引言：河床式低水頭小水電站廠房的設(shè)計(jì)主要是根據(jù)總體布置確定基礎(chǔ)開挖高程以及廠房各層的高度、尺寸、布置等，后進(jìn)行穩(wěn)定計(jì)算和應(yīng)力計(jì)算。在廠房的穩(wěn)定計(jì)算過(guò)程中，在滿足安全可靠的情況下，還有較大的安全余度，也就是抗滑穩(wěn)定系數(shù)K（K?）大于規(guī)范設(shè)計(jì)值要求的系數(shù)值（水電站廠房設(shè)計(jì)規(guī)范SL266-2001）具有一定的余度時(shí)，就可以進(jìn)行優(yōu)化。通過(guò)優(yōu)化，達(dá)到投資經(jīng)濟(jì)，建筑物外觀美化，取得經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益雙贏的目的。

　　1.工程概述

　　凱達(dá)水電站是一座以發(fā)電為主，兼顧灌溉的低水頭徑流式水電站樞紐工程。電站壩址以上控制集雨面積1156km2，多年平均流量32.4m3/s。正常蓄水位102.80m，相應(yīng)庫(kù)容79萬(wàn)m3，水庫(kù)總庫(kù)容155萬(wàn)m3，電站擬裝機(jī)容量為2×2000kW，多年平均年發(fā)電量1480萬(wàn)kW·h。

　　根據(jù)《水利水電工程等級(jí)劃分及洪水標(biāo)準(zhǔn)》（SL252-2000）、《小型水力發(fā)電站設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50071-2002）及《水閘設(shè)計(jì)規(guī)范》（SL265-2001）的規(guī)定，綜合考慮最大過(guò)閘流量及防護(hù)對(duì)象重要性，確定本工程為Ⅲ等工程，相應(yīng)主要建筑物為3級(jí)、次要建筑物為4級(jí)、臨時(shí)性水工建筑物均為5級(jí)；永久性主要建筑物采用30年一遇洪水設(shè)計(jì)，100年一遇洪水校核。閘下消能防沖洪水標(biāo)準(zhǔn)與該水閘洪水標(biāo)準(zhǔn)一致。

　　本工程是以發(fā)電為主的低水頭徑流式水電站，是一個(gè)典型的河床式水利樞紐。省水利廳可研報(bào)告審查意見基本同意本工程樞紐總布置為河床中間布置開敞式平底泄水閘，緊鄰泄水閘靠左岸布置發(fā)電廠房，內(nèi)裝2臺(tái)定槳軸流式水輪發(fā)電機(jī)組，兩岸采用砼截水墻連接。初步設(shè)計(jì)階段對(duì)樞紐布置進(jìn)行了一定優(yōu)化，現(xiàn)采用的樞紐布置方案與可研階段的樞紐布置方案基本一致為：壩軸線全長(zhǎng)200.88m，其中河床中間布置開敞式平底泄水閘壩段長(zhǎng)105.6m，緊鄰泄水閘靠左岸布置廠房段長(zhǎng)27.518m，左岸連接段長(zhǎng)32m，右岸連接段長(zhǎng)36.5m。

　　攔河閘共設(shè)置8孔單孔凈寬10m的泄洪閘，中墩和邊墩均厚2.5m，溢流前緣總寬度為105.6m，順?biāo)鞣较蜷l室總長(zhǎng)18m。根據(jù)泄流計(jì)算成果，駝峰堰頂高程初定為95.5m，閘室由上游至下游分別布置b×h=10m×7.6m的檢修平面鋼閘門和b×h=10m×7.8m的工作平面鋼閘門，伸縮縫布置在中墩中間，閘底板厚度為1m，邊孔水閘單跨寬度為13.25m，中孔水閘單跨跨度為12.5m。攔河閘上游正常蓄水位為 102.8m，閘頂高程103.30m，閘墩頂高程108.00m。每孔泄水閘布置1扇工作平面鋼閘門，由設(shè)在高程118.55m啟閉平臺(tái)的固定式卷?yè)P(yáng)機(jī)操控。為了閘門檢修的需要，在工作閘門的上游側(cè)設(shè)置一道檢修門槽，8孔共用1扇檢修用平面鋼閘門，由移動(dòng)式電動(dòng)葫蘆吊裝。

　　主廠房?jī)?nèi)安裝2臺(tái)ZDN616-LH-275型軸流定漿水輪機(jī)，單機(jī)裝機(jī)容量2000KW的發(fā)電機(jī)型號(hào)為SF2000-36/3250，廠房右側(cè)布置二臺(tái)調(diào)速器，下游側(cè)布置機(jī)旁盤。主廠房長(zhǎng)度為27.518米，寬度15.5m，高30.98m，配置25t/6.3t橋式起重機(jī)一臺(tái)，中心跨距13.5m，發(fā)電機(jī)層高程為103.792m。

　　主廠房左側(cè)為安裝間(長(zhǎng)×寬)為14.00m×15.5m，滿足機(jī)組檢修期間同時(shí)放置定、轉(zhuǎn)子、轉(zhuǎn)輪、頂蓋、上機(jī)架等5大部件及汽車進(jìn)入安裝場(chǎng)裝卸的需要。

　　主廠房下游側(cè)布置副廠房，高程與發(fā)電機(jī)層同高程為103.792m，設(shè)高壓柜室、中央控制室等。副廠房下層高程為98.25m，布置廠用變，勵(lì)磁變及工具房，中間夾層101.592m，布置電纜走線。

