Ｂｙ ＺＨＡＯ Ｎｉｎｇ：ＲｅｎＯＶａｔｉＯｎ ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ｄｉｓｃｈａｒｇｅ ｇａｔｅ ａｔ ｔｈｅ ｆｏｒｅ ｂａｙ ｏｆ Ｚｈａｎｇｃｕｎ ｈｙｄｒｏｐｏｗｅｒ ｓｔａｔｉｏｎ 浅谈张村小型水电站前池退水闸改造设计 赵宁 （黄河勘测规划设计有限公司，河南郑州４５０００３） 摘要：小水电经过一定时段的运行后，需要对其进行必要的维修和改造。现以张ｔ，ｔ４，水电站前池退水闸的改造 设计为例，分别从改造方案比选、结构设计、采用补偿收缩混凝土来解决工程实际问题三方面介绍了整个改造过程 的设计，同时提出了对小水电改造的思考。 关键词：技术改造；方案比选；补偿收缩混凝土 Ｔｉｔｌｅ：Ｒｅｎｏｖａｔｉｏｎ ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ｄｉｓｃｈａｒｇｅ ｇａｔｅ ａｔ ｔｈｅ ｆｏｒｅ ｂａｙ ｏｆ Ｚｈａｎｇｃｕｎ ｈｙｄｒｏｐｏｗｅｒ ｓｔａｔｉｏｎ／／ｂｙ ＺＨＡＯ Ｎｉｎｇ／￣ｅｌｌｏｗ Ｒｉｖｅｒ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｃｏｎｓｕｌｔｉｎｇ Ｃｏ．，Ｌｔｄ． Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｂｅｅｎ ｉｎ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ｆｏｒ ｓｏｍｅ ｔｉｍｅ，ｍａｉｎｔｅｎａｎｃｅ ａｎｄ ｒｅｎｏｖａｔｉｏｎ ｓｈｏｕｌｄ ｂｅ ｃａｒｒｉｅｄ ｏｕｔ ｆｏｒ ｓｍａｌｌ ｈｙｄｒｏｐｏｗｅｒ ｓｔａ— ｔｉｏｎｓ．Ｃｏｍｂｉｎｅｄ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｒｅｎｏｖａｔｉｏｎ ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ｄｉｓｃｈａｒｇｅ ｇａｔｅ ａｔ ｔｈｅ ｆｏｒｅ ｂａｙ ｏｆ Ｚｈａｎｇｃｕｎ ｈｙｄｒｏｐｏｗｅｒ ｓｔａｔｉｏｎ，ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｉｎ・ ｔｒｏｄｕｃｅｄ ｔｈｅ ｐｒｏｃｅｓｓ ｉｎ ａｓｐｅｃｔｓ ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ ｓｃｈｅｍｅｓ ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ，ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ ａｄｏｐｔｉｏｎ ｏｆ ｓｈｒｉｎｋａｇｅ—ｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｎｇ ｃｏｎｃｒｅｔｅ．Ｆｕｒｔｈｅｒ．ｓｏｍｅ ｃｏｎｓｉｄｅｒａｔｉｏｎｓ ｗｅｒｅ ａｄｖａｎｃｅｄ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｔｅｃｈｎｉｃａｌ ｒｅｎｏｖａｔｉｏｎ；ｓｃｈｅｍｅｓ ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ；ｓｈｒｉｎｋａｇｅ－ｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｎｇ ｃｏｎｃｒｅｔｅ 中图分类号：ＴＶ７３６ 文献标识码：Ｂ 文章编号：１６７１—１０９２（２０１１）０２—００４２—０２ １张村小型水电站改造工程现状 小水电是促进社会可持续发展的可再生能源， 在调节农村能源结构、解决农民生活燃料方面发挥 了巨大的作用。