車邦亨上游水電站廠房設(shè)計

譚 文 華

(中國水利水電第十工程局有限公司，四川 成都　610072)

車邦亨上游水電站廠房設(shè)計

譚 文 華

(中國水利水電第十工程局有限公司，四川 成都610072)

摘要：根據(jù)壩后式電站廠房的特點，對廠區(qū)布置進行了各種方案的比較和結(jié)構(gòu)設(shè)計，以便更加充分地利用廠壩空間，使其在滿足工程安全運行的條件下能夠節(jié)省工程投資。

關(guān)鍵詞：壩后式廠房；廠區(qū)布置；結(jié)構(gòu)設(shè)計；車邦亨上游；水電站

1工程概述

車邦亨上游水電站位于老撾沙灣拿吉省車邦縣境內(nèi),為壩后式地面廠房，正常蓄水位高程258m，總庫容2 445萬m3，發(fā)電引用流量55.2m3/s，設(shè)計水頭38.5m，總裝機容量為3×6MW，工程等別為Ⅲ等，規(guī)模為中型，由混凝土擋水壩、溢流壩、引水發(fā)電系統(tǒng)、發(fā)電廠房及開關(guān)站組成。廠房主要建筑物有主廠房、副廠房及尾水渠等。工程區(qū)地震設(shè)防烈度采用Ⅵ度。

壩后式地面廠房位于主河床偏左岸的緩坡地帶，地形坡度總體約為10°～15°，地面高程225～235m。廠房基礎(chǔ)置于弱風化層中上部，巖體較完整。廠房地基允許承載力為2.5～3.5MPa，基礎(chǔ)開挖深度為10～23m，無影響邊坡整體穩(wěn)定的不利結(jié)構(gòu)面。

2廠區(qū)布置情況

2.1廠區(qū)布置方案比較

廠區(qū)建筑物包括主廠房、副廠房、尾水渠、開關(guān)站等。根據(jù)地形、地質(zhì)條件及設(shè)備布置情況，對廠區(qū)布置形式做了兩種比較：方案一：副廠房布置于主廠房上游側(cè)廠壩空間；安裝間布置于主機間左側(cè)；開關(guān)站布置于副廠房左側(cè)、安裝間上游側(cè)，主變壓器布置在開關(guān)站內(nèi)；進廠道路沿左岸尾水渠岸邊進入廠區(qū)。方案二：安裝間及進廠道路布置方式不變，將開關(guān)站、主變及副廠房均布置在主廠房上游廠壩空間。

從地形、地質(zhì)方面分析，在方案一中，開關(guān)站及主變布置于左側(cè)。由于左岸山體較高(開挖高度達30m)，土石方開挖工程量較大且邊坡處理量也較大；從電氣設(shè)備布置方面進行分析，方案一和方案二中的出線設(shè)備布置均較方便；從投資方面進行分析，兩方案相比，方案一比方案二設(shè)備投資節(jié)約60萬元，土建投資增加80萬元。經(jīng)綜合分析，最終推薦方案二(即副廠房、開關(guān)站、主變均布置在上游側(cè)廠壩空間)，廠房布置情況見圖1。

2.2開關(guān)站布置

開關(guān)站布置考慮了戶外開敞式及戶內(nèi)GIS設(shè)備布置兩種型式。戶內(nèi)GIS設(shè)備布置不受惡劣天氣影響，占地面積和空間小，GIS設(shè)備的安全性和可靠性較高，且設(shè)備安裝周期短、檢修周期長、維護工作量小、維護費用較低、巡視也方便。由于工程區(qū)地形較狹窄，兩種布置方式總投資相差不大。經(jīng)綜合考慮以上因素，遵循技術(shù)先進、安全可靠、經(jīng)濟合理的原則，最終決定采用戶內(nèi)GIS設(shè)備布置型式。

3廠房內(nèi)部布置

3.1主機間布置

主機間內(nèi)共布置了3臺單機容量為6MW的混流式水輪發(fā)電機組，總裝機容量為18MW，單機流量18.5m3/s。主機間尺寸為42.1m×16.5m×36.05m(長×寬×高)，上游側(cè)寬度為9m，下游側(cè)寬度為7.5m，機組間距為12m。主廠房設(shè) 1臺50/10t雙鉤橋式起重機，跨度Lk=13.5 m。水輪機安裝高程為221 m，發(fā)電機層高程為229 m。主機間以發(fā)電機層高程為界分為水上、水下兩部分。水上各部位高程為：柱頂高程249 m，主機間橋機軌頂高程243 m，尾水平臺高程234 m。主廠房水下各部位高程為：水輪機層高程223m，蝸殼層高程221 m，尾水管底板頂高215.45 m，主機間建基面高程210.45 m。

