变电站建构筑物论文

变电站建构筑物论文（共8篇）

变电站建构筑物论文 篇1

1 概述

2011年, 国家电网公司下发的《国家电网公司关于进一步提高工程建设安全质量和工艺水平的决定》 (也称“国网70条”) 中第七条提出:“新设计建设的输变电工程建构筑物使用寿命达到60年以上…”的要求。建筑物的使用年限是个涉及建筑材料、设计、施工及建设管理等方面的综合问题, 因此要提高使用寿命, 需分别从工程的物理寿命、经济寿命、技术寿命以及管理寿命等方面研究, 其涉及的范围比较广。

本文仅对为使电站主要建构筑物使用寿命达到60年可采取的设计措施进行探讨。

所谓设计使用年限, 是借鉴了国际标准ISO2394:1998提出的, 又称为服役期、服务期等。设计使用年限是设计时选定的一个时期, 在这一给定的时期内, 房屋建筑只需进行正常的维护而不需进行大修就能按预期目的使用, 完成预定的功能。结构在规定的设计使用年限内应具有足够的可靠度, 满足安全性、适用性和耐久性的要求。结构可靠度是对结构可靠性的定量描述, 即结构在规定的时间 (服务期) 内, 在规定的条件下 (正常设计、正常施工、正常使用和维护) , 完成预定功能的概率。

按现行国家标准《建筑结构可靠度设计统一标准》GB50068-2001的规定, 在设计基准期为50年的标准下, 设计使用年限的取值为: (1) 临时性结构, 设计使用年限为5年, (2) 易于替换的结构构件, 设计使用年限为25年, (3) 普通房屋和构筑物, 设计使用年限为50年, (4) 纪念性建筑和特别重要的建筑结构, 设计使用年限为100年。若建设单位提出更高要求, 也可按建设单位的要求确定。

所谓设计基准期, 是为确定可变作用及与时间有关的材料性能取值而选用的时间参数, 它不等同于设计使用年限。目前, 我国现行的所有建筑结构设计规范所考虑的荷载统计参数, 都是按设计基准期为50年确定的, 如设计时所采用其他设计基准期, 则必须另行确定在该基准期内最大荷载的概率分布及相应的统计参数。可见, 设计基准期是一个基准参数, 它的确定不仅涉及可变作用 (荷载) , 还涉及材料性能, 是在对大量实测数据进行统计的基础上提出来的, 一般情况下不能随意更改。因此, 在设计文件中, 一般不需要给出设计基准期, 只有设计使用年限。

2 关于结构计算

《建筑结构荷载规范》50009-2012[1]第3.2.1条规定, 建筑结构设计应根据使用过程中在结构上可能同时出现的荷载, 按承载能力极限状态和正常使用极限状态分别进行荷载组合, 并应取各自的最不利的组合进行设计。

2.1 承载能力极限状态设计

承载能力极限状态是指结构或结构构件达到最大承载力、出现疲劳破坏、发生不适于继续承载的变形或因结构局部破坏而引发的连续倒塌。

2.1.1 重要性系数

根据《混凝土结构设计规范》[2]第3.3.2条规定:对持久设计状况、短暂设计状况和地震设计状况, 当用内力的形式表达时, 结构构件应采用承载能力极限状态设计表达式:

r0———结构重要性系数。对不同安全等级、设计使用年限的结构, 为使其具有规定的可靠度而采用的系数。r0取值如下:

1) 《建筑结构可靠度设计统一标准》[3]规定:对安全等级分别为一、二、三级或设计使用年限分别为100年及以上、50年、5年时, 重要性系数分别不应小于1.1、1.0、0.9。大部分结构规范遵循这个原则;从这个规定可以理解, 结构构件的材料特性随着时间推移会发生变化;

2) 《建筑地基基础设计规范》[4]规定:结构重要系数不应小于1.0;

3) 《建筑边坡工程技术规范》[5]规定:一级边坡取1.1, 二、三级边坡取1.0;

4) 《钢结构设计规范》[6]规定:一般工业与民用建筑钢结构的安全等级应取为二级, 其它特殊建筑钢结构的安全等级应根据具体情况另行确定;对设计使用年限为25年的结构构件, γ0不应小于0.95;

5) 《砌体结构设计规范》[7]规定:对安全等级分别为一、二、三级或设计使用年限分别为50年以上、50、1~5年时, 重要性系数分别不应小于1.1、1.0、0.9;

6) 抗震设计中, 结构抗震承载力验算不考虑结构构件的重要性系数;

根据《变电站建筑结构设计技术规定》[8], 500k V变电站的主要结构 (如主控楼、500k V配电装置结构) 其安全等级宜采用一级, 其余结构宜采用二级。

因此, 进行承载能力极限状态计算时, 当设计使用寿命要求60年以上时变电站主要建构筑物的重要性系数可如表1调整。

2.1.2 荷载效应计算

Sd———荷载组合的效应设计值, 应从下列荷载组合值中取最不利的效应设计值确定。

1) 由可变荷载控制的效应设计值, 应按下式进行计算:

注:1.02为使用寿命60年的线性插入值。

2) 由永久荷载控制的效应设计值, 应按下式进行计算:

其中, rLi是表示第i个可变荷载考虑设计使用年限的调整系数, 其值应按《建筑结构荷载规范》[1]第3.2.5条采用, 见表2。

注:①当设计使用年限不为表中数值时, 调整系数rL可按线性内插确定;②对于荷载标准值可控制的活荷载, 设计使用年限调整系数rL取1.0;③对风荷载和雪荷载, 应取重现期 (设计使用寿命) 为设计使用年限, 按《建筑结构荷载规范》[1]第E.3.3~E.3.4条规定确定基本风压和基本雪压, 或按有关规范的规定采用。

Rd———结构构件的抗力设计值, 应按各有关建筑结构设计规范的规定确定。

2.2 正常使用极限状态设计

正常使用极限状态是指结构或结构构件达到正常使用的某项规定限值或耐久性能的某种规定状态。

当结构要达到正常使用的某项规定限值 (变形、裂缝、舒适度等) 要求进行设计时, 应按不同的要求来选择荷载代表值。

荷载有4种代表值, 分别是标准值, 组合值, 频遇值和准永久值。标准值是荷载的基本代表值, 是结构在50年的设计基准期内, 正常情况下可能出现的最大荷载值, 而其它代表值都可在标准值的基础上乘以相应系数后得出。

根据《建筑结构荷载规范》[1], 正常使用极限状态设计表达式如下:

Sd———正常使用极限状态下荷载组合的效应设计值;

C———结构构件达到正常使用要求所规定的变形、应力、裂缝宽度和自振频率等的限值。

从上述规定可看出, 其荷载是由标准值控制, 按照第3.2.5条规定, 设计使用年限调整系数rL取1.0。因此, 当设计使用寿命要求60年以上时变电站主要建构筑物在此项可不作调整。

3 关于耐久性设计

材料的耐久性是指材料在长期使用过程中, 抵抗各种自然因素及有害介质的作用, 保持其原有性能不变质和不被破坏的能力。

影响耐久性的因素, 主要有以下三方面:

物理作用:受干湿冷热冻融变化等, 材料体积收缩或膨胀或产生内应力而开裂破坏。

化学作用:材料在大气和环境水中的酸碱盐等溶液侵蚀下, 逐渐发生质变而破坏。

生物作用:昆虫、菌类的侵害。

建筑材料中的砖石、混凝土以物理破坏为主;金属材料以化学作用引起腐蚀为主;木材等天然建材, 以生物作用破坏为主。

3.1 混凝土结构采取的措施

依据《混凝土结构耐久性设计规范》[9]的规定, 需要根据混凝土结构所处环境、结构重要程度和设计使用寿命等因素, 确定对混凝土的技术要求, 包括混凝土最低强度等级、最大水胶比、抗冻融性能要求、抗氯离子渗透系数等。这些技术要求应体现在混凝土结构设计中的混凝土技术指标或要求上, 从而保证混凝土结构达到相应耐久性要求。

《混凝土结构设计规范》[2]规定:混凝土结构应根据设计使用年限和环境类别进行耐久性设计, 耐久性设计包括下列内容:

(1) 确定结构所处的环境类别; (2) 提出对混凝土材料的耐久性基本要求; (3) 确定构件中钢筋的混凝土保护层厚度; (4) 不同环境条件下的耐久性技术措施; (5) 提出结构使用阶段的检测与维护要求。

该规范第3.5.3条只对不同环境类别下设计使用年限为50年的混凝土结构做了规定。第3.5.5条规定:当设计使用年限提高至100年时, 在一类环境中, 钢筋混凝土结构的最低强度等级为C30;最大氯离子含量为0.06%;宜使用非碱活性骨料, 当使用碱活性骨料时, 混凝土中的最大碱含量为3.0kg/m3;混凝土保护层厚度取该规范中表8.2.1规定值的1.4倍。第3.5.6条规定:在二、三类环境中, 混凝土结构应采取专门的有效措施, 这是由于国内缺乏研究及工程经验, 不能准确给出具体值, 需要专门设计。

