小水電站與水閘呈“一”字型布置時側(cè)向穩(wěn)定解決方法

吝江峰，喬 婷，徐 鵬

（江蘇省水利勘測設(shè)計(jì)研究院有限公司，江蘇揚(yáng)州225127）

小水電站與水閘呈“一”字型布置時側(cè)向穩(wěn)定解決方法

吝江峰，喬 婷，徐 鵬

（江蘇省水利勘測設(shè)計(jì)研究院有限公司，江蘇揚(yáng)州225127）

以泗陽閘拆除重建工程為實(shí)例，介紹了小水電站與水閘呈“一”字型布置時側(cè)向穩(wěn)定的解決方法，為類似工程設(shè)計(jì)提供借鑒經(jīng)驗(yàn)。圖2幅，表3個。

小水電站；節(jié)制閘；抗滑穩(wěn)定；側(cè)向穩(wěn)定；不均勻系數(shù)

1 工程概況

泗陽節(jié)制閘位于江蘇省泗陽縣眾興鎮(zhèn)南約2.5km處的京杭運(yùn)河上，是南水北調(diào)中運(yùn)河段梯級控制之一，與泗陽第一抽水站、泗陽第二抽水站及其他附屬物組成泗陽水利樞紐工程，具有防洪、灌溉、發(fā)電等綜合功能。泗陽閘設(shè)計(jì)流量1000m3／s，汛期主要承泄駱馬湖以西地區(qū)及皂河閘以下中運(yùn)河兩岸的澇水，非汛期攔蓄劉老澗來水便于上游徐宿地區(qū)的灌溉、航運(yùn)及工業(yè)、生活用水。

泗陽閘小水電站是充分利用下泄的灌溉、供水水能發(fā)電的電站，原裝機(jī)2臺套，根據(jù)多年運(yùn)行情況來看，產(chǎn)生了較好的經(jīng)濟(jì)效益。泗陽閘拆除重建后按原規(guī)模配套興建小電站，根據(jù)泗陽閘電站多年運(yùn)行資料及設(shè)計(jì)參數(shù)，發(fā)電流量為5～11.2m3／s，裝機(jī)容量2×160kW。泗陽閘設(shè)計(jì)過閘流量1000m3／s，工程為Ⅱ等水工建筑物，規(guī)模為大（2）型，相應(yīng)節(jié)制閘及小水電設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)為2級。

2 工程布置

閘室布置為7孔節(jié)制孔，單孔凈寬10.0m，總凈寬70.0m，閘室共分4塊底板，中塊底板為3孔一聯(lián)，右側(cè)邊孔為2孔一聯(lián)，左側(cè)邊孔為2孔一聯(lián)加一節(jié)空箱岸墻。

新建小水電站布置在閘室右側(cè)，與閘室呈“一”字型布置，單孔凈寬3.0m，配套發(fā)電機(jī)SF160—16，水輪機(jī)中心線高程為12.478m。小水電站底板順?biāo)飨蜷L20.0m，垂直水流向長9.0m，底板厚1.50m，底板面高程與閘室同高為8.50m，閘墩頂高程為20.00m，上游布置寬6.5m公路橋，下游布置值班室和控制室（見圖1、圖2）。

圖1 小水電站與閘室平面布置示意

圖2 小水電站剖面布置示意

3 穩(wěn)定計(jì)算

小水電站和閘室底高程均為7.0m，根據(jù)地質(zhì)資料，原閘下游消力池混凝土鑿除后，其下土層為⑦′層，層厚約1.2m，該層地基允許承載力［R］＝100kPa，需要進(jìn)行地基處理。原本設(shè)計(jì)采用了12%水泥土進(jìn)行換填，為了加快施工進(jìn)度，采用了換填C20素混凝土，底板底和C20素混凝土之間設(shè)置40cm厚12%水泥土。

