張捷++董丹丹

摘 要：維捷布斯克水電站為河床式電站，廠內(nèi)安裝4臺(tái)單機(jī)容量10MW的燈泡貫流式機(jī)組，總裝機(jī)40MW。發(fā)電廠房位于河床右岸，安裝間布置在主機(jī)間的右端，副廠房布置在主廠房下游。本文主要介紹了電站廠房結(jié)構(gòu)的布置以及設(shè)計(jì)中的技術(shù)特點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：維捷布斯克水電站 廠房 布置 結(jié)構(gòu)

中圖分類號(hào)：TV731 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2017）11（a）-0034-02

1 工程概況

維捷布斯克水電站是白俄羅斯境內(nèi)西德維納河最上游的一級(jí)電站，位于白俄羅斯維捷布斯克州州府維捷布斯克市東北約8km，距離首都明斯克約300km。維捷布斯克水電站是以發(fā)電為主，兼有航運(yùn)等綜合利用效益的工程，總裝機(jī)容量40MW，多年平均發(fā)電量1.38億kW·h，被白俄羅斯政府稱為保障國家能源安全的重要項(xiàng)目之一，是目前白俄羅斯境內(nèi)最大的水電站項(xiàng)目，有“白俄三峽”之稱。

電站樞紐建筑物從左岸向右岸依次布置左岸土壩、船閘、連接土壩、泄洪閘、發(fā)電廠房和右岸土壩。河床式廠房布置在河床右岸，左側(cè)緊鄰泄洪閘壩段，右側(cè)設(shè)混凝土擋土墻護(hù)坡，與右岸土壩相連。進(jìn)廠公路從右岸進(jìn)入廠區(qū)，經(jīng)行政生活樓、升壓站，由右側(cè)端墻進(jìn)入安裝間。進(jìn)廠公路在廠前區(qū)分岔，上至壩頂公路，車輛可從進(jìn)水口壩頂，經(jīng)泄洪閘壩段，連接壩段，船閘壩段至左岸。升壓站位于進(jìn)廠公路的下游側(cè)，為戶外開敞式升壓站，設(shè)有2臺(tái)主變壓器，升壓后高壓線經(jīng)出線塔架以兩回出線接入系統(tǒng)。

2 廠房布置

2.1 進(jìn)水口

廠房壩段壩頂寬度由攔污柵槽、檢修門槽、壩頂交通及門機(jī)軌距等布置要求而確定。進(jìn)水口與泄洪閘壩段共用一臺(tái)雙向門機(jī)，門機(jī)軌距7.5m，容量為2×500kN，同時(shí)兼顧起吊檢修門、攔污柵等多種用途。廠房壩段壩頂高程142.00m，壩頂寬度為11.80m。

電站上游側(cè)設(shè)斜向?qū)?，其軸線與壩軸線夾角為14°，分別在上游左邊墩與右岸填土平臺(tái)上布置滑軌，導(dǎo)漂排將隨水位升降攔截漂浮物，并將其導(dǎo)至泄洪閘壩段，漂浮物將隨泄洪流向下游。

進(jìn)水口設(shè)一道垂直式攔污柵，采用耙斗清理，攔污柵孔口尺寸為7.6m×18.90m（寬×高），平均過柵流速為0.86m/s。電站進(jìn)水口為喇叭口型式，每個(gè)機(jī)組段間設(shè)5.4m寬的中墩。在壩0-001.00m處設(shè)檢修閘門，閘門孔口尺寸為7.6×9.5m（寬×高），孔底高程為115.721m，孔口流速1.71m/s，門后設(shè)通氣孔。

2.2 主廠房

主機(jī)間全長78.98m，寬16.8m，高47m，機(jī)組間距為13m，安裝間布置在主廠房右端，長度為22m。廠內(nèi)安裝4臺(tái)單機(jī)容量10MW的燈泡貫流式機(jī)組。主廠房建基面最低高程109.50m，機(jī)組安裝高程為119.2m，運(yùn)行層高程為128.2m，安裝間地面高程為139.65m，橋機(jī)軌頂高程為152.00m，鋼屋架底面高程為156.50m。

