桃源水電站安全監(jiān)測設計及效果評價

聶輝 鄒思甜

摘要： 桃源水電站是位于沅水干流上的綜合水電樞紐。電站主要由混凝土重力壩、土石副壩、船閘等水工建筑物組成。本文介紹了桃源水電站安全監(jiān)測設計情況，并通過監(jiān)測資料分析情況，對電站安全監(jiān)測效果進行了簡單評價，對同類型電站具有一定的參考價值。

Abstract： Taoyuan power station is an integrated hydropower hub located on the main stream of Yuan River. The power station is mainly composed of concrete gravity dam， earth-rockfill dam， ship lock and other hydraulic structures. This paper introduces the safety monitoring design of Taoyuan power station， and through the analysis of monitoring data， it makes a simple evaluation of the safety monitoring effect of the power station. This could provide a certain reference for other power stations of the same type.

關鍵詞：桃源水電站;混凝土重力壩;安全監(jiān)測;資料分析

Key words： Taoyuan Power Station;concrete gravity dam;safety monitoring;data analysis

中圖分類號：TV74? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1006-4311（2019）36-0186-02

1? 工程概況

桃源水電站位于湖南省常德市桃源縣城附近的沅水干流上，是沅水干流最末一個水電開發(fā)梯級。桃源水電站為低水頭徑流式電站，二等大（2）型工程，裝機總容量為180MW，裝設9臺單機容量20MW的貫流式機組，電站多年平均年發(fā)電量7.93億kW·h，裝機年利用小時數(shù)4404h。

電站樞紐分為左河道水工建筑物、右河道水工建筑物及通航水工建筑物三個部分，主要包含閘壩、河床式廠房、土石副壩、船閘等。泄洪閘共25孔，左河道布置14孔，長度326.60m，右河道布置11孔，長度257.00m，閘壩頂部高程50.70m，最大壩高30.20m;廠房軸線長271.2m，最大高度45.20m;通航建筑物含上下游引航道、上下閘首、閘室等部分[1]。

2? 安全監(jiān)測設計

2.1 右河道水工建筑物監(jiān)測設計

右河道水工建筑物由土石副壩、泄洪閘和河床式廠房組成，共布置5個監(jiān)測斷面。在右岸土石副壩最大壩高處布置1個監(jiān)測斷面，在泄洪閘⑤壩段和⑩壩段分別布置1個監(jiān)測斷面，在廠房⑦機壩段和③機壩段分別布置1個監(jiān)測斷面。

2.1.1 變形監(jiān)測

泄洪閘和廠房壩段采用引張線進行水平位移監(jiān)測，引張線分兩段布置在壩頂。在土石副壩壩頂布置視準線。右河道表面垂直位移采用幾何水準測量方式進行觀測，沿泄洪閘、土石副壩和廠房壩段壩頂布設一條水準線路。

為監(jiān)測擋水建筑物基礎穩(wěn)定及變形情況，在閘壩⑤和⑩壩段、廠房③機和⑦機壩段基礎部位布設基巖變位計。在閘壩⑩與{11}壩段基礎結構縫處布置測縫計，在廠房尾水③機與④機、⑦機與⑧機結構縫處布設測縫計，監(jiān)測相鄰結構縫的開合變形情況。

2.1.2 應力應變監(jiān)測

為監(jiān)測混凝土應力應變，在⑤壩段溢流堰混凝土內布設四向應變計組和無應力計。選擇在⑩壩段的閘墩受力鋼筋上布置鋼筋計，監(jiān)測其受力狀態(tài)。在③機與⑦機尾水流道處布置鋼筋應力監(jiān)測截面，沿流道一側和頂部布設鋼筋應力計，用于監(jiān)測尾水結構在不同工況下的鋼筋受力狀態(tài)。

2.1.3 滲流監(jiān)測

在土石副壩高噴防滲墻后2m處分不同高程布設滲壓計，監(jiān)測其防滲效果。為了解混凝土閘壩與土石副壩結合界面的滲流情況，在混凝土閘壩與右岸土石副壩的結合面布設滲壓計。沿壩軸線方向在閘壩和廠房每個壩段布置1個揚壓力測壓管，在閘壩⑤壩段、③機與⑦機壩段基礎建基面布設滲壓計，用于監(jiān)測基礎揚壓力分布及變化情況。在右河道布置地下水位觀測孔，監(jiān)測右河道繞壩滲流情況。

2.2 左河道水工建筑物監(jiān)測設計

左河道水工建筑物由土石副壩和泄洪閘組成，共布置有3個監(jiān)測斷面，在右岸土石副壩布置1個監(jiān)測斷面，在閘壩{17}壩段和{22}壩段分別布置1個監(jiān)測斷面。

2.2.1 變形監(jiān)測

泄洪閘壩段采用引張線進行水平位移監(jiān)測，引張線從{13}壩段起點開始至{27}壩段止。在左、右岸土石副壩壩頂分別布置視準線。右河道表面垂直位移采用幾何水準測量方式進行觀測，在泄洪閘壩頂及左、右岸土石副壩頂布設垂直位移測點。

為監(jiān)測擋水建筑物基礎穩(wěn)定及變形情況，在閘壩{17}和{22}壩段基礎部位布設基巖變位計。在閘壩{21}與{22}壩段基礎結構縫處布置測縫計，監(jiān)測相鄰結構縫的開合變形情況。

