豐滿(mǎn)大壩廠房加固安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)觀測(cè)資料分析

李作光

（豐滿(mǎn)發(fā)電廠,吉林 吉林 132108）

豐滿(mǎn)發(fā)電廠是我國(guó)第一座大型水電站,一期廠房位于右岸,為壩后式廠房,20世紀(jì)80年代后,工程經(jīng)多次改造和擴(kuò)建,發(fā)電廠房進(jìn)行了二、三期的擴(kuò)建。2009年1月12日,一期廠房7號(hào)、8號(hào)機(jī)附近的2號(hào)、3號(hào)鋼屋架下弦桿出現(xiàn)無(wú)預(yù)兆斷裂破壞,個(gè)別腹桿發(fā)生斷裂及壓彎破壞。同時(shí)1～4號(hào)鋼屋架之間的垂直支撐由于屋架下沉造成個(gè)別桿件彎曲,情況十分危急。需對(duì)廠房排架以及排架柱結(jié)構(gòu)進(jìn)行監(jiān)測(cè),及時(shí)查明和預(yù)警廠房加固過(guò)程中及運(yùn)行期間的安全隱患,分析預(yù)報(bào)廠房施工期和運(yùn)行期安全。

1 安全監(jiān)測(cè)項(xiàng)目

a.排架結(jié)構(gòu)的應(yīng)力應(yīng)變監(jiān)測(cè)

監(jiān)測(cè)廠房排架結(jié)構(gòu)中桿件的應(yīng)力應(yīng)變?cè)隽孔兓?了解排架的受力情況,為廠房安全運(yùn)行監(jiān)控提供依據(jù)。

b.廠房邊墻和排架立柱相對(duì)變形監(jiān)測(cè)

監(jiān)測(cè)廠房排架所在的上下游邊墻（上下游立柱）之間的相對(duì)位移量,分析廠房運(yùn)行期的變形過(guò)程和整體穩(wěn)定情況。

c.外包鋼加固后桿件的應(yīng)力應(yīng)變監(jiān)測(cè)

監(jiān)測(cè)廠房立柱加固后的應(yīng)力應(yīng)變狀態(tài),及時(shí)分析加固后排架立柱的運(yùn)行穩(wěn)定情況。

d.廠房立柱傾斜角度監(jiān)測(cè)

監(jiān)測(cè)廠房排架立柱和邊墻的傾斜變形情況,分析廠房結(jié)構(gòu)的安全穩(wěn)定狀態(tài)。

e.錨索張拉力及應(yīng)力監(jiān)測(cè)

監(jiān)測(cè)錨索的受力情況和應(yīng)力松弛狀況,分析廠房結(jié)構(gòu)的安全穩(wěn)定狀態(tài),及時(shí)調(diào)整和控制錨索的張拉力。

f.施工期收斂監(jiān)測(cè)

廠房共有20個(gè)排架,其中有14個(gè)排架沒(méi)有進(jìn)行安全監(jiān)測(cè),考慮廠房結(jié)構(gòu)安全,需要在錨索施工張拉期間進(jìn)行廠房邊墻變形監(jiān)測(cè),分析在錨索張拉期間廠房結(jié)構(gòu)穩(wěn)定情況。

2 監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

a.錨索應(yīng)力監(jiān)測(cè)

本次加固的主要方案是通過(guò)錨索來(lái)承受載荷,因此,準(zhǔn)確及時(shí)掌握錨索的內(nèi)力及其變化特征,可以推測(cè)廠房結(jié)構(gòu)受力變化。

b.變形監(jiān)測(cè)

結(jié)構(gòu)變形是結(jié)構(gòu)狀態(tài)改變最靈敏、最精確的反映,因此,對(duì)結(jié)構(gòu)變形的監(jiān)測(cè)能夠更準(zhǔn)確地把握結(jié)構(gòu)恒載內(nèi)力狀態(tài)改變。另外,部分結(jié)構(gòu)損傷也將導(dǎo)致變形情況的異常,通過(guò)對(duì)變形的監(jiān)測(cè)也可識(shí)別出這些損傷。因此結(jié)構(gòu)變形的監(jiān)測(cè)對(duì)于內(nèi)力狀態(tài)及損傷識(shí)別均有重要意義。

c.應(yīng)力應(yīng)變監(jiān)測(cè)

結(jié)構(gòu)應(yīng)力是判斷結(jié)構(gòu)安全最直接的指標(biāo),因此,對(duì)于應(yīng)力異常變化應(yīng)給予足夠重視,并結(jié)合環(huán)境、變形等其它監(jiān)測(cè)結(jié)果來(lái)綜合判定結(jié)構(gòu)狀態(tài)是否處于安全及可控的應(yīng)變范圍。

d.傾斜監(jiān)測(cè)

