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      吳家灣水電站工程設(shè)計(jì)綜述

      2016-04-08 18:59:37魏永平
      山西水利 2016年12期
      關(guān)鍵詞:沖沙閘進(jìn)水閘前池

      魏永平

      (山西省防汛應(yīng)急搶險(xiǎn)總隊(duì),山西 太原 030002)

      吳家灣水電站工程設(shè)計(jì)綜述

      魏永平

      (山西省防汛應(yīng)急搶險(xiǎn)總隊(duì),山西 太原 030002)

      介紹了寧武縣吳家灣水電站工程概況、根據(jù)工程建設(shè)任務(wù)、規(guī)模與樞紐總體布置情況,闡述了主要建筑物的設(shè)計(jì)過(guò)程,可為相關(guān)工程提供技術(shù)參考。工程建成后,可大大改善當(dāng)?shù)厝罕姷纳a(chǎn)生活條件,為經(jīng)濟(jì)社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展提供有力支撐。

      引水樞紐;水電站樞紐;電站廠房;吳家灣水電站

      1 工程概況

      吳家灣水電站位于寧武縣境內(nèi)石家莊村附近的黃河一級(jí)支流汾河上,引水樞紐控制流域面積約1 515 km2,為引水式電站,總裝機(jī)容量6 580 kW,單機(jī)最大容量2 000 kW(其中一臺(tái)現(xiàn)不安裝),最小容量320 kW,設(shè)計(jì)年平均發(fā)電量6 580萬(wàn)kW·h,年利用小時(shí)數(shù)3 104 h。本著加快農(nóng)村電氣化建設(shè)、促進(jìn)當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)發(fā)展、減輕山區(qū)人民用電負(fù)擔(dān)的原則,水電站供電對(duì)象主要為寧武縣城及所轄鄉(xiāng)鎮(zhèn)村莊,剩余電量接入國(guó)家電網(wǎng)。

      2 樞紐工程總體布置

      2.1 工程等級(jí)和標(biāo)準(zhǔn)

      吳家灣水電站為無(wú)壓引水電站,水電站規(guī)模為?。ǘ┬?,樞紐工程等別為Ⅴ等,主要建筑物及次要建筑物設(shè)計(jì)級(jí)別為5級(jí)。

      2.2 站址選擇

      考慮最大限度地利用寧武縣境內(nèi)的本流域水能資源,電站站址選擇在寧武縣與靜樂(lè)縣界附近。根據(jù)地形、地質(zhì)條件水電站選擇定河站址。

      2.3 樞紐布置

      工程主要建筑物包括滾水壩、沖沙閘、進(jìn)水閘、引水渠道、前池、電站等。引水樞紐滾水壩布置于汾河左側(cè)主河道內(nèi),全長(zhǎng)210 m。滾水壩左壩頭布置兩孔沖沙閘,進(jìn)水閘緊靠沖砂閘左岸斜向布置于其上游側(cè),進(jìn)水閘軸線(xiàn)與沖沙閘軸線(xiàn)夾角為60°。進(jìn)水閘后接引水渠道,渠道全長(zhǎng)4.32 km,引水渠道后設(shè)漸變段與前池相接,前池與主廠房中間壓力鋼管連接。副廠房位于主廠房上游側(cè),電站主廠房下游設(shè)尾水池,尾水池與退水渠合并后進(jìn)入下游河道。

      3 主要建筑物設(shè)計(jì)

