卡洛特水電站地面廠房結(jié)構(gòu)抗震措施研究

孫海清 易路 陳捷平 陳銳

摘要：巴基斯坦卡洛特水電站壩址區(qū)地震烈度為Ⅷ度，設(shè)計(jì)水平地震加速度為0.26g。電站廠房采用引水岸邊地面式，為適應(yīng)較大的尾水變幅，廠房最大高度超過60 m，地面廠房具有整體高度大、地震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)高的特點(diǎn)。在電站廠房布置及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，通過多方案比選論證和廠房結(jié)構(gòu)動力響應(yīng)分析，采用了增設(shè)進(jìn)廠交通洞和優(yōu)化升壓站布置降低廠房總體高度、主廠房上下游均布設(shè)副廠房形成筒體結(jié)構(gòu)、廠房下游側(cè)設(shè)封閉帷幕降低揚(yáng)壓力并改善建基面承載條件等綜合措施，有效提高了地面廠房結(jié)構(gòu)的抗震性。有限元數(shù)值計(jì)算分析表明：地面廠房在地震荷載條件下的整體穩(wěn)定和地基應(yīng)力均滿足規(guī)范要求，結(jié)構(gòu)變形及應(yīng)力狀態(tài)均滿足電站運(yùn)行需求。相關(guān)結(jié)構(gòu)抗震措施可為同類工程提供借鑒。

關(guān) 鍵 詞：引水岸邊式地面廠房; 抗震性能; 高地震烈度; 高尾水變幅; 結(jié)構(gòu)抗震措施

中圖法分類號： TV732

文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A

DOI：10.16232/j.cnki.1001-4179.2021.12.022

0 引 言

卡洛特水電站位于巴基斯坦旁遮普省境內(nèi)Karot橋上游，下距曼格拉大壩74 km，西距伊斯蘭堡直線距離約55 km，電站總裝機(jī)容量720 MW。結(jié)合壩址區(qū)地形地質(zhì)條件及樞紐建筑物總體布置，電站廠房采用引水岸邊式地面廠房，共安裝4臺單機(jī)容量180 MW的混流式水輪發(fā)電機(jī)組，電站額定水頭65 m，單機(jī)引用流量312.1 m3/s，水輪發(fā)電機(jī)組安裝高程為382.50 m，廠房機(jī)組段結(jié)構(gòu)建基面高程為358.50 m。

根據(jù)GB 50201-2014《防洪標(biāo)準(zhǔn)》[1]和DL 5180-2003《水電樞紐工程等級劃分及設(shè)計(jì)安全標(biāo)準(zhǔn)》[2]的規(guī)定，卡洛特水電站地面廠房為2級建筑物，其洪水設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，正常運(yùn)用情況下洪水重現(xiàn)期按200 a考慮，相應(yīng)洪峰流量為17 300 m3/s，對應(yīng)設(shè)計(jì)尾水位為415.00 m;非常運(yùn)用情況下洪水重現(xiàn)期按500 a考慮，相應(yīng)洪峰流量為20 700 m3/s，對應(yīng)校核尾水位為418.08 m;電站廠房單臺機(jī)發(fā)電工況下最低尾水位為386.66 m，地面廠房尾水最大變幅達(dá)31.42 m，廠房尾水平臺高程按校核尾水位考慮適當(dāng)超高為419.00 m，為適應(yīng)較大的尾水變幅，地面廠房尾水平臺以下最大高度達(dá)60.50 m。

卡洛特水電站地面廠房為非壅水建筑物，按照NB 35047-2015《水電工程水工建筑物抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》[3]和《水電工程防震抗震研究設(shè)計(jì)及專題報(bào)告編制暫行規(guī)定》（水電規(guī)計(jì)[2008]24號）規(guī)定，地面廠房抗震設(shè)防類別為丙類，采用基本烈度作為設(shè)計(jì)烈度，設(shè)計(jì)地震加速度代表值取基準(zhǔn)期50 a超越概率10%的地震動峰值加速度，根據(jù)地震危險(xiǎn)性分析結(jié)果，其值為263.3 gal（0.26g），相應(yīng)基本烈度為Ⅷ度。

