巴基斯坦納塔爾水電站取水建筑物的設(shè)計(jì)與施工

1、巴基斯坦納塔爾水電站取水建筑物的設(shè)計(jì)與施工 摘要：巴基斯坦納塔爾水電站，位于巴基斯坦北部地區(qū)，是以發(fā)電為目的的水利水電樞紐工程，電站安裝3臺(tái)單機(jī)容量6mw的臥式?jīng)_擊式水輪發(fā)電機(jī)組，總裝機(jī)容量18mw。取水建筑物由閘壩式改為溢流式底欄柵壩、底欄柵出口設(shè)沉砂池，有效地解決了山區(qū)河流落差大、壩前淤積嚴(yán)重，取水口易被堵塞的問(wèn)題。 關(guān)鍵詞：水電站； 取水建筑物；設(shè)計(jì)；施工 中圖分類(lèi)號(hào)：s611 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：a 文章編號(hào)： 1、工程概況 納塔爾水電站位于巴基斯坦北部地區(qū)吉爾吉特市納塔爾峽谷的流域內(nèi)。水電站工程主要建筑物由底欄柵壩、沉砂池、引水鋼管、引水渠道、電站前池、壓力鋼管、電站廠房、尾水渠、升壓站、中

2、心變電站、輸電線路等組成。電站安裝3臺(tái)單機(jī)容量6mw的臥式?jīng)_擊式水輪發(fā)電機(jī)組，總裝機(jī)容量18mw，單臺(tái)機(jī)組額定流量1.73m3/s.。納塔爾峽谷呈不對(duì)稱“u”型谷，峽谷兩岸均為陡坡，峽谷內(nèi)的納塔爾河落差大，河面窄，水流湍急，屬于山區(qū)河流，河流水源主要來(lái)自納塔爾上游的高山積雪融水，雨季因降雨常產(chǎn)生洪水、泥石流。 2、取水建筑物的選擇及總布置 由于納塔爾河落差大，河面窄，水流湍急，尤其是汛期，湍急的洪水帶有大量泥沙，同時(shí)伴有大量礫石、塊石等推移質(zhì)，一場(chǎng)洪水即可將閘壩於滿，通用的閘式取水口常被重達(dá)幾噸甚至十幾噸的大塊石於、堵，這樣大的石塊很難靠水力清除，只能采用機(jī)械清理，經(jīng)常造成取水口不能正常工作，

3、為此，經(jīng)多方面比較，將原設(shè)計(jì)的閘壩取水方式改為溢流式底欄柵壩。 底欄柵壩布置在納塔爾河上游峽谷段，壩軸線垂直于主河道，橫貫全河床布置，右岸為與山體相接，左岸與擋土墻相接。沉砂池布置在底欄柵壩彎涵段下游， 為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，池底設(shè)置兩處排砂廊道，泥砂通過(guò)排砂道排入下游河道，排砂孔由兩扇鑄鐵閘門(mén)控制。在沉砂池出口設(shè)置一溢流側(cè)堰，溢流消能采用跌水式，溢流經(jīng)過(guò)跌水消能后進(jìn)入下游河道，具體布置見(jiàn)附圖“納塔爾電站取水建筑物布置圖”。 3、底欄柵壩結(jié)構(gòu)形式 根據(jù)選定的底欄柵壩壩址，結(jié)合地形、地質(zhì)、水文等自然條件，底欄柵壩軸線布置成垂直于天然主河道。 底欄柵壩全長(zhǎng)17.00m，右壩頭與山體連接，留有1.45m

4、實(shí)心混凝土溢流堰體，左壩頭與擋土墻連接，留有1.45m空心混凝土溢流堰體， 最大壩高4.96m。壩上游設(shè)寬度為2.5m的漿砌石護(hù)底，下游設(shè)寬度為10m的混凝土護(hù)坦。底欄柵壩段長(zhǎng)14.10m，底欄柵壩廊道寬3.00m，底欄柵壩廊道底坡由4段折線連接。水通過(guò)暗涵引至沉沙池，并設(shè)有閘門(mén)。閘門(mén)采用兩孔，孔口尺寸為1.50m1.50m，在閘門(mén)上方設(shè)工作平臺(tái)，樞紐段河道左岸采用重力式漿砌石擋墻，直線段擋墻插入坡岸。 4、底欄柵進(jìn)流計(jì)算 當(dāng)水流流經(jīng)欄柵時(shí)，一部分水流由欄柵間隙流入廊道，另一部分仍沿水流方向流向下游。這兩種水流互相制約，使柵頂流態(tài)較為復(fù)雜。底欄柵進(jìn)流量的大小與廊道的流態(tài)有關(guān)，本工程設(shè)計(jì)廊道的流

