二滩水电站塔式进水口设计

1、水电站设计D H P S 第 14卷第 1期1 9 9 8 年 3 月二滩水电站塔式进水口设计杨 怀德(成都勘测设计研究院 ,成都 ,610072)摘 要 介绍了二滩水电站进水口设计的概况 ,对塔式进水口设计的理论和方法作了有益的探讨 ,并对进水塔的布置、稳定及基础应力问题提出了见解。关键词 进水口开挖支护应力分析稳定分析结构设计二滩水电站1 前言二滩水电站装机容量 3 300M W ,装机 6台 ,采用左岸全地下式厂房方案 ,在水库岸边引水发电。电站进水口位于左坝肩上游约150m ,为深孔塔式进水口 , 进水平台高程1 126m。整个进水塔由 6 个成一字形排列的独立的组合矩形断面进水塔构成 ,相邻塔体间设伸缩缝及止水。塔体上游侧为水库 ,下游侧靠近岸坡 ,1 165m 高程以下通过开挖和混凝土回填与岸坡相连。水库蓄水后整个塔体处于库水中 ,通过交通桥与岸边 8 号公路相连 。整个塔体长 170m ,顶宽 27m ,底宽28m ,塔高 83m。塔体上游面单面取水 ,水流经拦污栅、检修闸门槽、快速闸门槽后进入压力管道。2 基本地质情况二滩水电站进水口建筑物区地面坡度25 30 ,下缓上

2、陡。基础岩石由正长岩和蚀变玄武岩相互穿插组成 ,玄武岩由山外向山内逐渐减少 ,渐以正长岩为主体。两大岩组大多接触紧密 ,仅局部成破碎接触 ,界面多以中缓倾角出现。主要发育四组节理裂隙 :(1) N30 60 E、 N W 60 80 ,常密集成带 ,时有小构造破碎带出现 ,常沿此组裂隙形成风化夹层 ; (2) 近 EW 、 S 0 40 ,此组裂隙倾角离散度大 ,相对集中为 20 40 ,常密集成带 ,带与带之间错列展布 ,常构成风化夹层 ; (3) N40 60 W 、 N E 60 70 ; ( 4) 近EW 、 S 45 70。裂隙大都张开 ,风化程度较强 ,普遍充填泥膜或夹泥。几组裂隙互相切割组合 ,控制着边坡的稳定性 ,以第 (2) 、(4) 组特别是中缓倾角裂隙为潜在的可能滑移面 ,对进水塔的开挖后坡和左侧 (上游侧 )边坡的稳定极为不利 ,第 (1) 组裂隙对右侧(下游侧 ) 边坡的稳定也甚为不利。进水口地区岩石风化强烈 ,强风化带垂直深度一般 10 25m ,局部可达 40m ,弱偏强风化带垂直深度 40 50m ,中等透水岩体的垂直深度一般 30 50m ,微透水岩体

3、的埋深多在 100m 左右 ,最深达 130m。岩体的力学参数见表 1。3 进水塔的布置和结构特点二滩水电站进水塔塔体进水前沿走向为N31 W ,进水塔取水需满足进口最小淹没深度的要求 ,即要保证进水水流处于有压状态 ,避免进水口前缘水域发生贯通式的漏斗旋34 1995-2003 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.表 1 岩体力学参数岩级分类围岩类别弹性抗力系数K0/ M Pa m - 3泊松比坚固系数f变形模量E0/ 104M Pa岩体抗剪断强度 结构面抗剪强度f C/ M Pa tan C/ M PaC21C22 9 807 11 7686 865 7 845 01206 75 611471019811431123113119601700165 0170 0D21D22 2 942 4 413 0125 3 5 0149 0178 018411170198 0155 0E23F490 9811 满足要求 ; 抗倾覆稳定安全系数达到 1149 1 满足要求 ;在正常运行工况下 ,塔体抗浮稳定安全系

4、数达 1614 ,满足要求。64 1995-2003 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.6 结构分析计算根据进水塔的结构特点 ,其结构计算主要分为两大部分 ,即上游面拦污栅框架部分和下游面闸室与基础底板部分。611 拦污栅框架结构的应力分析拦污栅框架结构高 79m ,由 4 个拦污栅中墩 、两个边墩以及胸墙、横撑、纵撑和纵向支撑墙组成 ,结构型式复杂。因此必须采用较先进的计算方法 ,采用 SA P84 三维框架有限元方法计算。计算荷载 : (1) 结构自重 ; (2)静水压力 ,静力计算时 ,拦污栅内外水压差按7m 计 ; (3) 地震荷载 ,按地震反应谱法输入 ,反应谱曲线按水工建筑物抗震设计规范推荐的曲线 ; (4) 动水压力 ,按拟静力法输入 ;(5) 温度荷载 ,按二滩地区最冷的三月份的平均水温与年平均气温之差计 ,温升、温降均取11 。计算得出各单元的轴力、剪力、弯矩值 ,表 4 拦污栅框架结构内力计算成果部 位 轴力 N/ kN受拉 受压 剪 力Q/ kN 弯 矩M/ kN m横 撑 2

5、 644 2 082 205 597纵 撑 5 489 3 719 542 1 090纵向支撑墙 5 452 2 479 4 620 12 719胸 墙 3 839 1 752 4 263 6 719按水工钢筋混凝土结构设计规范双向偏心受压或受拉配筋 ,取大值 ,并进行抗剪强度复核。计算结果见表 4。612 闸室与基础底板的应力分析闸室底板厚 4m ,底板上前部为拦污栅框架结构 ,后部为进水闸室结构 ,中有喇叭形进水道通过 ,结构型式复杂。采用 SA P84 三维实体有限元计算 ,并考虑了岩石基础和后坡垂直开挖和回填部分的弹性支撑。静力计算工况为 : (1) 施工竣工期 ; (2) 正常运行期 ;(3) 检修期。动力计算工况为 : (1) 正常运行+ 顺水流向地震 ; (2) 正常运行 + 横水流向地震。应力计算结果见表 5、 6。底板上最大拉应力发生在施工竣工期过水道底板上表面中部中心线上 , 其值为11314M Pa ,方向为横水流方向 ;其对应点的下表面应力为压应力 ,其值为 - 11091M Pa 。两点之间应力假定按直线分布 ,可得出底板的应力图形 ,根据水工钢筋混凝土结构设

6、计规范 ,按应力图形配置钢筋。底板横水流向钢筋为 32 , 15。同理 ,可计算出顺水流向和底板其余部分的钢筋。根据计算 ,底板顺水流向钢筋按最小配筋率配置。闸室上部结构 ,包括胸墙、闸门井、牛腿结构、上部板梁结构等均按结构力学法计算 ,并按水工钢筋混凝土结构设计规范配筋。表 5 静力分析底板应力值 M Pa工况 (1) 施工竣工期 (2) 正常运行期 (3) 检修期应力 x y z x y z x y z最大拉应力 01327 11314 01579 最大压应力 01245 11365 21930 01972 11615 21547 01922 21470 21779表 6 动力分析底板应力值 M Pa工况 (1) 施工竣工期 (2) 正常运行期应力 x y z x y z最大拉应力 01852 01846 最大压应力 01981 21513 01974 21524本文仅从建筑物的布置 、开挖支护、结构整体稳定性、结构应力分析等角度出发 ,对二滩进水口的设计作了概括叙述 ,供参考。(收稿日期 :19970123)74 1995-2003 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.

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