因此, 笔者认为, 当设计使用寿命要求60年以上时变电站主要建构筑物的混凝土材料可根据当地环境类别, 采取以下措施:

1) 限制混凝土的水胶比;

2) 提高混凝土的强度等级;

3) 提高混凝土的抗冻、抗渗性能力;

4) 对于可能导致严重腐蚀的三类环境中的构件, 必要时可采用阻锈剂、环氧树脂或其他材料的涂层钢筋、不锈钢筋、阴极保护等方法;

5) 四类环境可参考现行国家行业标准《港口工程混凝土结构设计规范》JGJ267, 五类环境可参考现行国家标准《工业建筑防腐蚀设计规范》GB50046;

6) 构件表面应注意避免积水, 加大排水坡度使排水畅通;

7) 构件表面可采取增加防护层、基础表面刷防水砂浆等方法, 使构件不直接承受环境作用;

8) 加大钢筋保护层厚度, 可取表8.2.1规定值的1.1~1.4倍;

9) 提出设计使用年限内房屋建筑使用维护的要求, 使用者应按规定的功能正常使用并定期检查、维修或者更换;

10) 其他当地专门、成熟、可靠的措施等。

3.2 砌体结构采取的措施

根据《砌体结构设计规范》[7]第4.3.5条规定, 对安全等级为一级或设计使用年限大于50年的房屋, 墙体材料的最低强度等级应至少提高一级。因此, 当设计使用寿命要求60年以上时, 变电站主要结构的砌体材料可至少提高一级。

3.3 钢结构采取的措施:

钢结构在正常使用期间, 其所处环境对其寿命及正常使用有很大的影响, 钢材与周围环境介质之间易发生化学、电化学或物理作用, 从而引起钢材材质的变化, 甚至钢结构的破坏。

目前国内钢结构主要防腐方法有下述五种:①采用耐候钢;②热浸锌;③热喷铝 (锌) 复合涂层;④漆涂层法;⑤阴极保护法。

变电站钢结构表面常用喷锌或喷铝来进行防腐。金属锌、铝具有很大的耐大气腐蚀的特性。锌、铝与钢铁形成阴阳极, 它牺牲自己而使钢铁得到了保护。其特点如下:1) 喷锌或喷铝涂层与钢铁基体结合力牢固、涂层寿命长, 长期经济效益好;2) 工艺灵活, 适用于重要的大型及难维修的钢铁结构的长效防护, 可现场施工;3) 喷锌或喷铝涂层加防腐涂料封闭, 可大大延长涂层的使用寿命, 从理论和实际应用的效果来看, 喷锌或喷铝的涂层是防腐涂料的最好底层。金属喷涂层与合金涂层或防腐涂料涂层 (如醇酸树脂类、乙烯树脂类、氯化橡胶类、聚氨脂类等清漆, 碳酸盐、磷酸盐等无机盐溶液) 的复合涂层的防护寿命, 较金属喷涂层和防腐涂料防护层二者寿命之和还要长, 为单一涂料防护层寿命的数倍。从长效经济性和使用年限考虑, 喷锌 (铝) 复合涂层最为经济, 但一次性投入大。热喷锌不同厚度在不同环境下腐蚀寿命见表3。

国家电力行业标准《钢结构腐蚀防护热喷涂 (锌、铝及合金涂层) 及其试验方法》DL/T 1114-2009一文中规定如表4。

此规定第4.2条还规定:对不同腐蚀环境条件下长效保护, Zn涂层 (封闭) 厚度应从80、100、120、150、200um中进行选择, 不应低于80um。

因此, 当设计使用寿命要求60年以上时, 变电站主要结构的钢材料防腐蚀可采用喷锌法、喷锌合金或喷锌复合涂层法, 喷锌厚度建议根据个体工程从100~200um中选择, 使用过程中应有正常的维护, 必要时加强检查, 发现异常情况后应及时重新喷涂。

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参考文献

[1]GB50009-2012建筑结构荷载规范[S].北京:中国建设工业出版社, 2012.

[2]中国人民共和国住房和城乡建设部.GB50010-2010混凝土结构设计规范[S].2011.

[3]GB50068-2001建筑结构可靠度设计统一标准[S].北京:中国建设工业出版社, 2001.

[4]中国人民共和国住房和城乡建设部.GB50007-2011建筑地基基础设计规范[S].2012.

[5]中华人民共和国建设部.GB50330-2002建筑边坡工程技术规范[S].2002.

[6]中华人民共和国建设部.GB50017-2003钢结构设计规范[S].2003.

[7]中国人民共和国住房和城乡建设部.GB50003-2011砌体结构设计规范[S].2012.

[8]国家能源局.DL/T 5457-2012变电站建筑结构设计技术规定[S].2012.

[9]GBT50746-2008混凝土耐久性设计规范[S].北京:中国建设工业出版社, 2008.

变电站建构筑物论文 篇2

为全面贯彻落实“安全第一，预防为主”的安全生产工作方针，深入开展汛期安全生产大检查，切实加大汛期安全隐患排查治理力度，形成闭环管理，根据XX文件通知精神及工作部署要求，公司结合《水电站防汛工作管理指导书》中相关汛末检查内容，由XX部在9月份组织各生产一线单位对公司XX年汛期期间各运行水电站受灾情况进行了一次全面排查并做好统计、分析。现将情况报告如下：

一、检查方式

为做好此次各电站汛期受灾统计工作，由XX部牵头组织各生产一线单位进行自查排查，现场主要采取查阅相关汛期运行资料、档案及实地隐患排查的方式进行。

二、检查内容

重点检查防洪和排水设备运行、水工建筑物运行、工程枢纽水毁，边坡及交通道路受损、遇险抢险等情况，同时要求对检查存在的问题尽快实施整改。

三、检查情况

XX水电站在整个汛期期间均未受台风、洪水、暴雨等的影响，各站机组设备及水工建筑物均能安全运行，但经深入各站一线进行现场实地排查，发现XX，需要冬修时进行修复和整改，具体情况如下：

（二）XX水电站存在问题 措施：XX 预计费用：XX万元。

四、下一步工作 XX水电站高度重视汛期各项安全生产工作，始终把加强防汛抗灾工作作为当前一项重要工作来抓，整个汛期期间，各生产一线单位均能严格落实各项防汛度汛措施，在各次汛前、汛中均能按相关水库大坝巡检管理制度对本站各类水工建筑物进行巡视排查，及时消除安全隐患，确保生产一线单位发电生产运行安全。

变电站建构筑物论文 篇3

当前的110千伏变电站基本实现了“两型一化、无人值守和智能化”,但标准配送仍存在着好多困难,难就难在建(构)筑物上,尽管各设计单位推出了诸多装配式建筑方案,但仍不能从根本上实现全配送、占地少、工期短的目标。一个无人值守的110千伏变电站建设60% 以上时间用在了土建上,土建的大部分时间又都是建(构)筑物工程,同时也是变电站占地面积最大的工程。如果能基本取消建(构)筑物工程,不但变电站建设时间会大大缩短,占地面积也会明显减少。

现以国家电网公司通用设计方案110—A1—1为例进行讨论。本方案为 :110千伏进线四回,采用单母线分段接线 ;10千伏出线3×12回,采用三分段接线 ;主变最终容量3×50000千伏A。主要技术指标 :围墙内占地面积0.39hm2,总建筑面积520.97 m2。

现作如下优化 :

1 电气设备布置及配电装置

根据建设规模,主变压器、110千伏配电装置、10千伏配电装置、10千伏电容器、站用变压器等均采用室外布置,形成高低压分别在站区的南北两侧平行布置 ;主变压器在高低压配电装置之间。在110千伏配电装置和主变之间、10千伏配电装置和电容器、接电装置之间分别设置运输道路,形成环形道路,变电站出口位于东侧,正对主变压器运输道路。(详见附图)

2 110千伏配电装置

110千伏配电装置采用全封闭组合电器(GIS)户外布置,电缆进线、主变和GIS间采用管母直接连接,取消全部构架。

3 10千伏置电装置

10千伏配电装置采用全封闭组合电器(GIS)户外布置。(建议开发10千伏GIS室外配电装置,由于暂时还没有该产品,仅参照110千伏GIS设备相关参数布置,如间隙尺寸0.8m等)。主变进线采用铜管母,出线采用电缆,取消10千伏配电间。