　　開關(guān)站布置在主廠房左邊的安裝間下游側(cè)，平面尺寸（長(zhǎng)×寬）為19.7m×10m，地面高程為103.64m，即進(jìn)廠公路旁邊。

　　2.上游進(jìn)水口設(shè)置兩道攔污柵，提高攔污效果

　　無(wú)論大型電站還是小型電站，通常都是只在廠房的進(jìn)水口設(shè)置一道攔污柵，大型低水頭電站采用自動(dòng)清污機(jī)來(lái)清污，小型的電站就采用槽鋼或者角鐵現(xiàn)場(chǎng)焊接而成，采用人工進(jìn)行清污。這樣的設(shè)置實(shí)際運(yùn)用效果并不十分的理想，攔污效果不明顯，甚至失效。當(dāng)上游有較大較多垃圾時(shí)，容易造成清污效果的失效，攔污柵形同虛設(shè)，起不到應(yīng)有的作用，而且由于垃圾的聚集，嚴(yán)重影響了進(jìn)水口的流態(tài)和流速，對(duì)水輪機(jī)出力造成較大影響。

　　設(shè)置兩道攔污柵，第一道設(shè)置在廠房的進(jìn)水流道的前面，使用角鐵現(xiàn)場(chǎng)制作，柵條之間的間距可以較大，一般取10～15mm，主要作用是攔截較大的垃圾污物，順流態(tài)方向斜向?qū)⑽畚飳?dǎo)出廠房流道范圍，結(jié)合沖砂閘或者排污閘的設(shè)計(jì)，把垃圾污物排到下游；再在第一道柵后的5m～8m處，廠房流道前設(shè)置第二道攔污柵，采用角鐵或者槽鋼焊接而成，柵條的間距應(yīng)比第一道的細(xì)密，同時(shí)考慮水輪機(jī)的過(guò)流要求，一般取5～10mm，達(dá)到攔截較小垃圾的目的。通過(guò)兩道攔污柵的設(shè)置，工程實(shí)例證明攔污效果比一道的設(shè)置明顯，效果理想。

　　減少下游閘墩高度，取消下游尾水閘門設(shè)置

　　對(duì)于軸流和混流式立軸機(jī)組的廠房設(shè)計(jì)，下游的尾水閘門總是高出下游尾水。按照一般做法，閘墩頂和尾水閘門工作橋的高程一般都是在校核洪水位以上，這實(shí)際上是沒(méi)有必要的，很大部分體積的混凝土沒(méi)有起到什么實(shí)質(zhì)性作用，造成很大浪費(fèi)。在滿足安全穩(wěn)定的前提下，減少尾水閘墩的高度，使其僅僅高于正常尾水位，也就是減少混凝土量，直接就可以減少工程投資。同時(shí)，如果水電站機(jī)組的安裝高程比較低的話，很大部分機(jī)組在正常使用的情況下，已經(jīng)是淹沒(méi)在水里，設(shè)置尾水閘門的意義更小。機(jī)組要檢修的話，都是直接的吊放到副廠房上進(jìn)行，在小容量的小型電站，檢修時(shí)間很容易安排，干脆直接取消尾水閘門的設(shè)置，既節(jié)約了工程的投資，也增加了建筑物外觀美感。尾水閘墩的高度一般都是按滿足尾水管構(gòu)造要求厚度而定，在0.8m～1.5m之間。但對(duì)貫流式機(jī)組下游尾水閘門的設(shè)置還有必要。

　　取消了尾水閘門的設(shè)置，下游的防洪墻也相應(yīng)做出變化。從原來(lái)的閘墩位置縮進(jìn)到水輪機(jī)層的下游蝸殼外端，直接連接到發(fā)電機(jī)層或者到水輪機(jī)層，然后和中控室底下的電纜層連接，形成一個(gè)封閉的整體。

　　如果下游的校核洪水位高出發(fā)電機(jī)層較多，特別對(duì)于小Ⅱ型一類電站在200年一遇的校核洪水狀況中，中控室以上部分的窗體一般布置在校核洪水位以上0.3m～0.5m。或下部封閉，上部高出水位部分可以開啟。底下電纜層的布置要考慮到施工檢修的高度要求，可以取2.0m到2.5m。在中控室的設(shè)計(jì)當(dāng)中，還可以采用懸臂挑梁的結(jié)構(gòu)，向下游飄出1～3m，以滿足室內(nèi)電氣設(shè)備布置的要求。

　　廠房下游的防洪問(wèn)題，可以通過(guò)以下措施進(jìn)行解決，在廠房下游設(shè)置防洪門，防止設(shè)計(jì)洪水和校核洪水時(shí)倒灌；并在廠房的下游岸坡也一起設(shè)置高出設(shè)計(jì)洪水位的防洪墻。甚至對(duì)于幾千kw的小型電站來(lái)說(shuō)，遇到校核洪水時(shí)不妨就讓機(jī)組淹浸一下又如何？不少實(shí)例證明后期的恢復(fù)生產(chǎn)費(fèi)用總比一次性的防御措施投資少許多。

　　3.結(jié)束語(yǔ)

　　經(jīng)過(guò)優(yōu)化設(shè)計(jì)，廠房的穩(wěn)定和應(yīng)力情況應(yīng)重新核算，達(dá)到規(guī)范要求。通過(guò)以上各點(diǎn)措施，更加符合經(jīng)濟(jì)、實(shí)用的要求，提高了性價(jià)比，體現(xiàn)出了優(yōu)異的經(jīng)濟(jì)性。

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