水电站厂房的设计探究

林伟青

（新疆兵团勘测设计院（集团）有限责任公司，新疆 石河子 832000）

水电站厂房的设计探究

林伟青

（新疆兵团勘测设计院（集团）有限责任公司，新疆 石河子 832000）

水利水电工程是当前我国区域工业与农业发展中重要的基础设施，能够为辖属区域提供清洁、稳定的电力供应。在水电站工程施工建设过程中，水电站厂房设计是重要的一环，厂房设计的合理性与科学性直接影响着水电站整体稳定性与设备运行的安全性，同时对于发电效率与周边区域环境保护有着关联性的作用。文章就当前水电站厂房设计中的主要内容进行了阐述，同时结合具体设计实例进行的分析研究，旨在提供一定的参考与借鉴。

水电站；厂房；设计

1　水电站厂房设计中的主要内容分析

1.1主厂房的尺寸确定

水电站主厂房是水电站厂区的主要构筑物设施，确定主厂房相关尺寸是设计中的关键环节。就当前常见的水电站主厂房设计要求而言，其尺寸参数的选择主要受上部、下部结构的影响较为明显，其中上部结构的尺寸影响因素主要包括发电机层、排架柱、屋面、屋顶等，而下部结构的尺寸影响因素主要包括发电机机墩、水轮机座、尾水管等。在水电站主厂房尺寸确定过程中，应根据相应的发电与防洪设计需求，充分考虑厂区设备安装、运行、维护等系列工作要求的基础上，通过合理的规模控制与厂房布置提升资源利用效率，降低水电站厂房成本投入。

1.2地下结构设计

水电站厂房地下结构部分是整个厂房的基础部分，该结构承受来自上部结构与设备运行过程中形成的各项载荷，其结构稳定性对于厂区安全有着至关重要的作用。现阶段，水电站厂房地下结构通常指的是位于水面以下的厂房结构，其结构设计与参数选择具有一定的环境影响特征。

水电站厂房体量较大，其水下部分通常使用大体积混凝土作为结构形式，而这部分大体积混凝土在现场浇筑过程中，由于基础高差较大，其裂缝控制难度较高。因此，大部分水电站厂房地下结构部分均采用分层分块浇筑的形式。

机墩能够为水电站发电机组提供支撑作用，立墩端面与设备蜗壳顶板一体化连接，承受着机组运行过程中形成的动、静荷载，因此要求机墩结构具有良好的刚度、强度、稳定性水平。在机墩结构设计环节，设计人员主要考虑的影响因素是顶端位置的设备自重形成的垂直静载荷、机组推力形成的垂直动载荷与水平动载荷以及扭矩载荷等。

1.3地上结构设计

水电站厂房地上结构部分是防护设施与搭设各类发电辅助设备重要结构，地上结构部分常见的屋顶屋面材料能够有效隔绝外部环境对于水电站设备的干扰，当前常用地上结构形式为预制钢筋混凝土面板+隔热层+防水层+保护层的结构。

其中，地上结构排架柱作为重要的承重结构，其体系稳定性与屋架或屋面、吊车梁等多项载荷相关，在设计环节需要对这些载荷条件进行充分考虑，同时结合下部结构的承载能力选择排架柱形式与参数。当前水电站厂房通常选择钢筋砼材料作为排架结构，跨度为10～25m。地上结构设计过程中需要考虑的另一重要因素是水电生产过程中，设备运行管理的效率，地上结构应为各设备提供足够的检修维护空间，同时避免临近设备间的干扰作用。

1.4整体稳定分析

整体稳定性分析是对水电站厂房设计方案的审核检验，其分析标准为各项载荷条件下的结构稳定性与各工况水平下的应力表现。主要分析内容包括：厂房地下结构地抗滑稳定性、抗浮稳定性、垂直正应力水平、不均匀沉降、动静载荷结构振动特征等。在具体的稳定性分析过程中，结合设计结构的抗剪切强度进行分析，同时对于结构体系中应力较为集中的脆弱部位进行重点核算。尤其需要考虑的是水力发电机组高负荷运行条件下，机组工况条件下的振动等情况形成的结构稳定性影响问题。

