淺論汶水一站水電站工程總體布置及主要建筑物設(shè)計(jì)

1、<p>　　淺論汶水一站水電站工程總體布置及主要建筑物設(shè)計(jì)</p><p>　　摘要：汶水一站水電站為河床式電站，電站由攔河閘壩、發(fā)電廠房、升壓站等建筑物組成，總裝機(jī)容量為2500kW。本文通過(guò)對(duì)汶水一站水電站工程總體布置及主要建筑物設(shè)計(jì)，解決了該電站擋水、引水、及泄水的不利問(wèn)題，提高了電站的出力。 </p><p>　　關(guān)鍵詞：水電站；工程；總體布置；建筑物；設(shè)計(jì) </p

2、><p>　　中圖分類(lèi)號(hào)： S611 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： </p><p><b>　　1工程概況 </b></p><p>　　汶水一站水電站工程位于廣東省廣寧縣古水河境內(nèi)，為古水河梯級(jí)開(kāi)發(fā)的第7級(jí)水電站。電站以發(fā)電為主，總裝機(jī)容量2500kW，設(shè)計(jì)水頭8.0m，年發(fā)電量945萬(wàn)kW.h。 </p><p>&l

3、t;b>　　2 設(shè)計(jì)依據(jù) </b></p><p>　　2.1工程等別及建筑物級(jí)別以及相應(yīng)的洪水標(biāo)準(zhǔn) </p><p>　　汶水一站水電站以發(fā)電為主，裝機(jī)容量為2500kW，校核洪水位時(shí)的總庫(kù)容為280.0萬(wàn)m3。按照《水利水電工程等級(jí)劃分及洪水標(biāo)準(zhǔn)》SL252-2000的規(guī)定，工程屬Ⅳ等工程，小(1)型規(guī)模。電站的永久建筑物(泄水閘、泄水建筑物、廠房)均按4級(jí)建筑物設(shè)計(jì)

4、，導(dǎo)流圍堰等臨時(shí)工程按5級(jí)建筑物設(shè)計(jì)。 </p><p>　　根據(jù)《水利水電工程等級(jí)劃分及洪水標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定，電站建筑物的洪水標(biāo)準(zhǔn)如表2-1-1所示。 </p><p>　　表2-1-1洪水標(biāo)準(zhǔn) </p><p>　　2.2設(shè)計(jì)基本資料 </p><p><b>　　1、水文氣象 </b></p><p&

5、gt;　　古水河流域自上游至下游主要?dú)庀髤?shù)為：多年平均氣溫20.8℃,最高氣溫39.1℃～39.4℃,最低氣溫-3.9℃～4.2℃.多年平均相對(duì)溫度81%，多年平均風(fēng)速0.9～1.1m/s，最大風(fēng)速13～5.3m/s。 </p><p>　　3 壩軸線的選擇及工程總體布置 </p><p>　　3.1壩軸線的選擇 </p><p>　　汶水一站水電站壩軸線的選擇受

6、河床寬度和廠房尾水暢順影響，考慮到上游永隆水電站下游尾水位、汶水二站水電站開(kāi)發(fā)時(shí)上游正常蓄水位銜接,選擇Ⅰ線和Ⅱ線兩個(gè)方案比較。 </p><p>　　3.1.1Ⅰ線方案 </p><p>　　(1)地形、地質(zhì)條件。Ⅰ線內(nèi)無(wú)較大的斷層通過(guò)，未見(jiàn)次級(jí)褶皺，地質(zhì)構(gòu)造較不發(fā)育。(2)工程型式、布置。Ⅰ線方案擬于橫石口村上300m處河段修筑攔河壩,并在河床左岸布置廠房及附屬建筑物，屬河床式開(kāi)發(fā)方案

7、。攔河壩左岸為公路。(3)工程量、施工條件。線基巖露頭較明顯，上部覆蓋層較薄，開(kāi)挖方量不大且對(duì)主要交通線沒(méi)有造成破壞；河床相對(duì)較寬，填筑方量較大。廠房布置在河流左岸，離公路較近，施工方便，工程量和投資也不大。 </p><p>　　3.1.2Ⅱ線方案 </p><p>　　(1)地形、地質(zhì)條件。壩軸線兩岸植被茂密，自然邊坡基本穩(wěn)定，物理地質(zhì)現(xiàn)象不發(fā)育。 </p><p&

8、gt;　?。?）工程型式、布置 </p><p>　?、蚓€的河床段修筑攔河壩和發(fā)電廠房及附屬建筑物，在河床的右岸筑壩擋水，河床的左岸布置廠房和附屬建筑物，屬河床式開(kāi)發(fā)方案。 </p><p>　　3.1.3壩軸線比較和方案選擇 </p><p>　　I線壩址區(qū)基巖均屬硬質(zhì)巖石，巖面埋深和巖石風(fēng)化均較淺，無(wú)較大的不良地質(zhì)現(xiàn)象，工程地質(zhì)與水文地質(zhì)條件較好。II線壩址區(qū)左

