薩彥-舒申斯克水壩

薩彥-舒申斯克水壩

薩彥舒申斯克水電站建在俄羅斯西伯利亞葉尼塞河上游,位於克拉斯諾雅爾斯克州宋努斯克市附近。重力拱壩,最大壩高245m,總裝機640萬kW,多年平均發電量235億kW·h。水庫總庫容313億m3 ,有效庫容147億m3 ,為多年調節水庫。工程具有發電、灌溉、航運和供水等綜合經濟效益。工程於1968年動工興建,1975年10月11日河道截流,1978年第1台臨時機組在60m水頭下投入運行,這時主體工程澆築的混凝土量約為全部混凝土工程量的1/3(320萬m3 ),1989年全部工程竣工。

簡介

壩區屬大陸性氣候,多年平均氣溫為1℃,1月份最低氣溫為-42℃,6~8月氣溫35~36℃。壩區年降雨量665mm,日最大降雨量89mm。壩址以上集水面積18萬km2,多年平均流量1480m3/s,春夏冰雪解凍期為壩區洪水季節,5~6月實測洪峰流量10000~12000m3/s。最大的理論推算流量為25000m3/s(萬年一遇),百年一遇春季最大設計流量13500m3/s,最小流量500m3/s。多年平均輸沙量442萬t,水流平均含沙量0.095kg/m3。冬季為枯水期河床流量只有200~300m3/s。春秋兩季常有流冰出現,造成施工困難。壩區為西薩彥山塊峽谷地形,葉尼塞河穿過這段峽谷流到下游30km處進入寬闊的努辛斯克盆地,形成多灘的河道。 壩區兩岸岩層較陡,水流湍急,基岩多為堅硬的結晶頁岩,是修建高壩的良好基礎。壩址呈梯形峽谷,平水年河槽寬350m,最高水位時河槽寬可達400m左右。兩岸岸坡傾角38°~48°,壩頂高程處寬1066m,河谷寬高比4.351。河床沖積層厚10m。壩址段屬西薩彥構造帶,目前仍在繼續上升,地震烈度為7度。整個壩區岩層為變質結晶頁岩,含有明顯的綠簾閃石石英礦物成份。壩址岩層一般由北向南傾斜,並受到北東向褶皺帶的嚴重擠壓。壩址距構造破碎帶較遠。樞紐布置薩彥舒申斯克水利樞紐由攔河壩、泄水建築物和水電站等主要建築物組成。攔河壩為混凝土重力拱壩,最大壩高245m,壩頂長1066m,壩的長高比為4.35。壩頂厚25m,壩底最大厚度114m,大壩迎水面(上游面)為垂直面,平面半徑可達600m,下游面做成變化的坡度(1∶0.05~1∶0.70)。傳遞到大壩底部中心部位和兩岸的聯接段的主壓應力達到7~9MPa,上部(拱冠)承受的水平壓應力達7~8MPa,局部壩體產生的拉應力主要是在上游面。