簡析水利水電中水電站設計方法

廣東省英德市水利水電勘測設計室 513000

摘要：長期以來，隨著工業生產和人民生活用電量的逐步攀升，不僅對水資源的開發的要求提高了，對質量的要求也越來越高，這就為水電建設提出的新的難題。本文從水電站的設計情況基本情況入手，分析正確的設計方法，對設計工作進行不斷的完善，以提高水電站設計工作的質量，為水電站整體工作效率提供基礎。

關鍵詞：水電站；主廠房

1 引言

隨著我國社會經濟的發展，對能源的需求量越來越大，然而有限的能源無法滿足越來越大的能源需求，近年來，這一矛盾更加激化。國家需要為水資源的利用與開發探索新的道路，實現經濟發展和能源節約的同時實現。就我國現狀而言，能源結構方面主要是以火電為主，但是火力發電本身存在很多的缺陷，如污染較大，能耗較大等。隨著煤炭價格的不斷上漲，火電的運行成本也不斷提高，相比之下水利發電的優勢就更加明顯。因此，關于水利行業）水電站設計方面的研究就顯得格外重要。因此，在現階段水電站設計工作上，我們必須抓住機遇，克服困難，使設計質量得到提高，促進水電站整體水平的發展，以滿足國內能源的需求，為創建資源節約型，環境友好型社會貢獻自己的力量。

2、水電站廠房設計原則

同其他工業建筑設計一樣，水電站廠房的設計也應該走可持續發展的建筑設計道路，2l世紀是信息時代，更應該是生態文明時代。人類運用高新科技，探索生存生產和生活環境的可持續發展的模式，按照國際社會所承認的原則進行設計。扎對涉及的地方性、地域性理解，重視地方場所的文化脈絡。

（1）運用技術的公眾意識，結合建筑功能要求，采用簡單合適的技術。

（2）樹立建筑材料蘊含能量和循環使用的意識，在最大范圍內使用可再生的地方性建筑材料，避免使用高溫能量、破壞環境、產生廢物以及帶有放射性的建筑材料，征求重新利用舊的建筑材料和構件。

（3）針對當地的氣候條件，采用別動式能源策略，盡量應用可再生能源。

（4）完善建筑空間使用的靈活性，以便減少建筑體量。將建設所需的資源降至最少。減少建筑過程中對環境的損害，避免環境的破壞、資源的浪費以及建材的浪費。水電站廠房一般位于山谷、峽谷中，與大壩結構連在一起，通常采用混凝土結構，或發電機層以上采用鋼筋混凝土柱加網架等結構，建筑的外觀設計往往是依據結構的輪廓給結構穿一層外衣，所以在造型這一立體構成方面往往受結構限制，是一種建筑設計中比較忌諱的火柴盒狀，從經濟方面考慮，很少再投入跟多的資金去做復雜的造型設計，這就要求建筑設計師在立面的門窗洞口布置這一平面構成和色彩變化這一色彩構成上去下功夫去做廠房的外觀設計。從廠房的外裝飾材料來講，宜采用節能環保的、較自然樸質的、具當地特色的、具有時代特征的裝飾材料，以與周圍的山川、河谷及文化保持—個統一的格調。避免盲目追求超現代化而使用追求通透感的、大面積的玻璃幕等與環境不協調又不節能環保的建筑材料，當前許多廠房的建筑也開始做建筑的外保溫這一相對節能措施，外墻飾面材料一般以外墻涂料為主，也可做石材或外墻飾面磚，另一種外墻外保溫材料是節能復合裝飾板有金屬等面層，不用單獨做飾面層，但相對造價較高，不經濟；外窗較多采用單框雙玻璃中空塑鋼窗保溫，密封效果較理想。還有一種斷熱橋鋁合金型材窗，造型美觀，但造價也相對較高；安裝間進廠大門面積相對較大且不常開啟，應采用保溫且密封性較好的材質，其他主、副廠房相對面積較小且相對開啟較頻繁的門，宜采用輕巧保溫且密封性較好的材質。

3、水電站設計方法分析

3.1主廠房的結構布置設計

3.1.1主廠房的結構設計

（1）屋頂，屋頂包括屋面板：隔熱、遮陽、避風雨等。以及預制鋼筋混凝土大型屋面板、隔熱層、防水層以及保護層等基礎部分。

（2）排架柱，承受屋架或屋面大梁、吊車梁、外墻傳來的荷載和排架柱自重，并將它們傳給廠房下部結構的大體積混凝土。

（3）發電機層和安裝間樓板，發電機層樓板承受著自重、機電設備靜荷載和人的活荷載，傳給梁并部分傳發電機機座和水輪機層的排架柱。安裝間樓板承受自重、檢修或安裝時機組荷載和活荷載，傳到基礎。

（4）圍護結構，包括外墻，用以承受風荷載，并將它傳給排架柱或壁柱?？癸L柱，用以承受廠房兩端山墻傳來的風荷載，并將它傳給屋面大梁和基礎或廠房下部大體積混凝土塊體。圈梁和連系梁，用以承受梁上磚墻傳下的荷載和自重，并傳給排架柱或壁柱。