3.2安裝間布置

安裝間布置在主機間左側(cè)，與主機間同寬，長12 m。因受下游洪水尾水位高于發(fā)電機層地面高程的影響，最終抬高了安裝間高程。安裝間底板高程同發(fā)電機層高程，為229 m。安裝間分2層布置，下層底板高程為223 m，與水輪機層同高，主要布置絕緣油罐室、空壓機房、轉(zhuǎn)子檢修墩；安裝間地面高程為234 m。安裝間可滿足1臺機組檢修、安裝和1臺變壓器檢修的需要，其上布設(shè)有2.5 m×2.5 m吊物孔、轉(zhuǎn)子墩檢修孔、上吊車鋼梯及消防設(shè)施，各類設(shè)備均采用公路運輸至安裝間左側(cè)大門進廠，此門亦作為主機間、副廠房的交通大門。

3.3副廠房及GIS布置

副廠房設(shè)在主廠房上游側(cè)，與主廠房等長為54.12 m，寬度為10 m，共兩層，均布置在地下。各層設(shè)備布置情況如下：下層主要用作電纜夾層，地面高程為225.4 m；上層主要布置高、低壓開關(guān)柜、低壓廠變和發(fā)電機配電裝置以及勵磁變裝置、繼保、通信室，地面高程為229 m，各層均有交通通道與地面相通。主變場及戶內(nèi)式GIS開關(guān)站布置在副廠房上部，共分三層。上層為屋頂出線層，樓面高程為249 m；中間層為戶內(nèi)式GIS開關(guān)站，樓面高程為241 m，平面尺寸為36×10 m，占地面積為360 m2。下層為主變場，地面高程為234 m。

4結(jié)構(gòu)設(shè)計

4.1整體穩(wěn)定分析

采用材料力學的方法，按《水電站廠房設(shè)計規(guī)范》中的相應公式對廠房整體進行了抗滑穩(wěn)定、抗浮穩(wěn)定、地基面上的法向應力計算，以驗證廠房在各種工況下是否滿足設(shè)計要求。

4.1.1計算原則

(1)車邦亨上游水電站廠房為3級建筑物；

(2)本工程區(qū)域地震設(shè)防烈度為Ⅵ度；

(3)以整個廠房實體為計算對象，建立三維模型進行整體穩(wěn)定應力分析計算。

4.1.2計算假定

(1)不考慮風浪壓力的影響；

(2)水的容重γw=10kN/m3；鋼筋混凝土容重γ=24.5kN/m3，浮容重γ=14.5kN/m3；素混凝土容重γ=24kN/m3，浮容重γ=14kN/m3；

(3)廠房基礎(chǔ)輪廓不規(guī)則，將建筑物基礎(chǔ)的水平投影定為計算面。

4.1.3荷載及荷載組合

荷載：結(jié)構(gòu)重、設(shè)備重、水重、水壓力、揚壓力。

荷載組合情況見表1。

4.1.4計算公式：

根據(jù)《水電站廠房設(shè)計規(guī)范》SL266-2001中廠房整體穩(wěn)定分析及地基應力計算要求，抗滑穩(wěn)定分別按抗剪斷強度公式計算，抗浮穩(wěn)定由抗浮穩(wěn)定安全系數(shù)確定，地基面上的法向應力用材料力學法計算。

(1)抗滑穩(wěn)定計算(抗剪斷) 。

式中K′為按抗剪斷強度計算的抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)，基本組合的K′值采用3，特殊組合的K′值采用2.5；f′、c′為滑動面的抗剪斷摩擦系數(shù)及粘結(jié)力；∑W為全部荷載對滑動面的垂直力總和；∑P為全部荷載對滑動面的水平力總和；A為基礎(chǔ)面的計算截面積。