該工程具有地面廠房高度大、廠址區(qū)地震烈度高的特點(diǎn)[4-6]，因此在廠房布置及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，重點(diǎn)研究了降低廠房總體高度的布置方案以及加強(qiáng)整體結(jié)構(gòu)剛度的結(jié)構(gòu)措施，以提高結(jié)構(gòu)抗震性能，滿足電站安全運(yùn)行需求。

1 地面廠房結(jié)構(gòu)布置

卡洛特水電站發(fā)電廠房布置在卡洛特大橋上游約130 m處河床右岸山坡，廠房結(jié)構(gòu)沿機(jī)組縱軸線方向從右至左（面向河床）依次為安裝場I段、安裝場Ⅱ段、1號機(jī)組段、2號機(jī)組段、3號機(jī)組段、4號機(jī)組段6個部分，各部分之間通過永久縫分開為獨(dú)立的結(jié)構(gòu)單元。

受蝸殼、尾水管擴(kuò)散段平面尺寸及相應(yīng)的混凝土結(jié)構(gòu)尺寸控制，1～3號機(jī)組段長度為27.0 m，同時考慮使機(jī)組設(shè)備和輔助設(shè)備處于橋機(jī)吊鉤工作范圍以內(nèi)，考慮加長邊機(jī)組段，4號機(jī)組段長度為30.4 m。根據(jù)蝸殼尺寸、水輪機(jī)及發(fā)電機(jī)層設(shè)備布置需要，考慮上下游通道及結(jié)構(gòu)布置要求，各機(jī)組段主機(jī)間順?biāo)飨驅(qū)挾染鶠?7.0 m。根據(jù)1臺機(jī)組滿發(fā)時對應(yīng)的尾水位、機(jī)組吸出高度、水輪發(fā)電機(jī)組控制尺寸，主廠房的特征高程包括：機(jī)組安裝高程382.50 m、建基面高程358.50 m、發(fā)電機(jī)層高程398.50 m、橋機(jī)高程412.00 m。安裝場段尺寸主要根據(jù)一臺機(jī)擴(kuò)大性檢修大件布置及橋機(jī)吊鉤限制線等要求確定，安裝場I段、安裝場Ⅱ段長度分別為19.5，30.0 m，順?biāo)飨蚺c機(jī)組段同寬。廠房結(jié)構(gòu)各段主機(jī)間上下游均設(shè)置副廠房，滿足機(jī)電設(shè)備布置的同時與主機(jī)間一起形成筒體結(jié)構(gòu)，上、下游副廠房順?biāo)鲗挾确謩e為12.0，10.5 m。尾水平臺位于地面廠房末端，緊鄰下游副廠房布置，設(shè)尾水檢修閘門一道，頂部高程419.00 m，順?biāo)飨驅(qū)挾?.0 m。地面廠房結(jié)構(gòu)總尺寸為160.9 m×56.5 m×60.5 m（長×寬×高）。主變壓器、GIS室及出線設(shè)備的升壓站獨(dú)立布置于廠房結(jié)構(gòu)上游側(cè)的回填平臺上，平面尺寸為111.4 m×16.0 m（長×寬），結(jié)構(gòu)高度為25.0 m。

廠區(qū)交通由廠前平臺、上游副廠房頂部、4號機(jī)組左側(cè)平臺、尾水平臺及進(jìn)廠交通洞共同組成。進(jìn)廠公路及進(jìn)廠交通洞布置于安裝場段右側(cè)，地面高程為419.00 m，通過寬平臺與對外公路相接。

2 地面廠房結(jié)構(gòu)抗震措施研究

2.1 進(jìn)廠交通方式調(diào)整

卡洛特水電站地面廠房的設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)在非常運(yùn)用情況下洪水重現(xiàn)期按500 a考慮，下游校核尾水位418.08 m，電站廠區(qū)進(jìn)廠交通通道、地面廠房結(jié)構(gòu)擋水高程均按滿足校核尾水位條件下不出現(xiàn)水淹廠房的情況進(jìn)行設(shè)計(jì)，考慮各項(xiàng)超高后確定其高程為419.00 m。地面廠房主機(jī)間發(fā)電機(jī)層高程為398.50 m，與進(jìn)廠交通路面高差達(dá)20.5 m，機(jī)組大件設(shè)備通過地面交通無法直接運(yùn)輸至發(fā)電機(jī)層，需要進(jìn)行專門的進(jìn)廠交通布置設(shè)計(jì)。工程前期方案論證階段主要提出的設(shè)備進(jìn)廠交通方式主要包括以下3個方案。

