溫度計(jì)在毛灘河三層巖水電站大壩安全監(jiān)測中的應(yīng)用

張忠舉，周克明，趙　陽，吉宏軍

(1.江蘇南水科技有限公司，江蘇南京210012；2.水利部水文水資源監(jiān)控工程研究中心，江蘇南京210012；)

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溫度計(jì)在毛灘河三層巖水電站大壩安全監(jiān)測中的應(yīng)用

張忠舉1,2，周克明1,2，趙陽1,2，吉宏軍1,2

(1.江蘇南水科技有限公司，江蘇南京210012；2.水利部水文水資源監(jiān)控工程研究中心，江蘇南京210012；)

大壩混凝土在水化熱、水溫、氣溫、太陽輻射等因素影響下會產(chǎn)生裂縫等情況，從而降低大壩混凝土的完整性，影響大壩的施工期及運(yùn)行期的安全。根據(jù)毛灘河三層巖水電站的實(shí)際情況及特點(diǎn)，采用溫度計(jì)進(jìn)行溫度監(jiān)測資料分析，分析其觀測數(shù)據(jù)成果可知道大壩內(nèi)部的溫度變化趨勢；監(jiān)測成果表面：大壩混凝土溫度變化幅度不大，上游、中部、下游溫度計(jì)監(jiān)測資料反應(yīng)溫差梯度比較均勻，對大壩混凝土有較好的效果，避免了混凝土微裂縫的產(chǎn)生。施工中采用循環(huán)水冷卻措施，在不同的高度進(jìn)行鋪設(shè)冷卻水管，從而保證了大壩混凝土的澆筑質(zhì)量，溫控效果明顯。圖13幅，表1個(gè)。

水電站;大壩監(jiān)測;溫度計(jì)；應(yīng)用

1　概　述

毛灘河三層巖水電站大壩是重慶市石柱縣境內(nèi)的1座混凝土大壩，壩址地質(zhì)條件復(fù)雜，施工難度較大，技術(shù)要求就更高，大壩需要承受水較大的推力，因此大壩混凝土整體性要求高。而要保證大壩混凝土的完整性，則需要監(jiān)測溫度，進(jìn)而避免產(chǎn)生裂縫；而溫度變化對大壩的變形有較大影響，容易產(chǎn)生裂縫，影響混凝土大壩的安全運(yùn)行。

郁江為烏江右岸一大支流，是跨湖北、重慶兩省市的中等河流，發(fā)源于湖北省利川市汪營鄉(xiāng)南山嶺，西南行于鄂渝界上，又入利川市境；南經(jīng)長順入重慶彭水縣境，經(jīng)洞坪、郁山鎮(zhèn)左納中井河,西南流過天落、雙河至三江口右納普子河, 經(jīng)羊頭鋪、長灘，在彭水縣城匯入烏江。河流全長172.7 km，落差1 471.4 m，流域面積4 617 km2；重慶境內(nèi)河長84.6 km，落差142.4 m，界河長10.5 km，流域面積2 555 km2。

毛灘河為烏江流域七曜山脈以東郁江右岸的一級支流，屬烏江流域，發(fā)源于重慶市石柱縣金鈴鄉(xiāng)七曜山袁家灣，南流經(jīng)金鈴、金竹、新樂鄉(xiāng)，于新樂鄉(xiāng)九蟒村吳家灣流入湖北省利川市文斗區(qū)域，再南偏東于龍口處匯入郁江。河長27 km，流域面積231 km2，河口流量6.63 m3/s。石柱縣境內(nèi)河長22 km，流域面積185.35 km2。

毛灘河三級電站(三層巖電站)壩址位于石柱縣新樂鄉(xiāng)九蟒村附近的滴水潭峽谷，壩址以上控制流域面積158.63 km2，河長18.75 km，河道平均比降29.50‰。

廠房位于石柱縣新樂鄉(xiāng)九蟒村附近的三層巖，廠房布置于毛灘河左岸，廠址以上控制流域面積185.35 km2，河長24.91 km，比降23.53‰。

毛灘河三層巖水電站是碾壓混凝土大壩，混凝土拱壩采用混凝土圓弧線等厚度雙曲拱壩，左右岸對稱布置，拱壩中心線順河床布置。最低建基面高程588.00 m，壩頂高程644.00 m，最大壩高56 m，拱壩拱冠梁處底厚12.995 m，厚高比0.23，壩頂寬3.5 m(見圖1)。

