额勒赛下游水电站上电站厂房整体稳定与地基应力计算

董 丹 丹， 臧 琦

(中国电建集团北京勘测设计研究院有限公司，北京 100024)

1 工程概况

额勒赛下游水电站位于柬埔寨王国戈公(Koh Kong)省以北20公里、首都金边以西180公里的额勒赛河下游，分设上下两个电站工程。额勒赛水电站的主要任务是水力发电，没有灌溉、供水及通航等方面的要求。

上电站推荐枢纽布置采用混凝土面板堆石坝+下游左岸地面厂房方案，混合式开发，总装机容量为206 MW，厂内安装2台103 MW立轴混流式水轮发电机组。根据《水电枢纽工程等级划分及设计安全标准》(DL5180-2003)的规定，确定本工程为大(2)型二等工程。根据《水电枢纽工程等级划分及设计安全标准》(DL5180-2003)的规定，由于面板堆石坝坝高超过100m，其挡水建筑物级别提高1级，为1级建筑物，其余主要建筑物泄水建筑物、引水系统及地面厂房等按2级建筑物设计。

可研阶段收集了部分周边已建和在建水电站采用的地震基本烈度，参考《欧亚地质构造图》、《世界活动构造、核电站、高坝和地震烈度分布图》(中国国家地震局地质研究所徐煜坚、汪良谋主编)及《柬埔寨王国基里隆Ⅲ号水电站工程可行性研究报告》等邻近周边工程资料分析，工程区地震基本烈度小于Ⅵ度，电站设计烈度为6度。

2 厂房布置

上电站上游水库正常蓄水位为263 m，电站额定水头为134 m。引水系统建筑物布置在河道的左岸山体内，采用一管两机布置方式。厂房位于坝址沿河下游约4.6公里处左岸，布置岸边地面式厂房。厂区主要建筑物包括：主机间、安装间、副厂房、主变室、尾水建筑物、厂区交通及地面开关站和出线场等。厂房正常运用洪水标准按200年一遇洪水设计，相应洪峰流量Q1%=6 050 m3/s；非常运用洪水标准按500年一遇洪水校核，相应洪峰流Q0.5%=7 040 m3/s。 厂址设计洪水位118.57 m，厂址校核洪水位119.61 m。

厂房顺引水水流方向自上游至下游依次布置有：主厂房、尾水副厂房。主厂房宽21.5 m，尾水副厂房顶部尾水平台宽10.6 m，向外悬挑1 m。厂房上下游方向总宽度32.10 m。厂房垂直引水水流方向自右至左分为“安装间段”、“1#机组段”和“2#机组段”、“端部副厂房段”四个区段，各区段间设结构缝，并设止水。其中安装间段长度为24.00 m，1#机组段长度为19.65 m，2#机组段长度为20.35 m，端部副厂房长度为13.50 m，厂房总长度77.50 m。

3 厂区地质条件评价

厂房区岸坡坡度为20～35°，局部地段平缓。第四系覆盖层分布较少，厚度不大，多为残坡积碎石土或母岩风化砂。基岩岩性主要为侏罗系砂岩、砂质泥岩，据钻孔揭示88.8 m～107.2 m高程基岩岩性为砂岩夹泥岩，132 m～107.2 m高程段主要为泥质砂岩夹泥岩，岩层近水平。断层、裂隙不发育。裂隙，以陡倾角为主，缓倾次之，中等倾角不发育。地下水主要为第四系基岩裂隙水。依据坝址区压水试验资料类比，强风化岩体一般为中等透水～弱透水；弱风化一般弱透水～微透水。

图1 主厂房横剖面图

据地表调查，厂房岸坡段未发现规模较大的不良地质体。厂房区后缘山坡高约140 m，多数岸坡段基岩裸露，岸坡覆盖层较薄，属层状缓倾顺向坡，岩层近水平，无较大不利结构面，自然岸坡整体稳定。

4 设计依据和基本假定

(1)厂区未发现有缓倾角软弱结构面及隐伏断裂存在,厂房基础岩体也不存在深层滑移软弱结构面,因此不考虑基础深层滑动。

(2)计算依据《水电站厂房设计规范》(SL266-2001)3.1.3条规定，以主厂房某个机组段作为一个独立的整体分别从上下游方向、厂右至厂左两个方向进行抗滑、抗浮和地基应力计算。安装间段底板位于下游洪水位以上，不受静水压力影响，暂不考虑进行整体稳定计算。

(3)厂房内部机电设备重量只计算主要固定设备，不计附属设备及非固定设备重量；计算时不考虑楼板小尺寸开孔孔洞。根据《水电站厂房设计规范》(SL266-2001)，岸边式地面厂房稳定计算不考虑浪压力、泥沙压力和冰压力。

图2 主厂房纵剖面图

(4)计算抗滑稳定时，将滑面简化成一个平面考虑，即简化基础面；计算地基法向应力时，接触截面也按同一个平面考虑。

(5)上游侧扬压力作用水头取正常尾水位(即满发尾水位)。

5 厂房整体稳定及基础应力计算

5.1 荷载组合

厂房永久荷载W1：包括厂房混凝土自重、厂内水重、厂外水重和装修荷载，其中厂内水重为蜗壳、尾水管处的水重；厂外水重为闸墩间尾水出口底板以上的水重。

永久设备荷载W2：包括蝶阀、水轮机、发电机、屋架、尾水闸门、尾水启闭机、桥机的荷载。

静水压力W3：上下游方向，下游静水压力对厂房的推力会被厂房上游侧的岩基反作用力抵消，不计算该方向的抗滑稳定计算；厂右至厂左方向，机组分缝处按无水考虑，计算静水压力。

静水压力W4：岩基上岸边式厂房上游侧扬压力作用水头取正常尾水位。

根据《水电站厂房设计规范》(SL 266-2001)表3.2.11选取荷载组合，见表1。

5.2 计算结果分析

表1 荷载组合表

根据电站厂房初步设计：机组间设结构缝，以主厂房1#机组段作为一个独立的整体分别从上下游方向、厂右至厂左两个方向进行抗滑、抗浮和地基应力计算。计算结果如下：

由上表可知，厂房抗滑、抗浮稳定安全系数满足规范要求。厂房地基面上最大法向应力小于地基岩允许承载力，最小法向应力无论是否考虑扬压力均出现了拉应力，不满足规范要求。

故对厂房设计进行调整：将1#、2#机组并缝，一期混凝土间设施工缝或永久缝不设缝宽的措施，将主厂房1#、2#机组作为一个整体，重新进行抗滑、抗浮和地基应力计算。计算结果如下：

表2 计算成果

注：1. 应力正号为压应力，负号为拉应力。

表3 计算成果

注：1. 应力正号为压应力，负号为拉应力。

机组一期混凝土间不设缝宽后，厂房左右侧静水压力可抵消，可不进行抗滑稳定计算。各计算工况的抗浮稳定安全系数Kf都大于1.1，满足规范的要求。各计算工况的厂房地基面上法向应力最大值均小于基岩允许承载力，最小值满足在机组未安装情况下允许出现不大于0.2 MPa局部拉应力的要求。因此可以确定厂房结构设计尺寸满足工程的安全可靠性要求。

6 结 论

额勒赛下游水电站上电站岸边式地面厂房，坐落于基岩上，设有两台机组，最初设计方案为机组段间设置结构缝，每段机组段为一个独立整体。经稳定分析计算，厂房抗滑、抗浮稳定安全系数满足《水电站厂房设计规范》(SL266-2001)要求，厂房地基面上最大法向应力小于地基岩允许承载力，但最小法向应力在各工况下均出现了拉应力(最大值为0.539 MPa)，厂房结构需做调整才能满足规范要求。一般情况下，加大结构设计，增加自重能够减小出现的拉应力，但此种做法既需要反复试算，又增加了工程投资，不经济实用。本电站最终调整方案仅将两机组段并缝，采取一期混凝土间设施工缝或永久缝不设缝宽的措施，将主厂房1#、2#机组作为一个整体考虑。重新进行抗滑、抗浮和地基应力计算后，各工况下的结果均满足规范要求。这种设计调整改动小，结构体型不变，又不增加工程投资，巧妙解决了岸边地面式厂房的基地应力问题。

参考文献：

[1] 王 海，下福水利枢纽厂房整体稳定及地基应力计算， 广西 ： 广西水利水电 2008(4)

[2] 梁晋平 ，林德金，梅占敏 万家寨引黄工程南干线一级泵站主厂房稳定计算 水利水电技术 第32卷 2001年 第4期