5、態(tài)采用無(wú)壓。 底欄柵進(jìn)入廊道的流量按下式計(jì)算： 經(jīng)過(guò)疊代計(jì)算得需要的欄柵水平投影長(zhǎng)度b=2.43，考慮欄柵間隙堵塞，實(shí)際采用長(zhǎng)度比計(jì)算長(zhǎng)度大25，最后取欄柵水平投影長(zhǎng)度b=3m，能夠滿足取水流量不低于13.50 m3/s的排沙及6.24 m3/s的引水流量要求。 5、沉砂池的結(jié)構(gòu)型式及主要設(shè)計(jì)參數(shù) 根據(jù)壩址樞紐區(qū)地形、地質(zhì)條件，左岸地勢(shì)較開(kāi)闊，滿足沉砂池布置，沉砂池布置在樞紐附近也有利于工程運(yùn)行、管理，綜合比較后，沉砂池與引水渠道布置如下：底攔柵溢流堰出水廊道經(jīng)轉(zhuǎn)角90º后與沉砂池進(jìn)水閘相接，沉砂池進(jìn)水閘孔口尺寸為1.5m1.5m兩孔， 閘頂設(shè)工作平臺(tái)， 閘門(mén)為鑄鐵閘門(mén)， 沉砂池總長(zhǎng)

6、為80m，首先為20m長(zhǎng) 的擴(kuò)散段， 擴(kuò)散段后面為50m長(zhǎng)的沉砂池工作段廂體，工作段最大水深4.50m，工作段凈寬度為10.0m，池底分別設(shè)置兩處排砂廊道，排砂廊道出口設(shè)1孔1.5m1.5m的排砂底孔，砂通過(guò)排砂道排入下游河道，排砂底孔由鑄鐵閘門(mén)控制。沉砂池出口以半徑r=10.00m收縮后與埋設(shè)鋼管連接，沉砂池收縮弧段中部為排泄多余洪水，設(shè)置一寬度為5.0 的溢流側(cè)堰，溢流側(cè)堰軸線與沉砂池縱軸線夾角為45.00º，溢流消能采用跌水式，溢流經(jīng)過(guò)跌水消能后進(jìn)入下游河道。 沉砂池工程設(shè)計(jì)參數(shù)如下： a) 水文及泥砂，實(shí)測(cè)懸移質(zhì)最大含砂量0.02%，其顆粒分配曲線由于沒(méi)有實(shí)測(cè)料，設(shè)計(jì)中參考已

7、成工程資料，并在沉砂池的沉降設(shè)計(jì)中采用了最大的泥砂含量值； b) 水電站工作前池設(shè)計(jì)引用流量5.19m3/s；加大引用流量6.24m3/s； c) 沉砂池泥砂沉降設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)； 根據(jù)水電站的額定水頭，確定沉砂池設(shè)計(jì)的最小沉降粒徑標(biāo)準(zhǔn)為0.2mm。大于等于設(shè)計(jì)粒徑的泥砂沉降率取8085。 6、工程應(yīng)用效果及幾點(diǎn)經(jīng)驗(yàn) 本工程由于汛期遇洪水時(shí)漂石、塊石較多，一場(chǎng)較大的洪水就能把壩前淤滿，淤積的石塊及泥沙處理相當(dāng)困難，采取底欄柵取水，當(dāng)泥沙把壩前全部淤滿后，泥沙經(jīng)過(guò)溢流壩頂時(shí)，大于柵隙粒徑的礫石隨水流排向下游，小于柵隙粒徑的礫石及泥沙隨水流進(jìn)入廊道，經(jīng)進(jìn)水閘進(jìn)入沉砂池進(jìn)行沉沙處理，即有效地解決了淤積物清理

8、困難的問(wèn)題，又能保證在枯水期將河水全部引入沉砂池，有效地保證了水資源的充分利用。 在本工程運(yùn)行過(guò)程中，總結(jié)了以下幾方面經(jīng)驗(yàn)： 1、矩形底欄柵柵條間隙易被條形石塊堵塞，柵條若改成“t”字形能夠有效地解決此問(wèn)題。 2、納塔爾河道坡度很大，汛期水流湍急并攜帶大量大塊石，對(duì)壩體及下游護(hù)坦產(chǎn)生很大的沖擊力，使混凝土遭受破壞；同時(shí)，由于工程處于寒冷地區(qū)，冬季河水流量很小，水流不能完全覆蓋壩體及下游護(hù)坦，大部分壩體及護(hù)坦表面在冬季處于裸露狀態(tài)，使混凝土凍融次數(shù)明顯增加，為解決此問(wèn)題，壩體混凝土強(qiáng)度以不低于30mpa為宜；護(hù)坦應(yīng)混就地取材，將混凝土護(hù)坦改為拋石混凝土護(hù)坦，以不小于800mm的卵石為主，石縫間灌入強(qiáng)度不低于30mpa的混凝土。 3、汛期沉砂池排沙量很大，為有效排沙，排沙廊道底板應(yīng)向排沙閘方向有一定坡度. 7、結(jié)束語(yǔ) 納塔爾取水樞紐采用了底欄柵型式取水，解決了山區(qū)河流泥沙和推移