)節(jié)水庫，水庫死水位104.0m，正常蓄水位143.4m。綜合考慮水庫特征水位及不同時(shí)期水位特征，確定水庫升船水位120.0m，即在不低于此水位情況下，可保證船只上岸。

根據(jù)升船水位，并按升船臺(tái)車的具體尺寸及船只吃水深度，確定軌道梁的底端高程113.13m。根據(jù)水庫的正常蓄水位和周圍的地形特征，確定軌道梁的頂端高程145.63m。軌道梁總長108.96m，共四聯(lián)十三跨，每聯(lián)中，端支座為橡膠簡支支座，中支座與灌注樁為固接。軌道梁斷面尺寸60cm×60cm，混凝土等級(jí)為C25F200。

4.3 軌道護(hù)坡設(shè)計(jì)

升船軌道護(hù)坡坡度為1∶3.2，采用混凝土護(hù)坡，寬7.5m，總長110.0m，厚15.0cm，下設(shè)10.0cm厚碎石墊層。護(hù)坡每6.0m設(shè)油氈縫1條，縫寬2cm。護(hù)坡澆筑時(shí)與軌道梁之間亦設(shè)油氈相隔。護(hù)坡混凝土等級(jí)為C25F200。

5 檢修平臺(tái)設(shè)計(jì)

檢修平臺(tái)設(shè)置在升船軌道頂端兩側(cè)。每側(cè)平臺(tái)平面尺寸為8.0m×20.0m，臺(tái)面頂端高程146.0m，為方便排水，臺(tái)面縱坡設(shè)計(jì)為1∶100。檢修平臺(tái)為M7.5水泥砂漿砌石擋土墻結(jié)構(gòu)，基礎(chǔ)沿岸坡采用階梯式，分4段砌筑，每段長5.0m。臺(tái)面設(shè)計(jì)為15cm厚C25混凝土，下設(shè)10.0cm厚碎石墊層。為了安全，平臺(tái)上埋設(shè)鋼管欄桿。

6 操作平臺(tái)及升船機(jī)室設(shè)計(jì)

在樁號(hào)上0+120.89～上0+168和0+564.7～0+582.5區(qū)間范圍內(nèi)，開挖為操作平臺(tái)，開挖設(shè)計(jì)邊坡1∶0.75。臺(tái)面為厚15.0cm現(xiàn)澆C25混凝土，下設(shè)10.0cm厚碎石墊層。臺(tái)面采用縱坡排水，上0+120.89處臺(tái)面高程為146.5m，上0+168處臺(tái)面高程為146.03m，坡比為1∶100。為使臺(tái)面整潔，沿樁號(hào)0+582.5坡腳處，砌筑寬0.4m、高0.6m、長50.0m砌石擋土墻1道。

升船機(jī)室設(shè)置于操作平臺(tái)中部，樁號(hào)上0+144處，室內(nèi)卷揚(yáng)機(jī)座下設(shè)錨桿，滿足升船牽引力207.1kN的要求。機(jī)室前沿，對(duì)稱于軌道埋設(shè)地錨2個(gè)，每個(gè)地錨的設(shè)計(jì)錨固力為200kN，以備為升船臺(tái)車和檢修船只使用。

機(jī)井泵房、水塔設(shè)置在涼亭附近。機(jī)井深40m，安裝6B-13型水泵1臺(tái)。水塔設(shè)計(jì)為圓形，內(nèi)徑2.0m，塔底高程148.0m，塔高4.0m，容水量為12.0m3。

7 金屬結(jié)構(gòu)及電氣設(shè)備

桃林口水庫左岸碼頭升船機(jī)的主要用途為：當(dāng)水位不低于120.0m時(shí)，可以將水庫中重約30t的拖輪拖運(yùn)至庫水面以上，以滿足拖輪檢修和冬季防凍的要求。

7.1 左岸碼頭升船機(jī)金屬結(jié)構(gòu)