（1） 方案一，同向轉(zhuǎn)運(yùn)，進(jìn)廠公路直接進(jìn)廠。安裝場分Ⅰ段和Ⅱ段2段設(shè)置，布置在1號機(jī)組段右側(cè)，其中安裝場Ⅰ段樓面高程與廠區(qū)進(jìn)廠公路同高，為419.00 m;安裝場Ⅱ段樓面高程與各機(jī)組段發(fā)電機(jī)層樓面高程同高，為398.50 m。安裝場Ⅰ段與安裝場Ⅱ段在高程429.50 m布置一臺200 t單小車橋機(jī)，安裝場Ⅱ段、1～4號機(jī)組段在高程412.00 m布置一臺250 t+250 t雙小車橋機(jī)。安裝場Ⅰ段為卸貨場，設(shè)備自419.00 m高程進(jìn)廠大門進(jìn)廠后可利用200 t橋機(jī)轉(zhuǎn)運(yùn)至安裝場Ⅱ段，再利用另一臺橋機(jī)實(shí)現(xiàn)設(shè)備在廠內(nèi)的吊運(yùn)。兩層橋機(jī)軌道在安裝場Ⅱ段上下重疊。

（2） 方案二，不轉(zhuǎn)運(yùn)，進(jìn)廠公路直接進(jìn)廠。安裝場分Ⅰ段和Ⅱ段2段設(shè)置，布置在1號機(jī)組段右側(cè)，安裝場Ⅰ段和安裝場Ⅱ段發(fā)電機(jī)層樓面與各機(jī)組段同高，安裝場Ⅰ段、安裝場Ⅱ段及1～4號機(jī)組段在高程429.50 m布置一臺250 t+250 t雙小車橋機(jī)。安裝場Ⅰ段為卸貨場，設(shè)備自419.00 m高程進(jìn)廠大門進(jìn)廠，利用橋機(jī)在整個地面廠房主機(jī)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)自由吊運(yùn)。

（3） 方案三，交叉轉(zhuǎn)運(yùn)，進(jìn)廠公路直接進(jìn)廠。安裝場分2段布置，安裝場Ⅰ段布置在1號機(jī)組段右側(cè)，安裝場上Ⅰ段布置在安裝場Ⅰ段上游側(cè)，安裝場Ⅰ段及1～4號機(jī)組段在高程412.00 m布置一臺250 t+250 t雙小車橋機(jī)，安裝場I及上安裝場上Ⅰ段在高程429.50 m布置一臺200 t單小車橋機(jī)。安裝場上Ⅰ段為卸貨場，設(shè)備自419.00 m高程進(jìn)廠大門進(jìn)廠后可利用200 t橋機(jī)轉(zhuǎn)運(yùn)至安裝場Ⅰ段，再利用另一臺橋機(jī)實(shí)現(xiàn)設(shè)備在廠內(nèi)的吊運(yùn)。兩層橋機(jī)軌道在安裝場Ⅰ段上下交叉。

上述3種方案均從廠區(qū)進(jìn)廠交通道路通過進(jìn)廠大門直接進(jìn)入地面廠房，設(shè)備運(yùn)輸較為便捷，但由此必須增加安裝場高度或同時增加安裝場、機(jī)組段高度達(dá)16 m，地面廠房結(jié)構(gòu)高度增加約26%，對高地震作用下廠房結(jié)構(gòu)的應(yīng)力及變形控制極為不利。從結(jié)構(gòu)抗震安全性角度來看，方案一結(jié)構(gòu)布置簡單，橋機(jī)運(yùn)行全部由實(shí)體墻支撐，安全可靠，同時僅增加安裝場部分的整體高度，在3個直接進(jìn)廠方案中相對較優(yōu)。