2.2.2 應力應變監(jiān)測

為監(jiān)測混凝土應力應變情況，在{17}壩段溢流堰混凝土內布設四向應變計組和無應力計。在{22}壩段的閘墩受力鋼筋上布置鋼筋計，監(jiān)測其受力狀態(tài)。

2.2.3 滲流監(jiān)測

在土石副壩高噴防滲墻后2m處分不同高程布設滲壓計，監(jiān)測其防滲效果。為了解混凝土閘壩與土石副壩結合界面的滲流情況，在混凝土閘壩與左、右岸土石副壩的結合面布設滲壓計。沿壩軸線方向在閘壩每個壩段布置1個揚壓力測壓管，在閘壩{17}壩段基礎建基面布設滲壓計，用于監(jiān)測基礎揚壓力分布及變化情況。在左河道布置地下水位觀測孔，監(jiān)測左河道繞壩滲流情況。

2.3 通航水工建筑物監(jiān)測設計

船閘由上閘首、閘室和下閘首組成，共布置2個監(jiān)測斷面。靠近上閘首布置1個監(jiān)測斷面，在閘室中部布置1個監(jiān)測斷面。

2.3.1 變形監(jiān)測

船閘采用視準線進行水平位移監(jiān)測，在兩側閘墻頂部對稱布設兩條視準線。船閘表面垂直位移采用幾何水準測量方式進行監(jiān)測，其水準測點與視準線測點結合布設。

為監(jiān)測閘室基礎穩(wěn)定情況，在2個監(jiān)測斷面處的閘室基礎布設基巖變位計。

2.3.2 應力應變監(jiān)測

為監(jiān)測閘室內部應力應變情況，在閘室轉角混凝土內布設四向應變計和無應力計，在閘墻背面受力鋼筋和轉角結構鋼筋上布設鋼筋應力計。為監(jiān)測兩側回填土對閘墻的作用大小，選擇在閘室監(jiān)測斷面對應部位布設土壓力計。

2.3.3 滲流監(jiān)測

為了解閘室基礎滲流情況，在閘室基礎部位布設滲壓計。在閘室兩側回填區(qū)內布設了地下水位觀測孔，用于了解地下水位變化和分布情況。

3? 主要監(jiān)測成果

3.1 右河道水工建筑物主要監(jiān)測成果

右河道表面變形數(shù)值較小，符合一般物理規(guī)律;壩基揚壓力分布均勻，實測最大揚壓系數(shù)[2]為0.635，小于設計取值0.7，對大壩抗滑穩(wěn)定是有利的;右岸土石副壩防滲體下游滲壓較上游有明顯降低，說明防滲體起到了應有的作用;閘壩與土石壩之間接觸面滲流狀態(tài)正常，實測滲透坡降[3]最大僅為0.129，小于土石壩滲透允許坡降;混凝土受力較為穩(wěn)定，鋼筋基本呈輕微受壓狀態(tài);總體來說右河道水工建筑物運行是正常的。表1為右河道閘壩各壩段實測揚壓系數(shù)計算表。

3.2 左河道水工建筑物主要監(jiān)測成果

左河道閘壩表面水平位移數(shù)值均較小;垂直位移最大向下位移不超過5mm;基巖、接縫變形均在合理范圍之內;基礎揚壓力有6處測點實測揚壓系數(shù)超過0.7的設計值，在采用電測水位計對所有測壓管人工比對修正后，實測揚壓系數(shù)均小于0.7;閘壩與土石壩之間接觸面滲流狀態(tài)均正常，實測滲透坡降最大僅為0.162，小于土石壩滲透允許坡降;混凝土、鋼筋受力均較為穩(wěn)定;總體來說左河道水工建筑物運行是正常的。圖1為左河道閘壩部分垂直位移測值過程線（下沉為正，上升為負）。

3.3 通航水工建筑物主要監(jiān)測成果

船閘基礎變形、船閘表面垂直位移處于正常的、穩(wěn)定的狀態(tài);船閘基礎滲壓隨時間無明顯變化，未出現(xiàn)對船閘穩(wěn)定不利的工況;船閘結構混凝土、鋼筋均為受壓，受力情況較為穩(wěn)定;總體來說，船閘工作狀態(tài)正常。

4? 結論

①桃源水電站安全監(jiān)測設計布置了大壩變形、結構應力應變、滲流等監(jiān)測項目，在關鍵部位均布置有監(jiān)測點和監(jiān)測斷面。

②安全監(jiān)測成果表明，桃源水電站各建筑物的變形均已趨于穩(wěn)定，壩基揚壓力及滲透壓力正常，鋼筋混凝土應力均在正常范圍內，各建筑物的工作性態(tài)是正常的。

③桃源水電站安全監(jiān)測設計符合國家相關規(guī)范規(guī)程，安全監(jiān)測系統(tǒng)已經(jīng)歷長期運行考驗，監(jiān)測數(shù)據(jù)成果表明水工建筑物運行正常，符合工程安全要求。

參考文獻：

[1]奉偉清，王東輝，等.湖南省沅水桃源水電站竣工安全鑒定設計自檢報告[R].中國電建集團中南勘測設計研究院，2015.

[2]張曉龍，張慧莉，等.混凝土重力壩滲壓系數(shù)負值分析[J]. 人民黃河，2016，38（7）：100-103.

[3]劉陽，侍克斌，等.帷幕灌漿及充填灌漿對水庫除險加固的影響研究[J].水利科技與經(jīng)濟，2019，25（3）：15-21.