      3.1 引水樞紐

      3.1.1 滾水壩

      滾水壩位于石家莊鎮(zhèn)附近的汾河干流上,河流流向S32°W。滾水壩布置于汾河主河道左側(cè),右端修建至已建防洪堤處。滾水壩軸線(xiàn)附近河床底高程1 326.5~1 327.0 m,挖除主河床表面淤泥后新建滾水壩。滾水壩采用實(shí)用堰形式,全長(zhǎng)210 m,壩頂高程1328.5m,壩寬8.0m,壩高4.0m,前后設(shè)齒墻,高0.5m,滾水壩采用C20混凝土澆筑。因汾河洪水過(guò)流量大,水流急,為保證工程安全,壩前設(shè)15 m長(zhǎng)0.5 m厚漿砌石鋪蓋;壩后設(shè)消力池,消力池采用C25鋼筋混凝土結(jié)構(gòu),底板平均厚0.5 m,池深0.5 m,消力池長(zhǎng)12 m,為減小滲透壓力,消力池和漿砌石海漫內(nèi)均設(shè)直徑50 mm的PVC排水管,間排距均為2.5 m,梅花型布置;消力池后設(shè)10 m長(zhǎng)的干砌石海漫,厚0.5 m;在海漫后設(shè)2.0 m深拋石防沖槽,消力池和干砌石海漫下設(shè)0.5 m厚中粗砂反濾層。因滾水壩較長(zhǎng),河道河灘地質(zhì)的不均勻性而引起的沉降等問(wèn)題,在上游鋪蓋、滾水壩和消力池下做0.5 m厚碎石墊層。

      因新建滾水壩后,河道內(nèi)水位相應(yīng)抬高,為保證原防洪堤防洪安全和有效發(fā)揮作用,對(duì)滾水壩前后段防洪堤進(jìn)行加高培厚,高程至1 030.5 m,長(zhǎng)740 m,培厚后防洪堤頂寬仍為2.5 m。

      3.1.2 沖沙閘

      為保證取水口不被泥沙淤積阻塞,在滾水壩左端設(shè)沖砂閘1座,與滾水壩呈“一”字平行布置。

      沖砂閘為開(kāi)敞式布置,設(shè)2孔,孔口尺寸均為5m× 1.8 m(寬×高),進(jìn)口底高程1 326.7 m。沖沙閘采用C25鋼筋混凝土結(jié)構(gòu),中墩厚1.0 m,邊墩厚1.0 m,底板厚1.0 m,水閘寬5.5 m,總長(zhǎng)13 m。閘室進(jìn)口布置平板檢修門(mén)和工作門(mén)各一道,檢修平臺(tái)高程1 331.0 m。在閘墩上設(shè)排架至啟閉機(jī)平臺(tái),高程1 336.0 m,檢修門(mén)和工作門(mén)均采用LQ-2×100 kN啟閉機(jī)。

      根據(jù)地質(zhì)資料,沖沙閘地基為被滑坡擾動(dòng)的砂質(zhì)泥巖組成的滑動(dòng)堆積層,厚度8~17 m,其上覆有1.5~3.0 m坡積碎石混合土,承載力滿(mǎn)足要求,故沖沙閘基礎(chǔ)設(shè)0.5 m厚碎石墊層消除閘基不均勻沉陷。

      3.1.3 進(jìn)水閘

      進(jìn)水閘布置于沖沙閘左側(cè),受場(chǎng)地限制,與滾水壩垂直布置。因引水水深較小,進(jìn)水閘布置較長(zhǎng),根據(jù)最大引水流量確定進(jìn)水閘為4孔,孔口尺寸均為3.5 m×3.9 m(寬×高)??紤]運(yùn)行管理要求及閘門(mén)型式,進(jìn)水閘開(kāi)敞式布置,閘室進(jìn)口布置平板工作門(mén)一道,并預(yù)留檢修門(mén)槽一道。

      進(jìn)水閘寬4.5m,總長(zhǎng)19.2m,進(jìn)口底高程1327.0m。進(jìn)水閘中墩厚1 m,邊墩厚1.0 m,底板厚1.0 m,采用C25鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。基礎(chǔ)采用0.5 m厚碎石墊層和0.1 m厚C15素混凝土墊層。檢修平臺(tái)高程1 331.0 m。在閘墩上設(shè)排架至啟閉機(jī)平臺(tái),高程1 335.0 m,檢修門(mén)和工作門(mén)均采用LQ-2×100 kN手電兩用螺桿啟閉機(jī)啟閉。

