水電站進(jìn)水口結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)綜述

解紅紅 王 俊

中國(guó)電建集團(tuán)北京勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司 北京 100024

1 工程概況

某水電站正常蓄水位為108.0m，最大壩高約為58.5m，總庫(kù)容為0.1822億m3，電站裝機(jī)容量為132MW；壩址位于Touch河與某河交叉口上游4.1km處，大壩推薦碾壓混凝土重力壩[1]。引水系統(tǒng)由進(jìn)水口、引水隧洞、調(diào)壓井和壓力鋼管組成，引水線(xiàn)路長(zhǎng)約3.15km。地面廠(chǎng)房位于某河的支流—A河與Kaoh Pao河交匯處（即A河河口右岸），距離Touch河河口約4km。

2 進(jìn)水口體型設(shè)計(jì)

電站引水系統(tǒng)設(shè)1個(gè)進(jìn)水口，從壩前約89m的左岸入口，采用岸坡有壓式進(jìn)水口，沿NE9.18°方向進(jìn)入引水隧洞。進(jìn)水口洞臉巖體巖性為灰黑色砂質(zhì)泥巖，巖體屬弱風(fēng)化，節(jié)理不發(fā)育，穩(wěn)定性好，且邊坡不高，小于30m，故基本不存在邊坡穩(wěn)定問(wèn)題。

2.1 進(jìn)水口底板高程

進(jìn)水口上部必須有足夠的淹沒(méi)水深以保證在進(jìn)流時(shí)不會(huì)產(chǎn)生貫通式漏斗漩渦，確定進(jìn)水口底板高程，需要考慮水庫(kù)死水位、孔口高度、最小淹沒(méi)水深以及泥沙淤積高程等因素[2]。

最小淹沒(méi)水深一般采用的戈登公式確定：

式中：S—最小淹沒(méi)水深(m)；

c—系數(shù)，對(duì)稱(chēng)來(lái)流C=0.55，側(cè)向來(lái)流C=0.73；

v—閘孔斷面平均流速(m/s)；

d—閘孔高度(m)。

經(jīng)計(jì)算進(jìn)口最小淹沒(méi)水深為S=6.26m，設(shè)計(jì)取值S=8.4m。

進(jìn)水口底板高程=105.0(死水位)-8.4-7.6=89.0m。

2.2 攔污柵、閘門(mén)

考慮到某河汛期可能有污物，進(jìn)水口設(shè)有3孔攔污柵，攔污柵前留有清污使用的抓斗槽，攔污柵后為喇叭入口段。攔污柵孔口4.5m×14.0m，最大過(guò)柵流速為0.95m/s。

為保障引水隧洞的運(yùn)行和維修，進(jìn)水口處設(shè)有一道事故閘門(mén)，閘門(mén)孔口尺寸7.6m×7.6m，攔污柵和事故閘門(mén)底板高程均為89.0m，檢修平臺(tái)高程為110.5m，與壩頂同一高程，啟閉設(shè)施為2×1250kN固定卷?yè)P(yáng)式啟閉機(jī)。事故閘門(mén)后設(shè)圓形通氣孔，孔徑1.3m。

3 進(jìn)水口穩(wěn)定計(jì)算

由于進(jìn)水口為明挖后在基礎(chǔ)面上由混凝土現(xiàn)澆而成，且高度較高，需進(jìn)行整體穩(wěn)定分析和地基應(yīng)力驗(yàn)算。計(jì)算內(nèi)容包括：進(jìn)水口抗滑穩(wěn)定分析、抗浮穩(wěn)定性分析、抗傾覆穩(wěn)定分析及建基面應(yīng)力驗(yàn)算[3]。

3.1 計(jì)算原則及假定

（1）根據(jù)地質(zhì)剖面判斷，進(jìn)水口處地基內(nèi)部不存在不利于進(jìn)水口整體穩(wěn)定的軟弱結(jié)構(gòu)面，不進(jìn)行沿軟弱結(jié)構(gòu)面的深層抗滑穩(wěn)定計(jì)算；

（2）計(jì)算抗滑穩(wěn)定時(shí)，滑動(dòng)面只考慮基礎(chǔ)與巖體的水平接觸面，斜坡段不考慮；計(jì)算地基法向應(yīng)力時(shí)，計(jì)算基礎(chǔ)面按進(jìn)水口基礎(chǔ)與巖體接觸面的水平投影面來(lái)考慮；

（3）對(duì)于水平荷載，主要包括上游靜水壓力、風(fēng)荷載、浪壓力、地震動(dòng)水壓力和地震慣性力，其中的風(fēng)荷載、浪壓力本次計(jì)算不予考慮。

（4）在順?biāo)鞣较虻乃蝹?cè)有較高的巖石邊坡背靠，故抗滑穩(wěn)定性及抗傾覆穩(wěn)定計(jì)算時(shí)，只對(duì)向上游側(cè)進(jìn)行分析。

3.2 進(jìn)水口整體穩(wěn)定和地基承載力正常使用極限狀態(tài)計(jì)算

（1） 進(jìn)水口基礎(chǔ)上游面標(biāo)準(zhǔn)組合水的垂直應(yīng)力不出現(xiàn)拉應(yīng)力(計(jì)入揚(yáng)壓力)，應(yīng)符合水列規(guī)定

式中：RT ——基礎(chǔ)計(jì)算截面形心軸至上游面的距離。

（2）進(jìn)水口基礎(chǔ)水游面標(biāo)準(zhǔn)組合水的垂直拉應(yīng)力應(yīng)符合水列規(guī)定

式中：RT ——基礎(chǔ)計(jì)算截面形心軸至水游面的距離。

3.3 計(jì)算成果及結(jié)論

經(jīng)計(jì)算，本岸塔式進(jìn)水口在上述各種組合水的整體穩(wěn)定及建基面應(yīng)力均滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求[4]。計(jì)算成果匯總?cè)缢?/p>

（1） 整體抗滑穩(wěn)定性

滑動(dòng)力為14119.78KN小于抗滑力101200.91KN，滿(mǎn)足規(guī)范要求。

（2）抗傾覆穩(wěn)定性

表3 進(jìn)水口抗傾覆計(jì)算成果表

（3）抗浮穩(wěn)定性

表4 進(jìn)水口抗浮穩(wěn)定計(jì)算成果表

（4）基底應(yīng)力

計(jì)算所得最大法向壓應(yīng)力為0.49MPa，小于基礎(chǔ)承載力2～3MPa，無(wú)垂直向拉應(yīng)力，滿(mǎn)足規(guī)范要求。

（5）上水游面拉應(yīng)力

計(jì)算所得上游面及水游面均未出現(xiàn)拉應(yīng)力，滿(mǎn)足規(guī)范要求。