滨海火电厂外循环排水出口结构设计案例浅析

马小兵 倪志红

（1上海宝钢节能环保技术有限公司，上海宝山 201900 2中机国能电力工程有限公司，上海普陀 200061）

滨海火电厂外循环排水出口结构设计案例浅析

马小兵1倪志红2

（1上海宝钢节能环保技术有限公司，上海宝山 201900 2中机国能电力工程有限公司，上海普陀 200061）

该文结合具体工程实例，详细介绍滨海地区火电厂外循环水排水出口设计，论述了排水口与港区码头共建可行性，可供相关专业人士参考。

火电厂；滨海地区；排水出口；结构设计

1 工程概况

某火电厂装机容量4×300MW，位于某港口西侧，电厂厂外2条循环水排水沟分别埋设在港区集装箱堆场 2条南北走向的道路下方，由港区北侧穿越整个港区至码头前沿。排水沟道末端的排水出口由喇叭口型排水头与带出水孔的直立式预制沉箱组成。喇叭口型排水头由底板、顶板及侧墙围合而成，分别埋设在港区1#、2#泊位处的重力式码头面下。电厂厂外循环水排水工程需与港区施工同步进行，交叉作业，给工程建设带来了难度。

2 排水出口技术特点

为保证进港货船靠泊，要求出水口箱涵处出水孔内速度≤0.3 m/s。电厂循环水排水沟净尺寸为3.0m×3.0m，过流量25m3/s，流速＞2.7 m/s。故排水沟与出水口箱涵间需设置消能扩散构筑物，以降低高速水流动能，将水流合理地导向各出水孔外排。

码头面标高5.18 m，码头前沿线至后轨道梁中心间距39 m，前沿直立式预制沉箱宽 13.6m。根据码头设计统一规划，消能扩散构筑物纵长最大尺寸不得超过20 m，出水口箱涵处出水孔必须全部淹没。2条排水沟末端内底标高分别为-1.509m与-1.756m，工程海域处P = 97%低潮位为-2.95m。经过优化计算，出水口箱涵处出水孔内底标高为-8.52 m，孔净高4.0m，单孔净宽2.17m，设置12个出水孔将排放量为25m3/s的温排水排入大海，出水口箱涵东西向长33. 3m。消能扩散构筑物由2个喇叭口型结构体组成，跌水喇叭口净宽由3.0m渐变为8.0m，纵长4.7m，排水喇叭口净宽由16.0m渐变为33.3 m，纵长15. 0 m，内底标高均为-8. 52m，顶板面标高4.5m，顶板上方即为码头面结构层。喇叭口型排水头内另设置5个预制柱，与侧墙一起传递上部荷载至下部基础，输导水流至12个出水孔排出。

码头前沿长约1000m的直立式预制沉箱(K1沉箱与出水口箱涵)由中交四航院设计，本文不多加叙述，仅就喇叭口型排水头的基础及结构进行论述。

3 喇叭口型排水头设计

3.1 基础设计

喇叭口型排水头处海底的岩土性质从上到下分别为:表层英安岩残积粉质粘土，厚0～5.40 m，fak=230 kPa；全风化英安岩，厚0～6.00m，fak=350 kPa；强风化英安岩，厚度大于5. 00m，fak=500 kPa。

工程海域处平均高潮位2.71m，平均低潮位-1.32m。排水头处海床面标高-21.0左右，排水头内底标高-8.52m，则排水头将高悬于海床之上，要采用基础支撑。可以采用的基础方案有桩基或人工回填基础等两种。

基础支撑若采用桩基方案，需在海上修筑2道分别长约530m的施工栈桥；因码头工作面上荷载大，码头变形受到严格限制，桩基承台间距需加密，桩的根数众多，施工周期延长，海上吊装等施工费用极大；港区吹砂回填施工过程可能破坏桩基或施工栈桥；将与港区施工相冲突。

基础支撑若采用抛石基床方案，经水下分层夯锤处理及涨落潮流作用后，抛石基床后期沉降量小，码头面与排水头的变形可控；排水头处下卧各土层地基条件较好，可满足斜坡式抛石基床对地基土的要求，无需清基，块石直接用船装运至工程点水上抛填，施工简便易行，费用低，与港区施工不冲突；该地区石材新鲜，强度高，内摩擦角大，基础承载力高，可满足工程要求，且岩石储量丰富，价格便宜。