      進(jìn)水閘采用基礎(chǔ)與沖沙閘相同。

      3.1.4 渠道

      引水渠渠首與進(jìn)水口進(jìn)水閘相接,渠尾至電站前池,渠道全長(zhǎng)約4.32 km。引水渠道依山勢(shì)布置于汾河左岸河漫灘、階地及山坡上。綜合考慮引水流量、流速、水流夾砂情況和有效利用水頭等問(wèn)題,縱坡最終采用1∶3 000。為減小渠道工程投資,減少開(kāi)挖和回填量,渠道選線(xiàn)盡量為半挖半填型式。渠道進(jìn)口設(shè)計(jì)底高程1 324.8 m,出口底高程1 323.34 m,渠深4.2 m。

      引水渠采用梯形斷面,根據(jù)最大引水流量計(jì)算確定凈底寬4 m,邊坡1∶0.3,渠高4.2 m,渠道側(cè)壁頂寬0.5 m,底寬1.61 m,渠底總寬8.22 m,滿(mǎn)足最大過(guò)水流量34.08 m3/s的要求。引水渠采用漿砌石砌筑,為降低糙率、減小損失,渠道內(nèi)部采用C20素混凝土襯砌。漿砌石采用MU30毛石M97.5水泥砂漿砌筑。

      對(duì)于建在卵石混合土土基上的渠道,砌筑在土基上的渠道鋪碎石墊層,厚0.2 m;對(duì)于建在濕陷性土基上的渠道,考慮渠道滲水對(duì)地基的影響,應(yīng)采用0.3 m厚3∶7灰土墊層;對(duì)于建在巖基上的引水渠道,邊坡開(kāi)挖后外側(cè)采用漿砌石擋墻擋水,內(nèi)側(cè)直接采用0.2 m厚C20混凝土襯砌后過(guò)水。

      3.2 水電站樞紐

      前池正常設(shè)計(jì)水位1 326.5 m,電站設(shè)計(jì)尾水位1303m,設(shè)計(jì)發(fā)電水頭23.5m,設(shè)計(jì)引水流量34.08m3/s,總裝機(jī)容量6 580 kW,年平均發(fā)電量6 580萬(wàn)kW·h,年利用小時(shí)數(shù)3 104 h。水電站主要由前池、電站廠房、尾水池及退水渠等部分組成。

      3.2.1 前池

      前池前端接引水渠道末端,由1∶5底寬4 m梯形渠道漸變?yōu)榈讓?0 m矩形斷面,漸變段長(zhǎng)19.0 m。前池總長(zhǎng)65.1 m,寬10 m,底高程1 319.5 m。前池下游側(cè)依次布置進(jìn)水閘、溢流堰和退水閘。

      為配合下游壓力管道布置,進(jìn)水閘相應(yīng)布置4孔閘門(mén),閘門(mén)間距與壓力管道一致。進(jìn)水閘總長(zhǎng)44.5 m,寬5.3 m,其內(nèi)設(shè)一道事故檢修閘門(mén)。因渠道為開(kāi)敞式長(zhǎng)渠道,為保證機(jī)組正常運(yùn)行,事故檢修閘門(mén)前設(shè)一道攔污柵。攔污柵和閘孔尺寸均為2.5 m×2.5 m。因閘孔間距較大,閘墩之間為混凝土箱體,箱體內(nèi)回填土以增加閘室的穩(wěn)定性。閘門(mén)檢修平臺(tái)之上設(shè)鋼筋混凝土排架至啟閉機(jī)室,根據(jù)閘門(mén)檢修凈空要求,排架高3.5 m,啟閉平臺(tái)高程1 331.0 m,啟閉機(jī)室結(jié)構(gòu)尺寸5.49 m×12.7 m(長(zhǎng)×寬),高4.5 m,各檢修閘門(mén)設(shè)1臺(tái)固定卷?yè)P(yáng)式啟閉機(jī),攔污柵共用一套電動(dòng)葫蘆起吊。啟閉機(jī)室建筑面積236 m2。

      溢流側(cè)堰緊鄰進(jìn)水閘,堰長(zhǎng)15.0 m,堰頂高程取1 326.6 m。溢流側(cè)堰采用WES堰型,溢流面為冪曲線(xiàn),冪曲線(xiàn)與1∶0.7坡面銜接,其后采用半徑3.5 m的反弧段平順延伸至1 319.5 m高程。

