小水電站與水閘呈“一”字型布置時側向穩定解決方法

吝江峰，喬 婷，徐 鵬

（江蘇省水利勘測設計研究院有限公司，江蘇揚州225127）

小水電站與水閘呈“一”字型布置時側向穩定解決方法

吝江峰，喬 婷，徐 鵬

（江蘇省水利勘測設計研究院有限公司，江蘇揚州225127）

以泗陽閘拆除重建工程為實例，介紹了小水電站與水閘呈“一”字型布置時側向穩定的解決方法，為類似工程設計提供借鑒經驗。圖2幅，表3個。

小水電站；節制閘；抗滑穩定；側向穩定；不均勻系數

1 工程概況

泗陽節制閘位于江蘇省泗陽縣眾興鎮南約2.5km處的京杭運河上，是南水北調中運河段梯級控制之一，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、發電等綜合功能。泗陽閘設計流量1000m3／s，汛期主要承泄駱馬湖以西地區及皂河閘以下中運河兩岸的澇水，非汛期攔蓄劉老澗來水便于上游徐宿地區的灌溉、航運及工業、生活用水。

泗陽閘小水電站是充分利用下泄的灌溉、供水水能發電的電站，原裝機2臺套，根據多年運行情況來看，產生了較好的經濟效益。泗陽閘拆除重建后按原規模配套興建小電站，根據泗陽閘電站多年運行資料及設計參數，發電流量為5～11.2m3／s，裝機容量2×160kW。泗陽閘設計過閘流量1000m3／s，工程為Ⅱ等水工建筑物，規模為大（2）型，相應節制閘及小水電設計標準為2級。

2 工程布置

閘室布置為7孔節制孔，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，右側邊孔為2孔一聯，左側邊孔為2孔一聯加一節空箱岸墻。

新建小水電站布置在閘室右側，與閘室呈“一”字型布置，單孔凈寬3.0m，配套發電機SF160—16，水輪機中心線高程為12.478m。小水電站底板順水流向長20.0m，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 穩定計算

小水電站和閘室底高程均為7.0m，根據地質資料，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，需要進行地基處理。原本設計采用了12%水泥土進行換填，為了加快施工進度，采用了換填C20素混凝土，底板底和C20素混凝土之間設置40cm厚12%水泥土。

穩定分析的荷載主要包括：自重、靜水壓力、土壓力、揚壓力、波浪壓力、地震力、動水壓力等，其中基底滲透壓力采用規范規定的全截面直線分布法進行計算，地震慣性力及地震動水壓力按《水工建筑物抗震設計規范》有關公式進行計算。水平向設計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取0.38，分別取順水流向和垂直水流向計算其抗滑穩定（見表1、表2）。

由表1和表2可知，順水流向抗滑安全系數和不均勻系數各種工況下均滿足規范要求，但垂直水流向抗滑安全系數不滿足規范要求，且在校核工況和地震工況下地基出現拉應力；需要對平面布置進行優化設計。

表1 順水流向穩定計算成果

表2 側向（垂直水流向）穩定計算成果

為解決側向偏心較大局部出現拉應力和抗滑安全系數偏小，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孔一聯閘室底板聯為一塊底板。方案三：在小水電站和2孔一聯閘室底板和閘墩間增設傳力頂塊。

方案一優點是通過調整底板寬度使小水電自身滿足其抗滑穩定和地基不均勻系數，但缺點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。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；且在小水電正常運行震動也會對同一塊底板上的節制閘造成一定影響。方案三不增加工程量，由于水閘底板和小水電底板中間設置有伸縮縫，也不會引起結構不均勻沉降，但小水電自身穩定和偏心需要通過傳力頂塊傳遞給與之相鄰的2孔一聯閘室，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。

綜上分析，結合工程實際，泗陽閘小水電平面布置推薦采用方案一，通過計算需增加底板寬度3m。為了改善增寬底板和邊墩連結受力，設置高度為6.5m，底寬為2.5m，間距為3.4m的扶臂，其垂直水流向抗滑穩定計算結果如下所示（見表3）。由表3可知，在各個工況下垂直順水流向抗滑安全系數和不均勻系數均滿足規范要求。

表3 增加3m底板寬度（垂直水流向）穩定計算成果

［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．泗陽節制閘改建工程初步設計報告（送審稿）［R］．揚州：江蘇省工程勘測研究院有限責任公司，2012．

［4］ SL265—2001，水閘設計規范［S］．

責任編輯 吳 昊

2015－02－16

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