小灣拱壩水力學(xué)試驗(yàn)期間誘導(dǎo)縫運(yùn)行工況分析

余　意，張　鵬，李洪波（華能瀾滄江水電股份有限公司小灣水電廠，云南　大理 675702）

小灣拱壩水力學(xué)試驗(yàn)期間誘導(dǎo)縫運(yùn)行工況分析

余意，張鵬，李洪波
（華能瀾滄江水電股份有限公司小灣水電廠，云南大理 675702）

誘導(dǎo)縫可以有效地改善壩踵應(yīng)力分布，防止壩踵拉裂，確保大壩安全。小灣工程于2014年8月進(jìn)行了泄洪水力學(xué)試驗(yàn)，從本次泄洪水力學(xué)試驗(yàn)期間的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)來看，泄洪水力學(xué)試驗(yàn)并未對(duì)誘導(dǎo)縫造成太大的影響，誘導(dǎo)縫經(jīng)受住了泄洪試驗(yàn)的考驗(yàn)，其試驗(yàn)結(jié)果可供其他工程參考。

誘導(dǎo)縫；高拱壩；泄洪水力學(xué)試驗(yàn)；小灣水電站

0　引言

拱壩是一個(gè)三面受巖體約束的高次超靜定殼體結(jié)構(gòu)，壩體中的應(yīng)力狀態(tài)不僅與水壓、變溫等荷載有關(guān)，還取決于壩體和基巖的相互作用。參考以往常規(guī)高拱壩的裂縫形式實(shí)例認(rèn)為，壩踵附近是最易開裂的部位。因此，如何防止高拱壩壩踵的開裂已引起學(xué)術(shù)界和壩工界的廣泛重視。至今為止，主要有兩種處理方式：①采取局部加大拱端和梁底厚度的辦法，同時(shí)嚴(yán)格控制施工溫度，這種方法具有可降低壩底的切應(yīng)力和主拉應(yīng)力，施工簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，缺點(diǎn)是無法為可能產(chǎn)生的裂縫設(shè)置止水；②針對(duì)高拱壩的壩踵附近存在較大的拉應(yīng)力區(qū)，提出了釋放周邊約束以減小拉應(yīng)力的方法，這有助于使壩體趨于一種均勻受壓的狀態(tài)，如設(shè)置周邊縫，在正常使用時(shí)，一旦縫處受拉或受地基約束有受拉趨勢(shì)即允許其張開，并在縫中設(shè)置有效的止水措施，以達(dá)到“以縫治縫”的目的。

小灣工程為了改善壩踵應(yīng)力分布，防止大壩被拉裂，確保大壩安全，在壩踵人為設(shè)置結(jié)構(gòu)縫以釋放壩踵梁向的高拉應(yīng)力，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)開裂的控制。

1　誘導(dǎo)縫設(shè)計(jì)

小灣拱壩誘導(dǎo)縫設(shè)置在17～28號(hào)壩段，縫深10 m，縫末端設(shè)有1.5 m×2.0 m的近似橢圓形廊道，其作用一方面是消除縫端應(yīng)力集中，另一方面作為誘導(dǎo)縫的檢查和處理通道。

各壩段誘導(dǎo)縫面中心線高程從957～993 m不等，最低高程位于22、23號(hào)壩段，為957.5 m，距建基面7.0 m。誘導(dǎo)縫以下為拱壩上游貼角，貼角混凝土直接澆在基巖上，誘導(dǎo)縫以上按拱壩拱圈體形施工。

誘導(dǎo)縫面和誘導(dǎo)縫檢查廊道都配置了結(jié)構(gòu)鋼筋，誘導(dǎo)縫底部利用固結(jié)灌漿孔下錨筋樁，以增強(qiáng)淺表層卸荷松弛巖體的整體性。