      為保證沖沙效果,將退水閘布置在前池最末端。退水閘長(zhǎng)5.0 m,寬5.5 m,其內(nèi)布置檢修閘門(mén)和工作閘門(mén)各一道,孔口尺寸均為3.0 m×3.0 m,閘底板高程與前池同高,為1 319.5 m。閘底板厚1.0 m,閘墩厚1.0 m,檢修平臺(tái)高程與前池頂齊平,1 327.5 m。閘門(mén)檢修平臺(tái)之上設(shè)鋼筋混凝土排架至啟閉機(jī)室,排架高5.2 m,啟閉平臺(tái)高程為1 332.7 m,啟閉機(jī)室結(jié)構(gòu)尺寸為5.0 m×5.5 m(長(zhǎng)×寬),高4.2 m,檢修閘門(mén)和工作閘門(mén)各設(shè)1臺(tái)固定卷?yè)P(yáng)式啟閉機(jī),機(jī)室建筑面積28 m2。

      前池地基為第四系上更新統(tǒng)低液限粉土、低液限黏土,質(zhì)疏松。為減小濕陷性和提高地基承載力,前池基礎(chǔ)需夯實(shí)碾壓,并做1.5 m厚3∶7灰土墊層。

      3.2.2 壓力鋼管

      壓力鋼管布置于前池與電站廠房之間,壓力管線(xiàn)與廠房縱軸垂直布置。管坡坡度采用30°,長(zhǎng)約36.0 m。大機(jī)組采用單管單線(xiàn)布置,小機(jī)組共用一根直徑為2 200 mm的鋼管管線(xiàn)至電站前,后采用60°卜形分岔管分為直徑1 200 mm和直徑1 000 mm的兩根鋼管分別至各個(gè)機(jī)組。壓力鋼管材料為Q235C級(jí)鋼,直徑2 200 mm的壓力鋼管壁厚20 mm,直徑1 800 mm的壓力鋼管壁厚16 mm,直徑1 200 mm的壓力鋼管壁厚12 mm,直徑1 000 mm的壓力鋼管壁厚10 mm。每段壓力鋼管前后各設(shè)鎮(zhèn)墩2個(gè),為保護(hù)鋼管在上游鎮(zhèn)墩下側(cè)5 m設(shè)一伸縮節(jié),每5.0 m設(shè)一支墩,共4個(gè)。

      3.2.3 電站廠房

      主廠房長(zhǎng)84 m,寬12 m,高15.2 m(尾水底板至屋面梁底)。機(jī)組布置方式為縱向布置,機(jī)組軸線(xiàn)平行于廠房縱軸。主廠房沿廠房縱軸分為安裝間和主機(jī)間??紤]到下游防洪問(wèn)題,在下游設(shè)尾水檢修門(mén),檢修平臺(tái)高程1 305.0 m,共用一臺(tái)2×CD15D-10型電動(dòng)葫蘆啟閉閘門(mén)。主廠房下部結(jié)構(gòu)為C25鋼筋混凝土結(jié)構(gòu),底板厚1.0 m,側(cè)墻厚1.17 m。主廠房上部結(jié)構(gòu)為磚混結(jié)構(gòu),吊車(chē)梁軌頂高程為1 312.7 m,主廠房屋面梁底高程1 315.2 m,建筑面積約1 080 m2。

      副廠房位于主廠房上游側(cè),長(zhǎng)63 m,凈寬6 m,高5.1 m。室內(nèi)地面高程1 305.2 m,由中控室、低壓配電室、站內(nèi)變壓器室、高壓開(kāi)關(guān)室等組成。主變壓器場(chǎng)布置于副廠房右側(cè),共設(shè)3臺(tái)主變壓器。35 kV開(kāi)關(guān)室長(zhǎng)30 m,寬8.1 m,建筑面積240 m2,四周設(shè)鐵絲網(wǎng)圍欄。

      TM622

      C

      1004-7042(2016)12-0032-02

      魏永平(1980-),男,2008年畢業(yè)于太原理工大學(xué)水利工程專(zhuān)業(yè),經(jīng)濟(jì)師。

      2016-10-17;

      2016-11-29

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