4 10千伏电容补偿装置

10千伏电容补偿装置仍采用框架式散装成套装置,10千伏接地装置采用户外装置,均户外布置,取消相应辅助房间。

5 二次设备

结合“标准配送、两型一化、无人值守、智能化”变电站的特点,遵照变电站建筑功能“设施化”的设计理念,全面采用模块化二次设备舱下放布置。

5.1取消建筑物。其中,除10千伏采用二次设备下放装置外,其中间隔层110千伏配装置1个预制舱、主变装置1个预制舱、交直流系统1个预制舱、通信1个预制舱 ;站控层公用及其他设备1个预制舱 ;该站为无人值守站,仅设具有资料、工具摆放和检修人员如厕功能的综合用房工具舱1个。以上舱均选20尺。预制舱均布置于所在设备的空地处或道路旁,取消二次设备室。

5.2二次设备“即插即用”。本站为智能变电站,采用预制线缆实现一次设备与二次设备、二次设备之间的光缆、电缆标准化连接,提高二次线缆施工的工艺质量和建设效率。由于该站区面积较小,电(光)缆采用双端预制方式。设备供货商应按照标准化设计图纸,进行航空插头及电(光)缆的制作、检验、测试、连接,实现“即插即用”。具体实施方案参照国家电网公司《标准配送式智能变电站建设技术守则》。

附图 :装配式变电站电气总平面布置图

6 照明

在二次设备舱内设正常工作照明和事故照明,全部采用LED灯具,室外照明全部采用太阳能照明灯,实现绿色照明。

7 电缆敷设

由于110千伏电缆只有四回,且又较短,所以采用直埋敷设 ;10千伏电缆采用装配式电缆沟敷设 ;二次电(光)缆采用浅埋式槽盒敷设,过路采用排管敷设 ;10千伏电容补偿装置和10千伏接地装置电缆采用穿管敷设,这样可以大量减少土石方开挖量并实现装配式安装。

8 防直击雷保护

本工程经优化设计后,由于站区面积减小,构架和建筑物的取消,被保护装置高度在5m以下,经计算全站设两支30m避雷针即可实现全站设备防直击雷保护要求,而原方案为两支门型架构上装设的25m避雷针、两支25m独立避雷针。

通过优化的设计方案和原方案比较,有如下优势 :

1优化后的方案取消了建筑物和构架,为“标准配送式智能变电站”的建设提供了最佳条件,完全符合国网公司提出的“2013年,公司将创新变电站工程建设模式,开展标准配送式智能变电站建设,大力推行‘标准化设计、工厂化加工、装配式建设’,全面提升电网建设能力”的要求,是110千伏变电站一种全新的建设模式。

2主要技术指标对比(如表1)

显然,优化后取消了建筑物,围墙内站地面积减少了35.4%,节地效果非常明显。

3可大大缩短变电站建设周期

像本工程规模的变电站,一般建设周期10个月左右,但75% 的时间是建(构)筑物的建设,延误建设周期的工程,90%以上是因为土建,费时、费力、费资,毫不夸张地说,从建设单位到监理单位,再到施工单位,80% 以上的精力是用在土建上。优化后的方案,建设周期可缩短为4个半月,其中土建2个半月,电气设备安装2个月,应该是可行的,建设周期可缩短一半以上。

4优化后的方案由于实现了站内“零”建,不但避免了常规建筑繁杂的备案、审查等建设手续,而且大大减少了现场的“湿”施工工程量,减少了环境污染,会产生积极的社会效益。

5由于10千伏全封闭式组合电器(GIS)还没成品,二次设备舱还没有成熟的价格等因素,经济指标还无法详尽比较,但从总的情况来看,因占地面积的减少、建(构)筑物的取消、二次设备下放后二次电(光)缆的减少、建设周期的缩短等因素,虽然110千伏电缆二次设备舱、10千伏全封闭式组合电器(GIS)造价会有所提高,但工程总造价会大大降低。

综上所述,无建(构)筑物、全标准配送式110千伏变电站方案,设计理念正确,经济指标优越,技术方案可行,完全符合国网公司“标准化设计、工厂化加工、装配式建设”,创新变电站工程建设模式,所以说该方案值得肯定推广。

建议相关部门积极开发户外10千伏全封闭式组合电器(GIS),为无建(构)筑物、全标准配送式110千伏变电站建设创造必要的条件。

摘要：目前传统地上变电站均有主控楼等建筑,促使占地面积较大,不符合国家电网公司提出的建设小型化变电站的要求。根据国家电网公司大力推行“标准化设计、工厂化加工、装配式建设”,创新变电站工程建设模式,遵照变电站建筑功能“设施化”理念,本文提出开发采用户外10千伏全封闭式组合电器(GIS)和全面采用模块化二次设备舱下放布置方案,实现无建(构)筑物、全标准配送式110千伏变电站,可以大量的节约土地,减少投资,改善环境,缩短工期,该方案是一种较好的创新变电站工程建设模式,值得探讨和推广。

变电站建构筑物论文 篇4

1 工程概况

江苏110 k V某变电站工程作为全户内标准配送式智能变电站试点。按照《标准配送式智能变电站建设技术导则》要求变电站按无人值守设计, 建筑设计合理配置功能房间, 优化房间设置, 确保功能房间数量、大小合理, 满足生产要求。地下一层布置电缆层、主变油坑、散热器油坑;地面一层布置主变室、散热器室、10 k V配电装置室;地面二层布置110 k V GIS室、电容器室、二次设备室、安全工具室;地面三层布置电容器室、资料室、卫生间。GIS室不设吊车。站区围墙板、建筑物外墙板均采用EPC挤出板, 颜色为水泥本色, 不褪色, 协调统一。整体效果见图1。

2 建筑物亮点

2.1 装配式建筑物的应用

标准配送式智能变电站要求土建设计标准化, 建 (构) 筑物主要构件, 采用工厂预制结构形式。生产综合楼结构形式采用钢框架结构, 方钢管柱, 型钢梁。楼、屋面及楼梯均采用自承式钢筋桁架底模现浇板。具有建设安全、优质、高效、节能、环保, 减少现场湿作业的优点。钢框架结构材料轻质高强、承载力高且自重轻, 钢材的抗拉、抗压、抗剪强度相对较高, 钢结构断面可选择较小的断面尺寸[1]。钢结构具有良好的延性和抗震性能, 属理想的弹塑性结构。按抗震设计规定弹性计算阶段的结构层间位移限制, 对钢筋混凝土结构规定为h/550, 而对钢结构则可放宽至h/300, 二者相差1.8倍[2]。不仅吸能而减弱地震作用, 还具有良好的适应强震变形能力[3]。钢筋桁架模板系统是将楼板中钢筋在工厂加工成钢筋桁架, 并将钢筋桁架与镀锌压型钢板焊接成一体的组合模板 (见图2) 。与以往的楼板施工方法不同, 在建设现场, 可以将钢筋桁架模板直接铺设在钢梁上, 然后进行简单的钢筋工程, 便可浇筑混凝土, 提高了楼板施工效率, 缩短了工期, 减少了现场钢筋绑扎工作量。与传统的楼承板比较, 现场钢筋绑扎工作量可减少60%~70%, 提高整体施工速度[4]。具有以下优点[5]:无需搭设脚手架, 加快了施工进度;节省资源及投资;底模利用率高;提高工程质量, 改善楼板的使用性能;有利于建筑物抗震;隔声性能更加优越;耐火、防腐蚀性能优越;无需防腐处理;施工简单、废料少, 有利于环保。

2.2 装配式建筑物外墙

生产综合楼外墙体均采用ECP纤维水泥板复合外墙作为节能墙体。大大降低外墙的吸热性能, 提高了外墙体的隔热性能。建筑设计时做到无外露钢结构, 提高了建筑物的免维护使用期限。其主要优点为[6]:

1) 强度高:按国标GB/T 23451-2009检测, 抗压强度和抗弯强度分别超出国标限值的3.5倍和4倍以上。

2) 抗冲击性:经10次抗冲击试验后, 板面无裂缝;超出国标限值的2倍以上, 具有较高的耐冲击性能。

3) 抗震性:由于强度高, 刚性强, 因此对于地震中的层间位移能有效的避免板材开裂或脱落的发生, 明显优于其他湿作业混凝土类墙板。

4) 尺度大:标准宽度为600 mm, 最长可达4.3 m;经济性好。

5) 耐候性:材质密度高, 性能稳定, 表面吸水率低, 因此具有较强的抗冻融性, 使用寿命长。

6) 隔声性:ECP墙板为中空结构且为高密度材质, 从低音区域到高音区域都具有良好的隔音性能。

7) 耐火性:ECP墙板是一种不燃材料, 无论作为外墙还是内墙均能达到相应的耐火极限要求。

8) 经济性:由于ECP墙板是中空结构且厚度很薄, 既增大了房间净空面积又比传统砌筑类墙体自重减轻3倍~5倍, 可大幅减轻建筑物结构和基础的负荷, 因此可降低整体建筑物的设计造价。

