弧形拦污栅在小型水电站中的设计应用

杨峰，黄少奇

（中国水利水电第十二工程局有限公司，浙江 杭州 310007）

1 概述

毛垟水电站位于浙江省丽水市景宁县毛垟乡，距离景宁县城60 km，装机容量2×3 200 kW，电站工程由拦河坝、取水口、引水压力钢管和发电厂房等建筑物组成。拦河坝为翻板门式拦河坝，取水口设有检修闸门、拦污栅、启闭机等设备（见图1）。

图1 毛垟水电站取水口截面图

在电站设计施工时拦污栅采用倾斜式，上游漂浮杂物以枯枝为主。在机组运行一段时间后，漂浮杂物大量堆积在两侧闸墩与拦污栅之间形成凹形面，运行人员不得不定期停机进行清污工作，大大减少了发电效益。为此，电站对其取水口拦污栅进行了技术改造。

2 拦污栅改造设计方案

（1）方案一：在取水口外侧新增设1扇垂直布置平面拦污栅，将杂物阻挡在取水口外侧，解决两侧闸墩与原拦污栅之间形成凹形面杂物堆积的问题。

（2）方案二：在取水口外侧新增设1扇垂直布置弧形拦污栅，将杂物阻挡在取水口外侧，解决两侧闸墩与原拦污栅之间形成凹形面杂物堆积的问题。

（3）方案三：更换原拦污栅，采用自动回转清污机。

3 方案选定

方案一与方案二均在原拦污栅基础上增加1道拦污栅，其原理为阻挡杂物进入取水入口，减少漂浮杂物对水流的影响，减少人工清污次数。两个方案区别在于拦污栅结构，由于闸墩没有拦污栅栅槽安装空间，需在闸墩上打入锚杆用于固定拦污栅。在水流方向受力情况方面，闸墩侧墙锚杆受力情况弧形拦污栅优于平面拦污栅，且同等受力条件下弧形拦污栅重量比平面拦污栅要轻；经济上弧形拦污栅为优选方案。方案三采用自动回转式清污机，清污可实现自动化，在机组不停机的情况下仍可以工作，工作效率高；但投入成本较高，且由于河道狭窄，每年汛期洪水位高程均到达347.00 m，自动回转清污机电气部分均处于检修平台位置342.50 m高程，洪水势必造成自动回转清污机电气部分损坏，可靠性大大降低。经3个方案的经济性、可靠性、实用性对比，最终选择了方案二。

4 弧形拦污栅设计

4.1 总体布置

在正常发电情况下，拱形主梁拦污栅侧向水冲击微小，但在洪水时拦河翻板门全开工况，拦污栅侧向水流冲击较大；故考虑将拦污栅固定至孔口内，利用侧墙消除水流对拦污栅的侧向冲击（见图2）。

图2 取水口新增拦污栅布置

4.2 拦污栅栅叶结构

拦污栅结构外形尺寸为770 mm×6 000 mm×7 500 mm，分三节制作，现场组装后焊接成整体。采用拱形主梁，曲率半径9.88 m，弦高500 mm，主梁采用焊接H型钢，纵梁采用I20a工字钢，边梁采用［28a槽钢，栅条尺寸为-8×60 mm，间距为80 mm（见图3）。

图3 弧形拦污栅结构

4.3 拦污栅支承结构

拦污栅支承结构由支承板、锚筋组成（见图4），分布点均为拦污栅主梁位置，提高了拦污栅稳固性。施工时在闸墩侧墙打孔，埋入锚筋并进行顶紧，并与支承板进行焊接加固；最终拦污栅栅叶与拦污栅支承结构进行焊接加固。

图4 拦污栅支承结构

5 弧形拦污栅安装

5.1 安装准备

拦污栅安装在枯水期进行。由于交通道路在启闭机房下游侧，吊装受限；因此在取水口河道下游侧采用挖掘机铺设临时道路及吊装场地，同时可对沉沙池进行清理。

5.2 支承结构安装

支承结构由锚筋和支承板组成，根据拦污栅安装位置进行测量放样画出锚筋位置，用水钻机进行钻孔，钻孔孔径φ35 mm，钻入深度大于400 mm。锚筋采用φ30 mm圆钢，锚筋埋入端部割扩张槽并插入锲形块。锚筋插入孔底后用锤击使尾部膨胀稳固并注入环氧树脂混合砂浆，装入支承板并与锚筋进行焊接固定。

5.3 拦污栅安装

拦污栅高度方向分三节制作、运输、吊装，采用汽车吊进行吊入。吊装前根据拦污栅安装位置挂线垂在支承板上划出安装线，单节拦污栅吊装并调整位置，采用焊接方法将拦污栅边梁与支承板进行连接固定；同样方法进行剩余分节拦污栅安装。最终对现场焊接位置进行除锈补涂油漆。

6 结语

拦污栅是保障水电站安全、稳定运行的最基本工程设施之一。引用新的设计方案，以低成本达到高效益的目的，对小水电站改造有着十分重要的意义。毛垟水电站取水口的拦污栅改造完成后可拦截漂浮杂物90%以上，以较少的成本投入，减少了机组停机清污的次数，显著提高了电站发电效益。