安加拉河布拉茨克水电站（原苏联）

北极星电力网技术频道作者:电力论文3 2007/12/24 18:40:10

关键词: 水电站水电电站

在布拉茨克水电站建设过程中很多单位、设计、勘测、科研、建设安装、工厂和高等院校等都参加了。

总设计单位是水电勘测设计院（今天的水工设计院），并组建了专门的布拉茨克水电站设计部门，布拉茨克设计组和勘测队直接进驻工地。除此，还把大批的从事水库建设的单位、专家和农田水利工作者吸收到布拉茨克水电站设计工作中来。

有20多个单位完成了布拉茨克水电站的科研工作，其中主要的是门捷耶夫全苏水工科学研究院。加里宁列宁格勒工学院，古比雪夫莫斯科建筑工程学院，基洛夫列宁格勒林业科学院，列宁格勒建筑工程学院，莫斯科大学以及其他高等院校也都作了大量很有意义的工作。为了完成布拉茨克水电站的施工安装工作，曾组建了布拉茨克水电站工程建设安装管理局，管理局由居民住宅建设、主体工程、道路、输电线路、输配电站、通讯、卫生保健，土石方开挖运输、自动传送、工地事务以及其它部门组成。按照不同工种还吸引了二次承包专业单位：“水力安装”、“水力机械化”、“水力专业施工”、“水力电力安装”、“水力动力安装”和其它专业单位。

布拉芡克水电站在创记录的短期内完成了工程。这要感谢布拉茨克第一批建设者的自觉的、创造性的无私的劳动，第一批来工地的志愿者有党的干部和共青团员。参加工程建设的还有战士和水兵。

苏联共产党中央委员会、苏联部长会议、苏联动力和电气化部以及众多团体都给予了布拉茨水电站工程很大的关注和支持。由于这些使得能很快地解决了组织上和技术上的问题，这些问题包括工程技术上的和设备技术工艺方面的。造成的创造性的思想氛围，将对追随初建者的人们在思想上和心灵上产生很大影响。

布拉茨克水电站主体工程位于安加拉河束窄段，该段水面宽变化在800－1000m范围。水电站建设之前，在水电站工程轴线上游1公里处，有一处水位差约6m的跌坎。水力枢纽轴线处的安加拉河河底和高出水面60－80m的陡峭岩石岸坡为火成岩和绿辉岩构成。

沿坝顶高程水力枢纽水头前绿总长5140m，其中砼坝长1430m，岸坡土坝长3710m（图1）。挡水建筑物轴线为直线，水电站厂房位于左岸河床砼坝的后面。220kB和500kB开敝式配电装置位于左岸下游左岸土坝后面。

为了防止水库渗漏出来的水淹没下游土地，在下游左岸和右岸设有排水系统，排水系统为有垂直排水井的隧洞和廊道。

砼坝在布布茨克水力枢纽中占有主要位置：水力枢纽的总体布置在很大程度上不仅与砼坝的结构有关，也与其造价有关。因此，在设计过程中曾考虑了六种以上的砼坝结构方案。

按照工程建设总指标，决定采用加大缝宽到7m的大体积砼坝。

大坝分成三部分：河床部分，左岸部分和右岸部分。岸边部分同左岸和右岸土坝相连。

大坝的河床部分，最大坝高130m，分成三段。靠左岸为大坝的电站段，电站段布置有水电站厂房，设有18台水轮机组和2台水轮机组空位，以备将来发展之用。电站段按水电站厂房水轮机组数，用结构缝分成22台机组单元，每台机组单元宽22m。每台机组上游布置有水轮机进水设置，进水口处于正常水位以下42m，并装有拦污栅和快速事故－检修闸门，闸门悬于圆筒式水动力启闭机上。

水由进水口沿钢管流入水轮机，钢管直径7m，钢管置于大坝下游坡砼中。进水管的金属衬砌（即钢管－译者）只承受部分内水压力，其它荷载、大部分内水压力则由周围的钢筋混凝土衬砌承受。进水管直径由动能经济计算得出。管中水流速由水轮机组的运用制度决定，一般变化在5－7m/s。