9) 施工性:不需大型起重机械即可施工, 为干法作业, 采用钢制连接件与墙板螺栓连接, 且板面无需抹灰, 施工快捷简便。

10) 环保性:绝不含石棉、甲醛等有害物质, 放射性核素限量也低于国标限值10倍以上, 是绿色环保制品。

11) 装饰多样性:ECP墙板表面可直接施以涂料或粘贴壁纸、瓷砖等装饰材料;抛光后的墙板表面更加光滑且具有自然的质感, 可直接使用;还可通过改变挤出模具实现板面的各种浮雕效果。

3 构筑物亮点

3.1 装配式围墙

站区围墙采用装配式实体围墙, 工厂化制作。板材采用水泥基轻质墙板及预制混凝土柱, 表面密实光洁, 棱角分明, 颜色一致, 预制柱留有槽口, 用于围墙板卡入安装 (见图3) 。减少现场湿作业、缩短施工周期, 提高工艺水平, 有利于现场的安全管理。

3.2 预制式电缆沟

电缆沟是变电站、发电厂中必不可少的基础设施, 主要用来放置电缆, 电缆沟的施工质量和运行可靠性对变电站和发电厂有着重要的意义。目前电缆沟的通用做法有两种:砖砌体表面抹灰电缆沟和现浇混凝土电缆沟。目前在施工和运行过程中存在以下问题:以上电缆沟现场施工作业工序多, 工期长, 资源耗费较大, 易造成现场混乱, 安全隐患增加, 管理难度加大, 不利于安全文明施工的展开;砖砌抹灰要求较高, 抹灰的质量普遍偏低, 现浇钢筋混凝土电缆沟存在支模困难, 且混凝土表面平整度难以保证等问题;电缆沟壁稳定性较差 (砖砌) , 常出现倾斜、倒塌或变形等问题;附件角钢支架存在易锈蚀、易损电缆和造成涡流损耗等问题;附件沟盖板常为水泥, 存在脆性大、易碎、连接接缝大, 防水性能不佳等问题[7]。根据国家电网“两型一化”变电站建设原则, 施工工艺上, 推行工厂化加工、集约化施工、模块化组合, 推出装配式复合电缆沟解决方案, 即电缆沟沟槽、电缆支架和沟盖板均采用复合材料, 供货时为各个模块运输, 施工时直接装配即可, 可以大大缩短施工周期。实现了电缆沟的构件工厂化, 可明显缩短施工周期, 保证施工质量和周期;复合材料具有强度高、质量轻、阻燃性和耐老化性良好, 彻底杜绝了涡流损耗。底部增加排水通道, 解决了电缆沟排水问题 (见图4) 。

传统电缆沟与复合材料沟槽对比见表1。

3.3 户内预制式半仓应用

预制式半仓将原有零散的二次设备组合, 相对户外全仓取消了围护结构, 具有如下优点:

1) 实现了组合式二次设备的“工厂化加工”, 将大量的接线及调试工作在厂家完成, 减少了现场接线、熔纤、调试的工作量。2) 实现了组合式二次设备的“装配式建设”, 设备整体运输, 整体吊装, 现场接线采用双端预制的线缆连接一次设备智能控制屏与组合式二次设备屏柜, 实现二次设备的“即插即用”。3) 可拆卸式的框架组合, 释放了屏柜周边的空间, 使运维人员工作时不感到空间局促, 且单个屏柜的增加或更换方便, 利于今后的升级或改造。4) 实现板前安装, 板后接线, 运维方式比二次设备舱更符合现有习惯。5) 利用了变电站建筑内的暖通及辅控设施, 节约了成本。

4 结语

本文介绍了装配式建筑物、装配式围墙、预制式电缆沟、户内预制式半仓在全户内标准配送式智能变电站的应用。建 (构) 筑物采用装配式结构, 减少了现场“湿作业”, 实现环保施工, 提高施工效率, 推进现场机械化施工, 减少了劳动力投入, 降低了现场安全风险, 提高了工程质量。

参考文献

[1]沈祖炎, 温东辉, 李元齐.中国建筑钢结构技术发展现状及展望[J].建筑结构, 2009 (9) :15-24.

[2]陈晓光.钢结构抗震设计浅谈[J].工程建设与设计, 2008 (11) :30-33.

[3]黄再兴.钢结构抗震性能分析[J].中国建筑金属结构, 2013 (6) :16.

[4]李文斌, 杨强跃, 钱磊.钢筋桁架楼承板在钢结构建筑中的应用[J].施工技术, 2006 (12) :105-107.

[5]沈威, 张殿杰, 苑伟松, 等.钢筋桁架楼承板施工技术[J].天津建设科技, 2011 (4) :8-9, 17.

[6]张波, 李建新.建筑工业化装配式外墙板的选择[J].广东建材, 2013 (7) :5-8.

变电站建构筑物论文 篇5

钢结构工程是以钢材制作为主的结构, 是主要的建筑结构类型之一。钢结构在房屋建筑和厂房中应用的较多, 变电站目前应用相对较少, 主要应用与高海拔高寒以及工期相对紧张的工程。主要有以下原因:

在高海拔高寒地区建筑物采用钢结构可以大量减少混凝土养护工作, 节约工作量。在高原高寒地区常年低温, 根据《建筑工程冬期施工规程》规定, 当室外日平均气温连续5天低于5℃, 稳定低于5℃, 混凝土施工应按冬期施工方法进行施工, 施工单位需要编制专项《冬期施工措施》, 如果建筑物采用混凝土结构将会大大增加混凝土的搅拌、浇筑以及养护的工作量, 比如采用热水甚至对砂、石等骨料进行加热后进行拌合, 搭设保温棚对混凝土构件进行保温养护等措施。在高海拔高寒缺氧的条件下, 机具、人力劳动力降效严重, 设计应该考虑如何在有限的条件下提高劳动效率, 主要建筑物采用钢结构就可以降低冬期施工难度, 避免大量的混凝土工作, 节约工作量。

一、采用钢结构施工速度快, 有效节约工期

变电站钢结构工厂除了基础采用混凝土结构现场浇筑外, 其余构件如主框架、外墙板、屋面均采用工厂预制构架进行现场组装。川藏联网工程中, 在恶劣的气候施工条件下, 500k V变电站主要建筑物钢结构从安装到装修完毕工期不到4个月, 220k V变电站钢结构工程钢结构工期不到3个月, 比传统住宅体系大大减少。

二、采用钢结构可以有效避免混凝土工程中的质量通病

按照国网公司“两型一化”的要求, 建筑物外墙面宜采用普通弹性涂料, 但是按照目前的施工水平以及气候等原因, 外墙面在涂刷普通弹性涂料一段时间后, 面层难免会出现脱落、龟裂等混凝土抹灰工程的常见质量通病, 特别在高原地区昼夜温差十分大, 出现这些问题的几率将会更大。而钢结构外墙板采用彩钢板密封, 内墙面采用石膏板封闭后刷乳胶漆, 外墙和内墙中间加夹岩棉。岩棉夹层能有效的保温隔热防火, 外墙一次成型, 美观大方, 可以完全避免传统工艺面层脱落、龟裂等质量通病。

三、钢结构体系用于建筑可充分发挥钢结构的延性好、塑性变形能力强, 具有优良的抗震抗风性能, 大大提高了住宅的安全可靠性

尤其在高原地带地质比较破碎, 地质灾害较多, 地震较为频繁, 常年风力也比较大。因此, 在高海拔地区建筑物采用钢结构能够充分利用它的抗震抗风性能。

在高原地区采用钢结构, 满足绿色施工要求, 节能环保效果好在青藏高原地区, 植被较少, 生态极为脆弱。因此, 在高原施工, 环保要先行。钢结构施工时大大减少了砂、石、灰的用量, 所用的材料主要是绿色, 100%回收或降解的材料;在运行检修时, 大部分拆除下来材料可以再用或降解, 不会造成垃圾。

变电站工程中钢结构的应用高度响应了国家电网公司“两型一化”中“工业化”的要求。钢结构适宜工厂大批量生产, 工业化程度高, 并且能将节能、防水、隔热、门窗等先进成品集合于一体, 成套应用, 提高了工程建设的水平。

四、具有匀质、高强、施工速度快、抗震性好和回收率高等优越性

钢结构与普通钢筋混凝土结构相比, 具有匀质、高强、施工速度快、抗震性好和回收率高等优越性, 钢比砖石和砼的强度和弹性模量要高出很多倍, 因此在荷载相同的条件下钢构件的质量轻。在施工过程中, 湿作业工作较少, 主要进行装配工作, 大大提高了工作效率。从被破坏方面看, 钢结构是在事先有较大变形预兆, 属于延性破坏结构, 能够预先发现危险, 从而避免事故发生。在高海拔高寒地区, 钢结构的以上特点, 更加与现场实际情况高度契合。

