唐河水電站大壩面板應(yīng)變資料分析

陳旭峰

（山西唐河水電有限責(zé)任公司，山西 太原 030002）

1 工程概況

唐河水電站位于山西省靈丘縣東河南鎮(zhèn)韓淤地村西170 m，距靈丘縣城約22 km，唐河水電站總庫(kù)容950萬(wàn)m3，是一座以水力發(fā)電、工業(yè)供水和農(nóng)業(yè)灌溉為主，兼顧防洪等綜合利用的?。ㄒ唬┬退娬?。水電站建成后，每年可發(fā)電136.6萬(wàn)度，工業(yè)供水915萬(wàn)m3，滿足灌溉面積3 026.67 hm2，使水電站下游兩岸的防洪標(biāo)準(zhǔn)提高到20年一遇。

2 應(yīng)變觀測(cè)

唐河水電站由混凝土重力壩段和混凝土面板堆石壩段兩種壩型組合而成。針對(duì)該組合型壩體，在混凝土面板堆石壩0+180斷面，0+330斷面，每個(gè)斷面設(shè)3個(gè)測(cè)點(diǎn)，每個(gè)測(cè)點(diǎn)布置2支應(yīng)變計(jì)（二向）和1支無(wú)應(yīng)力計(jì)，共布置測(cè)點(diǎn)6個(gè)，應(yīng)變計(jì)12支，無(wú)應(yīng)力計(jì)6支，來(lái)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)砼面板壩在施工期及運(yùn)用期的應(yīng)力狀態(tài)，以確保大壩整體安全運(yùn)行。

基于兩個(gè)斷面自2012年10月安裝應(yīng)變儀器，到目前已正常運(yùn)行近2年，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)基本完整，因此對(duì)兩個(gè)斷面所設(shè)的應(yīng)變計(jì)組及相關(guān)無(wú)應(yīng)力計(jì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。其埋設(shè)位置及時(shí)間見(jiàn)表1、表2。其安裝位置參數(shù)見(jiàn)表1。

3 應(yīng)變計(jì)構(gòu)造及工作原理

3.1 應(yīng)變計(jì)構(gòu)造

唐河水庫(kù)混凝土面板應(yīng)變監(jiān)測(cè)采用是美國(guó)基康公司生產(chǎn)的VCE-4200振弦式應(yīng)變計(jì)，埋入大體積混凝土中，用來(lái)長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)混凝土應(yīng)變量變化。應(yīng)變計(jì)構(gòu)造主要包括：振弦式鋼弦、熱敏電阻及激勵(lì)與接收線圈、保護(hù)管等幾部分，見(jiàn)圖1。

3.2 GK－4420型應(yīng)變計(jì)，應(yīng)變數(shù)據(jù)分析公式：

表1 面板變形觀測(cè)點(diǎn)位移參數(shù)一覽表

圖1 VCE-4200應(yīng)變計(jì)構(gòu)造及實(shí)物

式中：ε——行程，1/150 mm；

G——廠家檢驗(yàn)率定系數(shù)，取3.304；

B——平均修正系數(shù)，本次儀器取0.97；

R0、R1——儀器讀數(shù)。

4 應(yīng)變計(jì)安裝

唐河水電站面板堆石壩段面板施工，采用逐塊、逐層澆注,因此應(yīng)變計(jì)的埋設(shè)應(yīng)與所在斷面面板澆注同步進(jìn)行。主要分應(yīng)變計(jì)組及無(wú)應(yīng)力計(jì)的安裝。

4.1 應(yīng)變計(jì)組的埋設(shè)

應(yīng)變計(jì)埋設(shè)前逐支量測(cè)，保證儀器正常。預(yù)制好安裝模板；在混凝土澆筑到層面后，在埋設(shè)處，以埋設(shè)位置為中心，開(kāi)挖一個(gè)埋設(shè)坑；放入模板，平整埋設(shè)坑坑底，將剔除大于8 cm的骨料的混凝土填入坑底，厚約10 cm，振搗后插入支柱的錨固桿，調(diào)整好方向。

安裝好應(yīng)變計(jì)，借助水準(zhǔn)和角尺檢查儀器方向的正確性，單支應(yīng)變計(jì)的角度誤差不超過(guò)±1.0°；握緊應(yīng)變極支桿，小心將剔除大于8 cm骨料的混凝土填入，邊澆混凝土，邊提高模板，用小型振搗器振搗密實(shí)；振搗時(shí)不能碰到儀器。

在新澆筑面上插上明顯標(biāo)志，并用繩子圍住埋設(shè)點(diǎn)，防止施工人員不注意造成損壞；埋設(shè)后立即量測(cè)各支儀器的測(cè)值，如發(fā)現(xiàn)儀器有損壞，立即更換重埋。

4.2 無(wú)應(yīng)力計(jì)的埋設(shè)