穩(wěn)定分析的荷載主要包括：自重、靜水壓力、土壓力、揚(yáng)壓力、波浪壓力、地震力、動水壓力等，其中基底滲透壓力采用規(guī)范規(guī)定的全截面直線分布法進(jìn)行計(jì)算，地震慣性力及地震動水壓力按《水工建筑物抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》有關(guān)公式進(jìn)行計(jì)算。水平向設(shè)計(jì)地震加速度代表值取0.1g，電站基底與地基之間的綜合摩擦系數(shù)取0.38，分別取順?biāo)飨蚝痛怪彼飨蛴?jì)算其抗滑穩(wěn)定（見表1、表2）。

由表1和表2可知，順?biāo)飨蚩够踩禂?shù)和不均勻系數(shù)各種工況下均滿足規(guī)范要求，但垂直水流向抗滑安全系數(shù)不滿足規(guī)范要求，且在校核工況和地震工況下地基出現(xiàn)拉應(yīng)力；需要對平面布置進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。

表1 順?biāo)飨蚍€(wěn)定計(jì)算成果

表2 側(cè)向（垂直水流向）穩(wěn)定計(jì)算成果

為解決側(cè)向偏心較大局部出現(xiàn)拉應(yīng)力和抗滑安全系數(shù)偏小，擬定了3種解決方案。方案一：沿右岸增加小水電站垂直水流向底板寬度。方案二：將小水電站底板和與之相鄰的2孔一聯(lián)閘室底板聯(lián)為一塊底板。方案三：在小水電站和2孔一聯(lián)閘室底板和閘墩間增設(shè)傳力頂塊。

方案一優(yōu)點(diǎn)是通過調(diào)整底板寬度使小水電自身滿足其抗滑穩(wěn)定和地基不均勻系數(shù)，但缺點(diǎn)是增加了混凝土澆筑工程量和右岸土方開挖及回填量，適用于邊坡開挖比較容易的地區(qū)。方案二雖不增加混凝土澆筑和土方量，但水閘平均地基反力為91kPa，而小水電平均地基反力大約為180kPa，水閘和小水電共用1塊底板，加上地基為換填地基，容易引起地基的不均勻沉降；且在小水電正常運(yùn)行震動也會對同一塊底板上的節(jié)制閘造成一定影響。方案三不增加工程量，由于水閘底板和小水電底板中間設(shè)置有伸縮縫，也不會引起結(jié)構(gòu)不均勻沉降，但小水電自身穩(wěn)定和偏心需要通過傳力頂塊傳遞給與之相鄰的2孔一聯(lián)閘室，傳力大小因各個工況不同而相異，受力不明確，適合邊坡開挖比較困難的地區(qū)。

綜上分析，結(jié)合工程實(shí)際，泗陽閘小水電平面布置推薦采用方案一，通過計(jì)算需增加底板寬度3m。為了改善增寬底板和邊墩連結(jié)受力，設(shè)置高度為6.5m，底寬為2.5m，間距為3.4m的扶臂，其垂直水流向抗滑穩(wěn)定計(jì)算結(jié)果如下所示（見表3）。由表3可知，在各個工況下垂直順?biāo)飨蚩够踩禂?shù)和不均勻系數(shù)均滿足規(guī)范要求。

表3 增加3m底板寬度（垂直水流向）穩(wěn)定計(jì)算成果

［1］ 陳寶華．水閘［M］．北京：中國水利水電出版社，2003.

［2］ 徐國賓，等．水電站［M］．北京，水利水電出版社，2012.

［3］ 郝道平．泗陽節(jié)制閘改建工程初步設(shè)計(jì)報(bào)告（送審稿）［R］．揚(yáng)州：江蘇省工程勘測研究院有限責(zé)任公司，2012．

［4］ SL265—2001，水閘設(shè)計(jì)規(guī)范［S］．

責(zé)任編輯 吳 昊

2015－02－16

吝江峰（1980－），男，工程師，主要從事水利水電工程設(shè)計(jì)工作。E_mail：linjf0215＠163.com