9、岸邊坡較緩，右岸邊坡較陡，巖面埋深和巖石風(fēng)化相對(duì)1線均較深。下游有一小型滑坡體不利于壩體的穩(wěn)定及防滲。綜上所述，Ⅰ、Ⅱ線的工程地質(zhì)與水文地質(zhì)條件均可滿(mǎn)足建壩的要求，但從施工安排及對(duì)環(huán)境的影響考慮，I線優(yōu)于II線。因此，選定I線方案為本工程的推薦方案。 </p><p>　　3.2樞紐布置選擇 </p><p>　　本電站水頭較低，選定壩址處沒(méi)有引水或其他布置的地形條件，所以廠+房采用河床式

10、布置?？傮w布置采用右河床廠房還是左河床廠房方案，主要取決于對(duì)外交通條件。現(xiàn)有瀝青公路已通往河流左岸，可通大汽車(chē)，且工程砂、碎石等材料主要取在左岸沙灘上，如果廠房布置在右岸則材料運(yùn)送相對(duì)困難，費(fèi)用增大，不利于降低工程投資。經(jīng)綜合分析，工程選定右岸布置溢流壩，左岸布置廠房的總體布置方案。 </p><p><b>　　3.3擋水建筑物 </b></p><p>　　3.3

11、.1泄水閘壩 </p><p><b>　　1)溢流閘壩布置 </b></p><p>　　溢流壩全長(zhǎng)50m，設(shè)4扇弧型閘門(mén)，閘門(mén)的尺寸為：10×7.5m(寬×高)，堰頂高程為84.8m，堰高4.7m，閘門(mén)頂高程為92.30m。 </p><p>　　本水電站為徑流式水電站，根據(jù)電站的壩上Z-Q關(guān)系曲線圖查得，設(shè)計(jì)洪水位為9

12、2.00m，校核洪水位為94.60m。 </p><p><b>　　2）壩頂高程 </b></p><p>　　壩頂高程的確定，是在各種運(yùn)行情況水庫(kù)靜水位加對(duì)應(yīng)風(fēng)浪高程和安全超高中選取最大值。 </p><p>　　壩頂至水庫(kù)靜水位的高度的計(jì)算公式為： </p><p>　　Δh=2hL+ho+hc </p>

13、;<p>　　Δh――閘墩頂距水位的高度m； </p><p>　　Hc――閘墩安超高，設(shè)計(jì)洪水位時(shí)取0.3m校核洪水位時(shí)取0.2m； </p><p>　　Ho――交通橋梁高(m)，取0.8m； </p><p>　　其中風(fēng)浪要素按《水工建筑物》(高校教材第三版)公式計(jì)算。公式如下： </p><p>　　2hL=0.0166

14、V5/4D1/3 </p><p>　　式中：D――吹程，取為550米。 </p><p>　　V――設(shè)計(jì)風(fēng)速，在正常水位及設(shè)計(jì)洪水位情況用最大風(fēng)速的1.5倍，校核洪水位于情況用最大風(fēng)速。 </p><p>　　波浪中心線至水庫(kù)靜水位的高度ho按下式計(jì)算： </p><p><b>　　4лhl2лHo </b><

15、/p><p>　　ho=--------cth-------- </p><p><b>　　2LlLl </b></p><p>　　式中：2Ll――波長(zhǎng)，2Ll=10.4(2hl)0.8；其它符號(hào)的意義同前。Ho――閘前水域的平均水深。安全超高h(yuǎn)c：正常運(yùn)行情況取0.3m，非常運(yùn)行情況取0.2m。(△h-壩頂距水庫(kù)靜水位的高度(m)即為風(fēng)浪高+

16、安全超高)上述成果表明，壩頂高程由校核洪水位控制，定為95.60m，最大壩高15.50m，壩頂長(zhǎng)度62.00m。 </p><p>　　3)消能設(shè)計(jì)。根據(jù)下游水位較高的情況，采用底流式消能。參照重力壩設(shè)計(jì)規(guī)范的補(bǔ)充規(guī)定：“對(duì)消能防沖設(shè)計(jì)的洪水標(biāo)準(zhǔn)，原則上可低于大壩的泄洪標(biāo)準(zhǔn)，鑒于本樞紐攔水建筑物的建基面建在弱風(fēng)化巖石上，本工程的消能防沖按10年一遇洪水進(jìn)行設(shè)計(jì)。消能計(jì)算采用水利水電工程設(shè)計(jì)程序集中的?D-3?程序

17、進(jìn)行計(jì)算。消能按10年一遇洪水計(jì)算。根據(jù)計(jì)算，消力池的長(zhǎng)度為33m，高程為80.10m，護(hù)坦的長(zhǎng)度為15m。岸坡采用護(hù)坡處理，其護(hù)砌長(zhǎng)度33m，護(hù)坡頂高程為10年一遇洪水位。 </p><p>　　4)基礎(chǔ)處理。壩的建基面均開(kāi)挖至弱風(fēng)化層下0.3～1.0m,由于地基內(nèi)沒(méi)有規(guī)模較大的斷裂構(gòu)造，無(wú)須特殊處理。由防滲計(jì)算可知，對(duì)基礎(chǔ)的防滲措施采用在溢流壩上游與下游端均設(shè)齒墻，齒墻深1.5m，厚為1.5m，前端順坡度延伸