無(wú)應(yīng)力計(jì)是應(yīng)變計(jì)組的配套儀器，用以監(jiān)測(cè)混凝土的自生體積變形。事先準(zhǔn)備好無(wú)應(yīng)力計(jì)筒，埋設(shè)前將筒的內(nèi)壁用標(biāo)號(hào)較低的瀝青涂刷5 mm厚，并將應(yīng)變計(jì)用鐵絲固定在筒中央。無(wú)應(yīng)力計(jì)也用挖坑法埋設(shè)，其方法與應(yīng)變計(jì)組的方法基本相同。埋設(shè)在應(yīng)變計(jì)組附近，兩者距離1～1.5 m。放入無(wú)應(yīng)力計(jì)筒后，填入與應(yīng)變計(jì)相同，并剔除了大于8 cm骨料的混凝土，人工搗實(shí)。

用BGK 408讀數(shù)儀分別讀取應(yīng)變計(jì)組及無(wú)應(yīng)力計(jì)初始數(shù)據(jù)。具體安裝效果圖見(jiàn)圖2：

圖2 應(yīng)變儀器安裝效果圖

5 監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析

觀測(cè)數(shù)據(jù)較多，以典型數(shù)據(jù)分析為基礎(chǔ)。由于監(jiān)測(cè)儀器在施工期間，沒(méi)有蓄水的影響，基本上數(shù)據(jù)變化只受本身混凝土性質(zhì)及地質(zhì)影響，因此此處為了說(shuō)明情況，選擇接近原河床地質(zhì)斷面處0+180斷面監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)來(lái)分析，由于考慮溫度的因素，選擇高程1057.4m，樁號(hào)0-014.074處混凝土應(yīng)變量值，該測(cè)點(diǎn)安裝運(yùn)行穩(wěn)定后，取一個(gè)月內(nèi)實(shí)測(cè)值的均值作為初始值，具體見(jiàn)表2。

表2 典型應(yīng)變監(jiān)測(cè)儀器的埋設(shè)初期數(shù)據(jù)

安裝后，取3個(gè)月該測(cè)點(diǎn)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)平均值帶入應(yīng)變數(shù)據(jù)分析公式，該點(diǎn)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)見(jiàn)表3。

以一周內(nèi)所采集的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)劃分，取平均值作為R1，繪制施工期間混凝土應(yīng)變曲線，則在施工期該觀測(cè)點(diǎn)X、Y方向及應(yīng)力桶中混凝土應(yīng)變間變化曲線如圖3，圖4。

圖3 X、Y方向施工期間混凝土應(yīng)變曲線圖

由上圖可知，在儀器安裝后，由于大壩施工期，沒(méi)有蓄水，X方向（沿著壩軸線）、Y方向（垂直壩軸線）混凝土應(yīng)變量穩(wěn)定變化，與溫度同步變化。對(duì)于圖中應(yīng)變的突變，具體了解后，該觀測(cè)點(diǎn)測(cè)值的變化，由于該段時(shí)間該測(cè)點(diǎn)附近有挖填作業(yè)，引出強(qiáng)烈震動(dòng)，因此振弦變化突變，則該測(cè)值舍去。

圖4 無(wú)應(yīng)力桶內(nèi)混凝土施工期間應(yīng)變曲線圖

蓄水期，水位1 052時(shí)，所選位置X方向和Y方向在蓄水期面板混凝土應(yīng)變的變化曲線圖見(jiàn)圖5，圖6。

圖5 蓄水期X方向面板混凝土應(yīng)變曲線圖

圖6 蓄水期Y方向面板混凝土應(yīng)變曲線圖

蓄水期，水位1 052 m時(shí)，所選數(shù)據(jù)為2013年1月份，所選位置面板無(wú)應(yīng)力桶內(nèi)混凝土應(yīng)變量變化圖見(jiàn)圖7。

圖7 蓄水期無(wú)應(yīng)力桶混凝土應(yīng)變曲線圖

由上圖可知，X方向面板混凝土變化最大值為：176.8 με，最小值118.7 με，均值155.3 με；Y方向面板混凝土變化最大值為：93.7 με，最小值66.73 με，均值80.08 με；無(wú)應(yīng)力桶內(nèi)混凝土變化最大值為：82.86 με，最小值38.62 με，均值61.20 με；則X、Y方向面板混凝土受外力變化情況見(jiàn)表5和表6。

表5 X方向面板混凝土應(yīng)力變化變化

表6 Y方向面板混凝土應(yīng)力變化變化

由以上圖表可知，由于大壩蓄水期間，X、Y方向面板混凝土隨著溫度而變。該二維受外力即水壓力影響不同，X方向（沿著壩軸線）變化相比Y（垂直壩軸線）混凝土應(yīng)變量約為7倍。

蓄水期與蓄水前相比，X方向（沿著壩軸線）混凝土應(yīng)變均值為94.1 με，與蓄水前相比有太大變化；Y方向（垂直壩軸線）混凝土應(yīng)變均值為18.1 με,與蓄水前相比基本沒(méi)有變化。

6 結(jié)論

2013年1月1日唐河水電站大壩蓄水到1 052 m，蓄水后混凝土堆石面板壩面板混凝土應(yīng)變量，X方向（沿著壩軸線）、Y方向（垂直壩軸線）基本上隨著溫度同步變化；對(duì)于X方向混凝土應(yīng)變均值受水壓力的影響影響較為明顯；Y方向混凝土應(yīng)變與蓄水前相比均有變化，表明面板垂直壩軸線方向受水壓力的影響很小。