徐政剛

摘 要：浙江省武義縣源口三級電站是利用灌溉渠系落差建成的引水式電站。電站前池在寺堂山劈山開挖而建，擋水垟采用片石干砌，混凝土防滲。電站自投入運行后，前池經常發(fā)生不同程度的裂縫而漏水，尤其受2000年6.19洪水襲擊后，裂縫漏水更加嚴重。

關鍵詞：武義縣 電站 前池漏水 擋垟

中圖分類號：TV698.2 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）02（c）-0126-02

浙江省武義縣源口三級電站屬錢塘江水系，是麻陽港梯級開發(fā)，利用源口水庫灌溉渠系落差，在總干渠上建成的引水式電站。源口二級至三級引水渠長3.01 km，設計水頭16 m，流量8.0 m3/s，裝機三臺共計750 kW。

三級電站前池，在寺堂山半山坡劈山開挖而建，其引水渠軸線與壓力水管軸線的交角接近直角，壓力池垟頂高程153.6米，池底高程149.1 m，設計正常水位153.3米。前池擋水垟地基為微風化巖石，采用片石干砌的重力垟，迎水面現澆混凝土作為防滲體擋水垟，剖面。

源口三級電站自投入運行以來，前池均發(fā)生不同程度的裂縫，且裂縫幾乎位于相同的部位，詳見裂縫分布示意（圖2）。每年電站檢修期間，采用水泥砂漿進行修補，但收效甚微。尤其受2000年6.19洪水襲擊，造成緊急停機，溢水槽垃圾堵塞發(fā)生了短時擋垟頂溢水后，擋垟與底板交接處產生的裂縫加劇、漏水更嚴重。縣水利水電局、小水電管理站、源口水庫管理處等有關領導高度重視，多次親臨現場勘察，要求從根本上解決漏水問題，消除安全隱患。2001年11月，源口水庫管理處采用PCC新型補漏水材料，對前池的裂縫進行了修補。2002年1月11日，電站投入試運行，但漏水問題仍然沒有解決。經有關領導邀請，本人前赴現場，到前池山坡腳時，見廠房后垟排水溝滿淹，漏水量較大，正常水位時擋水垟背水坡腳，漏水聲很響，站在擋水垟頂肉眼可見已修補的裂縫又重新開裂，嚴重存在工程安全隱患。源口水庫管理處領導決定，成立三級電站前池漏水處理工作組，停止發(fā)電，本人負責裂縫原因分析、提交處理方案、漏水處理實施等工作。

1 前池裂縫原因分析

源口三級電站前池漏水，是由于擋水垟與底板交接處混凝土防滲體發(fā)生嚴重裂縫（見圖2）。

1.1 裂縫原因分析

根據實際情況，基本排除了擋水垟垟身或池底底板不均勻沉陷、擋垟背水坡填土或填方沉降、溫度變化等形成裂縫的原因。因此，前池裂縫很有可能是擋水垟本身結構設計的問題，有必要對原擋水垟本身結構進行驗算。

1.2 荷載計算

取前池正常水位時、擋水垟背水坡無填土、池底無泥沙淤積為條件，片石干砌體容重rg1=2.4 t/m3，混凝土防滲體容重rg2=2.4 t/m3，水體容重ro=1.0 t/m3，飽和土容重rt=1.95 t/m3，根據材料力學公式其荷載計算如下[1]：

（1）土壓力：

pt===0.69

式中：

K1為主動土壓力系數，K1=tg2（45°-/2）=tg2（45°-25°/2）=0.49；

為填土內摩擦角，砂壤土取=25°

（2）水壓力ps===14.58，其中hs=4.2+1.2=5.4

（3）滲透水壓力：

u===7.78

式中：

T為計算截面寬度；

hs為計算截面寬度；

（4）擋水垟重力Gi；對O點的力臂Ci；對O點的力矩計算如（表1）所示。

1.2.1 擋水垟的整體性穩(wěn)定驗算

（1）抗傾覆驗算。

K傾=M抗/M傾

式中：

K傾為抗傾覆安全系數；

M抗為抗傾覆力矩，M抗=∑（G·C）；

M傾為傾覆力矩，M傾=0.4×pt+1.8×ps+2×T×U/3

K傾=52.36/（0.4×0.69+1.8×14.58+2×2.88×7.78/3）=1.26<1.5[3]，[4]，抗傾覆不合格！

（2）抗滑移驗算，取抗剪摩擦系數f=0.70

K滑=f·∑W/∑P

K滑=0.7×（30.52-7.78）/（0.69+14.58）=15.92/15.27=1.04<1.2[3]，[4]

式中：

K滑為抗滑移安全系數；

∑W為作用于垟體上的全部荷載對滑動平面的法向分值，∑W=∑G-u；

∑P為作用于垟體上的全部荷載對滑動平面的切向分值，∑P=pt+ps。

1.2.2 垟身強度驗算

取距垟頂下4.5 m（池底）處的截面，根據材料力學公式進行驗算[1]。

（1）荷載及內力計算。

水壓力ps===8.82

滲透水壓力u=2.63×4.2/2=5.52

G1=16.20 e1=2.63/2-0.75=0.57

G2=1.06 e2=2.63/2-1.50-2.1×0.2/3=-0.33

G3=3.70 e3=2.63/2-1.50-（0.25+2.1×0.2）/2=-0.52

G4=1.27 e4=2.63/2-1.50-（0.25+2.1×0.2）-2.3×0.2/3=-1.01

∑G=16.2+1.06+3.07+1.27=22.23

∑（G﹒e）=16.20×0.57-1.06×0.33-3.70×0.52-1.27×1.01=5.68

∑M=（1/3）×hs×ps+（1/2-1/3）×2.63×u-∑（G﹒e）=4.2×8.82/3+（1/2-1/3） ×2.63×5.52-5.68=9.09endprint

