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1、水工建筑物 工程介绍福建水口水电站简介福建水口水电站是我国华东地区最大的常规水电站 , 总装机容量 140 万。水库位于闽江干流中段 , 淹没影响涉及延平、古田、尤溪、闽清四县 ( 区 ) 的 16 个乡镇 ,89 个行政村。水库正常蓄水位高 65 , 所围成的库区周边长 712.54 ,7.4 万移民安置村镇大都分布于库周沿岸 , 安置点库岸长 65.82 , 以土质岸坡为主。水库从 1993 年蓄水至 1997 年末近 5 年中比较突出的坍塌岸段共 72 处 , 累计长达 70.59 , 占库区周边长的 9.91%, 主要分布于移民村镇库水波浪作用较强的土质岸坡段。这些移民安置村镇建筑物及
2、公共设施大多紧临库周 , 中间未预留足够宽的安全地带 , 水库蓄水之后 , 由于地形和地质因素 , 导致不少地段塌岸速度快 , 严重威胁着库区移民的生命财产安全和正常的生产、生活秩序。水口库区每年因塌岸造成的直接和间接经济损失可达数千万元。水口水电站位于福建省闽清县境内的闽江干流上，上游距离南平市 94km ，下游距离闽清县城 14km ，距福州市 84km 。电站建成后向华东电网和福建电网供电。 水口水电站坝址控制流域面积 52438km 2 ，占闽江全流域面积的 86 。流域内雨量丰沛，年平均降雨量达 1758mm ，坝址多年平均流量为 1728m 3 s ，年径流总量 545 亿 m 3
3、 ，实测最大流量 30200m 3 s ，最小流量 196m 3 s 。调查历史最大洪峰流量为 38500 41600m 3 /s 。坝址千年一遇入库洪峰流量 46700m 3 s ，万年一遇入库洪峰流量 55400m 3 s 。坝址处年平均含沙量 0 143kg /m 3 ，年平均悬移质输沙量 718 万 t 。库区周围均由非可溶性岩浆岩、碎屑岩等组成，不存在永久渗漏问题，也无重大库岸失稳现象。坝址为中生代燕山期黑云母花岗岩，岩性坚硬完整，平均湿抗压强度一般在 100MPa 以上。坝址区未发现大的构造断裂，仅河床有几条小断层及挤压破碎带、风化破碎带，规模较小，倾角较陡，还有顺河走向的缓倾角节
4、理，但发育不深，对工程影响不大。坝址覆盖层一般厚 5 10m ，河床存在基岩深槽，冲积层最厚达 29m ，深槽下基岩新鲜完整，未发现有构造断裂现象。根据福建省地震局鉴定，坝区地震基本烈度为 7 度。水库正常蓄水位 65m 时，库区淹没涉及闽清、古田、尤溪 3 个县和南平市。按 20 年一遇洪水标准移民，需迁移人口 63495 人；按 20 年一遇洪水征地，需征用耕地 31394 亩。 水口水电站是一座以发电为主、兼有航运效益的工程。水库正常蓄水位 65m ，汛期（ 4 7 月）运行限制水位 61m 。本电站装机容量 140 万 kW ，保证出力 26 万 kW ，多年平均发电量 49 5 亿
5、kWh ，是华东地区最大的水电站。其发电效益相当于一座 100 万 kW 的火电厂和与之配套的年产原煤 240 万 t 的大型煤矿。它与新安江、富春江水电站进行补偿调节后，可增加系统保证出力 5 万 kW 以上。华东电网以火电为主，调峰能力不足，水口水电站可承担 100 万 kW 的峰荷，因此，可以充分发挥水、火电联合运行的经济效益。水口至南平段河道长 94km ，航道狭窄弯曲，多礁石浅滩，目前仅能通航 60 80t 轮船；电站建成后，配合整治下游河道，可使 500t 级货船从马尾直达南平。闽江干流按四级航道设计，枢纽布置设船闸 1 座，升船机 1 座，年通行能力货物 400 万 t ，竹木
