某水電站水墊塘和二道壩監(jiān)測(cè)資料分析

王 桓

（浙江寧海抽水蓄能有限公司,浙江 寧海 315600）

1 引言

針對(duì)水墊塘和二道壩的監(jiān)測(cè)分析目前相對(duì)較少,主要是因?yàn)?一般大型水利工程為了消能需要才會(huì)設(shè)置上述建筑物,因此相應(yīng)來說工程實(shí)例并不多。但是由于水墊塘和二道壩建筑物的重要性,對(duì)二者進(jìn)行監(jiān)測(cè)是非常有必要的。根據(jù)某水電站地質(zhì)條件和結(jié)構(gòu)特點(diǎn),結(jié)合科學(xué)研究和理論計(jì)算成果,吸取已有的同類型工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)[1-3],在水墊塘和二道壩中有針對(duì)性地布置安全監(jiān)測(cè)設(shè)施,形成完整的安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng),對(duì)順利施工、確保工程質(zhì)量和工程安全運(yùn)行,具有十分重要的意義。通過對(duì)各重要建筑物和各重點(diǎn)部位實(shí)施監(jiān)控,及時(shí)掌握其工作性態(tài)和運(yùn)行規(guī)律,對(duì)建筑物的穩(wěn)定性和安全度作出評(píng)估,及時(shí)發(fā)現(xiàn)異常情況,隨時(shí)采取補(bǔ)救措施,防范事故發(fā)生,確保工程安全。同時(shí)為動(dòng)態(tài)跟蹤、優(yōu)化調(diào)整工程設(shè)計(jì)提供分析決策的基礎(chǔ)參數(shù)和依據(jù)。另外也可以積累相關(guān)成果,檢驗(yàn)評(píng)價(jià)工程實(shí)施效果,總結(jié)提高工程建設(shè)水平。

2 工程概況

某水電站大壩表孔和深孔泄流具有“分層出流、空中碰撞、水墊塘消能”的特點(diǎn),在大壩下游設(shè)置水墊塘和二道壩,二道壩為重力壩,布置于水墊塘末端。壩后水墊塘、二道壩及下游護(hù)岸右岸邊坡最大開挖高度約為273 m,巖質(zhì)堅(jiān)硬,斷層不發(fā)育,主要為強(qiáng)、弱卸荷巖體,大部分為微新巖體,邊坡結(jié)構(gòu)為橫向坡,弱卸荷帶巖體質(zhì)量級(jí)別主要為Ⅱ2 級(jí),強(qiáng)卸荷帶巖體質(zhì)量級(jí)別主要為Ⅲ2 ～Ⅳ1,部分為Ⅳ1～Ⅳ2 級(jí),邊坡不存在整體穩(wěn)定問題,局部穩(wěn)定問題主要為塊體穩(wěn)定問題。壩后水墊塘、二道壩及下游護(hù)岸右岸高程825 m 以上邊坡,一般每30 m 設(shè)置3 m～9 m 寬的馬道,每級(jí)邊坡中間設(shè)一道寬0.5 m 的臺(tái)坎,開挖坡比一般為1∶0.1～1∶0.3。

3 監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

水墊塘和二道壩建筑物主要包括壩身底孔及臨時(shí)底孔、左深孔及右深孔、左表孔、中表孔及右表孔。根據(jù)泄洪建筑物的布置及運(yùn)用情況,壩身泄洪建筑物監(jiān)測(cè)主要選取底孔、右深孔、中表孔作為監(jiān)測(cè)部位。根據(jù)泄洪孔的布置形式及結(jié)構(gòu)敏感關(guān)鍵部位,水墊塘和二道壩的監(jiān)測(cè)主要進(jìn)行滲流、結(jié)構(gòu)應(yīng)力應(yīng)變、預(yù)應(yīng)力錨索拉力、專門水力學(xué)監(jiān)測(cè)等。

結(jié)構(gòu)應(yīng)力應(yīng)變監(jiān)測(cè)主要采用鋼筋計(jì)、應(yīng)變計(jì)組、無應(yīng)力計(jì)進(jìn)行監(jiān)測(cè)。主要布設(shè)在事故檢修門槽、弧形工作門閘墩位置及孔口流道周邊。在事故檢修門槽不同高程布置監(jiān)測(cè)斷面,以監(jiān)測(cè)閘門及門槽在不同工況下的結(jié)構(gòu)應(yīng)力應(yīng)變狀況,并了解結(jié)構(gòu)的應(yīng)力應(yīng)變分布情況。其中底孔布置2 個(gè)監(jiān)測(cè)斷面,又深孔布置4 個(gè)監(jiān)測(cè)斷面?；⌒喂ぷ鏖T閘墩監(jiān)測(cè)斷面布置主要根據(jù)結(jié)構(gòu)受力狀況進(jìn)行布置,在閘墩內(nèi)外側(cè)輻射狀布設(shè)監(jiān)測(cè)儀器,以了解閘墩的受力及分布狀況,尤其是弧形門工作支點(diǎn)。底孔、右深孔、中表孔布置形式基本相同,分別為兩個(gè)主監(jiān)測(cè)斷面,兩個(gè)輔助監(jiān)測(cè)斷面。