2　泄洪水力學(xué)試驗(yàn)情況

為了驗(yàn)證設(shè)計(jì)、檢驗(yàn)施工和揭示缺陷，小灣工程于2014年8月18日～2014年8月24日期間進(jìn)行了泄洪水力學(xué)原型觀測(cè)試驗(yàn)。泄洪情況如表1所示。

表1　小灣拱壩泄洪工況

3　試驗(yàn)期間監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)及分析

泄洪水力學(xué)試驗(yàn)期間對(duì)誘導(dǎo)縫的安全監(jiān)測(cè)項(xiàng)目主要有滲壓監(jiān)測(cè)、開合度監(jiān)測(cè)、壓應(yīng)力監(jiān)測(cè)，所使用的儀器分別是滲壓計(jì)、測(cè)縫計(jì)和壓應(yīng)力計(jì)，根據(jù)監(jiān)測(cè)儀器反饋的監(jiān)測(cè)數(shù)值，進(jìn)行分析，以此來評(píng)定小灣拱壩誘導(dǎo)縫在泄洪水力學(xué)試驗(yàn)期間的工作狀況。

3.1滲壓監(jiān)測(cè)

泄洪水力學(xué)原型觀測(cè)試驗(yàn)期間誘導(dǎo)縫滲壓計(jì)監(jiān)測(cè)累計(jì)變化量如圖1所示。誘導(dǎo)縫滲壓計(jì)每日試驗(yàn)前后的測(cè)值變化如圖2所示。

圖1　試驗(yàn)期間滲壓計(jì)累計(jì)變化量

從圖1可以看出，埋設(shè)在24號(hào)壩段編號(hào)為C4-A24Y-P-01（高程為960.0 m）的滲壓計(jì)在水力學(xué)試驗(yàn)前后測(cè)值變化相對(duì)較大，累計(jì)增大0.058 MPa，編號(hào)為C4-A16Y-P-01和C4-A26Y-P-01的滲壓計(jì)在水力學(xué)試驗(yàn)前后的測(cè)值分別增大了 0.017 MPa和0.012 MPa，其他滲壓計(jì)的監(jiān)測(cè)數(shù)值沒變或有所降低。

圖2　滲透壓力變化

由圖2可以看出，滲透壓力變化最大的出現(xiàn)在24號(hào)壩段，滲壓計(jì)編號(hào)為 C4-A24Y-P-01（高程為960.0 m），變化量最大的時(shí)間是在泄洪第三天，滲壓計(jì)變化量最大為0.013 MPa，在泄洪第三天，大部分的滲壓計(jì)變化都相對(duì)較大。

3.2誘導(dǎo)縫開合度監(jiān)測(cè)

誘導(dǎo)縫開合度監(jiān)測(cè)使用的儀器為測(cè)縫計(jì)，水力學(xué)原型觀測(cè)試驗(yàn)期間，誘導(dǎo)縫測(cè)縫計(jì)的累計(jì)變化量如圖3所示。測(cè)縫計(jì)在水力學(xué)試驗(yàn)期間每天泄洪前后的變化量如圖4所示。

圖3　試驗(yàn)期間誘導(dǎo)縫測(cè)縫計(jì)累計(jì)變化

由圖3所顯示的數(shù)據(jù)可知，測(cè)縫計(jì)在試驗(yàn)期間的監(jiān)測(cè)數(shù)值整體比較平穩(wěn)，無太大的波動(dòng)，累計(jì)變化最大值僅為0.02 mm，出現(xiàn)在28號(hào)壩段的測(cè)縫計(jì)C4-A28Y-J2-01（水平）（高程為960.0 m）。

從圖4的數(shù)據(jù)可以看出，對(duì)于誘導(dǎo)縫測(cè)縫計(jì)反饋的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)而言，測(cè)縫計(jì)監(jiān)測(cè)數(shù)值在前兩天出現(xiàn)了一定波動(dòng)，波動(dòng)最大值為0.02 mm，分別是試驗(yàn)第一天的C4-A26Y-J-01和試驗(yàn)第二天的C4-A22YJ2-02（水平）。但是整體而言，當(dāng)天泄洪前后的變化量和泄洪期間的變化量都不大，累計(jì)變化幅度最大的是17號(hào)壩段的C4-A17Y-J2-02（高程為991.0 m），該部位的誘導(dǎo)縫張開了0.03 mm。