五、钢结构的安装过程中应该注意问题以及主要流程

施工准备工作。施工图纸专业会审完毕, 施工作业指导书编制完成, 并与相关专业讨论确定, 完成审批;起重器械根据结构数据选型完毕, 检修及报审完毕;准备好施工过程中所用仪器、仪表;特殊工种人员必须通过岗前培训且持证上岗;施工作业前, 对施工人员进行技术、安全交底, 明确技术要求。

1吊装流程

钢柱吊装→钢柱校正→柱间支撑安装→屋面梁安装→屋面支撑安装→高强螺栓连接→钢结构焊接→钢结构补漆。

2压型钢板安装流程

墙面、屋面檩条安装→外墙压型钢板安装→屋面内板装饰层安装屋面外层防水结构安装→墙面防护铝镁板安装→收边、细部结构处理。

结语

通过以上叙述, 基本对高海拔高寒地区变电站主要建筑物钢结构应用的优点以及施工主要流程应该有了大致的了解。虽然钢结构也存在易腐蚀, 不耐火、低温易脆断等缺点, 但是在高寒地区钢结构的应用是远远利大于弊的, 更因为钢结构具有节约工期、环保等特点, 因此钢结构目前在特高压换流站已经广泛应用, 相信在以后平原地区变电站中的应用也会越来越多。

参考文献

变电站建构筑物论文 篇6

板桥河水电站为引水式电站, 主要由首部取水枢纽、发电引水系统和厂区枢纽三部分组成。设计引水流量1.62m3/s, 设计水头374.28m, 电站装机容量5MW, 力1.119MW, 多年平均发电量2420万k W·h。工程等别为V等, 工程规模为小⑵型。

2、地形地质条件。

坝址河谷为不对称“V”型横向谷, 两岸山体地形雄厚完整。河流走向约N88°E, 河面高程约1576.8m。河床宽6.0~10.0m。河床及左岸坡脚被冲洪积砂卵石 (Qpal) 和崩塌堆积 (Qcol) 层覆盖, 厚度5~10m, 右岸正常高蓄水位附近基岩基本裸露, 两岸强风化厚度约3m, 河床强风化厚度约1m。

3、坝址.厂址的选择

3.1 坝址的选择

本电站为引水式电站, 为了有效利用水量, 将租咪扎河的水流纳入发电引用流量。坝址位置的选择集中在左侧支流租咪扎河汇入处板桥河上、下游200m范围内。经实地踏勘及仔细分析研究:板桥河在汇口上、下游附近均有适合建坝位置, 若坝址布置在两河汇口上游较远的位置, 则相对较缓的河床不会随距离增加而为电站增加相应的落差, 反而使电站引水线路增长, 而从汇口上游130m最窄处越往上游, 河床越宽, 坝体工程量增大显著, 并且越往上游两河相距愈远, 为了将租咪扎河的水流量纳入发电水流中, 必须增加较长的引水线路。相反, 若把坝址选择在汇口以下较远, 则将丢弃较多的发电水头。根据山区河流引水式电站的特点, 除了尽量利用有效流量之外, 必须保证所利用发电水流的自然落差优势。结合地形地质条件和工程特点, 为满足工程首部取水枢纽及发电引水线路的合理布置, 本电站坝址宜布置在板桥河与租咪扎河汇口附近, 这样既能有效将两河的流量合并利用, 又能获得更多的发电水头, 能达到充分利用水能资源的目的。

3.2 引水线路选择

板桥河与其左侧支流租咪扎河交汇口以下在3.5km长的河道范围内河床较为陡峭, 集中了约390m的自然落差。河道行至板桥河与右侧支流攀枝花箐交汇口处时河床又趋于平缓。

经我院专业技术人员现场踏勘分析, 坝址下游约2.5km处河道流基本上属于单面倾斜地形, 因此, 受限于地形条件因素, 为充分利用有利的河谷地形, 缩短引水线路长, 所以电站发电引水线路只能考虑布置于河流右岸, 河道右岸山体雄厚完成, 自然边坡稳定, 沿线无区域性构造破坏, 地质条件较好, 渠系沿线多为切~顺向坡, 植被覆盖好, 地形坡度20~50°, 是发电引水线路的最佳选择。

3.3 厂址的选择

根据工程总体布置要求, 结合坝址、渠线布置成果, 为保证本电站能充分利用河道自然落差进行发电, 提高投资效益, 电站厂址宜选在板桥河与攀枝花箐汇口上游300m与下游300m之间的适宜河段。

为了使引水线路布置相对简单, 厂房的位置也宜布置在河流右岸。从水能与投资效益分析, 工程总体布置力求引水线路最短, 以不跨过攀枝花箐为宜。从地形上看, 汇口上游的右岸山脊附近是布置压力钢管的最佳位置, 因此厂址位置也宜尽量靠近汇口以使引水管线最短, 该汇口对岸即有双柏县鄂嘉镇至西舍路乡四级公路通过, 施工交通方便, 无需修建太多的公路交通, 可有效节约工程投资。

根据工程总体布置要求、交通条件等情况, 本次设计选定厂址位于西舍路乡西南侧、板桥河与右侧支流攀枝花箐的汇口附近500m范围的右岸河段, 该交汇地带板桥河河床较为平直, 且平缓而宽阔, 河床高程约1194m, 河流流向在此由N39°W转向S85°E, 汇口处为一较缓台地, 适宜厂区建筑物布置, 汇口以上80m后坡为切向斜坡, 坡度10~40 o, 自然边坡稳定。汇口下游 (即攀枝花箐右侧) 为冲洪积小平原上, 地形坡度约8~10°, 自然边坡稳定。经地质勘探, 基础开挖至设计机组安装高程后地基岩体为多为强风化岩体, 满足承载力要求。

4、坝型.坝轴线及发电引水线路的选择

4.1 坝型选择

根据地形、地质条件和工程区天然建材的分布状况, 基于河床覆盖深, 河床宽高比大等特点, 本电站拦河坝型适宜坝型有重力坝、土石坝和面板堆石坝等。

经过对比分析并结合坝址位置地形地质条件, 重力坝型是最佳的。坝体主材考虑浆砌石或混凝土等均较合适, 从坝体工程投资角度看浆砌石坝稍优, 但考虑到拦河坝体工程量较大, 坝体施工要求在一个枯期内完工, 工期较紧, 而浆砌石坝施工机械化程度不高, 施工质量难以控制, 工期慢, 对工程总工期影响大。综合分析确定本阶段拦河坝主体材料考虑采用埋石混凝土, 坝型即为浆砌石重力坝。

4.2 坝轴线选择

结合适宜建坝河段地形、地质条件, 本次设计于坝址位置选择上、下两条坝线进行比较, 分别位于板桥河汇口上、下游的50~100m河段。

根据分析, 上、下坝线地质条件相似, 但上坝线发电电能指标稍优, 地形条件比较利于取水枢纽建筑物的布置, 施工临时建筑物布置较简单, 引水渠线上有利于沉沙池布置的地形条件, 工程投资比下坝线省13.95万元, 因此推荐上坝线进行本工程的取水枢纽建筑物布置, 建坝位置在板桥河与左侧支流租咪扎河交汇口上游100m处。

4.3 发电引水方案的选择

(1) 、引水渠系方案选择。结合引水线路区域内地形、地质条件, 坝线引水渠系选择, 引水线路从板桥河取水口接出, 由3段渠道 (渠首段、沉沙池至隧洞段和隧洞出口明渠段) 、沉沙池和1条隧洞组成, 总长2418.28m, 其中渠道长655.20m, 占引水线路总长的27%;隧洞长1709.00m, 占引水线路总长的71%。

(2) 、压力管道方案选择

根据压力前池和电站厂址的选定, 压力管道走向也就基本确定, 其线路选择也仅限于在压力前池与发电厂房之间的范围内进行。从压力前池和初拟厂房的布置位置以及两者之间的地形条件来看, 若厂房布置采用汇口以下的下厂址, 压力管道必须跨过攀枝花箐和其左、右的田地。

根据, 地形、地质条件较好, 尽量避开地表建筑, 对地表环境影响小, 管线力求最短, 水力条件较优, 工程量省。的布线原则, 确定发电水流自压力前池进水口出来, 明管顺山脊敷设而下, 至板桥河与右侧支流攀枝花箐的汇口以上110m左右的山脊底部, 即攀枝花箐左岸的农田, 经冲沟和田地部位支墩采用桩基支撑, 主管到达岔管后, 最终分流至两台发电机组发电。支墩基础采用桩基的方案方案有效的避免压力管道从汇口上、下游的农田经过对农业生产造成的破坏, 同时也解决了管线横跨攀枝花箐的问题。按此布置方案, 管线总长约1062.50m。

