喀群三級(jí)水電站擴(kuò)機(jī)廠房布置研究

錢軍剛

(新疆水利水電勘測設(shè)計(jì)研究院，新疆烏魯木齊 830000)

1 工程概況

喀群三級(jí)電站采用引水式的開發(fā)型式，壓力前池正常水位1360.61m，電站尾水位1329.112m，裝機(jī)容量20.0MW。

喀群三級(jí)水電站工程主要由節(jié)制引水閘、引水渠道、壓力前池、壓力管道及電站廠房等主要建筑物組成。電站正常引水位1361.7m，發(fā)電引用流量80.0m3/s，前池正常水位1360.614m，裝機(jī)容量20MW，保證出力7.2MW，多年平均發(fā)電量1.1851億kW·h。喀群三級(jí)水電站工程等別為Ⅳ等工程，工程規(guī)模為小(Ⅰ)型。節(jié)制引水閘、引水渠道、壓力前池、壓力管道、廠房、泄水陡坡、尾水渠等主要建筑物為4級(jí)建筑物。

工程區(qū)地震動(dòng)峰值加速度為0.15g，地震基本烈度 7°。

2 水電站擴(kuò)機(jī)帶來的問題及解決方案

2.1 擴(kuò)機(jī)的由來及提出的前提條件

由于非工程技術(shù)方面的原因，發(fā)電引用流量可以從80m3/s增加到120m3/s，原有裝機(jī)容量明顯偏小。

原電站廠房總裝機(jī)20MW，布置3臺(tái)6.67MW水輪發(fā)電機(jī)組，主廠房平面尺寸為48.9m×20.36m(長×寬)，主機(jī)間長為32.3m。電站廠房的基坑已經(jīng)開挖完成，并開始準(zhǔn)備混凝土的澆筑工作。

水電站建筑物主要布置在西岸輸水總干渠與河床之間的階地上，1#(安裝間從右向左依次為3#、2#、1#)機(jī)組邊線距離西岸輸水總干渠約80m。業(yè)主要求在盡量不影響原有電站的施工、不增加太多的投資、盡量不加大原有工程占地的情況下對(duì)電站進(jìn)行擴(kuò)機(jī)。同時(shí)為節(jié)約工程投資，機(jī)電設(shè)備與原機(jī)組相同。

2.2 原電站廠房主要結(jié)構(gòu)特性

原主機(jī)間平面尺寸為32.3m×20.36m(長 ×寬)，廠房基礎(chǔ)均坐落在第四系下更新統(tǒng)砂礫石層上，根據(jù)地質(zhì)資料，地基承載力值為500～600kPa。根據(jù)《水電站廠房設(shè)計(jì)規(guī)范》(SL266-2001)，通過地基應(yīng)力的計(jì)算，確定主機(jī)間采用不分縫的方式，滿足非基巖上廠房地基面法向應(yīng)力不均勻系數(shù)允許值的要求:基本組合時(shí)2.5，特殊組合3.0。通過計(jì)算結(jié)果表明，在不分縫的情況下，廠房地基應(yīng)力在基本組合工況下較為均勻，在特殊工況下其最大最小應(yīng)力的比值均滿足規(guī)范的要求。表1以基本組合及特殊組合中的地震工況來反映情況。

表1 原機(jī)組主機(jī)間地基應(yīng)力表

圖1 擴(kuò)機(jī)前主廠房布置

2.3 擴(kuò)機(jī)布置方案的確定

根據(jù)業(yè)主及工地現(xiàn)場的實(shí)際情況，在基本不影響原有結(jié)構(gòu)情況下進(jìn)行擴(kuò)機(jī)，確定增加1臺(tái)6.67MW水輪發(fā)電機(jī)組，采取一機(jī)一縫的布置型式。

為節(jié)約工程量，擴(kuò)機(jī)考慮共用安裝間的布置方式較為合適，提出兩種擴(kuò)機(jī)的布置方案:方案1，新增機(jī)組段布置在安裝間右側(cè);方案2，新增機(jī)組布置在1號(hào)機(jī)組段左側(cè)。方案1由于尾水渠布置影響進(jìn)廠道路、進(jìn)廠大門、回車場地的布置;1號(hào)機(jī)組左側(cè)有充足的場地，方案2對(duì)原廠房布置影響更小。

新增機(jī)組布置在1號(hào)機(jī)組段左側(cè)的布置方式即方案2更為合理。同時(shí)對(duì)原方案的尾水閘墩做及左側(cè)水下墻做局部結(jié)構(gòu)調(diào)整。