在进水管衬砌中设有T型断面钢性环，用以保证进水管的稳定性和与砼的结合。在大坝、水电站厂房与结构缝进水管之间的交叉段不设钢性环，但进水管要铺设5m长的弹性垫层，以使荷载不传递给进水管，从而保证砼的自由变形。进水管交叉段的计算是考虑了承担全部内水压力，而不将部分荷载传给砼。

大坝溢流段位于靠近右岸，由22m宽的11个单元组成。溢流段的上部为表面泄水孔，作运用期泄洪之用，溢流段的下部有临时性的三种型式放水孔，为了施工期向下游放水、排冰。临时性放水孔由6个底孔组成，底孔断面为12×10m；5孔为敝开的，每孔跨度为12m；而在它们的上面有10个深式泄水孔（底孔用砼封堵以后），每个深式泄水孔的断面为3×4.8m。

底孔和开敝式放水孔是为从截流起到水库开始蓄水止的期间下泄施工流量和排冰之用。

深式泄水孔从水库开始蓄水起投入运用，并保证下泄施工流量，这其中也包括保证下安加拉河的航运和卫生用水。

表面式泄水段为非真空断面，由10孔组成，每孔净宽18m，采用弧形闸门。泄水坝在正常水位以下7m。泄流段计算泄洪保证率为0.01，水库水位在强迫水位以上1m。下泄水流与下游的连接采用鼻坎式挑流，当挑流鼻坎上的单宽流量达30m3/s时，水流的挑距达100－120m。泄水段溢流表面施工时采用特制的模板，以达到最大可能的精度，防止砼气蚀破坏。即使这样严格施工，但在首次泄水时仍有局部处产生了气蚀。在这之后，在溢流面的上部装上了金属挑板，这样就大大的降低了气蚀作用。

大坝河床部分还包括非溢流坝11个单元。它们当中的两个非溢流坝单元位于电站和大坝溢流段之间。在非溢流坝后面下游建有隔离栈桥，以保护水电站厂房不受溢流坝泄洪时下泄水流的影响。四个非溢流单元位于左岸陡坡，三个非溢流单元位于右岸。

为了减小渗透流量和作用在岩石坝基的渗透压力，完成了水泥帷幕灌浆，灌浆深取决于岩石渗透性质，一般是10到80m。帷幕的控制密实度为每米钻孔深的单位吸水率0.01升／分钟。水泥灌浆施工是在专门廊道中完成的，廊道距挡水面7m，距坝底2－4m。

水泥帷幕布置成两排，排水孔直径110mm，间距3m，在位于与坝基接触面的专门廊道中完成钻孔。除了排水廊道和排水孔外，为了减少作用在岩石坝基的渗透压力，在与坝基接触面采用了加宽的坝缝。

为了大坝坝体排水，在距大坝上游面7.5处，布置有垂直排水孔，排水孔直径30cm。排水出口通向检查廊道。排水孔用金属筒滑动模板完成。金属筒用一套很低强度的砼工具拔出来。

为保证大坝坝段（大坝单元）之间结构缝的不透水性，采用了有V形补偿器的、由黄铜片构成的金属键榫，在其间布设有六面型的井，井内充填沥青粘合料。沥青粘合料的设计容重为1.7－1.8kg/cm3。在键榫后面布置有检查井，其断面尺寸与沥青键榫（90×100cm）一样，它也是备用键榫。渗到检查井的水会自流到下游。键榫的顶部高出上游强迫水位以上，下部低于大坝底板以下1.0－1.5m的基岩中。

如此密实的接缝系统，就保证了大坝所有周边有高度的密封性，但大坝溢流段除外，溢流段的沥青键榫不能布设在上游水位以上，因在其上有溢流面。

复杂问题之一是砼大坝施工中，在寒冷和漫长的冬季，如何保证砼浇注的整体性。

大的裂缝可能产生在砼中，由于砼放热使其冷却，这个过程可在运用期稳定下来，这可能在原则上改变了建筑物的静力状态并会造成事故。有大库容（169.3km3）的高坝毁坏时，会造成下游灾难性后果。

在完成理论和模型试验的成果中，也研究了国外的经验。决定采用平行于上游面的临时垂直缝将大坝单元分开的方法，上游面柱状大体积砼浇注块的平面尺寸为22×13.8m，而其余采用加宽缝的坝段，浇注块的平面尺寸为15×13.8m。靠岩石区的头一层浇注块高10－12m，用临时缝分开，浇注块的平面尺寸为11×13.8m。