18、到與高程80.10m齊平處，下游齒墻厚1.5m，成梯形狀，上游閘底板與消力池間設(shè)置止水。 </p><p>　　5)穩(wěn)定計(jì)算。(1)計(jì)算荷載。①壩體自重及固定設(shè)備重；②水重；③靜水壓力；④揚(yáng)壓力；⑤風(fēng)浪壓力；⑥側(cè)向水壓力；⑦土壓力(或泥沙壓力)；(2)荷載組合。①上游正常蓄水位，下游無(wú)水；②上游設(shè)計(jì)洪水位，下游設(shè)計(jì)洪水位；③上游校核洪水位，下游校核洪水位。(3)抗滑穩(wěn)定及地基應(yīng)力計(jì)算。 </p>&

19、lt;p>　　抗滑穩(wěn)定計(jì)算：攔河壩建基面高程為79.80m，根據(jù)地質(zhì)報(bào)告，該高程巖性的風(fēng)化程度為弱風(fēng)化，參照地質(zhì)報(bào)告力學(xué)參數(shù)建議值，取f=0.55。 </p><p>　　抗滑穩(wěn)定采用抗剪強(qiáng)度公式計(jì)算：K=f(W-u)/∑P </p><p>　　式中K――按抗剪斷強(qiáng)度計(jì)算的抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)；f――壩體砼與壩基接觸面的抗剪摩擦系數(shù)，取0.55；∑W――作用于滑動(dòng)面以上的力在鉛直方向投

20、影的代數(shù)和KN?！芇――作用于滑動(dòng)面以上的力在水平方向投影的代數(shù)KN。 </p><p><b>　　地基應(yīng)力計(jì)算 </b></p><p>　　壩基應(yīng)力采用材料力學(xué)公式計(jì)算： </p><p>　　бy=∑w/B±6∑M/B2 </p><p>　　式中бy――壩基面垂直正應(yīng)力；∑W為――作用于計(jì)算截面以上全

21、部荷載的垂直分量的總和；∑M――為作用于計(jì)算截面以上全部荷載對(duì)截面形心力矩的總和；B――為壩體計(jì)算截面面積。 </p><p>　　根據(jù)設(shè)計(jì)要求，在各種運(yùn)行情況下，計(jì)入揚(yáng)壓力影響，壩體上游面不得產(chǎn)生拉應(yīng)力。計(jì)算分兩種情況考慮，計(jì)算結(jié)果表明，各種情況均能滿(mǎn)足規(guī)范要求。壩體尺寸由溢流面體型和滿(mǎn)足應(yīng)力需要控制。 </p><p><b>　　3.4發(fā)電廠房 </b><

22、/p><p>　　廠房布置在河床左側(cè)，為河床式廠房，廠房基礎(chǔ)座落在微風(fēng)化基巖上，地基無(wú)需進(jìn)行特殊處理。進(jìn)水口設(shè)主閘一道，由固定式啟門(mén)機(jī)啟閉。檢修門(mén)與攔污柵共門(mén)槽，由門(mén)機(jī)啟閉。進(jìn)水口長(zhǎng)度由設(shè)備及交通要求確定。廠房進(jìn)水口前設(shè)攔沙坎一道。升壓站布置在廠房的左側(cè)。主變壓器1臺(tái)，布置在廠房升壓站的右側(cè)。進(jìn)廠公路由下游進(jìn)入廠房，進(jìn)廠坡度為2%。 </p><p><b>　　4結(jié)語(yǔ) </b

23、></p><p>　　通過(guò)對(duì)汶水一站水電站工程的總體布置方案比較及主要建筑物設(shè)計(jì)，對(duì)于低水頭電站來(lái)說(shuō)，設(shè)計(jì)水頭非常重要，在水工建筑物布置設(shè)計(jì)時(shí)，進(jìn)(引)水?dāng)嗝嬉_(dá)到設(shè)計(jì)要求，尾水段流態(tài)要保持平穩(wěn)暢順，這樣才能使電站機(jī)組運(yùn)行工況和出力達(dá)到設(shè)計(jì)要求。 </p><p><b>　　參考文獻(xiàn): </b></p><p>　　[1]《水利水電工

24、程等級(jí)劃分及洪水標(biāo)準(zhǔn)》SL252-2000 </p><p>　　[2]《混凝土重力壩設(shè)計(jì)規(guī)范》SDJ21-78(試行) </p><p>　　[3]《溢洪道設(shè)計(jì)規(guī)范》SL253-2000 </p><p>　　[4]《水庫(kù)設(shè)計(jì)規(guī)范》SD133-84 </p><p>　　[5]《水電站廠房設(shè)計(jì)規(guī)范》SD335-89(試行) </p&g