流道監(jiān)測(cè)斷面主要順?biāo)鞣较蛟诹鞯赖倪M(jìn)口、中部、出口位置各布置一個(gè)監(jiān)測(cè)斷面,了解泄洪孔在各種工況下的受力情況,根據(jù)受力情況,應(yīng)變計(jì)組分別采用七向和三向應(yīng)變計(jì)組。預(yù)應(yīng)力錨索監(jiān)測(cè)一般在閘墩預(yù)應(yīng)力主錨索及大梁次錨索中選取具有代表性的錨索。水力學(xué)監(jiān)測(cè)主要進(jìn)行滲流、流態(tài)、流速、動(dòng)水壓力、空蝕等項(xiàng)目,主要通過埋設(shè)的通用底座進(jìn)行觀測(cè)。通用底座一般布設(shè)流道表面關(guān)鍵部位。通用底座內(nèi)部預(yù)留4 個(gè)電纜,2 根水工五芯電纜和2 根屏蔽電纜,根據(jù)監(jiān)測(cè)項(xiàng)目的不同,選擇安裝不同的監(jiān)測(cè)儀器。泄洪建筑物監(jiān)測(cè)儀器電纜與大壩監(jiān)測(cè)儀器一并就近引入大壩觀測(cè)站內(nèi)。

4 水墊塘和二道壩監(jiān)測(cè)資料分析與評(píng)價(jià)

4.1 滲流監(jiān)測(cè)資料分析

滲壓計(jì)監(jiān)測(cè)成果表明,在歷次泄水前后,各部位滲壓計(jì)測(cè)值均出現(xiàn)不同程度的增大,隨后測(cè)值趨于穩(wěn)定。其中以下部位測(cè)值偏大,見表1。從目前各個(gè)滲壓計(jì)的測(cè)值看,測(cè)值與水墊塘運(yùn)行工況關(guān)系緊密,在泄水當(dāng)日均會(huì)出現(xiàn)一定程度的增大,此后逐漸趨于穩(wěn)定,隨著水墊塘抽水,測(cè)值減小。

表1 水墊塘及二道壩滲壓計(jì)監(jiān)測(cè)成果表 單位：kPa

4.2 接縫開合度分析

板間測(cè)縫計(jì)安裝初期測(cè)值逐漸增大,目前各斷面測(cè)值均趨于穩(wěn)定,接縫最大開度出現(xiàn)在C 斷面塘左0+31.0 m,測(cè)值為5.90 mm,其余部位測(cè)值基本在2 mm 以內(nèi)。泄水前、后板間測(cè)縫計(jì)測(cè)值均有一定變化,變化量小于1 mm。測(cè)值統(tǒng)計(jì)見表2。

表2 混凝土接縫測(cè)縫計(jì)測(cè)值統(tǒng)計(jì)表 單位：mm

泄水后水墊塘建基面受壓,測(cè)值變化量基本小于0.05 mm。目前建基面測(cè)值較小,基本不超過0.5 mm,且趨于穩(wěn)定。板間接縫錯(cuò)動(dòng)測(cè)值很小,除了JC1-5、JC2-3、JC3-1 三個(gè)測(cè)點(diǎn)外,基本在0.2 mm 以內(nèi),泄水后測(cè)值變化不大。JC1-5 測(cè)點(diǎn)在泄水后增大至-0.6 mm,此后減小至-0.1 mm 并趨于穩(wěn)定；JC2-3測(cè)點(diǎn)在09 年11 月14 日增大至0.49 mm,目前穩(wěn)定在0.6 mm 附近變化；JC3-1 測(cè)點(diǎn)在儀器安裝后測(cè)值逐漸增大至0.67 mm 左右,并在泄水后有所減小,目前在0.45 mm 左右趨于穩(wěn)定。

4.3 應(yīng)力監(jiān)測(cè)資料分析

鋼筋計(jì)泄水后水墊塘鋼筋計(jì)測(cè)值普遍減小。目前鋼筋計(jì)的測(cè)值均在200 MPa 以下,由上表中數(shù)據(jù)可知,測(cè)值較大的部位主要在J-J 監(jiān)測(cè)斷面（壩下0+232.90 m）；初步分析認(rèn)為：主要原因是該部位鋼筋計(jì)主要布置在跨縫鋼筋位置,而該部位鋼筋過縫時(shí)采用套管進(jìn)行了保護(hù),鋼筋處于自由狀態(tài),變形量大于混凝土變形量；而其它監(jiān)測(cè)斷面鋼筋計(jì)均布設(shè)在板塊中部的鋼筋上,鋼筋及鋼筋計(jì)與周邊混凝土相粘結(jié),相互約束,協(xié)調(diào)變形,鋼筋變形量與混凝土變形量相等,因此J-J監(jiān)測(cè)斷面鋼筋計(jì)測(cè)值較其它監(jiān)測(cè)斷面普遍較大。從目前監(jiān)測(cè)資料可以看出,各部位鋼筋計(jì)測(cè)值從泄水開始至今變化較為平穩(wěn),變化量較小,測(cè)值均小于200 MPa。

