某水利樞紐電站廠房安全監(jiān)測布置及成果分析

江世好 丁小闖 單海年

南京南瑞集團公司(國網電力科學研究院) 江蘇 南京 211116

1 工程概況

某水利樞紐是一座改善城市環(huán)境、水景觀、航運為主，兼顧水力發(fā)電及其他的綜合性水利樞紐工程。在保證防洪排澇安全的前提下，適當抬高江河段的城市景觀水位，改善城市水環(huán)境，解決航運水位銜接問題，兼顧水力發(fā)電。本工程按水庫庫容劃分，屬大型水庫，樞紐工程等別為Ⅱ等。主要建設內容有：攔河壩、13孔閘壩、電站廠房及進場交通公路，正常蓄水位77m，總庫容7.1億m3，電站裝機容量57.7MW，為燈泡貫流式機組，多年平均發(fā)電量2.207億千瓦時。

本次選擇電站廠房作為主要監(jiān)測部位，共選擇3個橫向監(jiān)測斷面布設監(jiān)測儀器，其中在安裝間、主機間2#及5#機組段各選擇1個代表橫向監(jiān)測斷面。

2 監(jiān)測儀器布置情況

電站廠房安全監(jiān)測項目包括變形監(jiān)測、滲流監(jiān)測、應力應變與溫度監(jiān)測。

（1）變形監(jiān)測

選取安裝間、2#和5#機組附近布設單點基巖變位計進行基礎垂直位移監(jiān)測，同時在2#、5#機組與混凝土結合處設置測縫計監(jiān)測接縫或裂縫的開合情況及變形情況。

（2）滲流監(jiān)測

選取安裝間、2#和5#機組附近布設基礎滲壓計，其中2#、5#機組在機殼附件分部選取2個監(jiān)測斷面，每個監(jiān)測斷面環(huán)向布設4支滲壓計，用以監(jiān)測機組運行過程中機組滲壓變化情況。

（3）應力應變與溫度監(jiān)測

選取2#、5#機組沿流道方向布設4個監(jiān)測斷面，每個監(jiān)測斷面布設3～4組三向應變計組、鋼筋計和表面應變計，每個應變計組旁邊1m處布置1個無應力計。用以監(jiān)測機組運行后的應力應變變化情況，實時掌握機組運行時混凝土及鋼管等建筑物的應力應變監(jiān)測數(shù)據。

圖1 廠房監(jiān)測平面布置圖

圖2 廠房機組監(jiān)測剖面圖

3 電站廠房監(jiān)測數(shù)據分析

3.1 接縫監(jiān)測

接縫監(jiān)測主要采用測縫計進行觀測。儀器安裝初期受混凝土水化熱影響，各測縫計測值變幅較大，呈現(xiàn)先收縮后張開，隨著水化熱溫度趨于穩(wěn)定，儀器測值也趨于穩(wěn)定。2017年10月一期蓄水后，混凝土受水冷作用及天氣轉冷，上下游監(jiān)測部位混凝土溫度出現(xiàn)明顯下降，相應部位接縫測值增大，2018年3月后受混凝土溫度升高影響，接縫測值減小，符合混凝土熱脹冷縮特性。目前廠房各接縫測值在0.18mm～7.48mm之間。

圖3 廠房典型接縫監(jiān)測過程線圖

3.2 基巖變形監(jiān)測

基巖變形主要采用單點位移計進行監(jiān)測。儀器安裝初期，主要受基巖回彈、基巖內部固結灌漿以及基巖熱脹的影響，基巖面承受向上拉力，呈現(xiàn)拉伸趨勢。由監(jiān)測資料可知，隨著混凝土澆筑高度增加，基巖受壓，變形測值均趨于穩(wěn)定，且測值變幅較小，2017年10月一期蓄水后，變幅均在1mm范圍內，目前測值基本都在3mm以內。

圖4 廠房典型基巖變形監(jiān)測過程線圖

3.3 滲流監(jiān)測

滲流監(jiān)測主要采用滲壓計進行觀測。廠壩過水前各部位基巖滲壓計測值變化平穩(wěn)，暴雨積水及固結灌漿均對測值產生小幅增大影響，2017年11月蓄水后各部位滲透壓力主要受外界水位影響，出現(xiàn)明顯增大，而后基本穩(wěn)定，無異?，F(xiàn)象。

圖5 廠房典型滲流監(jiān)測過程線圖

3.4 混凝土應力應變及溫度

從監(jiān)測過程線圖來看，混凝土應力應變監(jiān)測儀器在安裝初期隨著混凝土澆筑，承受壓應力，主要發(fā)生壓應變，且主要發(fā)生在水化熱過程中，當壓應變達到一定值后基本保持不變。之后在溫降過程中，壓應變逐漸減小，拉應變逐漸增大，而后趨于平穩(wěn)。各部位混凝土水化熱最高溫度均在40℃～70℃之間，當前溫度基本在22℃～25℃之間?；炷翉乃療徇_到最高溫度后的溫降幅度在15℃～40℃之間。

總體來說，混凝土應力應變測值在儀器安裝初期受混凝土水化熱影響變幅較大，目前基本趨于穩(wěn)定，變幅較小。

圖6 典型應力應變及溫度監(jiān)測過程線圖（2#機組）

圖7 典型應力應變及溫度監(jiān)測過程線圖（5#機組）

3.5 鋼筋應力及溫度監(jiān)測

鋼筋應力主要采用鋼筋計測量。儀器安裝初期，受混凝土熱脹冷縮特性影響，溫度上升時，鋼筋應力出現(xiàn)壓應力增大趨勢；溫度下降時，鋼筋應力壓應力逐漸減小，拉應力逐漸增大。后期混凝土溫度穩(wěn)定后，鋼筋應力隨著穩(wěn)定，且隨著溫度的季節(jié)性變化而小幅變化。目前，總體來說鋼筋應力測值變幅較小，已趨于穩(wěn)定。

圖8 廠房典型鋼筋應力監(jiān)測過程線圖（2#機組）

圖9 廠房典型鋼筋應力監(jiān)測過程線圖（5#機組）

4 主要結論與建議

（1）工程的監(jiān)測項目、監(jiān)測斷面和埋設位置比較全面，重點部位明確，針對性較強；監(jiān)測系統(tǒng)能夠反饋工程施工期和運行期的工作性態(tài)，為工程安全評價及運行管理服務。

（2）根據監(jiān)測物理量變化狀態(tài)分析，電站廠房各監(jiān)測值已趨于穩(wěn)定，建筑物工作性態(tài)正常，未見明顯異常現(xiàn)象。

（3）通過合理的安全監(jiān)測布置，設計完整、科學合理的安全監(jiān)測系統(tǒng)，對測點部位進行實時監(jiān)測，及時分析數(shù)據并進行相關檢查，可以做到實時監(jiān)測水工建筑物的結構特性和應力應變狀態(tài)，為水工建筑物的安全穩(wěn)定運行提供依據，這對確保工程安全運行十分必要。