主機(jī)間從下至上分別為流道層、廊道層、運(yùn)行層及上部結(jié)構(gòu)。

流道層布置有燈泡式水輪發(fā)電機(jī)組。燈泡體上設(shè)有水輪機(jī)進(jìn)人筒、水輪機(jī)檢修進(jìn)人筒、發(fā)電機(jī)檢修進(jìn)人筒，可從其頂部沿爬梯進(jìn)入燈泡體，進(jìn)行維護(hù)和檢修設(shè)備。

水輪機(jī)流道下方設(shè)有交通廊道，底部高程112.400m。該廊道通過布置在下游副廠房左右兩側(cè)的樓梯間形成貫通整個(gè)廠房的垂直交通通道，由此廊道可通往布置于主機(jī)間兩端底部的滲漏集水井與檢修集水井。

廊道層高程124.70m，電纜廊道寬1.4m，內(nèi)設(shè)電纜橋架，自發(fā)電機(jī)坑和水輪機(jī)坑引出至下游副廠房底層。管道廊道寬1.2m，與下游副廠房124.20m相通，發(fā)電機(jī)坑和水輪機(jī)坑的水、氣管路經(jīng)此廊道與全廠貫通。

運(yùn)行層高程為128.20m，布置有調(diào)整器油壓裝置、高位油箱等。上游側(cè)布置有發(fā)電機(jī)檢修進(jìn)人筒，井內(nèi)設(shè)通至燈泡體內(nèi)的進(jìn)人孔。發(fā)電機(jī)母線及中性點(diǎn)引出線由布置在發(fā)電機(jī)檢修進(jìn)人筒及水輪機(jī)檢修進(jìn)人筒的電纜廊道引出。下游側(cè)墻體設(shè)有門洞，可自主機(jī)間通往副廠房并連通廠房垂直交通。

2.3 安裝間

安裝間布置在主廠房右端，平面尺寸為16.8m×22m（寬×長），分兩層布置。地面以上部分為安裝場，高程139.65m，是機(jī)電大型設(shè)備（如發(fā)電機(jī)定子、轉(zhuǎn)子、轉(zhuǎn)輪、導(dǎo)水機(jī)構(gòu)、大軸等）裝配及檢修的場地。安裝場右端上游側(cè)設(shè)上橋機(jī)鋼梯；下游側(cè)布置樓梯，通往安裝間地下一層。進(jìn)廠大門位于右側(cè)端墻，與右岸進(jìn)廠公路相連。安裝間地下一層布置機(jī)電附屬設(shè)備用房，布置有透平油罐、油處理室、消防泵房、通風(fēng)機(jī)房等。

2.4 下游副廠房

下游副廠房包括尾水副廠房和安裝間副廠房，其中尾水副廠房布置在主廠房和尾水擋墻之間，與主機(jī)間相對(duì)應(yīng)，長59.94m，寬11.40m，分五層布置，地面一層、地下四層；安裝間副廠房位于安裝間的下游側(cè)，與安裝間相對(duì)應(yīng)，長22m，寬12.58m，分兩層布置。

尾水副廠房五層為：124.20m為技術(shù)供水層，布置有技術(shù)供水設(shè)備、消防供水設(shè)備、排水泵控制盤、技術(shù)供水控制盤等，主機(jī)間底板高程124.7m的電纜廊道和管道廊道都通至此層；128.20m高程布置有廠用變、勵(lì)磁盤、機(jī)旁盤、勵(lì)磁變壓器；132.50m高程布置有0.4kV廠用電、通風(fēng)機(jī)房、蓄電池室、電源室；136.50m高程為電纜夾層，1#樓梯間側(cè)設(shè)有通風(fēng)機(jī)房；139.65m高程布置有通信盤柜室、10kV配電裝置室、10kV開關(guān)柜、發(fā)電機(jī)電壓配電裝置室、繼保室及二次盤柜室。

