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        額勒賽下游水電站上電站廠房整體穩(wěn)定與地基應力計算

        2014-08-29 01:24:14丹,
        四川水力發(fā)電 2014年5期
        關鍵詞:靜水壓力法向應力基巖

        董 丹 丹, 臧 琦

        (中國電建集團北京勘測設計研究院有限公司,北京 100024)

        1 工程概況

        額勒賽下游水電站位于柬埔寨王國戈公(Koh Kong)省以北20公里、首都金邊以西180公里的額勒賽河下游,分設上下兩個電站工程。額勒賽水電站的主要任務是水力發(fā)電,沒有灌溉、供水及通航等方面的要求。

        上電站推薦樞紐布置采用混凝土面板堆石壩+下游左岸地面廠房方案,混合式開發(fā),總裝機容量為206 MW,廠內(nèi)安裝2臺103 MW立軸混流式水輪發(fā)電機組。根據(jù)《水電樞紐工程等級劃分及設計安全標準》(DL5180-2003)的規(guī)定,確定本工程為大(2)型二等工程。根據(jù)《水電樞紐工程等級劃分及設計安全標準》(DL5180-2003)的規(guī)定,由于面板堆石壩壩高超過100m,其擋水建筑物級別提高1級,為1級建筑物,其余主要建筑物泄水建筑物、引水系統(tǒng)及地面廠房等按2級建筑物設計。

        可研階段收集了部分周邊已建和在建水電站采用的地震基本烈度,參考《歐亞地質(zhì)構(gòu)造圖》、《世界活動構(gòu)造、核電站、高壩和地震烈度分布圖》(中國國家地震局地質(zhì)研究所徐煜堅、汪良謀主編)及《柬埔寨王國基里?、筇査娬竟こ炭尚行匝芯繄蟾妗返揉徑苓吂こ藤Y料分析,工程區(qū)地震基本烈度小于Ⅵ度,電站設計烈度為6度。

        2 廠房布置

        上電站上游水庫正常蓄水位為263 m,電站額定水頭為134 m。引水系統(tǒng)建筑物布置在河道的左岸山體內(nèi),采用一管兩機布置方式。廠房位于壩址沿河下游約4.6公里處左岸,布置岸邊地面式廠房。廠區(qū)主要建筑物包括:主機間、安裝間、副廠房、主變室、尾水建筑物、廠區(qū)交通及地面開關站和出線場等。廠房正常運用洪水標準按200年一遇洪水設計,相應洪峰流量Q1%=6 050 m3/s;非常運用洪水標準按500年一遇洪水校核,相應洪峰流Q0.5%=7 040 m3/s。 廠址設計洪水位118.57 m,廠址校核洪水位119.61 m。

        廠房順引水水流方向自上游至下游依次布置有:主廠房、尾水副廠房。主廠房寬21.5 m,尾水副廠房頂部尾水平臺寬10.6 m,向外懸挑1 m。廠房上下游方向總寬度32.10 m。廠房垂直引水水流方向自右至左分為“安裝間段”、“1#機組段”和“2#機組段”、“端部副廠房段”四個區(qū)段,各區(qū)段間設結(jié)構(gòu)縫,并設止水。其中安裝間段長度為24.00 m,1#機組段長度為19.65 m,2#機組段長度為20.35 m,端部副廠房長度為13.50 m,廠房總長度77.50 m。

        3 廠區(qū)地質(zhì)條件評價

        廠房區(qū)岸坡坡度為20~35°,局部地段平緩。第四系覆蓋層分布較少,厚度不大,多為殘坡積碎石土或母巖風化砂?;鶐r巖性主要為侏羅系砂巖、砂質(zhì)泥巖,據(jù)鉆孔揭示88.8 m~107.2 m高程基巖巖性為砂巖夾泥巖,132 m~107.2 m高程段主要為泥質(zhì)砂巖夾泥巖,巖層近水平。斷層、裂隙不發(fā)育。裂隙,以陡傾角為主,緩傾次之,中等傾角不發(fā)育。地下水主要為第四系基巖裂隙水。依據(jù)壩址區(qū)壓水試驗資料類比,強風化巖體一般為中等透水~弱透水;弱風化一般弱透水~微透水。

        圖1 主廠房橫剖面圖

        據(jù)地表調(diào)查,廠房岸坡段未發(fā)現(xiàn)規(guī)模較大的不良地質(zhì)體。廠房區(qū)后緣山坡高約140 m,多數(shù)岸坡段基巖裸露,岸坡覆蓋層較薄,屬層狀緩傾順向坡,巖層近水平,無較大不利結(jié)構(gòu)面,自然岸坡整體穩(wěn)定。

        4 設計依據(jù)和基本假定

        (1)廠區(qū)未發(fā)現(xiàn)有緩傾角軟弱結(jié)構(gòu)面及隱伏斷裂存在,廠房基礎巖體也不存在深層滑移軟弱結(jié)構(gòu)面,因此不考慮基礎深層滑動。

        (2)計算依據(jù)《水電站廠房設計規(guī)范》(SL266-2001)3.1.3條規(guī)定,以主廠房某個機組段作為一個獨立的整體分別從上下游方向、廠右至廠左兩個方向進行抗滑、抗浮和地基應力計算。安裝間段底板位于下游洪水位以上,不受靜水壓力影響,暫不考慮進行整體穩(wěn)定計算。