在進(jìn)一步的方案研究過程中，為較好地解決該工程地面廠房結(jié)構(gòu)對高地震作用的適應(yīng)性，對機(jī)電設(shè)備進(jìn)廠交通方式進(jìn)行了調(diào)整，具體如下：增設(shè)進(jìn)廠交通洞，安裝場分Ⅰ段和Ⅱ段2段設(shè)置，布置在1號機(jī)組段右側(cè)，安裝場Ⅰ段和安裝場Ⅱ段發(fā)電機(jī)層樓面與各機(jī)組段同高，安裝場Ⅰ段、安裝場Ⅱ段及1～4號機(jī)組段在412.00 m高程布置一臺250 t+250 t雙小車橋機(jī)。安裝場Ⅰ段為卸貨場，設(shè)備自安裝場Ⅰ段上游側(cè)398.50 m高程進(jìn)廠交通洞進(jìn)廠，利用橋機(jī)在整個地面廠房主機(jī)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)自由吊運(yùn)，進(jìn)廠交通洞與地面廠房右側(cè)419.00 m高程進(jìn)廠公路連接。調(diào)整后方案地面廠房頂部高度不再受限于進(jìn)廠交通需求，僅需滿足下游側(cè)尾水擋水高程，能大幅降低機(jī)組段及安裝場整體高度，提高結(jié)構(gòu)抗震性能。同時經(jīng)分析，該方案設(shè)備進(jìn)廠卸貨及吊運(yùn)方式簡潔，工程綜合投資更省，因此最終在卡洛特水電站地面廠房設(shè)計(jì)中采用此進(jìn)廠交通方案。

2.2 升壓站布置優(yōu)化

卡洛特水電站地面廠房升壓站采用封閉式GIS方案，該方案經(jīng)濟(jì)性較好，技術(shù)性能優(yōu)越，具有管理方便、可靠性高、故障幾率少、檢修周期長、抗震性能好等優(yōu)點(diǎn)，同時也可避免當(dāng)?shù)馗邷貙﹄姎庠O(shè)備的影響。

升壓站為多層框架結(jié)構(gòu)，其頂部布置出線塔架，平面尺寸為111.4 m×16.0 m（長×寬）。升壓站布置位置應(yīng)盡量靠近廠房，便于運(yùn)行管理的同時也減小線路連接長度，減少電損?？紤]勵磁變、PT柜、發(fā)電器斷路器、廠用干式變壓器、電壓互感器等設(shè)備均布置在地面廠房上游副廠房各層，升壓站優(yōu)先選擇布置在上游副廠房頂部。為滿足主變壓器、GIS等機(jī)電設(shè)備以及屋頂出線門構(gòu)的布置需求，升壓站布置于上游副廠房頂部后，地面廠房整體高度由60.5 m增加至85.5 m，增幅達(dá)42.2 %，結(jié)構(gòu)抗震控制的難度大幅增加，抗震性能進(jìn)一步降低。為此，在充分研究的基礎(chǔ)上，調(diào)整地面廠房內(nèi)部機(jī)電設(shè)備布置，對升壓站布置方案進(jìn)行優(yōu)化：將升壓站置于地面廠房上游側(cè)開挖邊坡回填區(qū)，平面布置上仍然是緊靠上游副廠房，運(yùn)行管理?xiàng)l件與原布置方案基本一致，其優(yōu)點(diǎn)是升壓站下部基礎(chǔ)為開挖邊坡回填大體積混凝土，與廠房結(jié)構(gòu)之間設(shè)永久縫分開，升壓站結(jié)構(gòu)的設(shè)置不增加地面廠房整體高度，能較好地改善地面廠房和升壓站結(jié)構(gòu)及相關(guān)機(jī)電設(shè)備的抗震性能。

2.3 上下游布設(shè)副廠房

電站尾水位較高，岸邊式地面廠房結(jié)構(gòu)擋水水頭接近60 m，為避免水壓力直接作用于主機(jī)間上、下游橋機(jī)邊墻，影響主廠房橋機(jī)的運(yùn)行穩(wěn)定，在進(jìn)行廠房結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時，在主機(jī)間上下游側(cè)均布設(shè)有副廠房，同時在副廠房391.00 m高程（水輪機(jī)層高程）和398.50 m高程（發(fā)電機(jī)層高程）設(shè)置順?biāo)飨驅(qū)嶓w隔墻，上、下游副廠房外側(cè)邊墻與主機(jī)間上下游橋機(jī)墻體之間分別通過各層樓板、實(shí)體混凝土梁及實(shí)體隔墻連接形成獨(dú)立的筒體結(jié)構(gòu)，增大結(jié)構(gòu)整體剛度，較好適應(yīng)高尾水工況下地面廠房受力需求。