6、200 250 万 m 3 。 水口水电站属一等工程。枢纽由大坝、厂房、过坝建筑物和溢洪道组成。主要建筑物按千年一遇洪水设计，万年一遇洪水校核。大坝为混凝土重力坝，最大坝高 100m ，坝顶长 783m 。过坝建筑物布置在右岸，溢洪道为河床式布置，有 12 个表孔，孔口尺寸（宽 高） 15 22m ； 2 个底孔，孔口尺寸（宽 高） 5 8m 。船闸为 3 级，每级闸室长 160m ，宽 12m ，吃水深 3 0m 。升船机布置在船闸右边，船厢有效尺寸为长 124m 、宽 12m 、水深 2 5m 。厂房布置在左岸，为坝后式，内安装 7 台单机容量 20 万 kW 的轴流式水输发电机组。电站枢
7、纽布置见图。 水口水电站对外交通方便，外福铁路从坝址左岸通过，古田至闽清的公路从坝址右岸通过，目前闽江已能通航 60 80t 轮船。施工导流采用明渠导流方式。导流明渠位于右岸航运过坝建筑物和永久泄水底孔坝段位置，导流明渠底宽 75m ，进出口呈喇叭形；明渠进口高程 5 0m 。水口水电站业主为福建省电力局，并组建水口工程建设公司管理该电站的建设工作。工程设计由水电部华东勘测设计院承担。经过国际招标，确定由华田联营公司承担水口水电站土建工程施工。本电站为世界银行贷款建设的项目，于 1985 年列入国家基本建设项目，开始进行施工前期准备工作。主体工程于 1987 年 3 月 9 日 开工。 水口水
8、电站混凝土重力坝高 101m ，结合三级船闸及升船机布置，采用右岸大明渠导流。上下游土石围堰设计挡水标准为全年二十年一遇，洪水流量 28400m 3 s ，以五十年一遇洪水校核，洪水流量 32200m 3 s 。工程开工后，考虑上游围堰拦洪库容高达 8 亿 m 3 ，下游有闽清县和福州市等重要城镇，因此进一步将上游围堰挡水标准提高到百年一遇洪水不溃堰。在此期间，未遭遇大洪水。封堵明渠转入右岸船闸施工后，将导流标准降为全年十年一遇洪水，用碾压混凝土围堰挡水，由溢流坝段 10 个大底孔导流。可是就在船闸施工的第一年汛期，即遭受接近五十年一遇的大洪水，基坑虽被淹，但围堰完好。可见从降低风险度的角度来
9、看，水口工程提高上游土石围堰挡水标准是有备无患的明智之举。水口水电站位于闽江干流的常年通航河段。坝址处河床宽约 380m ，水深约 6 10m ，覆盖层一般为 8 10m ，最厚达 20m 以上。枢纽工程从右岸到左岸依次为右岸升船机及船闸、河床溢流坝段、左岸引水坝段及坝后厂房。为满足导流及通航要求，结合枢纽布置，并考虑河床水深较大、覆盖层深厚，不利于修建纵向围堰的特点，初期导流采用右岸大明渠方案。明渠系结合船闸及升船机航运建筑物傍山开挖而成，底宽 75m ，长 1170m ，进出口适当扩宽以改善水流条件。宣泄设计洪水时，明渠单宽流量高达 353m 3 s ，相应水深 24 38m ，平均流速约
10、为 10 13m s 。通航时流速为 3 4m s ，流量约为 300 2700m 3 s 。明渠沿线为新鲜坚硬的花岗岩，除船闸闸首段地基用混凝土护底外，其余地段未加衬护。明渠内侧为高 70 llOm 的垂直坡，每 10m 高设小马道，用预裂爆破成形，一般不予支护，总开挖量约 300 万 m 3 。明渠外侧为碾压混凝土导墙，最大墙高 48m ，长 581m ，混凝土总量 29 万 m 3 下图 1 。 导流明渠自 1989 年 9 月截流到 1991 年 11 月明渠封堵，共运用 26 个月，在此期间实际发生最大洪水流量 10750m 3 s, 情况正常，船只航行安全，通航保证率在 88 以上
11、。明渠封堵后，由溢流坝段 10 个跨缝布置的 8mXl 5m 大型导流底孔泄流，由其中靠左侧的两个底孔通航。 1992 年 7 月坝址发生接近 50 年一遇、流量为 31300m 3 s 的洪水，经调蓄后，下泄流量仍达 28700m 3 s, 超过了明渠上游碾压混凝土围堰十年一遇洪水的设计挡水标准，虽三期基坑被淹，但损失轻微。该工程是我国大设计流量明渠导流成功的范例之一。 水口水电站采用明渠导流，因明渠封堵后三期基坑内船闸工程施工期较长，围堰设计挡水标准为全年十年一遇，洪水流量 25200m 3 s ，为此在溢流坝段内预留了 10 个 8mX15m ( 宽 X 高 ) 大型导流底孔，在三期导流