由于廠房上下游邊墻屬于高邊墻結(jié)構(gòu),在錨索張拉及施工運(yùn)行期間,廠房排架立柱和邊墻的傾斜應(yīng)給予高度重視,并結(jié)合變形及應(yīng)力監(jiān)測(cè)結(jié)果互相驗(yàn)證,綜合判定結(jié)構(gòu)狀態(tài)是否處于安全穩(wěn)定狀態(tài)。

e.溫度監(jiān)測(cè)

結(jié)構(gòu)溫度對(duì)結(jié)構(gòu)的應(yīng)力和變形具有顯著的影響,是監(jiān)測(cè)的重要內(nèi)容。通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)廠房?jī)?nèi)外的環(huán)境溫度、廠房各主要構(gòu)件的溫度及溫度梯度等數(shù)據(jù),為分析結(jié)構(gòu)的受力和變形、分析結(jié)構(gòu)狀態(tài)參數(shù)的相關(guān)性提供依據(jù)。

3 監(jiān)測(cè)儀器布置

根據(jù)加固設(shè)計(jì)方案與廠房實(shí)際破壞情況,以及應(yīng)急監(jiān)測(cè)成果,監(jiān)測(cè)一期廠房1～8號(hào)機(jī)之間的廠房結(jié)構(gòu)安全,監(jiān)測(cè)儀器布置在1號(hào)、3號(hào)、4號(hào)、11號(hào)、16號(hào)排架上,如圖1～圖3所示,共布置5個(gè)斷面進(jìn)行監(jiān)測(cè)。在廠房下列位置布置儀器。

a.排架的應(yīng)變監(jiān)測(cè)

在1～8號(hào)機(jī)組之間選擇5個(gè)排架,布置在1號(hào)、3號(hào)、4號(hào)、11號(hào)和16號(hào)排架上。在選擇的每個(gè)排架上布置12支應(yīng)變計(jì),以上游側(cè)的上弦桿和下弦桿為主,斜拉桿為輔,共計(jì)選擇5個(gè)排架進(jìn)行監(jiān)測(cè),布置60支應(yīng)變計(jì)。

b.廠房邊墻和排架立柱相對(duì)變形監(jiān)測(cè)

在選擇的5個(gè)排架所在的監(jiān)測(cè)斷面,每個(gè)監(jiān)測(cè)斷面靠近排架下部布置1套振弦式收斂計(jì),監(jiān)測(cè)廠房邊墻和排架立柱運(yùn)行期間的相對(duì)位移變化,共計(jì)布置5套振弦式收斂計(jì)。

c.外包鋼的應(yīng)變監(jiān)測(cè)

在工程排架所在的監(jiān)測(cè)斷面,上下游立柱外包鋼外側(cè)布置2支應(yīng)變計(jì),共布置4支應(yīng)變計(jì)。

d.錨索拉力監(jiān)測(cè)

因原排架材質(zhì)性能指標(biāo)較低,材料呈脆性老化,考慮廠房排架安全,在廠房5個(gè)排架10束錨索布置40支鋼索測(cè)力計(jì),共計(jì)40支鋼索測(cè)力計(jì)。

e.廠房立柱傾斜角度監(jiān)測(cè)

在10號(hào)、14號(hào)排架所在的小立柱和大立柱上布置傾斜儀,小立柱上布置1支,大立柱上布置1支,每個(gè)斷面4支,共布置2個(gè)斷面8支傾斜儀。其中2號(hào)、3號(hào)、4號(hào)排架應(yīng)急監(jiān)測(cè)時(shí)已安裝傾斜儀,本次監(jiān)測(cè)不再安裝。

f.溫度監(jiān)測(cè)

在廠房3號(hào)排架上下游小立柱邊墻內(nèi)外側(cè)各布置2個(gè)溫度計(jì),共布置4個(gè)。

4 安全監(jiān)測(cè)自動(dòng)化

根據(jù)本工程規(guī)模和特點(diǎn),自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)由監(jiān)測(cè)儀器、數(shù)據(jù)采集裝置（MCU）、通信裝置、監(jiān)測(cè)計(jì)算機(jī)及外部設(shè)備、數(shù)據(jù)采集軟件、信號(hào)及控制線(xiàn)路、通信光纜及電源線(xiàn)路等組成。

為便于集中管理,將自動(dòng)化監(jiān)測(cè)采集裝置（MCU）均就近布置在相應(yīng)的排架附近,MCU采集信號(hào)無(wú)線(xiàn)傳輸?shù)截S滿(mǎn)發(fā)電廠大壩監(jiān)測(cè)中心,根據(jù)采集軟件所設(shè)置的傳輸方式傳輸至數(shù)據(jù)分析計(jì)算機(jī),對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)整理、分析。

