小水电站与水闸呈“一”字型布置时侧向稳定解决方法

吝江峰，乔 婷，徐 鹏

（江苏省水利勘测设计研究院有限公司，江苏扬州225127）

小水电站与水闸呈“一”字型布置时侧向稳定解决方法

吝江峰，乔 婷，徐 鹏

（江苏省水利勘测设计研究院有限公司，江苏扬州225127）

以泗阳闸拆除重建工程为实例，介绍了小水电站与水闸呈“一”字型布置时侧向稳定的解决方法，为类似工程设计提供借鉴经验。图2幅，表3个。

小水电站；节制闸；抗滑稳定；侧向稳定；不均匀系数

1 工程概况

泗阳节制闸位于江苏省泗阳县众兴镇南约2.5km处的京杭运河上，是南水北调中运河段梯级控制之一，与泗阳第一抽水站、泗阳第二抽水站及其他附属物组成泗阳水利枢纽工程，具有防洪、灌溉、发电等综合功能。泗阳闸设计流量1000m3／s，汛期主要承泄骆马湖以西地区及皂河闸以下中运河两岸的涝水，非汛期拦蓄刘老涧来水便于上游徐宿地区的灌溉、航运及工业、生活用水。

泗阳闸小水电站是充分利用下泄的灌溉、供水水能发电的电站，原装机2台套，根据多年运行情况来看，产生了较好的经济效益。泗阳闸拆除重建后按原规模配套兴建小电站，根据泗阳闸电站多年运行资料及设计参数，发电流量为5～11.2m3／s，装机容量2×160kW。泗阳闸设计过闸流量1000m3／s，工程为Ⅱ等水工建筑物，规模为大（2）型，相应节制闸及小水电设计标准为2级。

2 工程布置

闸室布置为7孔节制孔，单孔净宽10.0m，总净宽70.0m，闸室共分4块底板，中块底板为3孔一联，右侧边孔为2孔一联，左侧边孔为2孔一联加一节空箱岸墙。

新建小水电站布置在闸室右侧，与闸室呈“一”字型布置，单孔净宽3.0m，配套发电机SF160—16，水轮机中心线高程为12.478m。小水电站底板顺水流向长20.0m，垂直水流向长9.0m，底板厚1.50m，底板面高程与闸室同高为8.50m，闸墩顶高程为20.00m，上游布置宽6.5m公路桥，下游布置值班室和控制室（见图1、图2）。

图1 小水电站与闸室平面布置示意

图2 小水电站剖面布置示意

3 稳定计算

小水电站和闸室底高程均为7.0m，根据地质资料，原闸下游消力池混凝土凿除后，其下土层为⑦′层，层厚约1.2m，该层地基允许承载力［R］＝100kPa，需要进行地基处理。原本设计采用了12%水泥土进行换填，为了加快施工进度，采用了换填C20素混凝土，底板底和C20素混凝土之间设置40cm厚12%水泥土。

稳定分析的荷载主要包括：自重、静水压力、土压力、扬压力、波浪压力、地震力、动水压力等，其中基底渗透压力采用规范规定的全截面直线分布法进行计算，地震惯性力及地震动水压力按《水工建筑物抗震设计规范》有关公式进行计算。水平向设计地震加速度代表值取0.1g，电站基底与地基之间的综合摩擦系数取0.38，分别取顺水流向和垂直水流向计算其抗滑稳定（见表1、表2）。

由表1和表2可知，顺水流向抗滑安全系数和不均匀系数各种工况下均满足规范要求，但垂直水流向抗滑安全系数不满足规范要求，且在校核工况和地震工况下地基出现拉应力；需要对平面布置进行优化设计。

表1 顺水流向稳定计算成果

表2 侧向（垂直水流向）稳定计算成果

为解决侧向偏心较大局部出现拉应力和抗滑安全系数偏小，拟定了3种解决方案。方案一：沿右岸增加小水电站垂直水流向底板宽度。方案二：将小水电站底板和与之相邻的2孔一联闸室底板联为一块底板。方案三：在小水电站和2孔一联闸室底板和闸墩间增设传力顶块。

方案一优点是通过调整底板宽度使小水电自身满足其抗滑稳定和地基不均匀系数，但缺点是增加了混凝土浇筑工程量和右岸土方开挖及回填量，适用于边坡开挖比较容易的地区。方案二虽不增加混凝土浇筑和土方量，但水闸平均地基反力为91kPa，而小水电平均地基反力大约为180kPa，水闸和小水电共用1块底板，加上地基为换填地基，容易引起地基的不均匀沉降；且在小水电正常运行震动也会对同一块底板上的节制闸造成一定影响。方案三不增加工程量，由于水闸底板和小水电底板中间设置有伸缩缝，也不会引起结构不均匀沉降，但小水电自身稳定和偏心需要通过传力顶块传递给与之相邻的2孔一联闸室，传力大小因各个工况不同而相异，受力不明确，适合边坡开挖比较困难的地区。

综上分析，结合工程实际，泗阳闸小水电平面布置推荐采用方案一，通过计算需增加底板宽度3m。为了改善增宽底板和边墩连结受力，设置高度为6.5m，底宽为2.5m，间距为3.4m的扶臂，其垂直水流向抗滑稳定计算结果如下所示（见表3）。由表3可知，在各个工况下垂直顺水流向抗滑安全系数和不均匀系数均满足规范要求。

表3 增加3m底板宽度（垂直水流向）稳定计算成果

［1］ 陈宝华．水闸［M］．北京：中国水利水电出版社，2003.

［2］ 徐国宾，等．水电站［M］．北京，水利水电出版社，2012.

［3］ 郝道平．泗阳节制闸改建工程初步设计报告（送审稿）［R］．扬州：江苏省工程勘测研究院有限责任公司，2012．

［4］ SL265—2001，水闸设计规范［S］．

责任编辑 吴 昊

2015－02－16

吝江峰（1980－），男，工程师，主要从事水利水电工程设计工作。E_mail：linjf0215＠163.com