魏永平

（山西省防汛应急抢险总队，山西 太原 030002）

吴家湾水电站工程设计综述

魏永平

（山西省防汛应急抢险总队，山西 太原 030002）

介绍了宁武县吴家湾水电站工程概况、根据工程建设任务、规模与枢纽总体布置情况，阐述了主要建筑物的设计过程，可为相关工程提供技术参考。工程建成后，可大大改善当地群众的生产生活条件，为经济社会的可持续发展提供有力支撑。

引水枢纽；水电站枢纽；电站厂房；吴家湾水电站

1 工程概况

吴家湾水电站位于宁武县境内石家庄村附近的黄河一级支流汾河上，引水枢纽控制流域面积约1 515 km2，为引水式电站，总装机容量6 580 kW，单机最大容量2 000 kW（其中一台现不安装），最小容量320 kW，设计年平均发电量6 580万kW·h，年利用小时数3 104 h。本着加快农村电气化建设、促进当地经济发展、减轻山区人民用电负担的原则，水电站供电对象主要为宁武县城及所辖乡镇村庄，剩余电量接入国家电网。

2 枢纽工程总体布置

2.1 工程等级和标准

吴家湾水电站为无压引水电站，水电站规模为小（二）型，枢纽工程等别为Ⅴ等，主要建筑物及次要建筑物设计级别为5级。

2.2 站址选择

考虑最大限度地利用宁武县境内的本流域水能资源，电站站址选择在宁武县与静乐县界附近。根据地形、地质条件水电站选择定河站址。

2.3 枢纽布置

工程主要建筑物包括滚水坝、冲沙闸、进水闸、引水渠道、前池、电站等。引水枢纽滚水坝布置于汾河左侧主河道内，全长210 m。滚水坝左坝头布置两孔冲沙闸，进水闸紧靠冲砂闸左岸斜向布置于其上游侧，进水闸轴线与冲沙闸轴线夹角为60°。进水闸后接引水渠道，渠道全长4.32 km，引水渠道后设渐变段与前池相接，前池与主厂房中间压力钢管连接。副厂房位于主厂房上游侧，电站主厂房下游设尾水池，尾水池与退水渠合并后进入下游河道。

3 主要建筑物设计

3.1 引水枢纽

3.1.1 滚水坝

滚水坝位于石家庄镇附近的汾河干流上，河流流向S32°W。滚水坝布置于汾河主河道左侧，右端修建至已建防洪堤处。滚水坝轴线附近河床底高程1 326.5～1 327.0 m，挖除主河床表面淤泥后新建滚水坝。滚水坝采用实用堰形式，全长210 m，坝顶高程1328.5m，坝宽8.0m，坝高4.0m，前后设齿墙，高0.5m，滚水坝采用C20混凝土浇筑。因汾河洪水过流量大，水流急，为保证工程安全，坝前设15 m长0.5 m厚浆砌石铺盖；坝后设消力池，消力池采用C25钢筋混凝土结构，底板平均厚0.5 m，池深0.5 m，消力池长12 m，为减小渗透压力，消力池和浆砌石海漫内均设直径50 mm的PVC排水管，间排距均为2.5 m，梅花型布置；消力池后设10 m长的干砌石海漫，厚0.5 m；在海漫后设2.0 m深抛石防冲槽，消力池和干砌石海漫下设0.5 m厚中粗砂反滤层。因滚水坝较长，河道河滩地质的不均匀性而引起的沉降等问题，在上游铺盖、滚水坝和消力池下做0.5 m厚碎石垫层。

因新建滚水坝后，河道内水位相应抬高，为保证原防洪堤防洪安全和有效发挥作用，对滚水坝前后段防洪堤进行加高培厚，高程至1 030.5 m，长740 m，培厚后防洪堤顶宽仍为2.5 m。