從結(jié)構(gòu)抗震角度，卡洛特水電站廠房主機(jī)間上下游側(cè)筒體結(jié)構(gòu)的形成，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中通過簡單的結(jié)構(gòu)措施加強(qiáng)，大幅提升了結(jié)構(gòu)的整體性和結(jié)構(gòu)剛度，有效提升了地面廠房結(jié)構(gòu)的抗震穩(wěn)定性。

2.4 封閉帷幕設(shè)置

卡洛特水電站地面廠房建基巖體主要由微風(fēng)化N1na3-3-2～N1na3-3-1砂巖及泥質(zhì)粉砂巖、粉砂質(zhì)泥巖互層組成，以N1na3-3-1中砂巖、細(xì)砂巖為主，巖體質(zhì)量為Ⅲc類，局部為N1na3-3-2泥質(zhì)粉砂巖、粉砂質(zhì)泥巖互層及N1na3-3-1泥質(zhì)粉砂巖、粉砂質(zhì)泥巖夾層，巖體質(zhì)量為Ⅳc類。對于泥質(zhì)粉砂巖和粉砂質(zhì)泥巖，存在遇水軟化、失水崩解及干濕交替呈粉末狀等不良因素，電站尾水水位較高，尾水繞滲進(jìn)入廠房建基面，會降低廠房建基面巖體質(zhì)量，影響其抗震性和耐久性，同時在高尾水工況下，地面廠房的抗浮穩(wěn)定安全度較低，疊加地震作用后的結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定性存在一定風(fēng)險(xiǎn)。因此，在進(jìn)行地面廠房基礎(chǔ)處理時，除對全建基面進(jìn)行固結(jié)灌漿外，地面廠房靠尾水側(cè)設(shè)置封閉帷幕，限制電站尾水入滲廠房建基面，減少尾水對基礎(chǔ)巖體的不利影響，降低高尾水工況下地面廠房基底揚(yáng)壓力，總體提高地面廠房建基面的抗震性和地面廠房結(jié)構(gòu)地震作用下的整體穩(wěn)定性。

2.5 其他結(jié)構(gòu)措施

結(jié)合卡洛特水電站高地震烈度的特點(diǎn)，除上述抗震措施外，在廠房結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中還針對性考慮了其他提高地面廠房抗震性的結(jié)構(gòu)措施，主要包括：

（1） 電站廠房吊車梁采用剛度及承載力均較大、整體性好、對抗震有利的墻式支撐結(jié)構(gòu)，尾水管底板采用整體式底板。

（2） 廠房屋頂采用空間網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，與上下游墻體間通過埋件可靠連接固定，屋面采用輕質(zhì)面板，這種質(zhì)量輕、剛度大、整體性強(qiáng)的屋蓋型式有利于抗震。

（3） 廠房永久縫寬度、止水材料和型式等的設(shè)計(jì)均考慮抗震適應(yīng)性，在進(jìn)行結(jié)構(gòu)構(gòu)件設(shè)計(jì)時，嚴(yán)格按照DL/T 5057-2009《水工混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》[7]中有關(guān)抗震條款，對廠房鋼筋混凝土構(gòu)件的最小配筋率、鋼筋直徑、錨固長度、箍筋直徑及間距等進(jìn)行嚴(yán)格控制。

3 地面廠房抗震穩(wěn)定性分析

為評價電站廠房的抗震安全性，對地面廠房標(biāo)準(zhǔn)機(jī)組段建立三維有限元模型，采用振型分解反應(yīng)譜法開展地震動作用下的動力響應(yīng)分析。

3.1 計(jì)算條件

3.1.1 材料參數(shù)

結(jié)構(gòu)混凝土：彈性模量28 GPa，泊松比0.167，重度25 kN/m3。鋼材：彈性模量210 GPa，泊松比0.3，重度78.5 kN/m3。基巖：粉砂質(zhì)泥巖、泥質(zhì)粉砂巖與粉砂質(zhì)泥巖互層、中砂巖、細(xì)砂巖變形模量分別為2.5，2.5，2.5 GPa和4.5 GPa，泊松比分別為0.31，0.31，0.26，0.23。動力計(jì)算中，材料彈性模量按動彈性模量考慮。