2.4 新增機(jī)組的主要問題及對(duì)策

為盡量減小對(duì)原有三臺(tái)機(jī)布置的影響以及減少擴(kuò)機(jī)的工程投資，新增機(jī)組與原機(jī)組共用一個(gè)安裝間，機(jī)組布置在原主廠房的左側(cè)，采用一機(jī)一縫的布置型式。新增機(jī)組的寬度、高度與原機(jī)組相同，新增機(jī)組主機(jī)間平面尺寸為14.8m×20.36m(長×寬)。

新增機(jī)組與原機(jī)組基礎(chǔ)地質(zhì)條件相同，同樣對(duì)新增機(jī)組段進(jìn)行基礎(chǔ)應(yīng)力計(jì)算，以基本組合及特殊組合中的地震工況來反映情況，計(jì)算結(jié)果見表2。

計(jì)算表明，新增計(jì)算的地基面法向應(yīng)力不均勻系數(shù)明顯不滿足規(guī)范的要求，同時(shí)在地震工況下出現(xiàn)了拉應(yīng)力，同時(shí)最大應(yīng)力已大于地基承載力的值。

表2 新增機(jī)組地基應(yīng)力表(未進(jìn)行結(jié)構(gòu)調(diào)整)

新增機(jī)組與原機(jī)組地基面法向應(yīng)力在各種組合工況下均不匹配，可能引起廠房沉降不一致，影響廠房的正常運(yùn)行。因此，需對(duì)新增機(jī)組進(jìn)行結(jié)構(gòu)調(diào)整，為方便運(yùn)行及機(jī)、電設(shè)備的布置，新增機(jī)組的內(nèi)部布置應(yīng)與原機(jī)組基本一致。只能通過對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)整來滿足地基應(yīng)力的要求。

在基本不改變建筑物布置的前提下，擴(kuò)大建筑的底面積是減小建筑物基礎(chǔ)應(yīng)力的最有效的方法之一。結(jié)合工程布置的實(shí)際條件，只有左側(cè)有擴(kuò)大基礎(chǔ)的條件，只有擴(kuò)大左側(cè)基礎(chǔ)才是較小地基應(yīng)力和降低應(yīng)力不均勻系數(shù)最好的位置。同時(shí)新增機(jī)組應(yīng)力計(jì)算結(jié)果和原機(jī)組的應(yīng)力值基本相當(dāng)，保證機(jī)組的安全運(yùn)行。通過計(jì)算，調(diào)整后機(jī)組應(yīng)力成果表、以及原有機(jī)組與新增機(jī)組應(yīng)力對(duì)比如表3、4。

圖2 擴(kuò)機(jī)后主廠房布置

圖3

表3 新增機(jī)組地基應(yīng)力表(進(jìn)行結(jié)構(gòu)調(diào)整后)

通過對(duì)比表可以看出，原機(jī)組、新增機(jī)組(調(diào)整后)地基應(yīng)力基本相當(dāng)，表明新增機(jī)組結(jié)構(gòu)調(diào)整是可行。

表4 原機(jī)組、新增機(jī)組(調(diào)整后)地基應(yīng)力對(duì)比表

3 結(jié)語

該工程擴(kuò)機(jī)是在施工過程中要擴(kuò)機(jī)的，結(jié)合工程實(shí)際情況和節(jié)約工程投資的角度考慮，共用安裝間是此類工程擴(kuò)機(jī)最好的選擇。

該工程地基基礎(chǔ)處于非巖基上，新增機(jī)組處于邊機(jī)組段，邊機(jī)組段與中間機(jī)組段在荷載分布上有較大的差異，通過諸多工程地基應(yīng)力計(jì)算結(jié)果表明:中間機(jī)組段的地基應(yīng)力較為均勻;邊機(jī)組段由于土壓力及水壓力荷載，地基應(yīng)力值差異較大，且不易滿足不均勻系數(shù)的允許值。非巖基上基礎(chǔ)的機(jī)組(多臺(tái)機(jī)組)結(jié)構(gòu)分縫應(yīng)綜合考慮多種因素的影響，如結(jié)構(gòu)布置、地基應(yīng)力以及減少工程投資等。對(duì)于該工程來說，不能影響已有機(jī)組的結(jié)構(gòu)布置，對(duì)新增機(jī)組進(jìn)行放大基礎(chǔ)處理方式是行之有效的。

［1］顧鵬飛，喻光遠(yuǎn)著．水電站廠房設(shè)計(jì)．水利電力出版社，1985．

［2］湖南省水利電力勘測設(shè)計(jì)院．天津大學(xué)水利系．小型水電站(中冊(cè)廠房部分)，電力工業(yè)出版社，1980．

［3］華東水利學(xué)院．水工設(shè)計(jì)手冊(cè)(第七卷水電站建筑物)．水利電力出版社，1989．