額勒賽下游水電站上電站廠房整體穩(wěn)定與地基應(yīng)力計(jì)算

董 丹 丹， 臧 琦

(中國電建集團(tuán)北京勘測設(shè)計(jì)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(shè)上下兩個電站工程。額勒賽水電站的主要任務(wù)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(jī)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(jī)組。根據(jù)《水電樞紐工程等級劃分及設(shè)計(jì)安全標(biāo)準(zhǔn)》(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(shè)計(jì)安全標(biāo)準(zhǔn)》(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(shè)計(jì)。

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(jiān)、汪良謀主編)及《柬埔寨王國基里隆Ⅲ號水電站工程可行性研究報(bào)告》等鄰近周邊工程資料分析，工程區(qū)地震基本烈度小于Ⅵ度，電站設(shè)計(jì)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(jī)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(jī)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(guān)站和出線場等。廠房正常運(yùn)用洪水標(biāo)準(zhǔn)按200年一遇洪水設(shè)計(jì)，相應(yīng)洪峰流量Q1%=6 050 m3/s；非常運(yùn)用洪水標(biāo)準(zhǔn)按500年一遇洪水校核，相應(yīng)洪峰流Q0.5%=7 040 m3/s。 廠址設(shè)計(jì)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(jī)組段”和“2#機(jī)組段”、“端部副廠房段”四個區(qū)段，各區(qū)段間設(shè)結(jié)構(gòu)縫，并設(shè)止水。其中安裝間段長度為24.00 m，1#機(jī)組段長度為19.65 m，2#機(jī)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(jià)

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(fēng)化砂。基巖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(yàn)資料類比，強(qiáng)風(fēng)化巖體一般為中等透水～弱透水；弱風(fēng)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(shè)計(jì)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(chǔ)巖體也不存在深層滑移軟弱結(jié)構(gòu)面,因此不考慮基礎(chǔ)深層滑動。

(2)計(jì)算依據(jù)《水電站廠房設(shè)計(jì)規(guī)范》(SL266-2001)3.1.3條規(guī)定，以主廠房某個機(jī)組段作為一個獨(dú)立的整體分別從上下游方向、廠右至廠左兩個方向進(jìn)行抗滑、抗浮和地基應(yīng)力計(jì)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(jìn)行整體穩(wěn)定計(jì)算。

(3)廠房內(nèi)部機(jī)電設(shè)備重量只計(jì)算主要固定設(shè)備，不計(jì)附屬設(shè)備及非固定設(shè)備重量；計(jì)算時不考慮樓板小尺寸開孔孔洞。根據(jù)《水電站廠房設(shè)計(jì)規(guī)范》(SL266-2001)，岸邊式地面廠房穩(wěn)定計(jì)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(jì)算抗滑穩(wěn)定時，將滑面簡化成一個平面考慮，即簡化基礎(chǔ)面；計(jì)算地基法向應(yīng)力時，接觸截面也按同一個平面考慮。

(5)上游側(cè)揚(yáng)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(chǔ)應(yīng)力計(jì)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(shè)備荷載W2：包括蝶閥、水輪機(jī)、發(fā)電機(jī)、屋架、尾水閘門、尾水啟閉機(jī)、橋機(jī)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(jì)算該方向的抗滑穩(wěn)定計(jì)算；廠右至廠左方向，機(jī)組分縫處按無水考慮，計(jì)算靜水壓力。

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

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

5.2 計(jì)算結(jié)果分析

表1 荷載組合表

根據(jù)電站廠房初步設(shè)計(jì)：機(jī)組間設(shè)結(jié)構(gòu)縫，以主廠房1#機(jī)組段作為一個獨(dú)立的整體分別從上下游方向、廠右至廠左兩個方向進(jìn)行抗滑、抗浮和地基應(yīng)力計(jì)算。計(jì)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(yīng)力小于地基巖允許承載力，最小法向應(yīng)力無論是否考慮揚(yáng)壓力均出現(xiàn)了拉應(yīng)力，不滿足規(guī)范要求。

故對廠房設(shè)計(jì)進(jìn)行調(diào)整：將1#、2#機(jī)組并縫，一期混凝土間設(shè)施工縫或永久縫不設(shè)縫寬的措施，將主廠房1#、2#機(jī)組作為一個整體，重新進(jìn)行抗滑、抗浮和地基應(yīng)力計(jì)算。計(jì)算結(jié)果如下：

表2 計(jì)算成果

注：1. 應(yīng)力正號為壓應(yīng)力，負(fù)號為拉應(yīng)力。

表3 計(jì)算成果

注：1. 應(yīng)力正號為壓應(yīng)力，負(fù)號為拉應(yīng)力。

機(jī)組一期混凝土間不設(shè)縫寬后，廠房左右側(cè)靜水壓力可抵消，可不進(jìn)行抗滑穩(wěn)定計(jì)算。各計(jì)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(jì)算工況的廠房地基面上法向應(yīng)力最大值均小于基巖允許承載力，最小值滿足在機(jī)組未安裝情況下允許出現(xiàn)不大于0.2 MPa局部拉應(yīng)力的要求。因此可以確定廠房結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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(shè)有兩臺機(jī)組，最初設(shè)計(jì)方案為機(jī)組段間設(shè)置結(jié)構(gòu)縫，每段機(jī)組段為一個獨(dú)立整體。經(jīng)穩(wěn)定分析計(jì)算，廠房抗滑、抗浮穩(wěn)定安全系數(shù)滿足《水電站廠房設(shè)計(jì)規(guī)范》(SL266-2001)要求，廠房地基面上最大法向應(yīng)力小于地基巖允許承載力，但最小法向應(yīng)力在各工況下均出現(xiàn)了拉應(yīng)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(shè)計(jì)，增加自重能夠減小出現(xiàn)的拉應(yīng)力，但此種做法既需要反復(fù)試算，又增加了工程投資，不經(jīng)濟(jì)實(shí)用。本電站最終調(diào)整方案僅將兩機(jī)組段并縫，采取一期混凝土間設(shè)施工縫或永久縫不設(shè)縫寬的措施，將主廠房1#、2#機(jī)組作為一個整體考慮。重新進(jìn)行抗滑、抗浮和地基應(yīng)力計(jì)算后，各工況下的結(jié)果均滿足規(guī)范要求。這種設(shè)計(jì)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(yīng)力問題。

參考文獻(xiàn)：

[1] 王 海，下福水利樞紐廠房整體穩(wěn)定及地基應(yīng)力計(jì)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(jì)算 水利水電技術(shù) 第32卷 2001年 第4期