2　设计实例分析

2.1工程概况

某水电站厂区，发电厂房为4级，发电机层厂房主跨20.6m，绝对标高为1536.15m。布置1台吊车，吊车跨度为18m，轨顶标高12m，柱距为5.6m。该水电站厂房下部结构为混凝土帷幕灌浆体系，上部结构为空间钢网架结构形式。现针对该水电站厂房设计进行分析，同时对方案的稳定性进行分析。

2.2厂房建筑物布置

（1）厂房布置。发电厂房电站总装机2.4 MW，主厂房由主机间和安装间组成。根据水轮发电机组蜗壳及尾水管尺寸、调速器、油压装置等布置要求以及机组检修的需要，厂房上游侧宽度5m，下游侧宽度4m，机组间距为10m。主机间与安装间上部宽度均为10.6m。主机间全长为21.5 m，安装间距8.5m。主机间尺寸：21.5m×10.6m×13.6m。主机间与安装间之间设有结构缝。

发电机层高程1358.6m，主厂房以发电机层为界，以上为水上部分，以下为水下部分。安装间布置于主厂房左侧，与主厂房等宽，安装间为机组安装检修场地，安装间地而高程为1361.10 m，布置有油处理设备等。安装间大门设在下游侧。主厂房内设有一台型号为16 t的电动单梁桥式起重机，桥机跨度9 m 。

（2）基础结构。为提高厂房基础的强度与稳定性，在厂房底板浇筑后进行基础固结灌浆处理，固结深度5 m为减小基础渗漏，厂房基础周边进行了帷幕灌浆处理，帷幕灌浆孔问距均为2.5m；孔径60mm；帷幕深度15 m。为降低基底扬压力与渗透压力，在厂房上游一侧设有排水孔，孔距2.5 m；孔径150 mm；孔深15 m。排水孔向下游倾斜，与帷幕成15°角。

（3）上部结构。本水电站厂房上部结构选择空间钢网架结构形式，该结构刚度稳定性较高，自重较轻，同时具有良好的应力传递能力，在发电机组设备垂直轮压和横向水平制动力作用下，厂房结构处于空间受力状态。桁架结构则处于单个桁架平面内局部受力状态久因而可使轨顶变位减小，横向刚度增加；改善了厂房结构的抗震性能。网格不大，自重轻，支承结构费用相应降低；建筑造型轻巧美观，可免去吊顶，便于厂房通风。

2.3厂房稳定计算

对主机间、安装间分别按正常运行、施工期、地震等不同情况考虑各种受力组合，计算厂房沿建基面的抗滑、抗浮、抗倾整体稳定和地基应力。根据表1内的计算结果可知：

表1　水电站厂房设计稳定性分析结果

（1）本水电站厂房设计条件下，基础结构承受的载荷水平小于允许值（400kPa），能够有效维持设备运行中的整体结构稳定性。

（2）厂房结构设计方案中的不均匀系数处于允许范围内，能够应对多种运行条件下的工况载荷承载需求

（3）厂房抗滑性能符合规范要求，设备运行过程中的稳定性较高。

3　结束语

综上所述，水电站厂房设计是一项科学而系统的工作，在实际过程中需要考虑的要素较多，设计人员需要从水电站的实际水文环境与发电需求出发，根据设备运行要求进行相关厂房设计参数的选取与设定。就当前的水电站厂房设计的实际经验而言，设计的重点在于基础结构与上部结构两个部分，相关结构体系的选择应保证设备运行过程中各类载荷均能获得足够的支撑作用，同时能够保证设备的安全与高效运行。

［1］张存慧.大型水电站厂房及蜗壳结构静动力分析［D］.大连理工大学，2010.

［2］李守义，肖静.河床式水电站厂房横缝止水布置形式研究［J］.水力发电学报，2014，（5）：165-168.

［3］于倩倩.河床式水电站厂房结构的地震响应分析方法研究［D］.天津大学，2012.

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