5、厂区布置方案的选择

我院各专业人员经过现场踏勘, 对该河段地形、地质、水文及水工布置等方面作了详细的分析和对比之后, 认为两河相交的汇口上、下游右岸的两个缓坡台地在选定的500m范围内属最开阔地带, 该位置与上、下游临近河段相比均较缓较宽, 均适合布置发电厂房。

本次设计在进行厂区建筑物的布置时考虑了上厂址主、副厂房“一”字型布置与下厂址前后并排布置两个方案, 主、副厂房“一”字型布置方案横向宽度20.98m, 纵向长57.15m, 厂房后坡高度为19.64m;前后并排布置方案横向宽度30.720m, 纵向长46.54m, 厂房后坡平均高度则降低到7.66m。由于厂址位置地形特征不同, 两种厂区布置方案结构工程量虽然变化不大, 但土石方开挖量差别则较大。

经过分析, 厂区布置应尽量降低开挖边坡, 避免过多开挖带来严重的边坡稳定问题和增大管理难度。相比较而言, 上厂址主、副厂房“一”字型布置工程量较下厂址大、投资比较高, 且地形狭窄, 运行管理复杂性加大;而下厂址地形开阔, 利于厂区枢纽建筑物布置, 且下厂址利用净水头高, 电站运行后增加的水头带来长远的利润增额回报显著。因此, 推荐厂区布置方案为下厂址主、副厂房沿河岸呈前后并排布置方案。

(6) 光照水电站坝高200·5m, 是目前世界上已建最高的碾压混凝土重力坝, 工程枢纽布置合理、施工方便、运行条件好, 为今后峡谷地区建造200m级高碾压混凝土坝工程提供参考和借鉴。

结语

板桥河水电站的工程布置设计中, 工程枢纽的合理布置让运行条件及施工更加方便。为工程按时保质保量完成, 造福人民提供了基础条件。也为今后类似工程提供参考和借鉴。

摘要：水电站是利用水能资源发电的场所, 是水、机、电的综合体。其中为了实现水力发电, 用来控制水流的建筑物称为水电站建筑物, 文章主要结合板桥河水电站的地质条件对水电站建筑物布置的选择进行了以下讨论, 可为类似工程提供参考和借鉴

关键词：水电站:建筑物,布置

参考文献

[1]《人民长江》.2001年12期.徐一心.

水电站枢纽建筑物布置设计与施工 篇7

某水电站工程位于某县明江下游，是以发电为主，兼有其它综合利用效益的水力发电工程。工程是在原有的某水轮泵站的基础上改建而成。坝址多年平均流量94 m3/s。水库正常蓄水位117.0 m，相应库容1 223万m3，水库总库容9 980万m3。电站装机容量5MW，年发电量1 989万kW.h，年利用小时3977 h。

二、坝区工程地质条件

坝址河段左右两岸的山体高程一般约为129～135 m，与河床相对高差为24～30 m，属低山丘陵地貌。河谷断面较为开阔，坝址两岸及其河床基岩出露，其余地带均为第四系地层所覆盖。据钻探钻孔揭露，坝基大部分座落在弱风化基岩面上，坝基岩体主要为粉砂质泥岩，节理裂隙较发育，整体性尚好，质地较硬，岩体吸水率一般为0.09～8.21 Lu。

据勘探钻孔揭露，厂房地段岩体主要为粉砂质泥岩，属CⅣ类岩体，其勘察范围内未发现构造断裂存在，岩石整体性较好，质地坚硬，岩层倾向左岸，倾角14°～16°，基础开挖至弱风化岩层，厂房基础较为稳定。

三、枢纽建筑物总体布置设计与施工

1. 枢纽建筑物总体布置

某水电站工程坝轴线沿用原某水轮泵站拦河坝坝轴线。经对枢纽整体方案进行了左岸厂房和右岸厂房方案的比选后采用右岸厂房方案。本工程拦河坝是将原某水轮泵站拦河坝加高1.4 m而成，原拦河坝从左至右布置依次为梯形溢流堰、左岸水轮泵涡室、船闸、挑流溢流坝、右岸水轮泵涡室、右岸小厂房等。改建方案以船闸为界，船闸左岸的原梯形坝段和左岸两个水轮泵坑统一按梯形坝的形式加高加厚。船闸右岸的挑流溢流拦河坝及水轮泵涡室经WES型溢流坝及梯形宽顶堰比较后发现，在小流量时两种坝型泄流能力相差不大，大流量时WES型溢流坝泄流能力较好，由于本工程淹没指标以小流量控制，因此改建为梯形溢流坝段，以减少坝体工程量。为避免在拦河坝上游做施工围堰，在原坝体顶部和下游面进行加高加宽，以方便施工和减少工程量。枢纽坝顶总长184.6 m，其中厂房段32.7 m，溢流坝段及船闸151.9 m。自左至右依次布置左岸梯形溢流坝、旧船闸、右岸梯形溢流坝、厂房。进厂公路内接厂外回车平台外接322国道。

2. 枢纽建筑物

（1）溢流坝

溢流坝布置在河床偏左岸主河槽中，主要包括左岸梯形溢流坝和右岸梯形溢流坝。左岸梯形坝段布置在河床左岸，全长66.3 m，坝顶高程117 m，坝体采用开敞式的布置形式，坝顶宽2 m，坝底宽11 m，上游面垂直，下游面1:1,直线接R=4 000反弧，挑流坎顶高程110.50 m，建基面高程107.50m。右岸梯形坝段布置在河中旧船闸与厂房之间，全长72.6m，坝体断面型式与左岸梯形坝段相同，建基面高程105.00 m至107.00 m。建基面置于弱风化粉砂质泥岩之上。

(2）厂房及开关站

某水电站为低水头、大流量河床式电站，厂房布置在河床右岸，溢流坝段右侧，主机间与右岸梯形溢流坝连接，安装间位于主机间右侧，副厂房布置在主机间与安装间的下游侧，共五层。

厂房机组纵轴线平行坝轴线，沿坝轴线方向厂房全长33.92 m，其中主机间长23.70 m，机组间距8.50 m，安装间长10.20 m，主机间与安装间设2 cm变形缝，主厂房顺水流向最大底宽44.08 m。

水轮机安装高程为106.80 m，据此确定流道进口高程103.80 m，流道出口高程104.10 m。根据机电设备布置及运行需要，管道层高程定为112.60 m，运行层高程117.60 m，安装场层高程122.10 m，吊车轨顶高程为132.10 m，厂房顶高程138.60 m，厂房总高度37.80 m。

开关站布置在第五层付厂房内，为室内开关站。主变压器设于安装间下游坝顶平台上。

(3）厂区

由于生活区地势较高，而厂区内地势较低，低于洪水位1～6 m，故考虑以厂房上下游墙直接挡水。由于安装场层及厂外回车平台高程达122.1 m，且坝址河段洪水特点是暴涨暴落，历时较短，如设防洪墙势必增加很多投资，故设计暂不考虑设置防洪墙，在安装间进厂大门设置防洪钢门，洪水期时将大门关闭，进厂交通通过与右岸连接的坝顶栈桥。进厂公路旁有一深达10 m的冲沟，用开挖料将冲沟回填，弃土不需外运。沿冲沟底埋设一宽1 m的排沟暗沟，沿线设置若干检查井。

(4）进厂公路

进厂公路经回填后的冲沟直达厂房，并在安装间右侧设一12×24 m回车平台，回车平台高程122.10 m，机电设备以汽车运进厂房安装间内，再用厂内桥机吊装。闸门及启闭设备和开关站设备亦在回车平台用汽车吊吊运至上下游坝顶平台，用水平台车及扒杆安装就位。原泵站进厂公路作适当修整后，作为进生活区道路。

(5）坝基处理

根据地质钻探结果，枢纽各坝段、厂房段基岩为弱风化粉砂质泥岩，岩体节理裂隙较发育，整体性尚好，质地相对较硬，岩体吸水率一般为0.09～8.21 Lu，坝基渗漏及绕坝渗漏的可能性较小。

原溢流坝段于1973年建成，为小型连拱坝，每拱长约3.5 m，据勘探钻孔揭露，坝基大部分坐落在弱风化粉砂质泥岩上，受F1断层影响，溢流坝段中部(第6拱～第7拱)强风化带下限较深，最深达到105 m高程，其坝基部分落在强风化粉砂质泥岩之上。F1断层破碎带范围约为1.0 m左右，在钻孔附近范围内，其充填物为泥质及碎块岩，呈胶结～半胶结状态，透水性较大，溢流坝下游岩石经多年冲刷出现坝基淘空，冲坑底部高程105～106 m，规模30×30 m2，直接危及大坝的安全，后用混凝土回填进行加固才排除险情，经查勘大坝至今运行正常，无坝基淘空现象。施工中F1地段应将断层破碎带挖除至坝基以下一定深度后，用混凝土进行回填处理。