3.1.2 計(jì)算荷載

計(jì)算荷載主要包括結(jié)構(gòu)自重、永久設(shè)備重、水重、靜水壓力、動水壓力、揚(yáng)壓力、地震作用。

3.1.3 地震反應(yīng)譜參數(shù)

根據(jù)NB 35047-2015《水電工程建筑物抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定，同時考慮順河向地震作用及豎向地震作用，組合時取豎向地震作用效應(yīng)乘以0.5的耦合系數(shù)后與水平向地震作用效應(yīng)直接相加。地震基本烈度為Ⅷ度，水平向設(shè)計(jì)加速度代表值為0.26g，豎向設(shè)計(jì)加速度為水平向的2/3。

動力反應(yīng)按反應(yīng)譜計(jì)算時，反應(yīng)譜曲線按NB 35047-2015《水電工程水工建筑物抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定采用。地震主震周期T0=0.20 s，反應(yīng)譜最大值的代表值βmax=2.25，結(jié)構(gòu)阻尼比為7%。地基按無質(zhì)量地基考慮。

3.1.4 計(jì)算模型

數(shù)值分析以主廠房標(biāo)準(zhǔn)機(jī)組段為對象，三維有限元模型見圖1～2。整個計(jì)算模型共劃分單元152 650個，節(jié)點(diǎn)219 762個。為方便網(wǎng)格劃分并滿足計(jì)算精度要求，蝸殼段及尾水管段采用10節(jié)點(diǎn)四面體高階單元，其他結(jié)構(gòu)采用8節(jié)點(diǎn)六面體單元，四面體與六面體之間采用20節(jié)點(diǎn)單元（棱錐體等）進(jìn)行過渡?；鶐r模擬范圍，上、下游及深度方向約為2倍結(jié)構(gòu)高度，上、下游頂部取至山體頂部，左右與機(jī)組段同寬。坐標(biāo)軸以機(jī)組中心為原點(diǎn)，X軸指向下游為正，Y軸指向左岸為正，Z軸豎直向上?；鶐r底部全約束，上下游面及左、右側(cè)面為法向約束。地面廠房整體計(jì)算模型和廠房混凝土結(jié)構(gòu)模型如圖1和圖2所示。

3.2 主要計(jì)算成果

3.2.1 位 移

遭遇設(shè)計(jì)地震時，地面廠房建基面最大沉降位移為17.40 mm。結(jié)構(gòu)整體順?biāo)飨蛭灰埔詣游灰茷橹鳎畲鬄?5.60 mm;垂直水流向位移相對較小，在1.00 mm以內(nèi);鉛直向位移在尾水閘門下游墻體處最大，約7.50 mm，橋機(jī)高程上下游最大相對位移順?biāo)飨驗(yàn)?.06 mm，鉛直向?yàn)?.79 mm，滿足橋機(jī)運(yùn)行要求。

3.2.2 應(yīng) 力

采用動力法計(jì)算地震作用效應(yīng)，取地震作用的效應(yīng)折減系數(shù)為0.35。

設(shè)計(jì)地震作用下，建基面鉛直向都為小于2.3 MPa的壓應(yīng)力?；炷两Y(jié)構(gòu)順?biāo)飨蚶瓚?yīng)力主要位于發(fā)電機(jī)層樓板，除應(yīng)力集中區(qū)域外，一般小于2.0 MPa;垂直水流向拉應(yīng)力主要位于尾水管底板、上下游副廠房樓板及橫梁，最大值約2.6 MPa;混凝土結(jié)構(gòu)鉛直向基本無拉應(yīng)力，壓應(yīng)力均小于5.0 MPa。

地震作用下，機(jī)組段抗滑穩(wěn)定復(fù)核結(jié)果為：作用效應(yīng)值409 296 kN，抗力1 127 060 kN。機(jī)組抗浮穩(wěn)定復(fù)核結(jié)果為：作用效應(yīng)值33 103 kN，抗力687 511 kN。地面廠房結(jié)構(gòu)抗滑及抗浮穩(wěn)定均滿足規(guī)范要求。