12、期间与溢流坝段缺口双层泄流。虽曾遇超设计标准洪水，但由于底孔运用水头较低，情况良好。水口水电站二期上游围堰高 44.5m ，堰顶长 467m 见下图 2 ，上下游围堰总填筑量 202 万 m 3 ，堰基砂砾石覆盖层厚 10 25m ，底部有孤石。堰体水下部分及覆盖层用混凝土防渗墙，墙厚 0.8m ，最大墙深 44m ，上下游墙总截水面积 17795m 2 ，用液压抓斗与冲击钻造槽孔。墙体为掺有黏土和膨润土的塑性混凝土，能较好地适应围堰变形。围堰水上部分接“之”字形土工膜防渗。土工膜易适应变形，与堰体填筑干扰小，成本低，在水口水电站成功采用后，已被其他各工程采用。水口水电站于 1989 年 9
13、月下旬截流， 1990 年 2 月上旬完成混凝土防渗墙，达到台日平均 5.1m 2 的较高成墙工效。 2 月中旬，排干积水后，基坑经常排水量约 150m 3 /h( 包括施工用水 ) ，表明防渗墙质量良好，渗漏量微小。上、下游围堰于 1990 年 5 月建成。工程概况水口水电站位于福建闽清县境内 , 是以发电为主 , 兼有通航和过木效益的大型水利枢纽工程。通航建筑物采用一线三级船闸和一线垂直升船机 , 集中布置在枢纽右岸。水口三级船闸尺度按 IV 级航道、通过 500 吨级一顶二驳船队设计 , 闸室有效尺度为 135.0 12.0 3.0(m), 上、下游引航道的最小曲率半径为 330m ,
14、通航净空 7.0m 。三级船闸下游导航墙在三期围堰内为实体框格式导墙 , 下部为回填混凝土基础 , 围堰外采用独立隔流墩 , 冲击钻造孔成墙基础。导航墙外侧采用石渣垫层 , 表面铺设护面混凝土格栅栏块体 , 护面混凝土为四面体。 导航墙设计方案 : 研究由于下游导航墙大部分在三期围堰以外 , 要进行水下施工。导航墙基础范围内覆盖层平均厚度 8m , 最大厚度 15m 。基岩面位于水下约有 18m , 最大位于水下 25m 。水下施工工作量大 , 施工困难 , 工期紧张。为此 , 曾进行了清基方案、抛石基床方案和冲击钻造孔方案的研究。通过技术经济论证 , 选用了冲击钻孔混凝土墙及实体框格导墙作为
15、三级船闸下游导航墙的施工方案。 冲击钻孔混凝土墙方案设计 : 总体布置三级船闸下游导航墙总长 330m , 其总体布置为 : 三期围堰内为实体框格导墙 , 长约 105.0m , 围堰外采用冲击钻孔混凝土墙隔流墩 , 长约 225.0m , 隔流墩框格墙与坝轴线呈现 12 交角布置 , 本身外侧形体也呈 22.12 , 以改善调整引航道口门区的流速流态。隔流墩由冲击钻孔混凝土墙、承台、框格墙组成。冲击钻孔混凝土墙顶高程 10.0m , 基础高程 -5.50 -14.00m , 最大高度 24.0m , 承台高度 2.0m , 框格墙高度 12.8m , 顶高程 23.8m , 底高程 11.0
16、m , 墙内填充石渣。每 2 只隔流墩之间布置吃水为 1.6m 的钢质浮式趸船 , 顶部不设交通便桥 , 在每只隔流墩上设置攀梯 , 便于上、下交通 , 趸船进行选型设计。筑堤及三期围堰施工完毕后均拆除至高程 4.64m , 冲击钻混凝土墙间的内侧面板向下设至高程 6.50m , 引航道外侧采用混凝土格栅块体 , 每块均用钢丝绳相连 , 靠近隔流墩外侧边缘 , 抛部分混凝土四面体作为压肩护块 , 防止电站泄洪水流冲刷桩基墙基础 , 使桩基墙不裸露在外而呈单片墙状。 隔流墩结构设计 : 设计标准水口电站工程属于一等工程 , 主要建筑物为一级建筑物。三级船闸下游导航墙的标准为三级建筑物 , 按 50a 一遇洪水标准设计 , 100a 一遇洪水标准校核。由于两种洪水情况下导航建筑物均已淹没 , 因此 , 作用力