∑W=∑G-u=22.23-5.52=16.71

（2）彎曲壓應力驗算。

a=∑W/A+∑M/W1≤K[a]

式中：

a為計算壓應力；

∑W為縱向力總和；

∑M為彎矩總和。

構件截面積，A=1.0×T，其中T=2.63 m

W1為截面對受壓邊緣的抵抗距，W1=T2/6

[a]為砌體的容許軸心受壓應力

a==16.71/2.63+6×9.09/2.632= 6.35+7.89=14.24 t/m2=1.424 kg/cm2

K=1.0+2×1.5e0/T=1.0+2×1.5× 0.54/2.63=1.62，取K=1.50

式中：

K為塑性影響系數，矩形截面，K≤1.50

e0為偏心距，e0=∑M/∑W=9.09/16.71=0.54 m

查有關資料[5]，片石砌體石料標號C42.5，砂漿標號M2.5時的砌體容許軸心受壓應力[a]=8 kg/cm2，片石為該容許應力的0.5倍，即[a]=8×0.5=4 kg/cm2，K[a]=1.5×4=6.0 kg/cm2

因此，a=1.424

（3）彎曲拉應力驗算

WL=∑M/W2-∑W/A≤[WL]，（WL為負時，表明未出現拉應力）；

式中：

WL為計算彎曲拉應力；

[WL]為砌體的容許彎曲拉應力；

W2為截面對受拉邊緣的抵抗距，W2=W1；

WL=7.89-0.635=0.154 kg/cm2<[WL]=0.8 kg/cm2，彎曲拉應力驗算合格。

以上驗算得知，擋水垟垟身強度安全；而擋水垟整體性卻不穩(wěn)定，K傾=1.26<1.5，K滑=1.04<1.2，不能滿足安全運行。

2 前池漏水處理方案的確定

由擋水垟結構驗算結果可知，采取有效的手段解決擋垟整體不穩(wěn)定的設計是處理漏水問題根本。實際中，解決該問題的工程措施諸多，如在擋垟背水坡加寬放緩邊坡，拆除重建改變擋垟形狀和尺寸，迎水面放坡利用水重等均可達到擋垟穩(wěn)定的目標。

綜合考慮安全、施工方便、工期要求、項目投資等因素，三級電站前池漏水的最終處理方案見（圖3），在迎水面采用懸譬式梁板結構鋼筋混凝土對擋垟進行加固，并利用部分水重新建鋼筋混凝土與原片石砌體成為一體，以滿足擋垟的整體性穩(wěn)定和防滲要求。

2.1.1 擋水垟的整體性穩(wěn)定復核

（1）抗傾覆核算。

K傾=∑（G·C）/（1.8×ps+2×3.18×u/3）=79.12/（1.8×14.58+2×3.18×8.59/3）=1.78>1.5

（2）抗傾覆核算。

K滑=f（∑G-u）/ps=0.7×（38.52-8.59）/14.58=1.44>1.2

核算結果表明，采用上述處理方案滿足擋垟整體性穩(wěn)定的設計要求，能消除工程安全隱患。

3 前池漏水處理結果

源口三級電站前池，采用鋼筋混凝土懸臂式板梁結構對擋垟進行加固的漏水處理方案，報送縣水利水電局批準后，于2002年1月進行投標并施工。

施工方法及采用機械設備，主要是人工開挖基礎，棄方利用雙輪膠車用簡易升降機升至垟頂再運至棄方場。池底混凝土底板用切割機切割，垟面老化混凝土人工鑿毛清洗。拌和點設在電站廠區(qū)空基， 0.4m3拌和機攪拌，重直運輸用井架卷揚機。鋼筋網片在原擋垟面打孔錨筋，以固定網片邦扎，鋼管立架木扣板支摸。為防止伸縮裂縫，鋼筋網混凝土防滲體每隔10 m設一道伸縮縫，紫銅片止水。

工程于2002年1月23日開工，2002年2月16日完工，2月20日前池投入運行。到目前為止，再沒有發(fā)現前池裂縫漏水。

4 結論和建議

武義縣源口三級電站1980年建成發(fā)電，前池每年發(fā)生裂縫，年年需進行修補，沒有從根本上解決裂縫漏水的問題，工程存在嚴重的安全隱患。自從前池漏水處理的方案實施后，至今為止，從未發(fā)生裂縫漏水。事實證明，形成前池裂縫的原因的分析采用理論依據方法是可信的，判斷擋垟整體性不穩(wěn)定的結論是正確的，迎水面采取鋼筋混凝土懸臂式結構對擋垟進行除險加固的措施是有效地，也是科學的。

參考文獻

[1] 許本安，李秀治.材料力學[M].上海交通大學出版社，1988.

[2] 電力工業(yè)部西北勘測設計研究院.水工混凝土結構設計規(guī)范[S].中華人民共和國電力工業(yè)部.DLT 5057，1996.

[3] GB50003-2001，砌體結構設計規(guī)范[S].