为了改善切应力和主压应力的承受，柱状体间缝用锯齿形。砼冷却到接近运用期温度以后，柱状体间缝用钢筋水泥灌浆封堵，钢筋水泥灌系统由有圆盘形出口的管道和榫槽组成。

柱状体间缝在下游面的出口段，用砼块封闭，砼块的浇注在寒冷季节的未尾、有最大开裂度时进行，并用电加热砼。

复杂的问题在于大坝设计时，计算大坝应力－应变状态应考虑修建建筑物的逐步性、温度对上下游面的作用以及存在有柱状体间缝和水平块体间缝。

复杂的问题还在于砼浇注块的应力－应变状态，在砼放热和砼最后冷却时的计算；水轮机进水管周围大体积砼的应力状态计算，并应考虑钢板衬砌承受部分内水压力以及其它复杂问题。

土坝坝基为辉绿岩，并复盖着第四纪沉积层。在与砼坝相接的、长约600m的地段内辉绿岩被厚1-2m的冲积土复盖，冲积土由碎石和有亚粘土冲填的辉绿岩石屑构成。渗透系数平均为5m/昼夜。在接下来的200m长的辉绿岩上是泥灰沼泽地，深5.0m。其余部的辉绿岩上复盖着厚20的亚粘土、亚砂土和细颗粒的砂层。这一段的尾部有深45m的嵌入侵蚀层，侵蚀层被细颗粒砂冲填，其渗透系数约1m／昼夜。

右岸土坝采用冲填砂方法施工，冲填砂取自基坑。右岸土坝最大坝高36m，长2986m。上游坡面填筑厚4m的亚砂土层。坝顶宽21.76m，可以布置双轨铁道，汽车和人行道。上游坝坡：上部坡面为1∶3，下部坡面为1∶4。

在土坝下游坡面上布设有宽12.5m的马道，可以通行汽车。土坝下游坡：马道以上为1∶2.5，马道以下为1∶3。

为了降低坝内和邻近库区的渗透浸润线，布设了水平排水和垂直排水。水平排水位于土坝下游棱体的地基中，为钢筋混凝土廊道，廊道各环节之间有1－2cm的空隙，空隙处有反滤层。

垂直排水在土坝下游坡布设。它由一些直径300mm,间距14m的垂直孔构成，垂直排水孔深入到风化辉绿岩区。

每个排水孔的上部都有检查井，各检查井之间用钢筋混凝土管相连，沿钢筋混凝土管收集水流并排泄到安加拉河。

土坝上游坡处于强风浪区，因此采用钢筋混凝土板护坡，钢筋混凝土板尺寸为10×10×0.4m，钢筋混凝土板置于厚1.2m的砂－砾石层之上。上游坡的下部为1m左右厚的抛石保护层，其下为厚1.2m的砂－砾石层。

下游护坡采用40cm厚的卵石层。坝顶上游侧建有1.2m高的防浪墙。土坝与砼坝用20m长的有企口槽的钢板相连。

左岸土坝（图3）位于安加拉河倾斜左岸，靠岸边高50－70m的悬崖挡着了安加拉河。坝轴线的上游有Πурс河谷，坝轴线下游有Турок河谷。

左岸土坝坝基为夹有粉砂岩的细粒砂岩，岩层埋藏于辉绿岩中。砂岩的上面复盖着坡积亚粘土和亚砂土，厚1－3m。砂岩的上部厚7－10m，局部渗透系数达100m/昼夜，而砂岩下部的渗透系数为10m/昼夜。在下游坝和Турок深谷之间的砂岩顶面向安加拉河一侧走低，侵蚀台地凹部被坡积粘土和亚砂土复盖。