本工程厂房段，大坝段沿坝轴线全长进行帷幕灌浆处理，帐幕深度要求深入q≥5(lu)下限以下5 m，单排孔布置，孔距2 m。

(6）稳定计算及应力分析

厂房与安装间段设分缝一道，厂房的稳定分析分别以主机组段及安装间段作为一个独立整体进行。厂房的稳定分析包括顺水流方向的厂房抗滑稳定计算、抗浮稳定计算和厂房基础面应力验算等。厂房受力荷载组合情况分为基本荷载组合和特殊荷载组合两种情况。

基本荷载组合情况工况：(1)正常水位运行情况，上游为正常高水位，下游取最低发电尾水位;(2)设计洪水运行情况，上游为设计洪水位，下游相应洪水位。

特殊荷载组合情况工况：(1)上游为校核洪水位，下游相应洪水位;(2)地震组合情况。

厂房稳定分析计算成果见表1，从计算成果可看得出，厂房布置满足规范的稳定安全要求。

四、结语

(1)我国在五、六十年代建设了大量水轮泵拦河坝，至今仍在运行着。由于水轮泵拦河坝水头相对较低，为充分利用水力资源，在合适条件下，可改建为发电站以充分发挥其效益。对水头较低电站可采用灯泡贯流式机组，其适用水头范围宽，最小发电水头1.5 m，高效率区大，获得电能较多。贯流式厂房可减少机组间距，厂房较短，节省土建投资。

英布鲁水电站枢纽泄水建筑物设计 篇8

1.1 径流与洪水特征

英布鲁水电站枢纽位于刚果共和国境内刚果河支流莱菲尼河下游, 距刚果河汇合口14 km。流域植被茂密, 泥沙极少;河道径流来源于降雨, 坝址的多年平均流量为484 m3/s;洪水流量年内较为均匀, 洪水变幅不大, 1 000年一遇洪峰流量为962 m3/s, 10 000年一遇的洪峰流量为1 070 m3/s。

1.2 工程地质条件

泄水坝段位于原河道右岸滩地上, 距主河槽约150 m。坝基地层为巨厚的陆相沉积物, 自下而上分别为白垩系 (K) 、第三系 (E、N) 和第四系 (Q) 地层。白垩系地层由中厚层 (第2层K2i-2) 、薄层胶结不良的软弱砂岩 (第1、3层K2i-l/ K2i-3) 组成, 成岩作用差, 岩石孔隙发育, 透水性强;第三系及第四系松散堆积物以砂壤土为主。工程区域地震烈度小于6度。

第1、3层薄层软弱砂岩 (K2i-l/K2i-3) 胶结差, 力学强度低, 因此坝基坐落于中厚层软弱砂岩顶部。

1.3 泄水建筑物运用要求

(1) 在正常运行条件下的任何泄洪工况, 均假定只有1台机组运行参加泄洪, 其余洪水应全部由泄水建筑物宣泄。

(2) 根据施工导流方案, 在土坝施工时, 泄水建筑物作为二期导流建筑物, 应满足导流要求, 宣泄施工期20年一遇洪水, 洪峰流量为750 m3/s。

(3) 库区大部分为森林覆盖, 根据库区清理的要求, 只对库区的部分森林进行砍伐;砍伐后残留的树枝树干, 在蓄水后由泄水闸表孔排走。

(4) 莱菲尼河虽为清水河, 但建库后仍可能有少量泥沙淤积在厂房前, 应有可靠的泄水底孔排泄淤积物。

(5) 考虑到战争因素, 水库有放空要求。泄水建筑物应满足水库放空要求, 以便必要时对挡水建筑物进行检修。

2 泄水建筑物设计标准

根据2001年中方与刚方签订合同的《技术报告》规定, 英布鲁水电枢纽工程水库总库容为10×108 m3, 电站装机容量为120 MW, 按照中华人民共和国水利部SL252—2000《水利水电工程等级划分及洪水标准》中的有关规定, 确定工程等别为一等, 大 (Ⅰ) 型规模。永久性主要建筑物按1级建筑物设计, 次要建筑物按3级建筑物设计。

初设阶段进行了库区地形测量, 按照实测的1∶10 000地形图进行核定, 水库实际库容仅为5.84×108 m3。考虑到库容的减少并不降低该工程的作用和调节性能, 因此, 本阶段未按中国规范的规定——按照库容的减少降低枢纽等别及主要建筑物的级别和洪水标准。

综上所述, 泄水建筑物为1级建筑物, 设计洪水标准为1 000年一遇, 相应洪峰流量为962 m3/s;校核洪水标准为10 000年一遇 (考虑扩大20%) , 相应洪峰流量为1 280 m3/s。

3 泄水建筑物的布置与设计

3.1 泄水建筑物布置

泄水建筑物采用水闸形式, 泄水闸左邻土坝, 右接河床电站。由铺盖、闸室、消力池、海漫、防冲槽等部分组成, 总长201.39 m。泄水闸左侧上、下游以半重力式翼墙与土坝连接, 右侧为电站厂房, 闸室右侧下游以导墙与厂房尾水渠隔开。

泄水闸高32.5 m, 闸室段上、下游方向长35.5 m, 沿坝轴线方向顶宽37 m, 底宽47.5 m。泄水闸分为2个U形闸室, 左闸室由左底孔和边墙组成, 顶宽12 m, 底宽25.5 m, 设1个7 m×7 m (宽×高) 的底孔。右闸室由表孔和右底孔组成, 闸室宽为25 m, 布置1个表孔和1个底孔, 表孔孔口宽10 m, 底孔孔口尺寸为7 m×7 m (宽×高) 。左右2个泄水闸坝段之间缝墩宽分别为2.5 m和2.0 m。泄水闸与土坝之间采用插入式连接, 在坝轴线上游3 m处沿翼墙背坡设置1道混凝土刺墙, 以延长接触渗径。刺墙沿坝轴线方向长5.5 m, 顶宽1.5 m, 左侧坡度为1∶0.27。

3.2 泄水建筑物体形设计

3.2.1 底孔体形设计

底孔采用胸墙挡水, 孔口尺寸为7 m×7 m, 进口底板高程为284.00 m。在坝轴线上游3.5 m、高程291.00 m以上为厚2.5 m的胸墙, 其底缘为曲线型, 线型曲线为 (x-17.5) 2/17.52+y2/3.52=1, 曲线后接1∶3.005斜线。胸墙前设7 m×9.505 m (宽×高) 的事故检修闸门, 胸墙后为7 m×7 m的弧形工作闸门, 闸室下游设7 m×8.7 m (宽×高) 的检修闸门。

3.2.2 表孔体形设计

表孔为WES实用堰, 孔口宽10 m, 堰顶高程为301.70 m。溢流堰前沿与闸墩前沿齐平, 堰面沿水流方向由进口圆弧段、堰顶水平段、堰面曲线段、1∶0.7斜坡连接段、半径为13 m的圆弧反弧段和1∶4的斜坡段组成。堰顶设10 m×7.3 m的平板检修闸门和10 m×7.45 m的弧形工作闸门, 闸室下游设10 m×8.7 m (宽×高) 的检修闸门。为便于施工后期导流底孔封堵及运行期间的检修, 表孔与底孔下游均设置检修门槽, 在必要时利用检修门对闸室进行检修。

底孔和表孔上游均设事故检修门槽, 检修门由坝顶2×630 kN的双向门机启闭。底孔工作弧门采用固定卷扬启闭机启闭, 其操作平台高程为306.80 m, 表孔工作弧门采用液压启闭机启闭, 其油泵房布置在缝墩上, 高程为309.50 m。油泵房设有楼梯与下游检修门高程308.50 m的操作平台相通。底孔及表孔下游检修闸门由设在高程308.50 m, 容量为2×250 kN的台车启闭机操作, 在操作平台设有台车停放间, 并在高程296.50 m设置检修平台。

3.2.3 泄水建筑物细部设计

3.2.3.1 清污排漂设计

本工程库区两岸植被茂密, 水库蓄水后, 将有树枝和树干等污物漂至坝前。为保护电站进水口, 在进水口设主、副拦污栅2道。当来污量较少时, 利用坝顶清污机清污, 污物由清污抓斗装入设置于坝顶的清污小车, 沿轨道送至泄水闸上游, 通过表孔排至枢纽下游。为配合电站的清污运行, 考虑经常性的水库表面排漂的需要和节约水能, 在弧形工作闸门上部设置舌瓣门, 在电站清污时只开启舌瓣门即可。

