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）

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