安裝間副廠房兩層為：135.00m層為電纜夾層，與尾水副廠房的電纜聯(lián)通，并設(shè)有通風(fēng)機(jī)房；139.65m層為中控室、計(jì)算機(jī)室、會(huì)議室，在右側(cè)端頭設(shè)有衛(wèi)生間與休息室。

2.5 尾水平臺(tái)

尾水平臺(tái)與下游尾水副廠房組成擋水結(jié)構(gòu)，長度沿廠房縱向全程布置，總長度為56.94m。平臺(tái)上布置一臺(tái)容量為2×400kN的雙向尾水門機(jī)，門機(jī)軌距4.5m，用于啟閉尾水閘門。endprint

2.6 廠內(nèi)排水系統(tǒng)

機(jī)組檢修和正常運(yùn)行時(shí)的檢修排水和全廠的滲漏水最終匯入檢修集水井和滲漏集水井中。檢修集水井布置在1#、2#機(jī)組間，用于保證機(jī)組檢修時(shí)，可排除蝸殼及尾水管中的水。滲漏集水井布置在3#、4#機(jī)組間，全廠滲漏水由集水管路、排水廊道自流到滲漏集水井內(nèi)，用深井泵排至下游尾水渠。

3 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

3.1 廠房整體穩(wěn)定分析

廠房壩段上游校核洪水位139.86m，校核尾水位137.75m，在校核洪水位下廠房承受的最大水頭達(dá)30.36m；而且對(duì)于貫流式機(jī)組，上游擋水結(jié)構(gòu)和廠房底板聯(lián)成一體，共同擋水，受力情況比較復(fù)雜，為充分了解廠房壩段在施工期和正常運(yùn)行期的穩(wěn)定應(yīng)力情況，分別通過靜力計(jì)算與動(dòng)力分析驗(yàn)證結(jié)構(gòu)布置的合理性、安全性和可靠性。計(jì)算表明吊車梁牛腿的位移滿足設(shè)計(jì)和運(yùn)行要求，壩體與基巖接觸面處的法向應(yīng)力始終為壓應(yīng)力，廠房壩段整體抗滑、抗浮均滿足規(guī)范要求。本電站采用燈泡貫流式機(jī)組，管型座周圍結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜，通過三維有限元分析計(jì)算和動(dòng)力分析研究流道管型座支柱的位移與應(yīng)力分析、管型座的振幅計(jì)算、有限元配筋計(jì)算、管型座剛度分析等問題，最終確定了合理的流道結(jié)構(gòu)。

3.2 分縫止水設(shè)計(jì)

根據(jù)混凝土澆筑條件、溫度控制要求、地基條件和結(jié)構(gòu)布置等因素，設(shè)置有壩段結(jié)構(gòu)縫、混凝土澆筑施工縫。廠房壩段與右側(cè)安裝間壩段、左側(cè)泄洪閘壩段及4臺(tái)機(jī)組的中間均布置有2cm的永久結(jié)構(gòu)縫。

考慮燈泡式貫流機(jī)組流量較大，道內(nèi)孔口尺寸大。進(jìn)水口、管型座周圍、尾水管等部位應(yīng)力較大。為改善以上部位的應(yīng)力狀態(tài)，減少配筋，機(jī)組段間的永久結(jié)構(gòu)縫處，上游止水布置在上游擋水胸墻靠近下游側(cè)，下游止水布置在下游擋水胸墻靠近上游側(cè)，水平止水在進(jìn)水口和出水口布置在流道頂板下部，機(jī)組中心線附近布置在底板上部，成“U”型布置。

3.3 基礎(chǔ)處理設(shè)計(jì)

3.3.1 主廠房地基灌漿處理

本電站廠房基礎(chǔ)巖石為白云巖，呈塊狀或碎塊狀，巖體完整性差，強(qiáng)度較低。為了提高廠房基礎(chǔ)巖石的強(qiáng)度和完整性，保證廠房壩段的整體問題，廠房底部采用了固結(jié)灌漿，間排距2m×2m，巖下孔深至少8m，并保證延伸至34號(hào)巖層下1m深。