為了防止拉應力對壩體的有害影響,拱壩下部都做成變化的半徑,兩岸聯接段要小。大壩分為右岸溢流壩段、左岸廠房壩段及兩岸非溢流壩。溢流壩段長189.6m,共布置11個溢水孔,孔口尺寸為5m×6m,進口高程479m,最大泄量按宣洩萬年一遇洪水設計,流量為13600m3/s。進口處裝有平面定輪閘門,工作水頭61m,出口處裝弧形工作閘門,尺寸為5m×6m,工作水頭110m。溢流面設有挑坎式和坎槽式摻氣設施。下游設有長142m的消力池,起點處寬130.6m,末端設消力檻,檻高29m,此處寬度為112m,最大單寬流量121m3/s。消力池後為混凝土海漫,末端寬97m。消力池底板為15m×12.5m、厚2.5m的鋼筋混凝土板,板下有混凝土墊層,厚度不小於0.5m。板面接縫深0.4m處有水平不鏽鋼止水片,沿周邊縫設兩層止銅片。為了導流,在溢流壩段壩體底部設有導流底孔,進口高程374m(共11孔,其中兩側兩孔進口高程較高,尺寸為5.3m×11m,在壩體中部設有初期運用溢流孔,進口高程388m。消力池在運行過程中,曾遭到多次破壞。1978、1982年檢查發現底板破壞深度分別達0.2~0.3m和1.0~2.8m。1985年夏秋,溢流壩5個孔過流,流量達4500m3/s,11月底檢查發現80%的底板面積遭到破壞,有的部位岩基沖深達8m,錨桿拉斷,底板與基礎脫開,沖走混凝土2.7萬m3、基岩3000m3。主要原因是:過流時間過長(44號和45號壩段溢洪時間長達60d和70d);由於早期補強填料破壞底板基礎產生脈動壓力,消力池首部和底部底板脈動壓力分別達11~12m和3~4m水頭。先後進行了3次補修。修復主要措施為基礎水泥灌漿、表面補澆一層混凝土、沖刷區塗聚合物料,設錨筋等。修復研究中得出的基本經驗是:①溢流壩泄槽末端設附加鼻坎,改善運行條件,可使底板上的脈動壓力荷載降低1/2;②動水壓力計算,一般取最大脈動壓力值為消力池進口流速水頭的7%~9%,此值可降低10%~15%;③平均厚6m,尺寸為6.25m×7.5m的底板,如接縫不灌漿,縫記憶體在脈動壓力作用,會破壞底板安全。廠房壩段長331.8m,布置有進水孔和壓力鋼管。孔口設有攔污柵和平板運行閘門,孔口尺寸為7.5m×10.5m。壓力鋼管布置在大壩下游面,這樣不致於削弱應力集中的部位,還可保證大壩施工期間管道安裝工作和混凝土施工不致相互干擾。壓力鋼管內徑7.5m。