圖4　測(cè)縫計(jì)測(cè)值變化

3.3誘導(dǎo)縫應(yīng)力監(jiān)測(cè)

誘導(dǎo)縫應(yīng)力監(jiān)測(cè)使用的儀器為壓應(yīng)力計(jì)，在泄洪水力學(xué)試驗(yàn)期間，誘導(dǎo)縫壓應(yīng)力計(jì)的累計(jì)變化量如圖5所示。誘導(dǎo)縫壓應(yīng)力計(jì)每天試驗(yàn)前后的測(cè)值變化情況如圖6所示。

圖5　誘導(dǎo)縫壓應(yīng)力計(jì)試驗(yàn)期間累計(jì)變化量

從圖5中可以看出，壓應(yīng)力變化最大值出現(xiàn)在22號(hào)壩段、957.5 m高程的C4-A22Y-C-01誘導(dǎo)縫，累計(jì)變化值為0.279 MPa。壓應(yīng)力計(jì)C4-A17Y-C-01的變化值為0.011 MPa，其余測(cè)點(diǎn)的壓應(yīng)力均有所減小。

由圖6可知，壓應(yīng)力計(jì)單日監(jiān)測(cè)數(shù)值變化最大值為0.109 MPa，出現(xiàn)在泄洪第三天，為22號(hào)壩段編號(hào)為C4-A22Y-C-01（高程為957.5 m）的壓應(yīng)力計(jì)，累計(jì)變化最大值也是該支儀器。整體來看，每天泄洪前后的變化幅度不大。

為了更好地分析和驗(yàn)證誘導(dǎo)縫的壓應(yīng)力情況，現(xiàn)列出壩踵部位壓應(yīng)力計(jì)在水力學(xué)試驗(yàn)期間的監(jiān)測(cè)情況，如圖7所示。

圖7　試驗(yàn)期間壩踵壓應(yīng)力變化

由圖7可以看出，在壩踵部位，變化最大的是壓應(yīng)力計(jì)C4-A22-E-01，儀器埋設(shè)部位在22號(hào)壩段巖基面950.5 m高程，累計(jì)變化值0.03 MPa，而誘導(dǎo)縫的壓應(yīng)力變化最大值出現(xiàn)在22號(hào)壩段的C4-A22Y-C-01（高程為957.5 m），累計(jì)變化值為0.279 MPa，二者基本一致。

3.4結(jié)論

（1）泄洪水力學(xué)試驗(yàn)對(duì)于滲透壓力的影響最大出現(xiàn)在泄洪第三天，測(cè)值變化最大的儀器為埋設(shè)在24號(hào)壩段960.0 m高程的編號(hào)為C4-A24Y-P-01的滲壓計(jì)，單日變化最大值為0.013 MPa，并且泄洪前后累計(jì)變化值也是最大，為0.058 MPa。

（2）小灣拱壩本次泄洪對(duì)于誘導(dǎo)縫的開合情況影響比較小，單日最大值為0.03 mm，累計(jì)最大值為0.02 mm，整體比較穩(wěn)定。

（3）誘導(dǎo)縫壓應(yīng)力計(jì)泄洪期間監(jiān)測(cè)變化量顯示，出現(xiàn)變化值波動(dòng)較大的也是出現(xiàn)在泄洪第三天，出現(xiàn)部位為22號(hào)壩段，957.5 m高程，單日變化最大值0.109 MPa，該部位累計(jì)變化量也是最大，為0.279 MPa，并且與壩踵壓應(yīng)力計(jì)監(jiān)測(cè)的累計(jì)變化值0.03 MPa基本一致。