由目前監(jiān)測(cè)資料分析可知,水墊塘底部錨桿大多處于受壓狀態(tài),最大壓應(yīng)力發(fā)生在壩下0+188.2 m,塘右0+33.5 m（R202-D-2）,測(cè)值為97.72 MPa。其它部位錨桿應(yīng)力基本在-50.00 MPa 以內(nèi)。泄水后錨索測(cè)力計(jì)測(cè)值普遍增大,最大增量不超過14 kN。目前有一半錨索測(cè)力計(jì)從2011 年8 月至今缺測(cè),從其余錨索測(cè)力計(jì)監(jiān)測(cè)資料的變化趨勢(shì)上分析,各個(gè)錨索荷載測(cè)值從泄水開始至今變化量均較小,而且大部分呈現(xiàn)出穩(wěn)定的趨勢(shì)。由以上監(jiān)測(cè)資料分析可知,水墊塘拱座部位基本處于受壓狀態(tài)。

4.4 變形監(jiān)測(cè)資料分析

根據(jù)目前多點(diǎn)變位計(jì)的測(cè)值分析看,測(cè)值整體較為平穩(wěn),個(gè)別儀器測(cè)值在首次泄水后有一定的跳躍,之后測(cè)值逐漸減小,目前均趨于穩(wěn)定；經(jīng)統(tǒng)計(jì)可知,拱座水平向多點(diǎn)變位計(jì)測(cè)值大多為正,巖體整體呈現(xiàn)回彈的跡象,拱座垂直向多點(diǎn)變位計(jì)測(cè)值大多為負(fù)值,巖體整體呈現(xiàn)壓縮的跡象。水墊塘多點(diǎn)變位計(jì)測(cè)值基本在2 mm 以下,大部分測(cè)值在1 mm 以下。

根據(jù)目前的監(jiān)測(cè)資料分析看,巖石變位計(jì)測(cè)值整體變化較為平穩(wěn),但規(guī)律性較差；個(gè)別監(jiān)測(cè)儀器測(cè)值有一定的跳動(dòng)；例如MD04-B 測(cè)值在2009-12-12 日由-0.28 mm 變化為1.55 mm,目前已穩(wěn)定在此測(cè)值附近；MD05-B 測(cè)值在2009-12-12 日由-0.30 mm 變化為-1.17 mm,目前已趨于穩(wěn)定。根據(jù)巖石變位計(jì)的測(cè)值看,拉壓狀態(tài)均有呈現(xiàn),且泄水前后變化不大,目前大部分測(cè)值小于1 mm,變化趨勢(shì)逐漸穩(wěn)定。

5 結(jié)論

根據(jù)對(duì)水墊塘和二道壩各監(jiān)測(cè)項(xiàng)目的分析可以得出以下結(jié)論：

（1）歷次泄水后,水墊塘滲透壓力都有較大的變化,但泄水開始后測(cè)值變化較為平穩(wěn),變化不大。目前測(cè)值基本趨于穩(wěn)定。

（2）混凝土板塊接縫縫展度在歷次泄水前后變化較小,且在泄水后的連續(xù)觀測(cè)中變化較為平穩(wěn),最大不超過1 mm,測(cè)值變化目前均趨于平穩(wěn),接縫開度基本在2 mm 以內(nèi)。說明水墊塘接縫在泄水后較為密實(shí),狀況較好。

（3）水墊塘應(yīng)力應(yīng)變監(jiān)測(cè)主要包括鋼筋應(yīng)力、拱座擠壓應(yīng)力、拱座錨索荷載監(jiān)測(cè)等。從目前的監(jiān)測(cè)資料分析看,水墊塘鋼筋應(yīng)力大部分在-50 MPa～200 MPa 之間變化,測(cè)值較大的鋼筋計(jì)主要集中壩下0+0.232.90 m 位置,這主要與該監(jiān)測(cè)斷面鋼筋計(jì)的埋設(shè)位置及方式有關(guān)。

（4）水墊塘變形規(guī)律不明顯,變形主要部位在拱座和部分板塊。拱座巖體有豎直向壓縮,水平向回彈的跡象,中間板塊基礎(chǔ)變位微弱,規(guī)律不明顯。