3.3 廠房結(jié)構(gòu)抗震安全性評價

經(jīng)數(shù)值計(jì)算分析，卡洛特水電站地面廠房在遭遇設(shè)計(jì)地震情況下，結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定性較好，廠房地基應(yīng)力、整體抗滑及抗浮穩(wěn)定性均滿足規(guī)范要求，地基沉降在結(jié)構(gòu)適應(yīng)范圍。主機(jī)間上下游墻體、上下游副廠房、尾水閘墩及其他墻體和樓板等結(jié)構(gòu)存在的變形和局部應(yīng)力集中現(xiàn)象，通過采取加強(qiáng)配筋等措施，可以保證結(jié)構(gòu)安全，主廠房橋機(jī)軌道部位在地震作用下發(fā)生的相對變形仍能滿足其正常運(yùn)行要求。

4 結(jié) 語

為適應(yīng)高尾水變幅，卡洛特水電站地面廠房結(jié)構(gòu)高度相對較大，同時壩址區(qū)地震基本烈度高，廠房結(jié)構(gòu)抗震安全性面臨較大挑戰(zhàn)。在廠房設(shè)計(jì)中，針對性開展了結(jié)構(gòu)抗震措施研究：通過增設(shè)進(jìn)廠交通洞;優(yōu)化升壓站布置降低廠房總體高度，主廠房上下游布設(shè)副廠房形成筒體結(jié)構(gòu)，基底設(shè)封閉帷幕降低揚(yáng)壓力并改善建基面承載條件等綜合措施，有效改善地面廠房的抗震性能。數(shù)值計(jì)算分析表明，卡洛特水電站地面廠房結(jié)構(gòu)的抗震安全性能滿足其安全運(yùn)行要求。

參考文獻(xiàn)：

[1] 水利部，住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部.防洪標(biāo)準(zhǔn)：GB 50201-2014[S].北京：中國計(jì)劃出版社，2014.

[2] 國家能源局.水電樞紐工程等級劃分及設(shè)計(jì)安全標(biāo)準(zhǔn)：DL 5180-2003[S].北京：中國電力出版社，2003.

[3] 國家能源局.水電工程水工建筑物抗震設(shè)計(jì)規(guī)范：NB 35047-2015[S].北京：中國電力出版社，2015.

[4] 孫海清，陳銳，李嬌娜，等.卡洛特水電站引水發(fā)電建筑物布置設(shè)計(jì)[J].人民長江，2020，51（2）：131-137.

[5] 陳本龍，王正清，王金生，等.董箐水電站高尾水變幅發(fā)電廠房設(shè)計(jì)[J].貴州水利發(fā)電，2009，23（5）：25-28.

[6] 裘民川.水電站廠房的抗震設(shè)計(jì)問題[J].工程抗震，1997（2）：1-5.

[7] 國家能源局.水工混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范：DL 5057-2009[S].北京：中國電力出版社，2009.

（編輯：鄭 毅）

Study on seismic measures for ground powerhouse structure of Karot Hydropower Station

SUN Haiqing，YI Lu，CHEN Jieping，CHEN Rui

（Changjiang Survey，Planning，Design and Research，Co.，Ltd.，Wuhan 430010，China）

Abstract：

The seismic intensity at the dam site of Karot Hydropower Station in Pakistan is Ⅷ degree，and the designed horizontal seismic acceleration is 0.26g.The diversion and river-side ground powerhouse is adopted.In order to adapt to the larger tailwater variation，the maximum height of the powerhouse is more than 60 m，which is characterized by larger height and high seismic fortification standards.In the powerhouse layout and structural design，comprehensive measures were adopted to increase the seismic resistance of the ground powerhouse structure by scheme comparison and dynamic response analysis.The main anti-seismic measures include adding the access tunnels and optimizing the switchyard layout to reduce powerhouse height，setting auxiliary powerhouses at both upstream and downstream of main powerhouse to form cylinder structure，setting downstream closed curtain to lower uplift pressure and improve the bearing condition of powerhouse foundation，etc.The finite element numerical analysis results showed that the overall stability and foundation stress of the ground powerhouse under seismic load can meet requirements of the code，and the structural deformation and stress state met the operation requirements of the power station.The relevant structure anti-seismic measures can be references for similar projects.

Key words：

diversion and river-side ground powerhouse;seismic resistance;high seismic intensity;larger tailwater variation;structure anti-seismic measure