3.1.2 冲沙闸

为保证取水口不被泥沙淤积阻塞，在滚水坝左端设冲砂闸1座，与滚水坝呈“一”字平行布置。

冲砂闸为开敞式布置，设2孔，孔口尺寸均为5m× 1.8 m（宽×高），进口底高程1 326.7 m。冲沙闸采用C25钢筋混凝土结构，中墩厚1.0 m，边墩厚1.0 m，底板厚1.0 m，水闸宽5.5 m，总长13 m。闸室进口布置平板检修门和工作门各一道，检修平台高程1 331.0 m。在闸墩上设排架至启闭机平台，高程1 336.0 m，检修门和工作门均采用LQ-2×100 kN启闭机。

根据地质资料，冲沙闸地基为被滑坡扰动的砂质泥岩组成的滑动堆积层，厚度8～17 m，其上覆有1.5～3.0 m坡积碎石混合土，承载力满足要求，故冲沙闸基础设0.5 m厚碎石垫层消除闸基不均匀沉陷。

3.1.3 进水闸

进水闸布置于冲沙闸左侧，受场地限制，与滚水坝垂直布置。因引水水深较小，进水闸布置较长，根据最大引水流量确定进水闸为4孔，孔口尺寸均为3.5 m×3.9 m（宽×高）。考虑运行管理要求及闸门型式，进水闸开敞式布置，闸室进口布置平板工作门一道，并预留检修门槽一道。

进水闸宽4.5m，总长19.2m，进口底高程1327.0m。进水闸中墩厚1 m，边墩厚1.0 m，底板厚1.0 m，采用C25钢筋混凝土结构。基础采用0.5 m厚碎石垫层和0.1 m厚C15素混凝土垫层。检修平台高程1 331.0 m。在闸墩上设排架至启闭机平台，高程1 335.0 m，检修门和工作门均采用LQ-2×100 kN手电两用螺杆启闭机启闭。

进水闸采用基础与冲沙闸相同。

3.1.4 渠道

引水渠渠首与进水口进水闸相接，渠尾至电站前池，渠道全长约4.32 km。引水渠道依山势布置于汾河左岸河漫滩、阶地及山坡上。综合考虑引水流量、流速、水流夹砂情况和有效利用水头等问题，纵坡最终采用1∶3 000。为减小渠道工程投资，减少开挖和回填量，渠道选线尽量为半挖半填型式。渠道进口设计底高程1 324.8 m，出口底高程1 323.34 m，渠深4.2 m。

引水渠采用梯形断面，根据最大引水流量计算确定净底宽4 m，边坡1∶0.3，渠高4.2 m，渠道侧壁顶宽0.5 m，底宽1.61 m，渠底总宽8.22 m，满足最大过水流量34.08 m3/s的要求。引水渠采用浆砌石砌筑，为降低糙率、减小损失，渠道内部采用C20素混凝土衬砌。浆砌石采用MU30毛石M97.5水泥砂浆砌筑。

对于建在卵石混合土土基上的渠道，砌筑在土基上的渠道铺碎石垫层，厚0.2 m；对于建在湿陷性土基上的渠道，考虑渠道渗水对地基的影响，应采用0.3 m厚3∶7灰土垫层；对于建在岩基上的引水渠道，边坡开挖后外侧采用浆砌石挡墙挡水，内侧直接采用0.2 m厚C20混凝土衬砌后过水。

3.2 水电站枢纽

前池正常设计水位1 326.5 m，电站设计尾水位1303m，设计发电水头23.5m，设计引水流量34.08m3/s，总装机容量6 580 kW，年平均发电量6 580万kW·h，年利用小时数3 104 h。水电站主要由前池、电站厂房、尾水池及退水渠等部分组成。

3.2.1 前池

前池前端接引水渠道末端，由1∶5底宽4 m梯形渠道渐变为底宽10 m矩形断面，渐变段长19.0 m。前池总长65.1 m，宽10 m，底高程1 319.5 m。前池下游侧依次布置进水闸、溢流堰和退水闸。