設(shè)備主要包括提升設(shè)備、拖運(yùn)小車及其軌道。當(dāng)拖輪需拖運(yùn)至庫水面以上進(jìn)行檢修或冬季防凍時(shí)，先利用提升設(shè)備將拖運(yùn)小車沿軌道下放，下放至水下，且能滿足拖輪開到小車上就位的位置，將拖輪緩慢地開至小車上就位，利用提升設(shè)備將小車與拖輪向上牽引，待拖輪與小車接觸后將拖輪與小車固定，繼續(xù)將小車連同拖輪一起向上牽引至鎖定高程，然后小車鎖定。當(dāng)需要將拖輪運(yùn)至庫中時(shí)，先啟動(dòng)提升設(shè)備，松開鎖定裝置，將小車同拖輪一起下放至庫水面附近，松開小車與拖輪的固定繩鎖，繼續(xù)下放，待拖輪能夠靠浮力脫離小車后，將拖輪啟動(dòng)開走，將小車牽引至鎖定高程鎖定放置。此時(shí)，即進(jìn)行了一次完整的操作。

7.2 升船機(jī)的提升設(shè)備

采用非標(biāo)固定卷揚(yáng)機(jī)，最大傾斜牽引力300kN。該提升設(shè)備的揚(yáng)程112m，如采用單根鋼絲繩牽引，則所需鋼絲繩直經(jīng)過大；如采用動(dòng)滑輪，可以減小鋼絲繩的直徑和提升設(shè)備的容量，但需要增加鋼絲繩的長度。經(jīng)過比較，最終選擇1個(gè)動(dòng)滑輪，提升設(shè)備的鋼絲繩在卷筒上多層纏繞的方案。

7.3 拖運(yùn)拖輪設(shè)置

由于升船機(jī)軌道的坡度較大（坡度1∶3.2），為保證拖運(yùn)拖輪的可靠性，保證在拖運(yùn)過程中不發(fā)生小車與拖輪相對(duì)運(yùn)動(dòng)，故將小車設(shè)計(jì)成底部沿軌道傾斜，頂部為水平形狀。小車分前后2節(jié)，中間用軸相連。每節(jié)小車底部由8個(gè)輪子支承。小車頂部兩側(cè)固定有方木，用于支承船體。小車頂部設(shè)置4根標(biāo)志桿，以方便拖輪就位。小車軌道根據(jù)荷載選用輕軌24，軌道間距4.5m。

7.4 升船機(jī)

升船機(jī)設(shè)在大壩上游左岸側(cè)，碼頭公路北端上坡開挖的平臺(tái)上設(shè)有升船機(jī)室。供電電源引于大壩東頭紀(jì)念碑附近原有30kVA配電變壓器，0.4kV側(cè)初步考慮以銅芯氯丁橡皮線架空敷設(shè)，根據(jù)地勢情況，如架空敷設(shè)有困難亦可考慮用電纜直埋敷設(shè)。

在升船機(jī)室設(shè)動(dòng)力配電柜一面，供船機(jī)運(yùn)行及臨時(shí)檢修用電，在操作室另設(shè)照明配電箱一面，供機(jī)室照明。根據(jù)該工程的使用幾率及重要程度，可考慮在升船機(jī)室屋頂設(shè)500W探照燈1只，供升船軌道范圍照明。

接地系統(tǒng)按常規(guī)作法，室內(nèi)做接地網(wǎng)，室外打接地極。防雷系統(tǒng)在低壓進(jìn)線終端配電柜內(nèi)裝氧化鋅避雷器1只。

8 結(jié)語

（1）升船軌道工程設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)緊湊，總體布置合理，投資較小。

（2）升船軌道地基為山麓堆積物，且長期處于水下，軌道基礎(chǔ)采用灌注樁穩(wěn)定性好，可確保升船穩(wěn)定運(yùn)行。

（3）升船軌道垂直岸坡布置，且坡度與岸坡走勢一致，在嚴(yán)寒地區(qū)，可減少軌道遭受冰壓力的影響，有利于軌道穩(wěn)定。

［1］河北省水利水電勘測設(shè)計(jì)研究院.桃林口水庫初步設(shè)計(jì)報(bào)告［R］.1991.

［2］SL/T 191—96，水工混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.

［3］SL211—98，水工建筑物抗冰凍設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.

TV222

A

1672-9900（2011）03-0064-03

2011-03-04

李少鵬（1970—），男（漢族），河北定州人，工程師，主要從事水利工程技術(shù)工作，（Tel）13223202334。