萨扬·舒申斯克水电站：俄罗斯的清洁能源之光

1.3.1.1 工程概况

萨扬·舒申斯克水电站[11]位于俄罗斯西伯利亚叶尼塞河上游，混凝土重力拱坝最大坝高242m，坝顶高程547.00m，坝轴线半径670m，坝顶弧线长1066.1m，宽25m。坝体断面上游面垂直，下游面坝坡从上部1∶0.05渐变至下部1∶0.7，最大坝底宽114m。沿坝顶自右向左分成4部分：右岸非溢流坝段、溢流坝段、厂房坝段及左岸非溢流坝段。正常蓄水位540.00m，总库容313亿m3，有效库容153.4亿m3，水电站装机10台，总容量6400MW。该工程于1968年开工，1989年建成。萨扬·舒申斯克水电站如图1.16和图1.17所示。

图1.16　萨扬·舒申斯克水电站全景

图1.17　消力池纵剖面

溢流坝段长189.6m，位于河床右侧，为满足施工导流、提前发电和永久运行泄流的需要，泄水孔口在坝体内分三层布置：第一层是导流底孔，进口底高程为314m（42号坝段）；第二层是临时泄水孔，进口底高程388m；第三层是永久运行的泄流中孔，进口底高程479m，长189.6m，共11孔，分设在38～48号坝段。溢流面出口设弧形闸门，最大水头116.7m，泄流能力13600m3/s。溢流坝陡坡段后接池长144m的消力池，最大的入池单宽流量183.7m3/（s·m）。模型试验消力池入口处最大流速达60m/s，平均流速约52m/s。消力池为收缩式，末端宽度112m，最大单宽流量121.4m3/（s·m），此处设有尾坎，设计坎高19m。

根据前苏联水工科学研究院等单位的1∶120～1∶12的整体和局部水工模型试验研究，作用在消力池底板上的最大脉动压强可达110～120k Pa。原设计的钢筋混凝土板块尺寸为15m×12.5m、厚2.5m，用锚固钢筋与基岩连接。板块下有混凝土垫层，厚度不小于0.5m，沿消力池周边设有排水设施。

1.3.1.2 消力池的破坏及修复

1975～1993年的19年间，经历了长时间泄洪。1980年第二层泄水孔开始参与导流泄洪，1981年泄洪期间，靠右岸坝段的两个泄水孔的消力池底板遭到破坏，1982年3～4月进行了修复。1985年第三层泄水中孔参与运行，由于上游水位升高，水头落差、入池流速和泄洪功率均明显增大，泄洪后检查，消力池底板发生严重破坏，面积达80%。1986年开始进行了两次较大规模的修复，但经过1988年泄洪，消力池底板又发生严重破坏。其后进行了第三次修复工程，增加一些保证消力池底板稳定的技术措施，如加强板块间接缝的密封止水处理，阻止水流脉动压力向基底传递，在射流强冲击区减小板块平面尺寸，增加板块厚度，设置预应力锚索等。经过1991～1993年泄洪的初步考验，消力池未发生严重破坏，尤其是在设置预应力锚索区的底板混凝土表面未见损坏。

1.1985～1986年的泄洪运行破坏及修复工作

（1）泄洪情况与消力池的破坏。第三层永久运行泄洪中孔1985开始宣泄夏秋季洪水，此时消力池尾坎坎顶高程已升高至327m。当年最大洪水流量达4500m3/s，位于39号、40号、44号、45号和47号坝段的中孔参与泄洪，闸门均作全开运行。同年11月抽水检查，消力池底板破坏严重，损坏面积达80%，部分底板锚杆拉断，板块被冲出池外，特别是44号和45号坝段后消力池底板全部破坏，基岩冲深8m，大多数锚杆被拉断，底板与基岩脱开、移位并向上升起，共冲走混凝土27000m3、基岩3000m3。

（2）破坏原因分析。

1）泄洪时消力池单宽流量分配不均匀，在池内产生复杂的三元水跃和流态，引起横向流动，产生立轴漩涡。(www.xing528.com)

2）水流进入消力池底板基础产生很大的动水压强，约为200～220m水柱，在消力池首部和末端的底板上脉动压强分别达到11～12m和3～4m水柱，从而造成整个底板破坏。

（3）修复措施。

1）沿隔流墩和尾坎处的底板下面的孔穴进行水泥灌浆。

2）重新浇筑护底板块，平面尺寸减小至6.25m×7.5m，厚度增加至4.5～10m，各板块之间设燕尾槽。

3）块体表面设锚固钢筋，并对基础作固结灌浆，孔深6m。

2.1988年的泄洪运行破坏及修复工作

（1）泄洪情况与消力池的破坏。经1988年过流，消力池底板仍发生相当严重的破坏。结果是闸门全开长时间运行的43号和44号坝段的中孔下游消力池底板约15%遭到了严重破坏。应当指出的是，39号、40号和47号坝段泄水孔下游护坦底板基本完好，而40号、47号坝段的中孔在闸门全开的情况下也运行了21～23天，与44号坝段的中孔运行时间相当。本次消力池底板破坏区范围：宽度25～30m，长度60～65m，最大深度达10m，被冲走的配筋混凝土的总体积约1万m3，破坏区主要对应于44号坝段的消力池底板，并波及43号和45号两相临坝段下游的消力池底板。

（2）破坏原因分析。消力池破坏的主要原因是强烈的水流动力作用区有延伸至底板表面的裂隙，存在未灌浆的板块接缝，这些缝隙为水流脉动压力向下传递至板块底部、接缝处流速水头增大以及板块弯曲剪切变形增加创造了条件，从而导致板块与基础接缝的开裂和500～900t重板块被掀起移动。

（3）修复措施。

1）对底板板块间的接缝设置键槽和止水金属片，并进行灌浆处理。

2）消力池底板每4m2面积设置1根直径50mm的锚固钢筋。

3）与坝体衔接的消力池强受力区内底板（对应42～45号坝段）设置拉力为1000k N的预应力锚索，每个板块15根，锚索长20.5m。

4）在消力池下游部分，为使板块联合受力，在接缝内设若干垂直键槽。5）在动水作用力大而破坏严重的底板局部区域，再次覆盖聚合物涂料。

消力池经三次修复后，总共浇筑混凝土9.3万m3，使用钢筋314t，直径50mm锚杆2758根，一般较小直径的锚杆4182根，预应力锚索300根，经历了3年泄洪考验。1992年和1993年泄洪坝段分别经历了35天和13.8天泄洪，最大泄量分别为2075m3/s和800m3/s，最大单孔流量为335m3/s和200m3/s，相应的最大入池单宽流量分别为50m3/（s·m）和30m3/（s·m）。最大入池单宽泄洪功率为55MW和35MW。同年汛后抽干检查，消力池未产生严重破坏，在设置预应力锚索区的底板混凝土表面也未发现损坏。