为配合下游压力管道布置，进水闸相应布置4孔闸门，闸门间距与压力管道一致。进水闸总长44.5 m，宽5.3 m，其内设一道事故检修闸门。因渠道为开敞式长渠道，为保证机组正常运行，事故检修闸门前设一道拦污栅。拦污栅和闸孔尺寸均为2.5 m×2.5 m。因闸孔间距较大，闸墩之间为混凝土箱体，箱体内回填土以增加闸室的稳定性。闸门检修平台之上设钢筋混凝土排架至启闭机室，根据闸门检修净空要求，排架高3.5 m，启闭平台高程1 331.0 m，启闭机室结构尺寸5.49 m×12.7 m（长×宽），高4.5 m，各检修闸门设1台固定卷扬式启闭机，拦污栅共用一套电动葫芦起吊。启闭机室建筑面积236 m2。

溢流侧堰紧邻进水闸，堰长15.0 m，堰顶高程取1 326.6 m。溢流侧堰采用WES堰型，溢流面为幂曲线，幂曲线与1∶0.7坡面衔接，其后采用半径3.5 m的反弧段平顺延伸至1 319.5 m高程。

为保证冲沙效果，将退水闸布置在前池最末端。退水闸长5.0 m，宽5.5 m，其内布置检修闸门和工作闸门各一道，孔口尺寸均为3.0 m×3.0 m，闸底板高程与前池同高，为1 319.5 m。闸底板厚1.0 m，闸墩厚1.0 m，检修平台高程与前池顶齐平，1 327.5 m。闸门检修平台之上设钢筋混凝土排架至启闭机室，排架高5.2 m，启闭平台高程为1 332.7 m，启闭机室结构尺寸为5.0 m×5.5 m（长×宽），高4.2 m，检修闸门和工作闸门各设1台固定卷扬式启闭机，机室建筑面积28 m2。

前池地基为第四系上更新统低液限粉土、低液限黏土，质疏松。为减小湿陷性和提高地基承载力，前池基础需夯实碾压，并做1.5 m厚3∶7灰土垫层。

3.2.2 压力钢管

压力钢管布置于前池与电站厂房之间，压力管线与厂房纵轴垂直布置。管坡坡度采用30°，长约36.0 m。大机组采用单管单线布置，小机组共用一根直径为2 200 mm的钢管管线至电站前，后采用60°卜形分岔管分为直径1 200 mm和直径1 000 mm的两根钢管分别至各个机组。压力钢管材料为Q235C级钢，直径2 200 mm的压力钢管壁厚20 mm，直径1 800 mm的压力钢管壁厚16 mm，直径1 200 mm的压力钢管壁厚12 mm，直径1 000 mm的压力钢管壁厚10 mm。每段压力钢管前后各设镇墩2个，为保护钢管在上游镇墩下侧5 m设一伸缩节，每5.0 m设一支墩，共4个。

3.2.3 电站厂房

主厂房长84 m，宽12 m，高15.2 m（尾水底板至屋面梁底）。机组布置方式为纵向布置，机组轴线平行于厂房纵轴。主厂房沿厂房纵轴分为安装间和主机间。考虑到下游防洪问题，在下游设尾水检修门，检修平台高程1 305.0 m，共用一台2×CD15D-10型电动葫芦启闭闸门。主厂房下部结构为C25钢筋混凝土结构，底板厚1.0 m，侧墙厚1.17 m。主厂房上部结构为砖混结构，吊车梁轨顶高程为1 312.7 m，主厂房屋面梁底高程1 315.2 m，建筑面积约1 080 m2。

副厂房位于主厂房上游侧，长63 m，净宽6 m，高5.1 m。室内地面高程1 305.2 m，由中控室、低压配电室、站内变压器室、高压开关室等组成。主变压器场布置于副厂房右侧，共设3台主变压器。35 kV开关室长30 m，宽8.1 m，建筑面积240 m2，四周设铁丝网围栏。

TM622

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1004-7042（2016）12-0032-02

魏永平（1980-），男，2008年毕业于太原理工大学水利工程专业，经济师。

2016-10-17；

2016-11-29