圖1毛灘河三層巖水電站大壩平面示意

2　溫度計(jì)監(jiān)測布置

大壩共安裝了25支溫度計(jì)，其中6支基巖溫度計(jì)，19支混凝土溫度計(jì)；進(jìn)行混凝土大壩監(jiān)測時(shí)，根據(jù)設(shè)計(jì)監(jiān)測布置圖安裝(見圖2、圖3)。

圖2　大壩溫度計(jì)監(jiān)測立視圖

圖3大壩溫度計(jì)監(jiān)測剖面布置

3　溫度計(jì)結(jié)構(gòu)及工作原理與計(jì)算

3.1一般構(gòu)造

STW—1型電阻溫度計(jì)由電阻線圈、外殼及電纜組成，其電纜引出形式分為4芯(見圖4)。

圖4STW—1型電阻溫度計(jì)結(jié)構(gòu)示意

圖中的電阻線圈是感溫元件,采用高強(qiáng)度漆包線按一定工藝?yán)@制,用紫銅管作為溫度計(jì)的外殼,與引出電纜槽密封而成。

3.2溫度計(jì)的工作原理

溫度計(jì)利用銅電阻在一定的溫度范圍內(nèi)與溫度成線性的關(guān)系工作，當(dāng)溫度計(jì)所在的溫度變化時(shí)其電阻值也隨著變化。

3.3計(jì)算公式

t=5×(Rt-46.60)

式中，t為測量點(diǎn)的溫度(℃) ；Rt為溫度計(jì)實(shí)測電阻值(Ω) ；R0為溫度計(jì)零度電阻值(Ω)，R0=46.60；a為溫度計(jì)溫度系數(shù)(℃/Ω)，a=5。

4　溫控變化分析

對于碾壓混凝土大壩來說，溫度控制很重要，因?yàn)闇囟鹊淖兓粌H對碾壓混凝土大壩的變形有明顯的影響，而且會產(chǎn)生溫度應(yīng)力，對大壩的機(jī)構(gòu)應(yīng)力狀態(tài)也有影響。一般有以下幾種方面：

(1)溫度隨時(shí)間變化?；炷翝仓螅炷林械乃嗪退a(chǎn)生水化熱導(dǎo)致溫度升高，一般在3～7 d，過后會逐步從最高點(diǎn)下降，直到穩(wěn)定。

(2)溫度在空間的變化。由于壩體表面混凝土比內(nèi)部容易散熱，造成大壩內(nèi)部的溫度不均勻。

(3)溫度的周期變化。主要是大壩內(nèi)部的大氣和水溫度等的變化，這些情況在混凝土大壩內(nèi)存在。在此情況下有復(fù)雜的溫度場，在混凝土溫度升高時(shí)，混凝土膨脹受到約束，混凝土內(nèi)部引起壓應(yīng)力，因塑性較大，彈性模量小，應(yīng)力不大?；炷两禍貢r(shí)，表面溫度較低，內(nèi)部溫度高，表面溫度收縮變形時(shí)受到約束，拉應(yīng)力超過抗拉應(yīng)力時(shí)，混凝土就會開裂，產(chǎn)生裂縫。溫度的分析與監(jiān)測對于大壩溫度掌握很重要，在很多同類大壩中，均采用埋設(shè)溫度計(jì)來監(jiān)測大壩的溫度，來了解大壩的散熱情況，以便有效地監(jiān)控大壩的溫度情況。

以上這些對防止發(fā)生裂縫起到了關(guān)鍵的作用，在運(yùn)行期間可以了解大壩溫度的變化趨勢，研究大壩的應(yīng)力和自重作用下的變形和應(yīng)力，很有價(jià)值。

5　監(jiān)測成果分析

5.1基巖溫度計(jì)

從6支基巖溫度計(jì)監(jiān)測成果可以知道(見表1)，基巖溫度計(jì)變化的趨勢如下所示(見圖5～圖13)?；鶐r溫度計(jì)變化規(guī)律強(qiáng)，最高溫度在32.1～39.8 ℃之間,最低溫度在6.7～9.8 ℃之間，巖深處溫度計(jì)不受外界氣溫的影響。

5.2壩體溫度計(jì)

毛灘河三層巖電站大壩壩體安裝19支溫度計(jì)，混凝土溫度上下游之間變化不大，受外界的氣溫影響，監(jiān)測數(shù)據(jù)說明最高溫度在19.0～39.6 ℃之間，最低溫度在4.6～11.6 ℃之間，壩體的變化受季節(jié)變化影響較大,具有變化規(guī)律強(qiáng)的特點(diǎn)。