3.2.3.2 泄水建筑物防空蚀设计

英布鲁泄水建筑物底孔闸前静水头为24.5 m, 表孔溢流堰顶与下游检修闸门处高差达17.98 m, 底孔胸墙下缘、表孔溢流堰顶部和下游检修门槽下游侧属高速水流区, 须进行防空蚀设计。

经计算, 底孔段, 闸前胸墙内埋设2根Φ250 mm钢管以掺气减蚀。

表孔溢流堰顶部水流空化数小于初生空化数, 不会产生空蚀。

底孔及表孔下游检修门槽, 在门槽宽深比满足规范要求的前提下, 二期混凝土下游临水侧埋设工字钢, 以策安全。

3.3 消能防冲建筑物设计

根据消能防冲计算结果, 消力池段长72 m, 净宽24 m, 由1∶4的斜坡段、平底段组成, 平底段末段设端槛。

消力池斜坡段长16 m, 起点高程283.00 m, 与闸室出口1∶4斜坡衔接。为改善出闸后下游水流流态, 在表孔与底孔出口之间设中导墙, 下延至消力池斜坡段末端。

消力池平底段长54 m, 池底高程279.00 m, 共分3段, 底板厚度分别为2.5, 1.7, 1.2 m。端槛宽2 m, 高2 m, 与平底段底板连在一起。

消力池下游设厚为0.5 m的钢筋混凝土海漫, 以削减泄水的余能。海漫长38 m, 平面呈扩散形, 底宽由29 m渐变至32.8 m。海漫右侧为纵向导墙, 与电站尾水渠隔开。

为保护基础软砂岩, 于海漫末端设深4 m、底宽5 m的防冲槽;其底高程为277.00 m, 并以1∶1.5坡度与底高程为286.00 m的下游尾水渠相接。防冲槽内抛填块石以保护基础, 防止水流溯源冲刷, 危及海漫安全。防冲槽左侧与下游纵向围堰连接, 其边坡为1∶2.5, 并采用钢筋混凝土护砌。

3.4 泄水闸防渗排水设计及修改

泄水闸闸基为白垩系软砂岩, 岩体透水性强。闸室底板以上设计水头为24.5 m, 闸室长度35.5 m, 考虑延长闸室渗径和渗透稳定的要求, 闸室上游设厚0.5 m的钢筋混凝土铺盖, 铺盖顶高程为284.00 m, 上、下游方向长41.89 m, 其两侧分别同上游翼墙及电站铺盖相接, 在接头处及浇筑块之间均设1道橡胶止水带及1道铜止水片。

为降低扬压力, 确保闸室抗滑及消力池抗浮稳定, 初设和招标设计阶段, 消力池基础排水采用排水褥垫与排水管相结合, 在消力池底板下设两层反滤层, 粒径分别为0.15～5 mm及5～40 mm, 厚度均为40 cm。沿整个消力池底板设孔径为10 cm的排水孔, 纵、横向间距均为1.5 m。

施工图设计阶段, 咨询公司指出消力池底设置排水孔, 高速水流下泄时排水孔部位混凝土存在空蚀问题, 建议改为U形排水管, 消力池底排水褥垫内埋设部分为打孔花管, 在两侧翼墙 (导墙) 287.62 m高程设出水口, 间距2.5 m, 共24排。

施工过程中, 发现U形排水管管路堵塞, 无法排水;为保证闸室抗滑和消力池抗浮稳定, 按初步设计方案, 在消力池底板上补打排水孔, 修复基础排水功能。

4 泄水建筑物水力设计与模型试验

根据泄水建筑物布置形式, 分别对底孔和表孔进行水力计算, 主要计算内容包括:泄流能力计算和消能防冲计算。

4.1 泄水建筑物的泄流能力计算及泄洪安全性评价

泄水闸底孔泄流为带胸墙的平底闸孔出流, 表孔采用WES实用堰。分别采用对应的水力学公式进行泄流能力计算。

为了验证泄水建筑物的过水能力、水流流态和消力池的消能效果, 进行了表底孔断面模型试验和水力学整体模型试验。

在正常蓄水位308.50 m时, 相应不同开度, 表、底孔泄流能力计算值和水力学试验成果对照见表1、2。

由表1、2可见, 计算值与试验值两者基本接近。

应刚果方业主和咨询公司的要求, 本工程进行了枢纽泄洪能力及泄洪安全性评价。

根据泄水闸过流能力计算和水工模型试验成果, 在正常蓄水位308.50 m时, 表孔泄量为330 m3/s, 底孔泄量为1 560 m3/s, 总泄量达到1 890 m3/s, 满足枢纽的泄流能力需要 (校核洪水流量加大20%时为1 280 m3/s, 设计洪水流量为962 m3/s) 。由于泄流底孔的泄流能力受施工导流控制, 需要与另一个施工临时导流底孔共同承担导流任务, 所以, 泄水闸的泄流能力有较大的余量。

根据水电工程的一般要求, 泄水建筑物在每年汛期来临前, 都应对表孔和底孔进行检修和试运行, 以保证泄水闸在汛期能正常运用, 因此, 在正常情况下, 泄水闸泄洪运行是可靠的。当遇到泄水建筑物在运行期出现故障, 假定1个表孔或1个底孔不能正常运用时, 枢纽过流建筑物的过流安全性评价如下:

(1) 若表孔出现问题, 采用2个底孔进行泄洪, 最大泄流能力可达1 560 m3/s, 完全可以满足枢纽的泄洪要求。

(2) 若1个底孔出现问题, 表孔闸门全开泄洪时, 最大泄流能力为330 m3/s, 再考虑开启另外1个底孔, 底孔最大泄流能力为780 m3/s, 表孔和1个底孔的泄流总量为1 110 m3/s, 满足10 000年一遇洪峰流量1 070 m3/s的泄洪需要。

(3) 若1个底孔出现问题, 水库发生超标洪水, 即10 000年一遇洪水加大20%, 洪峰流量达到1 280 m3/s时, 这虽然是一种极偶然的情况, 但在这种情况下只要开启1台机组发电, 就可满足枢纽保坝泄洪的需要。

综上所述, 本工程即使在1孔主要泄水孔出现故障, 又遇超标洪水的极端不利情况, 枢纽的其它过流建筑物的过流能力仍能保证洪水顺利下泄, 因此, 枢纽的泄水孔口和泄流能力的确定是合理的, 可以保证枢纽安全泄洪。

4.2 泄水建筑物放空计算

本工程水库有放空要求, 因此泄水建筑物应具备降低库水位的能力, 以便必要时对挡水建筑物进行检修。放空后的坝前库水位由泄水建筑物的泄流能力与来水流量确定。

水库需要放空时, 开启表孔和底孔同时泄水, 不考虑电站运行。在库水位较高时, 表孔为敞泄, 底孔为孔口出流, 从泄流计算结果可知, 此时表孔和底孔的总泄量远远大于多年平均来水流量484 m3/s, 水库水位迅速下降;当水位低于表孔堰顶高程时, 表孔退出工作, 仅由2孔底孔进行放空运行;当库水位下降至底孔顶缘时, 底孔泄流为淹没宽顶堰流, 只要底孔泄量大于水库来水量, 库水位仍可继续下降, 直至来水量与泄水能力达到平衡为止。

经计算, 当考虑上游来水流量为多年平均流量484 m3/s时, 水库最低降水水位为293.50 m。

4.3 消能防冲计算

4.3.1 计算工况及结果

根据泄水闸的布置和运用要求, 本工程消能防冲计算考虑以下4种工况。从偏于安全考虑, 假设泄洪过程中只有1台机组参与泄洪, 各种计算工况条件见表3。

采用规范规定的消能防冲计算公式, 对各工况进行消能计算。

由计算结果可知, 底孔消力池计算最大池深为6.51 m, 池长为59.06 m;表孔消力池计算最大池深为3.02 m, 池长为45.69 m。

4.3.2 水工模型试验成果

从水工模型试验看, 由于泄水闸表孔和底孔共用一个消力池, 正常情况②由于表孔关闭, 两侧底孔出流向表孔扩散, 使表孔消力池水体也产生旋滚与底孔水跃掺混, 因此, 淹没度较大, 跃首进入闸室。泄流时有较大的水跃淹没度, 有利于减少下游侧墙前后及底板上下的水压差, 试验成果显示消力池底高程确定为279.00 m是合适的。

考虑到各种泄量下跃尾位置上、下摆动较大, 同时跃尾横断面上水深及流速分布亦不均匀, 从偏安全考虑, 消力池长度宜较计算值有所加大。从试验流速分布成果分析, 消力池末端流速分布为底大面小, 计算情况②、④最大底流速尚有8～9 m/s, 在海漫末端流速分布已趋均匀;因此, 设置40 m长海漫段消能是必要的, 综合设计计算和试验成果分析, 确定消力池深取7 m, (消力池底高程279.00 m) , 池长取70 m。

5 结 语