主要發電機組

廠房內共布置有10台單機容量64萬kW的立軸混流式水輪發電機組。水輪機為PO230/833-677型,轉輪直徑6.77m,轉速142.8r/min,比轉數58.3mkW。額定水頭194m,流量358m3/s,額定出力65萬kW,最大水頭212m,最大出力73.5萬kW,轉輪重156t。最高效率96%。轉輪採用耐空蝕不鏽鋼製造。發電機為傘式,額定電壓15.75kV,額定容量為711MVA,最大容量736MVA,轉子採用強制風冷,定子採用水內冷。發電機轉子重935t,發電機總重1860t。電廠發出的電能通過500kV和750kV高壓輸電線送到左岸露天配電站,然後輸入電力系統。機組的正常工作水頭是175~220m,但首批2台機組60m水頭開始即發電,運行水頭範圍為60~140m,採用臨時轉輪,直徑6m,60m水頭下出力15.5萬kW,140m水頭下出力40萬kW。當水庫水位超過460m時,更換為正式轉輪。為配合低水頭臨時發電要求,設6個臨時進水口,分別按3個高程布置,1、2號機組進水口高程369.5m,4、5、6號機組進水口高程426.5m,3號機組進水口在上述兩高程之間。

工程施工

主體工程分兩期完成,一期為右岸基坑工程,包括導流底孔壩段、消力池、上游縱向圍堰、隔牆、下游右岸擋土牆;二期為左岸基坑工程,包括廠房壩段和水電站廠房。一期施工導流是通過圍堰束窄天然河床58%完成的。二期施工時,利用一期縱向圍堰拋石立堵進占,首先形成石戧堤,然後在二期上游圍堰濾水壩址處進行最後的河床截流。截流後河水從導流底孔通過。截流設計流量與實測流量相當,為550m3/s。截流戧堤落差為2.7m。拋石戧堤頂寬18m,堤頂高程327m,拋石方量71000m3。截流時一期上游圍堰龍口寬度為84m,下游為74m。1975年10月15日合龍。工程施工採用的混凝土拌合設備有1座全自動化連續式拌合樓,生產能力為300m3/h,1座分批生產的拌合樓(4×2.5m拌合機,生產能力為150m3/h)。主要混凝土澆築設備是25t的塔式起重機,起重臂伸距為40m,起重機架在自升式棧橋上,一共安裝了10座棧橋,能滿足月澆築強度達到35萬m3的要求。單機最大月澆築強度達2.23萬m3,自升式棧橋КВГС-1000結構很簡單,即一個鋼製構架固定在4根鋼管上,鋼管直徑為1000mm,並裝有螺旋提升機,4個螺旋提升機同時啟動時,鋼架隨其上的起重機一起上升,每小時上升速度為2.3m。自升機棧橋總重為245t,載重量為513t。起重機沿棧橋軌道的可移動距離為20m。1977年,對這種起重機又重新作了布置,利用大壩下游面的鍵槽,將起重機布置在第二層澆築塊上,這樣可擴大每台起重機的澆築範圍。由柱狀塊,高程401m上的第二柱塊和高程343m、413.5m上的棧橋作運輸平台。倉內振搗和平整工作用裝有振搗設備(推土板和大型振搗器組)的A-663型電動拖拉機完成。振搗器組裝在自行式寬履帶拖拉機上,操作平台為全旋轉式的,平台上裝有一個活動套管工作臂,升降全由液壓控制。工作臂端部裝一橫樑,其上掛有4~5個振搗器。工作臂最大伸距為7.5m,能在15m寬的倉內進行振搗。採用寬履帶拖拉機能使振搗器組在坍落度為5cm的混凝土層上順利地振搗。一層振搗完畢後,可轉入下一層振搗,卸下振搗器組的橫樑,還可用來轉運模板,振搗器組每小時可振搗混凝土80~100m3。工地還試驗一種B-1-69型新式振搗器,這種振搗器振搗厚度可達到1~5m。在平面尺寸較大的倉內(30m×27m)使用這種振搗器較為適合,使勞動消耗量和能量消耗均有所下降,並滿足振搗的要求,澆築強度和質量都有提高。工程還採用雙層懸臂式模板,面積40m2重6t。每m2模板鋼筋耗量為1.63kg。實際施工時,混凝土澆築塊尺寸為12m×30m和27m×30m,澆築塊高3m的混凝土占48%,高3~23m的占28%(約200萬m3混凝土)。為了達到提前發電、分期蓄水的要求,第一柱塊先達到擋水要求。位於基岩面上第一層混凝土中心溫度與壩基下1m厚處的溫差不超過20~21℃,向上每增加1m高,容許溫差增加1.5℃,但最高不超過42~44℃,混凝拌和機出口溫度控制在16~20℃。壩內冷卻用塑膠管,冬季用保溫板保護暴露面。壩體橫縫灌漿設計溫差為2~7℃,施工時實際為4~12℃。1985年對已澆600萬m3混凝土的調查,發現有大小裂縫5590條,開裂壩塊占總壩塊數的24%。裂縫平均開度0.2mm,大都呈垂直式或近似垂直分布在澆築塊的側面,長度最大者達30m。貫入整個壩段的裂縫約有300條。1991年檢查發現,一些壩段有強的滲漏水,漏水量為0.03~20.0L/s。總工程量為:土方開挖680萬m3,石方開挖1010萬m3,土石方填築1000萬m3,混凝土澆築908萬m3,實際施工高峰人數6000人,混凝土年澆築最高強度為120萬m3,總工期達19年

世界著名大水壩

水壩,是攔截江河渠道水流以抬高水位或調節流量的擋水建築物。可形成水庫,抬高水位、調節徑流、集中水頭,用於防洪、供水、灌溉、水力發電、改善航運等。

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