表1　溫度計(jì)特征值統(tǒng)計(jì)

續(xù)表1　溫度計(jì)特征值統(tǒng)計(jì)

圖5　617.5 m高程溫度計(jì)觀測時(shí)間-溫度變化曲線(一)

圖6　630.0 m高程溫度計(jì)觀測時(shí)間-溫度變化曲線

圖7　585.0 m高程溫度計(jì)觀測時(shí)間-溫度變化曲線

圖8　598.0 m高程溫度計(jì)觀測時(shí)間-溫度變化曲線(一)

圖9　610.5 m高程溫度計(jì)觀測時(shí)間-溫度變化曲線

圖10　598.0 m高程溫度計(jì)觀測時(shí)間-溫度變化曲線(二)

圖11　607.0 m高程溫度計(jì)觀測時(shí)間-溫度變化曲線

圖12　617.5 m高程溫度計(jì)觀測時(shí)間-溫度變化曲線(二)

圖13617.5 m高程溫度計(jì)觀測時(shí)間-溫度變化曲線(三)

從各高程的溫度過程曲線及特征表可以看出：首先，大壩混凝土的降溫階段，混凝土澆筑開始通水冷卻,水化熱到最高溫度。其次，冷卻水后溫度平穩(wěn)逐步回升的平緩，降低開裂縫的風(fēng)險(xiǎn)。然后，溫度逐步回升，達(dá)到混凝土的冷卻效果，冷卻水的溫度下降。最后，混凝土隨季節(jié)及庫水位的變化影響開始變化。

從毛灘河三層巖電站大壩溫度計(jì)監(jiān)測成果分析得知，大壩總計(jì)安裝25支溫度計(jì)，其中T6～T8為基巖溫度計(jì)，在安裝初期溫度計(jì)最高在39.8 ℃。通過觀測成果來看，目前基巖溫度計(jì)在9.5～11.6 ℃之間，混凝土溫度計(jì)在4.6～11.0 ℃之間；觀測溫度計(jì)呈緩慢降溫趨勢，其溫度變化符合大壩施工溫控條件及規(guī)律；大壩基巖溫度計(jì)基本不受外界影響，壩體內(nèi)部溫度計(jì)受季節(jié)的溫度變化影響，壩體內(nèi)部的變化是周期性的變化。

監(jiān)測成果表面：大壩混凝土溫度變化幅度不大，上游、中部、下游溫度計(jì)監(jiān)測資料反應(yīng)溫差梯度比較均勻，對大壩混凝土有較好的效果，避免了混凝土微裂縫的產(chǎn)生。施工中采用循環(huán)水冷卻措施，在不同的高度進(jìn)行鋪設(shè)冷卻水管，從而保證了大壩混凝土的澆筑質(zhì)量，溫控效果明顯。溫度計(jì)布置合理，采取的溫控措施有效，可以在同類過程中繼續(xù)總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，提高大壩混凝土溫控水平。

從整體上來看，大壩溫度已基本穩(wěn)定，溫度測值變化平穩(wěn)，無較大幅度的變化。

6　結(jié)　語

通過本工程案例，提出了大壩混凝土溫度計(jì)監(jiān)測資料分析的方法，合理反映了混凝土的溫度變化情況，保證了大壩混凝土的施工期和運(yùn)行期的永久安全，驗(yàn)證了設(shè)計(jì)的合理性，滿足大壩溫控標(biāo)準(zhǔn)。

[1]國家電力監(jiān)管委員會大壩安全監(jiān)察中心.巖土工程安全監(jiān)測手冊[M]. 北京：中國水利水電出版社，2013:359_360.

[2]水利部南京水利水文自動(dòng)化研究所. DG 型大壩安全自動(dòng)監(jiān)測系統(tǒng)培訓(xùn)教材[R]. 南京：水利部南京水利水文自動(dòng)化研究所，2010: 161_165.

[3]重慶市水利電力建筑勘測設(shè)計(jì)研究院.重慶市石柱縣毛灘河三層巖水電站工程可行性研究告[R].重慶：重慶市水利電力建筑勘測設(shè)計(jì)研究院，2010.

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責(zé)任編輯吳昊

2016-07-05

張忠舉 (1983-)，男，主要從事水工建筑物及地下工程安全監(jiān)測工作。

E_mail：1450111791@qq.com