圖1 1號(hào)、3號(hào)排架測(cè)點(diǎn)布置圖

圖2 4號(hào)、11號(hào)排架測(cè)點(diǎn)布置圖

圖3 16號(hào)排架測(cè)點(diǎn)布置圖

5 觀測(cè)資料分析

5.1 錨索拉力監(jiān)測(cè)資料分析

2009年10月18日～20日,由豐滿(mǎn)發(fā)電廠水檢工程處對(duì)所有錨索進(jìn)行二次張拉,此后每周五進(jìn)行1次觀測(cè),觀測(cè)成果見(jiàn)表1。

二次張拉前,每根錨索力測(cè)值在15 kN左右,經(jīng)過(guò)張拉后保持在22 kN左右。從表1數(shù)據(jù)可看出：

表1 錨索拉力監(jiān)測(cè)成果表kN

a.16號(hào)桁架出現(xiàn)25 kN左右的均值,經(jīng)分析由廠房?jī)?nèi)吊車(chē)停放的位置引起某桁架索力增大,屬于正常現(xiàn)象;

b.在本段觀測(cè)期內(nèi),各個(gè)桁架錨索力值變幅在6.490 51～7.535 55 kN變化,變化幅度不到1 t（10 kN）。

由此可見(jiàn),從2009年10月到2010年4月這段時(shí)間的錨索力測(cè)值處于正常范圍內(nèi),錨索加固效果良好。

5.2 溫度監(jiān)測(cè)資料分析

由于觀測(cè)數(shù)據(jù)無(wú)線(xiàn)傳輸調(diào)試的原因,溫度觀測(cè)從2010年4月7日才開(kāi)始有觀測(cè)數(shù)據(jù),觀測(cè)數(shù)據(jù)見(jiàn)表2。

由表2可看出,該段觀測(cè)時(shí)期室內(nèi)外溫差最大為14.1℃,豐滿(mǎn)地區(qū)冬季的最低溫度在1月份,室外最低可達(dá)-32℃左右,室內(nèi)外溫差最大值接近40℃,這將使廠房上下游側(cè)外墻體向外收縮,使廠房鋼屋架下弦桿產(chǎn)生最不利的拉力,所以每年冬季應(yīng)特別關(guān)注廠房室內(nèi)外溫度監(jiān)測(cè)。

表2 溫度觀測(cè)成果表℃

表3 排架的應(yīng)變監(jiān)測(cè)及外包鋼的應(yīng)變監(jiān)測(cè)資料統(tǒng)計(jì)

5.3 排架應(yīng)變監(jiān)測(cè)及外包鋼應(yīng)變監(jiān)測(cè)資料分析

應(yīng)變監(jiān)測(cè)結(jié)果見(jiàn)表3。

由表3可看出：該觀測(cè)時(shí)段內(nèi)的各排架應(yīng)變值的最大值在46.3～69.7范圍內(nèi),最小值在40.6～55.5范圍內(nèi),變幅在5.68～24.9范圍內(nèi),沒(méi)有發(fā)生異常。

5.4 廠房邊墻和排架立柱相對(duì)變形監(jiān)測(cè)資料分析

布置振弦式收斂計(jì),用于錨索張拉時(shí),監(jiān)測(cè)廠房邊墻和排架立柱運(yùn)行期間的相對(duì)位移變化,為臨時(shí)監(jiān)測(cè)項(xiàng)目,從監(jiān)測(cè)資料可看出：錨索張拉過(guò)程中,廠房邊墻和排架立柱間的相對(duì)位移無(wú)異常變化。

5.5 廠房立柱傾斜角度監(jiān)測(cè)資料分析

為應(yīng)急監(jiān)測(cè)時(shí)的項(xiàng)目,從監(jiān)測(cè)資料可看出：錨索張拉過(guò)程中,廠房立柱傾斜角度無(wú)異常變化。

6 結(jié)論

通過(guò)對(duì)豐滿(mǎn)大壩一期廠房加固安全監(jiān)測(cè)自動(dòng)化系統(tǒng)2009年10月～2010年4月的觀測(cè)資料進(jìn)行分析,可得出如下結(jié)論。

a.錨索力測(cè)值處于正常范圍內(nèi),錨索加固效果良好。

b.豐滿(mǎn)大壩一期廠房的室內(nèi)外溫差最大值接近40℃,使廠房鋼屋架下弦桿產(chǎn)生最不利的拉力,每年冬季應(yīng)特別關(guān)注廠房室內(nèi)外溫度監(jiān)測(cè)。

c.排架的應(yīng)變及外包鋼的應(yīng)變觀測(cè)值沒(méi)有發(fā)生異常的變化。

d.錨索張拉過(guò)程中,廠房邊墻和排架立柱間的相對(duì)位移無(wú)異常變化。

e.錨索張拉過(guò)程中,廠房立柱傾斜角度無(wú)異常變化。

李作光（1966—）,碩士,高級(jí)工程師,長(zhǎng)期從事大壩安全監(jiān)測(cè)工作。