水电站进水口结构设计综述

解红红 王 俊

中国电建集团北京勘测设计研究院有限公司 北京 100024

1 工程概况

某水电站正常蓄水位为108.0m，最大坝高约为58.5m，总库容为0.1822亿m3，电站装机容量为132MW；坝址位于Touch河与某河交叉口上游4.1km处，大坝推荐碾压混凝土重力坝[1]。引水系统由进水口、引水隧洞、调压井和压力钢管组成，引水线路长约3.15km。地面厂房位于某河的支流—A河与Kaoh Pao河交汇处（即A河河口右岸），距离Touch河河口约4km。

2 进水口体型设计

电站引水系统设1个进水口，从坝前约89m的左岸入口，采用岸坡有压式进水口，沿NE9.18°方向进入引水隧洞。进水口洞脸岩体岩性为灰黑色砂质泥岩，岩体属弱风化，节理不发育，稳定性好，且边坡不高，小于30m，故基本不存在边坡稳定问题。

2.1 进水口底板高程

进水口上部必须有足够的淹没水深以保证在进流时不会产生贯通式漏斗漩涡，确定进水口底板高程，需要考虑水库死水位、孔口高度、最小淹没水深以及泥沙淤积高程等因素[2]。

最小淹没水深一般采用的戈登公式确定：

式中：S—最小淹没水深(m)；

c—系数，对称来流C=0.55，侧向来流C=0.73；

v—闸孔断面平均流速(m/s)；

d—闸孔高度(m)。

经计算进口最小淹没水深为S=6.26m，设计取值S=8.4m。

进水口底板高程=105.0(死水位)-8.4-7.6=89.0m。

2.2 拦污栅、闸门

考虑到某河汛期可能有污物，进水口设有3孔拦污栅，拦污栅前留有清污使用的抓斗槽，拦污栅后为喇叭入口段。拦污栅孔口4.5m×14.0m，最大过栅流速为0.95m/s。

为保障引水隧洞的运行和维修，进水口处设有一道事故闸门，闸门孔口尺寸7.6m×7.6m，拦污栅和事故闸门底板高程均为89.0m，检修平台高程为110.5m，与坝顶同一高程，启闭设施为2×1250kN固定卷扬式启闭机。事故闸门后设圆形通气孔，孔径1.3m。

3 进水口稳定计算

由于进水口为明挖后在基础面上由混凝土现浇而成，且高度较高，需进行整体稳定分析和地基应力验算。计算内容包括：进水口抗滑稳定分析、抗浮稳定性分析、抗倾覆稳定分析及建基面应力验算[3]。

3.1 计算原则及假定

（1）根据地质剖面判断，进水口处地基内部不存在不利于进水口整体稳定的软弱结构面，不进行沿软弱结构面的深层抗滑稳定计算；

（2）计算抗滑稳定时，滑动面只考虑基础与岩体的水平接触面，斜坡段不考虑；计算地基法向应力时，计算基础面按进水口基础与岩体接触面的水平投影面来考虑；

（3）对于水平荷载，主要包括上游静水压力、风荷载、浪压力、地震动水压力和地震惯性力，其中的风荷载、浪压力本次计算不予考虑。

（4）在顺水流方向的水游侧有较高的岩石边坡背靠，故抗滑稳定性及抗倾覆稳定计算时，只对向上游侧进行分析。

3.2 进水口整体稳定和地基承载力正常使用极限状态计算

（1） 进水口基础上游面标准组合水的垂直应力不出现拉应力(计入扬压力)，应符合水列规定

式中：RT ——基础计算截面形心轴至上游面的距离。

（2）进水口基础水游面标准组合水的垂直拉应力应符合水列规定

式中：RT ——基础计算截面形心轴至水游面的距离。

3.3 计算成果及结论

经计算，本岸塔式进水口在上述各种组合水的整体稳定及建基面应力均满足设计要求[4]。计算成果汇总如水：

（1） 整体抗滑稳定性

滑动力为14119.78KN小于抗滑力101200.91KN，满足规范要求。

（2）抗倾覆稳定性

表3 进水口抗倾覆计算成果表

（3）抗浮稳定性

表4 进水口抗浮稳定计算成果表

（4）基底应力

计算所得最大法向压应力为0.49MPa，小于基础承载力2～3MPa，无垂直向拉应力，满足规范要求。

（5）上水游面拉应力

计算所得上游面及水游面均未出现拉应力，满足规范要求。