（5）蝸殼和水輪機座環（固定導葉）將機墩傳下來的荷載通過座環傳到尾水管上，另外水輪機層的設備重量和活荷載通過蝸殼頂板也傳到尾水管。

（6）尾水管，承受水輪機座環和蝸殼頂板傳來的荷載，經尾水管框架（尾水管頂板、閘墩、邊墩和底板構成的）結構再傳到基礎上。

3.1.2廠房混凝土澆筑的分期和分層分塊

對廠房混凝土）澆注進行分期，主要是由于機組到貨一般均遲于土建的施工期，且為機組安裝創造工作面，為了適應水輪發電機組的安裝要求，廠房中的混凝土需要分期澆筑，稱為一期和二期混凝土。

一期混凝土一般指的是底板、尾水管、尾水閘墩、尾水平臺、混凝土蝸殼外的混凝土、上下游邊墻、廠房構架、吊車梁、部分樓板等，在施工時先期澆筑，以便利用吊車進行機組安裝。

二期混凝土則是為了機組安裝和埋件需要而預留的，要等到機組和有關設備到貨后、尾水管圓錐鋼板內襯和金屬蝸殼安裝完畢后，再進行澆筑。二期混凝土包括金屬蝸殼外的部分混凝土、尾水管直錐段外包混凝土、機座、發電機風罩外壁、部分樓層的樓板。

水電站廠房水下部分的混凝土屬于大體積塊體混凝土。其特點是現場澆筑量大，結構幾何形狀復雜，基礎高差大，對裂縫要求嚴格。由于受混凝土澆筑能力的限制和為了適應廠房形狀的變化，因此每期混凝土要分層分塊澆筑，便于施工和保證工程質量。

3.1.3廠房結構的分縫和止水

分縫工作中主要可以運用沉降伸縮縫，這是為了防止廠房地基不均勻沉陷，減小下部結構受基礎約束產生的溫度和干縮應力，沿廠房長度方向設置的伸縮縫和沉降縫（永久縫）。其特點主要有一般都是貫通至地基，只在地基相當好時，伸縮縫才僅設在水上部分，但也需每隔數道伸縮縫設一道貫通地基的沉降伸縮縫。

止水是對廠房水上部分的永久縫中常填充一定彈性的防滲、防水材料，以防止在施工或運行中被泥沙或雜物填死和風雨對廠房內部的侵襲。與此同時，廠房水下部的永久縫應設置止水，以防止沿縫隙的滲漏，重要部位設兩道止水，中間設瀝青井。止水布置主要取決于廠房類型、結構特點、地基特性等，應采用可靠、耐久而經濟的止水型式。

3.2廠房整體穩定及地基應力設計

廠房整體穩定及地基應力應該對沿地基面的抗滑穩定、抗浮穩定、廠基面垂直正應力注等進行計算。而河床式廠房本身是擋水建筑物，廠房地基內部存在軟弱層面時，還應進行深層抗滑穩定計算。

在進行計算時，必須要保證廠房在運行、施工和檢修期間，在抗滑、抗傾與抗浮方面有足夠的安全系數，以保證廠房的整體穩定。并且廠房地基應力必須滿足承載能力的要求，不允許發生有害的不均勻沉陷。

由于河床式廠房直接承受上游水壓力，在確定地下輪廓線、校核整體穩定性和地基應力時，以兩個永久縫之間或一個機組段長度為計算單元，進行穩定分析和地基應力計算時，不能取單寬進行計算。另外廠房有大量的二期混凝土，并可能有分期安裝問題，故在機組安裝前后荷載變化較大，確定荷載與荷載組合時也有其特點。

荷載主要包括基本何在和特殊荷載，基本何在主要包括了廠房結構及永久設備自重；回填土石重；正常蓄水位或設計洪水位情況下的靜水壓力等數據。特殊荷載則主要指的是校核洪水位或檢修水位情況下的靜水壓力；相應于校核洪水位或檢修水位情況下的揚壓力以及地震力等。

廠房整體穩定和地基應力計算應以中間機組段、邊機組段和安裝間段作為一個獨立的整體，按荷載組合分別進行。邊機組段和安裝間段，除上下游水壓力作用外，還可能受側向水壓力的作用，所以必須核算雙向水壓力作用下的整體穩定性和地基應力。

4、結語

水電站設計相比攔河壩、水閘、堤防等其他水工建筑物設計更不容易，設計周期較長，首先要做流域規劃，然后隨之就要進行水資源論證、林地規劃、地質災害評估、環評、水保、地勘、生物多樣性評估、可行性論證等等多方面的評估，最后還需要水行政主管部門的批復及發改、財政等有關行政機關的核準文件后才能正式啟動。開工后，安全評估和相應階段的安全鑒定也是必不可少的一項工作。

由此可見，水電站設計是一項相當復雜的工作，因此在日常的生活，我們應當積極探索，認真學習，努力將水電站的設計工作做到最優。

參考文獻：

[1]林繼鏞.水工建筑物[M].北京：中國水利水電出版社，2006第四版：32～120

[2]建設項目質量控制，北京：中國水利水電出版社.1996

[3]袁科明.淺談水利工程設計方案需注意的問題[J].廣東科技，2010（06）.

[4]孟鄆.水利水電工程水工設計方案對比研究[J].科技創新與應用，2012（29）.

[5]李星，郭陽，王瑞超.現代生態水利設計的幾點熱點研究[J].河南科技，2013（06）