（4）泄洪試驗(yàn)期間，監(jiān)測(cè)項(xiàng)目的單日變化最大值和累計(jì)變化最大值出現(xiàn)在22號(hào)壩段957.5 m高程和24號(hào)壩段的960.0 m高程，說明泄洪水力學(xué)試驗(yàn)對(duì)該部位的影響相對(duì)較大，因此，當(dāng)以后出現(xiàn)類似工況時(shí)需要加強(qiáng)對(duì)該部位的監(jiān)測(cè)。

4　結(jié)語

小灣大壩為300 m級(jí)高拱壩，誘導(dǎo)縫承受了280 m左右的水頭，該工程泄洪水力學(xué)試驗(yàn)成果對(duì)于類似工程有一定借鑒意義。從小灣拱壩本次泄洪水力學(xué)試驗(yàn)期間的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)來看，泄洪水力學(xué)試驗(yàn)并未對(duì)誘導(dǎo)縫造成太大的影響，誘導(dǎo)縫經(jīng)受住了泄洪試驗(yàn)的考驗(yàn)。誘導(dǎo)縫的安全監(jiān)測(cè)和監(jiān)測(cè)成果的及時(shí)分析評(píng)價(jià)，對(duì)確保誘導(dǎo)縫正常工作，保證大壩安全穩(wěn)定運(yùn)行具有重要意義。

［1］林繼鏞，王光綸.水工建筑物［M］.北京：中國水利水電出版社，2009.143.

［2］周艷國，陳勝宏，周華，等.拱壩結(jié)構(gòu)誘導(dǎo)縫力學(xué)參數(shù)反演分析及工程應(yīng)用［J］.水利學(xué)報(bào)，2010（5）：575-580.

［3］周艷國，傅少君，鄒麗春，等.考慮地基松弛后的小灣拱壩誘導(dǎo)縫布置分析［J］.武漢大學(xué)學(xué)報(bào)：工學(xué)版，2008（4）：43-47.

［4］易魁，肖海斌，遲福東等.300 m級(jí)拱壩蓄水安全運(yùn)行關(guān)鍵技術(shù)研究及工程應(yīng)用［C］//中國大壩協(xié)會(huì)2013學(xué)術(shù)年會(huì)暨第三屆堆石壩國際研討會(huì)論文集.中國大壩協(xié)會(huì)、中國水力發(fā)電工程學(xué)會(huì)，2013.

［5］趙志勇，鄒青，胡靈芝.小灣拱壩安全監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì)與研究［C］//水電2006國際研討會(huì)論文集［C］.中國水利學(xué)會(huì)中國水力發(fā)電工程學(xué)會(huì)中國大壩委員會(huì)，2006.

［6］潘琳，韓世棟，陳宏偉，等.小灣高拱壩蓄水初期誘導(dǎo)縫安全監(jiān)測(cè)資料分析［J］.大壩與安全，2010（3）：42-45.

（責(zé)任編輯焦雪梅）

Operation Condition Analyses of Induced Joints during Hydraulic Experiment of Xiaowan Arch Dam

YU Yi，ZHANG Peng，LI Hongbo
（Huaneng Hydro Lancang Xiaowan Hydropower Plant，Dali 675702，Yunnan，China）

The induced joints of arch dam can effectively improve the stress distribution of dam heel and prevent dam heel cracking to ensure dam safety.The flood discharge hydraulic experiment of Xiaowan Arch Dam is carried out on August，2014. The monitoring data of hydraulic experiment are analyzed and the results show that the experiment does not cause a significant impact on induced joints of dam.The induced joints can safety operated during the flood discharge hydraulic experiment.The experiment results of Xiaowan Arch Dam will provide references for other hydropower projects.

induced joint；high arch dam；flood discharge hydraulic experiment；Xiaowan Hydropower Station

TV131.6（274）

A

0559-9342（2015）10-0075-04

2015-07-29

余意（1989—），男，湖北孝感人，碩士，主要從事大壩安全監(jiān)測(cè)工作.