由于左岸土坝附近有料场，所以土坝坝体采用混合料。心墙为亚粘土，上游坝体为砂砾石混合料，上游坡脚的支撑体为辉绿岩块石；下游坝体为砂砾石混合料。心墙为瘦型断面，顶部宽5.0m，边坡为1∶0.3。坝顶宽21.55m，坝顶高出水库正常高水位6m。坝顶上游侧建有1.2m高的防浪墙。上游坝坡，从坝顶到块石支撑体，为1∶2.75。下游坝，马道以上为1∶2，马道以下为1∶2.5。下游坡的上部马道宽13.9m，作公路用。心墙同坝基的连接利用7－8m深的齿墙，齿墙穿过岩砂的风化层。沿齿墙底部浇注有0.5m厚的砼板，并代有2.5m高的齿槽，齿槽深入到土坝心墙中。齿槽深入砼板以下基岩2m。砼板以下为两排水泥幕灌浆，这样可以切断最大的砂岩裂缝区。亚粘土心墙同砼坝的连接用加宽心墙和13.6m长的有企口钢板。为保证不透水性，焊接钢板企口。钢板企口置于沥青槽中。

左岸土坝上游面护坡为10×10×0.4m的钢筋混凝土板，钢筋混凝土板的下面是砂砾石层。钢筋混凝土板用钢筋连成50×50m的大方块。各大方块之间再没有其它连接。

左岸土坝坝体排水及邻近土坝地区的排水采用水平排水和垂直排水系统。水平排水的开始段是长400m的排水廊道，廊道铺设在靠下游坡面下的砂岩中，净尺寸为1.25×1.9m。廊道由1m左右长的装配式钢筋混凝土块构成，各块间留有2cm的空隙，空隙中填以砾石料。

沿廊道长每10m，穿过廊道衬砌中的孔，从地面钻排水孔，排水孔穿过砂岩层到辉绿岩顶面，排水孔直径245mm。

在排水廊道的末端，布设有直径1220mm的排水井，进入排水廊道的水排到排水井。砂岩中的排水洞NO.1平行于设备平台界面，用以保护平面不被渗透水浸没。排水孔直径245mm，顺排水洞从地面钻孔到辉绿岩表面。排水井的下部是排水洞NO.2的起始，排水洞NO.2是在更低高程上的排水廊道的延续。排入排水廊道、排水洞NO.1和两层排水洞NO.2的水，自流排入安加拉河。

水电站厂房位于大坝电站段的后面，由20个单元和2个装配平台组成，每个单元宽22m，岸边装配平台尺寸宽45.24m，河床装配平台宽29.9m。电站厂房总长515.14m，宽（顺水流）35.49m，水下部分由底板到机房地板高26.25m，水上部分高21.35m。水下部分为大体积砼，上部为钢筋混凝土构架型结构。

水电站厂房装配有18台250兆瓦的PO662－BM－559型轴向辐流式水轮机，并连以悬吊式同步水轮发电机CB1190／250－48。水电站共建有20台机组的厂房，其中有2台机组位置供将来发展之用。

水电站中心控制控室置于专门的服务楼内，服务楼位于靠近左岸装配平台处。

在服务楼内布置有通往电站的主通道和工作间。在邻近装配平台的上游一侧有4层楼房，在该楼供生产和生活之用。

机房装有两台桥式启重机，启吊重350／75＋10T，启重机跨度为20m。

水电站厂房尾水渠长60m，宽433.0m，尾水管出处深18.55m。水电站厂房尾水底坡为1∶5。尾水渠处于辉绿岩中，所以渠底没有砼衬砌。尾水渠侧墙采用挡土墙型式，长60m。水电站尾水渠右侧挡土墙和溢流坝尾水渠左侧墙构成了150m长的隔离栈桥。

在布拉茨克水电站主要建筑物施工和运用过程中，安装了大量遥控和目测检查－观测设备，用这些设备控制建筑物的状态。控制和观测内容包括：沉陷和水平位移；砼坝坝基、土坝坝体和坝基、邻近水力枢纽下游地区的渗流测压管水位；枢纽排水系统的渗透流量；建筑物的温度状态；结构缝和施工缝的开裂；砼坝各坝段和其它砼建筑物的应力状态等。

原型观测（用设备观测和目测）在不同的、专门的水工观测室内完成。基于这些观测成果，可以得出水力枢纽建筑物有良好状态的结论。

由于在布拉茨克水电站设计和施工中采取了最合适的和先进的工程技术措施，使每1кВт装机容量和多年平均发电量1000кВт•ч的砼单位体积用量很低（表）。

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