水电站厂房设计经验与发展方向

龙源期刊网水电站厂房设计经验与发展方向作者：李振华来源：《中国新技术新产品》2015年第21期摘要：我国水电站厂房设计已经达到一定水平，技术上有了长足进步。本文基于现行的《水电站厂房设计规范》，总结分析了国内已建水电站厂房设计经验，并参考国内外已建、在建工程的一些科学研究成果，畅想了国内水电站厂房设计发展方向，以推进国内水电站厂房设计技术进步。关键词：水电站厂房设计；设计经验；发展方向中图分类号：TV735文献标识码：A从新中国成立至今，我国水电站从无到有，厂房设计技术也随之不断发展着，已经达到了一定水平，积累了丰富的设计经验。这些较为成熟的设计技术和设计经验为我国水电站厂房建设提供了科学指导，是水电站厂房建设中不可缺少的重要力量。但是，在科技发展浪潮中，水电站厂房设计不应停止不前，应在总结前人经验基础上不断吸收有益成果，持续发展壮大，展望未来，跟上时代发展潮流。一、我国水电站厂房设计经验厂房是水电站枢纽的重要组成，在几十年发展中，随着水电站建设的快速发展，厂房设计技术有了长足进步，积累了大量的独具本国特色的设计经验。初步统计，我国已建、在建的大中型水电站厂房有220余座，其中约有57座250MW以上的大型水电站厂房，约有20座1000MW以上的大型水电站厂房。如此的数量和规模，在国际上已位列前茅，在设计上积累了大量的有益成果。第一，厂房型式多种多样。水电站厂房一般都是根据地形地貌、地质条件、开发方式和枢纽总体布置设计的，在几十年建设中已经形成了各式各样的厂房结构。目前，我国水电站厂房型式主要有河床式、坝后式、岸边式、坝内式、厂顶溢流式及厂前挑流式、地下式等。其中，坝后式应用最为广泛，在上文提到的57座大型水电站厂房中，有20座是采用坝后式型式建立的。通常情况下，坝后式厂房易采用厂、坝分离模式，就是在厂、坝之间用伸缩沉陷锋隔离开来，不互相传递受力，这样的话，任何情况下，厂房都可以不受坝的影响，维持自身稳定性，满足强度要求。正是因为这一点，这一型式在水电站厂房设计中才得到了广泛应用。第二，厂、坝联合作用。除了积累了一大批坝后式厂房设计经验外，在厂、坝联合作用上也得到了明显发展。坝后式适用于大多数水电站厂房设计，但是一些地区下游供水位变幅大，尾水位高，采用采用坝后式厂房，根本满足不了厂房稳定性、强度的设计要求。而且，坝基中存在着不少不利于大坝稳定的软弱面，为此，需要联合厂、坝的作用，为此，设计了厂、坝联龙源期刊网合作用的型式。例如，石泉水电站，由于尾水位较高，严重影响了厂房的抗倾覆能力和稳定性，因而在厂、坝之间未设置伸缩缝和插筋，紧靠坝基下部浇筑厂房下部混凝土，待混凝土干缩后自然形成平缝。当尾水位达到一定高度，厂房向上游倾倒时，就可以借助坝基的抗力来增强厂房结构稳定性。石泉水电站厂房在这样设计下，多年运行以来未发生任何事故。在采用厂、坝联合作用形式的厂房时，要恰当设计厂、坝的链接方式，确保厂房下部策结构应力不超过允许限制。为此，设计时要尤为重视联合下厂房下部应力状态和变位试验研究。第三，厂房的选址与布置。在水电站厂房选址上，主要考虑水流、交通等条件，使主厂房位于主航道中央，高度适中。同时，地面坡度要小，便于充分利用水流。在厂房布置上，要充分结合水电站厂房施工地情况，尽量减少不必要的开挖，纵线要沿河顺流方向进行设计。而厂房整体结构设计一般包括上下两部分，上部结构有厂房屋顶、发电机层，下部主要指的是水下部分。对于厂房水下部分的板、墙、墩，一般要求有足够厚度，但是其混凝土施工不同于一般工民建工程，与大坝大体积混凝土施工也有一定区别。之所以表现这样，主要与水下结构温度应力有关。为满足水下结构强度、防渗要求，消减温度应力影响，防治发生裂缝问题，仅仅靠计算和增加配筋是不够的，最好采用分层分块的设计方式。因为一般的温度控制措施根本满足不了厂房水下结构设计要求，还需结合结构措施来强化水下结构强度。具体措施就是在特定部位预留“封闭块”，在水泥化热和干缩裂缝结束后再回填“封闭块”，这样就有效减弱了水泥化热和干缩裂缝的不利影响。二、水电站厂房设计发展方向展望目前，我国水电站建设重点是发展调节性能好的大型水电站，大力建设抽水蓄能水电站。在此发展目标下，水电站厂房建设工作需要跟上其脚步，加大探讨与研究力度。在现有的基础上，对坝内式厂房布置型式、厂前挑流式、厂顶溢流式等进行因地制宜的考虑比较，将厂、坝联合作用、蜗壳联合作用和锚喷支护等放置在同一位置上供厂房设计参考，对地震荷载、温度应力、地下厂房车围岩稳定等进行科学分析与论证，充分利用好现有的设计成果。与此同时，在现有成果基础上展望水电站厂房设计的未来。第一，地下厂房应用越来越广泛。气候、大坝施工等因素对地下厂房的干扰较少，与地上厂房相比，优越性明显。以前，受限于开挖技术和监测手段的发展，一直未得到广泛应用。但是随着地下空间开发与利用技术、监测手段的快速发展，地下厂房设计难度有了大幅度降低，越来越多的大中型水电站选择地下厂房。第二，灯泡室机组厂房广泛应用于低水头电站中。与以往的厂房型式相比，灯泡室机组厂房具有工作效率高、过流能力大、工程量少等优势，正在逐步成为低水头电站厂房型式中的主流。龙源期刊网第三，厂房CAD系统向着更开放、集成、智能和标准化方向发展。在水电站厂房设计中，CAD是一个重要的辅助工具，它集设计、计算、绘图为一体，可以对不同型式、不同机组类型的厂房进行分析比较，从中最优设计方案。随着计算机技术、多媒体技术和各类厂房图形图库的出现，厂房CAD系统设计日益智能、标准，开放、集成等程度会越来越高。结语总之，我国水电站厂房设计经过几十年发展，积累了许许多多有益的设计成果，作为一名设计者应很好的利用前人成果，并在此基础上改善与创新，利用发展中的科学技术厂房设计的新方法，使其迎来新的发展契机。参考文献[1]水利电力部水利水电规划设计院、华东水利学院.水工设计手册（第七卷）——水电站建筑物[M].北京：水利电力出版社，2012，11（03）：43-46.[2]SL266-2001，水电站厂房设计规范[S].[3]钮新强，汪基伟，章定国，等.新编水工混凝土结构设计手册[J].中国水利水电，2010（12）.