目前，我国小水电经过几十年的运 行，需要更新改造、扩容的小水电站约为８ ０００ ＭＷ， 这些电站普遍技术性能差，存在许多不同程度的技 术问题。 改造或扩建，且相关的工程量较大。同时考虑安全 和经济两方面，发现改造溢流堰前池退水闸要比改 造渠道及渠系建筑物更可行。 ２张村电站前池退水闸的技术改造 张村电站前池设有溢流堰，堰长１０ ｉｎ，堰高 ６．６ ｍ，两侧挡墙高８ ｉｎ，厚１．１ Ｉｎ，堰底设有一座１．５ ｍＸ１．５ Ｉｎ的退水闸。尽管前池总体工程量较小，但 为了优化设计，对其进行以下方案比选。 ２．１方案比选 ２．１．１水力自动翻板闸门方案 张村电站建于上世纪７０年代，为渠道引水式电 站，引渠长度约１３．５ ｋｍ，３台机组，装机容量８．４ ＭＷ （１×３．２ ＭＷ＋１ｘ３．６ ＭＷ＋１Ｘ１．６ ＭＷ）。电站出现的 问题为：渠道及渠系建筑物年久失修，病坏严重，渠 道淤积严重，机电设备陈旧落后、老化失修、制造厂 家繁杂、不同程度的超期服役等。上述问题导致电 站运行时安全可靠性低、损耗大、发电效益低下、事 故隐患较多，并且，由于上游禹门河、崇阳两级电站 的相继建成和故县水库运行方式的改变，为有效利 水力自动翻板闸门的工作原理：利用杠杆的力 矩平衡原理，在水压力及闸门自重的共同作用下使 闸门绕水平铰轴转动，从而达到自动启闭的目的， 无需专用动力资源。优点是过流能力强、水位涌高 少、结构简单、施＿丁方便。存在的问题：首先，运行 用洛河水资源、进一步提高电站性能，需对电站从 结构和设备上进行必要的改造。在对张村电站进 行复核时还发现：当机组全部丢弃负荷时，即使考 虑前池现有底孔退水闸的排泄作用，前池中的最高 水位仍会高出堰顶０．８３ Ｉｎ，受涌水影响，会有相当一 部分渠道及渠系建筑物因不满足涌水高度而需要 稳定性差，因其启闭主要是由闸门所受水压力和其 自重在门铰处力矩的变化引起的，对启闭运用条件 要求较高，且翻板闸门泄水时门叶处于流水之中， 容易发生磨损、撞击和振动等不良现象；其次，运行 时对水质的要求较高，若杂物堵塞在铰座周围会严 重影响闸门的启闭，而且当来水速度较大时，杂物 、 ｊ Ｄａｍ ａｎｄ ｓａ ２０１１．２ ｗｗｗ．ｄａｍ．ｃｏｍ．ｃｎ 极易使闸门失控或卡死ｎ 。 ２．１．２启闭式闸门方案 现状退水闸为底孔启闭式闸门（见图ｌ，图中阴 影为拆除部分），其金结埋件失效较多，考虑到对埋 件进行维修的难度较大，可通过封堵现有底孔，新 建一底孔启闭式闸门及上部启闭设备以达到排泄 水量的目的。 综合考虑以上两方案，尽管水力自动翻板闸 ｆ－ＪＪａ过流能力强、水位涌高少、结构简单、施工方 便等诸多优点，但结合工程实际情况，由于张村电 站的引水渠较长，引渠又途经村庄，电站前池肯定 会出现一些杂物，这会影响闸门的启闭；又由于自 动翻板闸门对启闭运用水位的要求较高，闸门启 闭潜在的危险性较大。对启闭式闸门而言，尽管 需要专门配置启闭设备，不是很经济，但只要启闭 容量满足一定要求，金结构件完好，就能完全保证 闸门的启闭。综合考虑，最终决定采用启闭式闸 门方案。 （ａ）平面图 （ｂ）剖面图 图１底孔启闭式闸门示意图 Ｆｔｇ．１ Ｓｋｅｔｃｈ ｏｆｔｈｅ ｈｏｉｓｔｉｎｇ ｇａｔｅ ａｔ ｔｈｅ ｂｏｔｔｏｍ ｈｏｌｅ ｗｗｗ．ｄａｍ．ｃｏｍ．ｃｎ 赵宁：浅谈张村小型水电站前池退水闸改造设计 ２．２结构设计 ２．２．１设计思路 首先，对结构进行稳定复核。采用启闭式闸门 方案改造，施工时要凿除一部分混凝土，这会影响 到现有结构的安全，具体表现为凿除混凝土后两侧 剩余挡墙的稳定性问题，分别对其进行抗滑和抗倾 稳定性分析。 抗滑稳定按下式计算： Ｋｃ＝ ．＃ＸＧ／，ＹＨ［Ｋｃ １式中，Ｋｃ：抗滑稳定安全系数； 。】：允许的抗滑稳定安全系数； 厂：挡墙基础底面与地基的摩擦系数； ：作用于挡墙的竖向荷载之和，ｋＮ； ＸＨ：作用于挡墙的水平荷载之和，ｋＮ。 抗倾稳定按下式计算： Ｋｎ＝ Ｍｖｆ ＭＨ≥Ｉ Ｋ０ １ 式中， ：抗倾覆稳定安全系数； ［矧：允许的抗倾覆稳定安全系数； ：全部荷载相对挡墙前趾的抗倾覆力矩， ｋＮｍ； ：全部荷载相对挡墙前趾的倾覆力矩， ｋＮｍ。 