為有效降低水庫蓄水后的揚(yáng)壓力，在廠房基礎(chǔ)的上游側(cè)和左、右兩側(cè)設(shè)置“U”形防滲帷幕，帷幕間排距2m×2m，巖下孔深至少15m，其中上游側(cè)防滲帷幕左側(cè)與泄洪閘基礎(chǔ)的防滲墻相接，右側(cè)與安裝間上游門庫段的防滲墻相接，形成整體。

3.3.2 水泥碎石樁的應(yīng)用

安裝間及其副廠房下部基礎(chǔ)為回填的原狀土，屬于非巖基，經(jīng)穩(wěn)定計(jì)算，回填土承載力不滿足地基承載力需求，故進(jìn)行了基礎(chǔ)處理，安裝間壩段下部布置間排距3m、樁直徑0.6m的水泥碎石樁。

水泥碎石樁是CFG樁的一種，不添加粉煤灰，增大地基承載力同時(shí)提高地基的密實(shí)度。水泥碎石樁復(fù)合地基是由樁間土和樁體共同承擔(dān)荷載[2]，綜合樁長、樁徑、樁間距、樁身強(qiáng)度和天然地基承載力5個(gè)因素進(jìn)行優(yōu)化，在理論計(jì)算基礎(chǔ)上結(jié)合實(shí)際工程施工經(jīng)驗(yàn)，得出最佳的設(shè)計(jì)。水泥碎石樁具有施工速度快、工期短、質(zhì)量容易控制、工程造價(jià)低廉等特點(diǎn)，在我國應(yīng)用比較廣泛，但在白俄卻是首次應(yīng)用，通過多次溝通，最終白俄設(shè)計(jì)院認(rèn)可該方案。在廠房設(shè)計(jì)中，水泥碎石樁被應(yīng)用在安裝間壩段、右岸上、下游部分擋土墻段基礎(chǔ)處理中。單樁承載力1515kN，與結(jié)構(gòu)面之間設(shè)10cm厚C15素混凝土墊層，和20cm厚碎石褥墊層，樁頂進(jìn)入碎石褥墊層20cm，樁端作用于巖基表面。

3.3.3 承壓水的處理

由于廠房基坑在開挖過程中，揭開了承壓水頂板蓋層，同時(shí)圍堰的防滲未按照要求施工、未達(dá)到預(yù)期效果，使得較大地下水涌入廠房基坑，在基坑滲水較長時(shí)間的涌入及強(qiáng)排過程中，產(chǎn)生了基坑周圍土質(zhì)邊坡滲透破壞，尤其以廠房上游側(cè)和泄洪閘側(cè)比較嚴(yán)重，造成邊坡的局部坍塌。最終處理原則：（1）基坑周圈設(shè)置排水溝，將基坑內(nèi)積水排出，保證基巖面無積水澆注。（2）建筑物巖基基礎(chǔ)下部及周邊5m范圍內(nèi)的空洞采用C15素混凝土回填密實(shí)。（3）其他部位的空洞，采用原土回填密實(shí)，并進(jìn)行碾壓夯實(shí)。

4 結(jié)語

維捷布斯克水電站是河床式電站，樞紐工程布置緊湊，從基本設(shè)計(jì)到施工詳圖設(shè)計(jì)，與白俄設(shè)計(jì)審查人員共同探討，廠內(nèi)布置逐步完善合理。通過本項(xiàng)目的歷練，我們認(rèn)識(shí)到在國際工程中，設(shè)計(jì)人員需要因地制宜，了解當(dāng)?shù)夭捎玫囊?guī)范法則，了解業(yè)主需求，充分溝通，積極推廣應(yīng)用我國的成熟工程經(jīng)驗(yàn)，才能更好地進(jìn)行設(shè)計(jì)。

參考文獻(xiàn)

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[2] 方潤林，朱壽增.水泥碎石樁在地基處理中的應(yīng)用[J].山西建筑，2009，35（8）：99-100.endprint