        (3)廠房內(nèi)部機電設備重量只計算主要固定設備,不計附屬設備及非固定設備重量;計算時不考慮樓板小尺寸開孔孔洞。根據(jù)《水電站廠房設計規(guī)范》(SL266-2001),岸邊式地面廠房穩(wěn)定計算不考慮浪壓力、泥沙壓力和冰壓力。

        圖2 主廠房縱剖面圖

        (4)計算抗滑穩(wěn)定時,將滑面簡化成一個平面考慮,即簡化基礎面;計算地基法向應力時,接觸截面也按同一個平面考慮。

        (5)上游側(cè)揚壓力作用水頭取正常尾水位(即滿發(fā)尾水位)。

        5 廠房整體穩(wěn)定及基礎應力計算

        5.1 荷載組合

        廠房永久荷載W1:包括廠房混凝土自重、廠內(nèi)水重、廠外水重和裝修荷載,其中廠內(nèi)水重為蝸殼、尾水管處的水重;廠外水重為閘墩間尾水出口底板以上的水重。

        永久設備荷載W2:包括蝶閥、水輪機、發(fā)電機、屋架、尾水閘門、尾水啟閉機、橋機的荷載。

        靜水壓力W3:上下游方向,下游靜水壓力對廠房的推力會被廠房上游側(cè)的巖基反作用力抵消,不計算該方向的抗滑穩(wěn)定計算;廠右至廠左方向,機組分縫處按無水考慮,計算靜水壓力。

        靜水壓力W4:巖基上岸邊式廠房上游側(cè)揚壓力作用水頭取正常尾水位。

        根據(jù)《水電站廠房設計規(guī)范》(SL 266-2001)表3.2.11選取荷載組合,見表1。

        5.2 計算結(jié)果分析

        表1 荷載組合表

        根據(jù)電站廠房初步設計:機組間設結(jié)構(gòu)縫,以主廠房1#機組段作為一個獨立的整體分別從上下游方向、廠右至廠左兩個方向進行抗滑、抗浮和地基應力計算。計算結(jié)果如下:

        由上表可知,廠房抗滑、抗浮穩(wěn)定安全系數(shù)滿足規(guī)范要求。廠房地基面上最大法向應力小于地基巖允許承載力,最小法向應力無論是否考慮揚壓力均出現(xiàn)了拉應力,不滿足規(guī)范要求。

        故對廠房設計進行調(diào)整:將1#、2#機組并縫,一期混凝土間設施工縫或永久縫不設縫寬的措施,將主廠房1#、2#機組作為一個整體,重新進行抗滑、抗浮和地基應力計算。計算結(jié)果如下:

        表2 計算成果

        注:1. 應力正號為壓應力,負號為拉應力。

        表3 計算成果

        注:1. 應力正號為壓應力,負號為拉應力。

        機組一期混凝土間不設縫寬后,廠房左右側(cè)靜水壓力可抵消,可不進行抗滑穩(wěn)定計算。各計算工況的抗浮穩(wěn)定安全系數(shù)Kf都大于1.1,滿足規(guī)范的要求。各計算工況的廠房地基面上法向應力最大值均小于基巖允許承載力,最小值滿足在機組未安裝情況下允許出現(xiàn)不大于0.2 MPa局部拉應力的要求。因此可以確定廠房結(jié)構(gòu)設計尺寸滿足工程的安全可靠性要求。

        6 結(jié) 論

        額勒賽下游水電站上電站岸邊式地面廠房,坐落于基巖上,設有兩臺機組,最初設計方案為機組段間設置結(jié)構(gòu)縫,每段機組段為一個獨立整體。經(jīng)穩(wěn)定分析計算,廠房抗滑、抗浮穩(wěn)定安全系數(shù)滿足《水電站廠房設計規(guī)范》(SL266-2001)要求,廠房地基面上最大法向應力小于地基巖允許承載力,但最小法向應力在各工況下均出現(xiàn)了拉應力(最大值為0.539 MPa),廠房結(jié)構(gòu)需做調(diào)整才能滿足規(guī)范要求。一般情況下,加大結(jié)構(gòu)設計,增加自重能夠減小出現(xiàn)的拉應力,但此種做法既需要反復試算,又增加了工程投資,不經(jīng)濟實用。本電站最終調(diào)整方案僅將兩機組段并縫,采取一期混凝土間設施工縫或永久縫不設縫寬的措施,將主廠房1#、2#機組作為一個整體考慮。重新進行抗滑、抗浮和地基應力計算后,各工況下的結(jié)果均滿足規(guī)范要求。這種設計調(diào)整改動小,結(jié)構(gòu)體型不變,又不增加工程投資,巧妙解決了岸邊地面式廠房的基地應力問題。

        參考文獻:

        [1] 王 海,下福水利樞紐廠房整體穩(wěn)定及地基應力計算, 廣西 : 廣西水利水電 2008(4)

        [2] 梁晉平 ,林德金,梅占敏 萬家寨引黃工程南干線一級泵站主廠房穩(wěn)定計算 水利水電技術 第32卷 2001年 第4期

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