经综合比较，基础支撑采用抛石基床方案，抛石基床边坡采用1:1，顶面标高-9.02m。石料采用本工程附近开采的坚硬花岗岩混合石料，饱和抗压强度≥50MPa，重力密度＞25 kN/m；，硬度大于莫氏硬度的第3级，软化系数≥0.8。抛石基床的质量控制指标是含泥、砂、碎石量＜10%，抛石体水下块石重度≥11kN/m3，块度10～100 kg，孔隙率控制在35%以内，内摩擦角要求≥43 ～45º。

3.2 结构设计

喇叭口型排水头由侧墙、顶板、底板及支撑顶板的梁、柱系统等组成，长19.7m，宽从3m渐变为33.3m，内底板以上外墙高达13m，内部空间体积4970m3，结构件体积庞大。码头工作面上作用的荷载包括均布荷载(60 kN/m2)、集装箱正面吊(最大轴压950kN)、轮胎龙门吊(空载行驶)、空箱堆高机、集装箱牵引半挂车等。排水头需承受上部的码头作用荷载及侧向压力大，故梁、柱、板结构尺寸较大。因排水头位于深水处，需完全的海上浮吊施工安装。1座排水头若采用整体式结构，本体结构重约6300t，由于柱的布置，即使将排水头横切成几节，单节重量仍极大。施工单位海上主要船吊装备能力多为 200～500 t。考虑吊装的可实施性，结构型式采用预制装配式，将顶板、侧墙、底板、梁、柱分块预制后，进行水上拼装。

（1）侧墙结构:侧墙采用重力式扶壁结构，具有构造简单、施工安装速度快、材料省、造价低的优点。根据施工单位装备能力，1座排水头共设置9个独立的轻型扶壁结构件，其中最重件重量未超过500 t。即沿喇叭口型排水头两侧边线对称设置6块标准扶壁(其中4块前趾局部削角)、2块异形扶壁，高均为10. 1m，扶壁顶标高1. 08m，其上现浇胸墙至4. 50m标高，伸入胸墙0.10 m胸墙高3.52 m；排水头后墙设置1块预制扶壁，高分别为7. 514 m (7. 264 m)。其上为排水沟，沟顶设置预制梁，两端搁置在胸墙上。利用直立式预制出水口箱涵作为排水头前墙，排水头因此不受波浪破坏且节省投资。为使扶壁基底反力均匀，优化扶壁合力作用位置，扶壁底部设置上翘的尾板。

(2)上部结构:上部结构采用梁、板系统，顶板面以上即为码头面结构层。因码头工作面上作用的荷载较大，为减小梁板跨度，保证结构安全，作为梁系的搁置点支撑柱考虑与排水头内导流墩相结合，在排水头中设置 5个钢筋混凝土独立柱结构。

柱与倒T形基础整体预制，高约13m，柱基5.0m×5.0m×1.5m (h)，安放在抛石基床上。为防止基床沉降对上部结构的不利影响，梁、板系统均采用迭合简支结构。预制简支梁搁置在独立柱与胸墙上，预制简支面板搁置在简支梁上、出水口箱涵上及胸墙上。该梁、板系统结构简单，受力明确，对沉降的适应性较好。

(3)底板结构:底板高程较低，为-8.52m若采用预制结构，施工难度较大，施工缝难以处理。为降低施工难度，保证其整体型，采用水下灌注模袋混凝土整体式底板结构，厚0.5m。

(4)扶壁后方回填:为有效减少作用在扶壁立板和肋板上的土压力，扶壁墙后设置抛石棱体，亦有压重的作用。抛石棱体顶宽大于10 m，边坡采用1:1，石料要求及质量控制同抛石基床。

[1]DL 5022-2008,火力发电厂土建结构设计技术规定[S].

TU7

B

1007-6344（2015）07-0116-01

马小兵（1982-），男，汉族，江苏南通人，本科学历，工程师，从事电厂土建工程设计与研究工作。