(2)抗浮穩(wěn)定安全系數(shù)按下式計算。

式中kf為抗浮穩(wěn)定安全系數(shù)，任何情況下不得小于1.1；∑W為機組段的全部重量(力)，kN；U為作用于機組段的揚壓力總和，kN。

(3)廠房地基面上的法向應力計算。

式中σmax/σmin為廠房計算段基礎(chǔ)面上的最大、最小垂直正應力；∑W1為作用于廠房計算段所有垂直力的代數(shù)和；∑Mx、∑My分別為作用于廠房計算段上的所有荷載對計算截面形心x、y軸的力矩總和；B為基礎(chǔ)面的計算截面寬度(順水流方向)；L為基礎(chǔ)面的計算截面長度(垂直水流方向)。

4.1.5計算簡圖及地質(zhì)參數(shù)

廠房主機間地基為弱風化巖層，其巖性為灰?guī)r(cPz2)，堅硬，呈中厚層狀結(jié)構(gòu)?；炷僚c基巖之間的地質(zhì)參數(shù)見表2。

4.1.6計算成果

計算成果見表3。

4.1.7計算成果分析

按照《水電站廠房設(shè)計規(guī)范》SL266——2001的要求進行抗滑穩(wěn)定、抗浮穩(wěn)定、地基應力計算，從表3中可見，廠房的抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)在各工況下大于規(guī)范要求的[k]；抗浮穩(wěn)定安全系數(shù)在各工況下均大于規(guī)范要求的[kf]；廠房基礎(chǔ)面應力在各工況下均大于零，沒有出現(xiàn)拉應力，也小于基礎(chǔ)的承載力，故廠房的穩(wěn)定和應力滿足設(shè)計要求。

4.2分縫及止水設(shè)計

電站廠房底板基礎(chǔ)高程為210.45 m，坐落在弱風化巖層上，地基承載力2.5～3.5 MPa。根據(jù)《水電站廠房設(shè)計規(guī)范》SL266——2001要求，主

機間與大壩、主機間與安裝間、主廠房與副廠房之間均設(shè)置有變形縫。對于機組段永久變形縫的間距，根據(jù)其地基特性、機組容量大小、結(jié)構(gòu)形式、氣候條件等情況并經(jīng)分析計算后采取三機一縫的布置形式，滿足規(guī)范要求。廠房下部結(jié)構(gòu)的變形縫縫寬2 cm，上部結(jié)構(gòu)根據(jù) 《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》 GB50011—2001的要求縫寬為5 cm，以滿足抗震縫要求，縫中設(shè)止水銅片。

5結(jié)語

根據(jù)壩后式電站廠房特點，充分利用了廠壩空間，對電站廠區(qū)布置進行了各種方案的比較，最終確定了廠區(qū)布置方案，使其在滿足工程安全運行的條件下能夠節(jié)省工程投資。在廠址處于狹窄的地形條件下，采用屋頂開關(guān)站出線可達到節(jié)省投資的目的。對于水電站廠房設(shè)計，廠內(nèi)布置是關(guān)鍵，其布置方案則需要考慮使用功能要求、運行管理方便、內(nèi)外交通要求、結(jié)構(gòu)受力及工程量的節(jié)省等諸多方面因素。

參考文獻：

[1]顧鵬飛，喻遠光.水電站廠房設(shè)計[M].北京：水利電力出版社.1985.

[3]水電站廠房設(shè)計規(guī)范，SL266-2001[S].

譚文華(1982-)，女，重慶市人，工程師，從事水電工程設(shè)計與管理工作.

(責任編輯：李燕輝)

Treatment and Monitoring Analysis for Landslide Mass in Rear Slope in

Powerhouse Area at Luogu Hydropower Station

WANG RongZHAO Qi-qiangLI Wang-cheng

(Sinohydro Engineering Bureau 10 Corporation, Chengdu , Sichuan , 610072, China)

Abstract:Treatment and monitoring for land slide mass in rear slope in powerhouse area at Luogu hydropower station is presented in this paper. Based on data from embedded instrument , comprehensive treatment measures , such as anti-slide pile , prestressed anchor cable , concrete frame beam , shotcrete and rockbolting are taken to make landslide mass stable and safe. Slope displacement and deformation are acceptable . Anchor cable prestress loss is low and reinforcement is strong.

Key words:landslide mass treatment ; construction ; monitoring analysis ; Luogu hydropower station

收稿日期:2015-02-15

文章編號:1001-2184(2015)02-0011-03

文獻標識碼:B

中圖分類號:TV222;TV731;TV7

作者簡介: