喀群三级水电站扩机厂房布置研究

钱军刚

(新疆水利水电勘测设计研究院，新疆乌鲁木齐 830000)

1 工程概况

喀群三级电站采用引水式的开发型式，压力前池正常水位1360.61m，电站尾水位1329.112m，装机容量20.0MW。

喀群三级水电站工程主要由节制引水闸、引水渠道、压力前池、压力管道及电站厂房等主要建筑物组成。电站正常引水位1361.7m，发电引用流量80.0m3/s，前池正常水位1360.614m，装机容量20MW，保证出力7.2MW，多年平均发电量1.1851亿kW·h。喀群三级水电站工程等别为Ⅳ等工程，工程规模为小(Ⅰ)型。节制引水闸、引水渠道、压力前池、压力管道、厂房、泄水陡坡、尾水渠等主要建筑物为4级建筑物。

工程区地震动峰值加速度为0.15g，地震基本烈度 7°。

2 水电站扩机带来的问题及解决方案

2.1 扩机的由来及提出的前提条件

由于非工程技术方面的原因，发电引用流量可以从80m3/s增加到120m3/s，原有装机容量明显偏小。

原电站厂房总装机20MW，布置3台6.67MW水轮发电机组，主厂房平面尺寸为48.9m×20.36m(长×宽)，主机间长为32.3m。电站厂房的基坑已经开挖完成，并开始准备混凝土的浇筑工作。

水电站建筑物主要布置在西岸输水总干渠与河床之间的阶地上，1#(安装间从右向左依次为3#、2#、1#)机组边线距离西岸输水总干渠约80m。业主要求在尽量不影响原有电站的施工、不增加太多的投资、尽量不加大原有工程占地的情况下对电站进行扩机。同时为节约工程投资，机电设备与原机组相同。

2.2 原电站厂房主要结构特性

原主机间平面尺寸为32.3m×20.36m(长 ×宽)，厂房基础均坐落在第四系下更新统砂砾石层上，根据地质资料，地基承载力值为500～600kPa。根据《水电站厂房设计规范》(SL266-2001)，通过地基应力的计算，确定主机间采用不分缝的方式，满足非基岩上厂房地基面法向应力不均匀系数允许值的要求:基本组合时2.5，特殊组合3.0。通过计算结果表明，在不分缝的情况下，厂房地基应力在基本组合工况下较为均匀，在特殊工况下其最大最小应力的比值均满足规范的要求。表1以基本组合及特殊组合中的地震工况来反映情况。

表1 原机组主机间地基应力表

图1 扩机前主厂房布置

2.3 扩机布置方案的确定

根据业主及工地现场的实际情况，在基本不影响原有结构情况下进行扩机，确定增加1台6.67MW水轮发电机组，采取一机一缝的布置型式。

为节约工程量，扩机考虑共用安装间的布置方式较为合适，提出两种扩机的布置方案:方案1，新增机组段布置在安装间右侧;方案2，新增机组布置在1号机组段左侧。方案1由于尾水渠布置影响进厂道路、进厂大门、回车场地的布置;1号机组左侧有充足的场地，方案2对原厂房布置影响更小。

新增机组布置在1号机组段左侧的布置方式即方案2更为合理。同时对原方案的尾水闸墩做及左侧水下墙做局部结构调整。

2.4 新增机组的主要问题及对策

为尽量减小对原有三台机布置的影响以及减少扩机的工程投资，新增机组与原机组共用一个安装间，机组布置在原主厂房的左侧，采用一机一缝的布置型式。新增机组的宽度、高度与原机组相同，新增机组主机间平面尺寸为14.8m×20.36m(长×宽)。

新增机组与原机组基础地质条件相同，同样对新增机组段进行基础应力计算，以基本组合及特殊组合中的地震工况来反映情况，计算结果见表2。

计算表明，新增计算的地基面法向应力不均匀系数明显不满足规范的要求，同时在地震工况下出现了拉应力，同时最大应力已大于地基承载力的值。

表2 新增机组地基应力表(未进行结构调整)

新增机组与原机组地基面法向应力在各种组合工况下均不匹配，可能引起厂房沉降不一致，影响厂房的正常运行。因此，需对新增机组进行结构调整，为方便运行及机、电设备的布置，新增机组的内部布置应与原机组基本一致。只能通过对结构进行调整来满足地基应力的要求。

在基本不改变建筑物布置的前提下，扩大建筑的底面积是减小建筑物基础应力的最有效的方法之一。结合工程布置的实际条件，只有左侧有扩大基础的条件，只有扩大左侧基础才是较小地基应力和降低应力不均匀系数最好的位置。同时新增机组应力计算结果和原机组的应力值基本相当，保证机组的安全运行。通过计算，调整后机组应力成果表、以及原有机组与新增机组应力对比如表3、4。

图2 扩机后主厂房布置

图3

表3 新增机组地基应力表(进行结构调整后)

通过对比表可以看出，原机组、新增机组(调整后)地基应力基本相当，表明新增机组结构调整是可行。

表4 原机组、新增机组(调整后)地基应力对比表

3 结语

该工程扩机是在施工过程中要扩机的，结合工程实际情况和节约工程投资的角度考虑，共用安装间是此类工程扩机最好的选择。

该工程地基基础处于非岩基上，新增机组处于边机组段，边机组段与中间机组段在荷载分布上有较大的差异，通过诸多工程地基应力计算结果表明:中间机组段的地基应力较为均匀;边机组段由于土压力及水压力荷载，地基应力值差异较大，且不易满足不均匀系数的允许值。非岩基上基础的机组(多台机组)结构分缝应综合考虑多种因素的影响，如结构布置、地基应力以及减少工程投资等。对于该工程来说，不能影响已有机组的结构布置，对新增机组进行放大基础处理方式是行之有效的。

［1］顾鹏飞，喻光远著．水电站厂房设计．水利电力出版社，1985．

［2］湖南省水利电力勘测设计院．天津大学水利系．小型水电站(中册厂房部分)，电力工业出版社，1980．

［3］华东水利学院．水工设计手册(第七卷水电站建筑物)．水利电力出版社，1989．