计算结果表明，凿除混凝土后两侧剩余挡墙的 抗倾不满足要求，为了保证施工安全，要求施工过 程中必须采取相应的支护措施。 其次，对闸底板进行基底应力复核。改造后， 闸底板的受力情况及受力部位发生了改变，为了避 免产生不均匀沉降，通过下式对基底应力进行复 核： Ｐｍａｘ＝ ６ ＋ ￡／ ，Ｐ， 凡＝ＸＧ／Ａ一 ｎ ／ 式中， ：全部竖向荷载之和，ｋＮ； Ａ：基底面面积，ｍ ； ：全部荷载对闸底板垂直水流方向的形心 轴的力矩之和，ｋＮｍ； ：基底对于该底面垂直水流方向的形心轴的 截面矩，ｍ ； 复核结果表明闸底板最大最小应力比满足设 计要求。 再次，结构设计。对各部分新建结构按照各自 的受力情况进行具体的结构设计。 ２．２．２细部处理 技术改造工程是在现有工程的基础上进行的， （下转第４７页） ｒ、 ２０１ １．２大坝与安全 郑积花，等：江山市峡口水库发电输水隧洞进水口闸门竖井开挖爆破安全控制及评价 衰减规律。 于爆破振动安全允许标准，达到了预期控制爆破的 （２）竖井扩帮爆破监测：竖井扩帮爆破期间爆 目的。 破药量相对较大，对关键循环进行振动监测，将监 测结果反馈给施工单位，实现信息化施工。 ５结语 ４．３监测成果分析 ２００９年ｌ１月２４日～１２月２６日，对闸门竖井爆 爆破振动监测结果表明，在闸门竖井爆破开挖 破施工进行振动监测。除ｌ１月２４日振动测点布 过程中，大坝上游面控制测点位置的振动速度小于 置在上游坝面附近地表岩石上外，其他测点均布 ７ ｅｍ／ｓ，符合设计和相关规范要求，控制爆破效果明 置在上游坝面混凝土上。由于大坝属于大体积混 显，达到了对大坝、发电输水隧洞等邻近结构有效 凝土，质量刚度大，故同等爆破药量情况下坝体表 保护的目的。 ■ 面测得的振动速度比坝体附近岩石上的振动速度 要小一些。 收稿１５ｔ期：２０１１－Ｏ１—０４ 闸门竖井爆破于２００９年１２月２６日完成， 作者简介：郑积花（１９７７一），女，浙江省江山市人，工程师，长 从监测结果看，上游坝面控制测点的振动速度小 期从事大坝安全运行管理工作。 （上接第４３页） 新老材料界面问的处理比较关键。对于张村电站 ３有关小水电改造的思考 前池退水闸而言，新老材料间的止水和新材料的抗 裂要求也比较高。设计过程中，为达到优化设计的 关于张村电站前池退水闸的改造，从安全和经 目的，新老材料界面间不但进行了植筋处理，且新 济两方面，对结构设计进行了比较细致全面的考 浇筑混凝土没有采用常规的普通混凝土而是用了 补偿收缩混凝土。补偿收缩混凝土是利用膨胀剂 虑，并提出了采用补偿收缩混凝土来改善结构的防 裂、抗渗性，为以后同类工程提供了借鉴。 产生较高的膨胀率，利用缓凝高效减水剂和粉煤灰 结合张村电站前池退水闸的改造，个人认为尽 降低水泥用量和水化热，从而减少冷缩值，也就是 管小水电技术改造工程是基于现有工程进行的局 说在大体积混凝土施工时，采用补偿收缩混凝土， 部改造，但不能只是简单的修修补补、以新换旧，应 可适当放宽温控指标，可不用冷却砂石、在混凝土 中埋设冷却管等传统方法，就可以达到防裂、抗渗 尽力做到设计、施工及设备等方面的再次创新。■ 的原理口 。从补偿收缩混凝土防裂、抗渗的原理可 以看出，其以自身适度的膨胀抵消收缩裂缝，达到 参考文献： 与体的紧密结合，自身的抗裂性也较普通混凝 川吴卫峰，李靖谊．液控翻板闸门的设计与应用［Ｊ］．中国水 利，２００９（２０），５４． 土大为提高。 ［２】李长河，安喜民．补偿收缩混凝土的优越性及其在市政工 在张村电站前池退水闸技术改造当中，补偿收 程中应用［Ｊ］．黑龙江科技信息，２ｏｏ８（１１），１８１． 缩混凝土充分发挥了自身防裂、抗渗的作用，而且 简化了混凝土的施工工艺。 收稿日期：２０１０—１０—２６ 现该工程已改造完成，运行情况良好，说明补 作者简介：赵宁（１９７８一），女，工程师，主要从事水工设计 偿收缩混凝土的应用是很成功的。 工作。 欢迎投稿欢迎订阅欢迎刊登广告 ｗｗｗ．ｃｌａｍ．ｃｏｒｎ．ｃｎ
