戴春華,王積普,鄧成發(fā)

(1.浙江廣川工程咨詢有限公司,浙江 杭州 310020;2.舟山市水利水務(wù)圍墾局,浙江 舟山 316000)

1 工程概況

某水庫位于浙江東部沿海地區(qū),是一座以供水、防洪為主,結(jié)合灌溉、發(fā)電等綜合利用的Ⅱ等水利工程。水庫集水面積40.01 km2,總庫容3 398×104m3,水庫正常蓄水位65.30 m(1985國家高程基準(zhǔn),下同),設(shè)計洪水標(biāo)準(zhǔn)為100 a一遇,相應(yīng)洪水位為68.04 m,校核洪水標(biāo)準(zhǔn)為2000 a一遇,相應(yīng)洪水位為70.00 m。大壩壩型為混凝土面板堆石壩,壩頂高程為70.00 m,防浪墻頂高程71.20 m,最大壩高49.00 m,壩頂寬6.9 m,長420.0 m,大壩上下游坡比分別為1∶1.4,1∶1.3,在下游23.0,39.0,54.0 m高程處,設(shè)置3級3.0 m寬的馬道。

工程樞紐建筑物由大壩、泄水建筑物、發(fā)電引水建筑物、發(fā)電廠及升壓站組成。泄水建筑物布置在右壩段,為溢流重力壩,寬24.0 m,堰頂高程61.30 m;引水發(fā)電系統(tǒng)位于大壩左岸,由進(jìn)水口、洞身及出水口組成;電站廠房位于大壩下游左岸,由主廠房、副廠房、升壓站、尾水渠、進(jìn)廠公路等組成。

2 防滲墻應(yīng)變監(jiān)測儀器布置

選取防滲墻0+192,0+260 m兩個斷面作為觀測斷面,在每個斷面的合適位置埋設(shè)應(yīng)變計及無應(yīng)力計,其中0+120 m斷面埋設(shè)應(yīng)變計S11～S14、無應(yīng)力計W6～W9,0+192 m斷面埋設(shè)應(yīng)變計S1～S10、無應(yīng)力計W1～W5,0+260 m斷面埋設(shè)應(yīng)變計S15～S19、無應(yīng)力計W10～W14,共埋設(shè)應(yīng)變計19支,無應(yīng)力計14支。0+192m斷面監(jiān)測儀器布置見圖1。

3 應(yīng)變計工作方法及計算原理

圖1 0+192 m斷面監(jiān)測儀器布置圖

防滲墻應(yīng)變計為VWS—15型振弦式應(yīng)變計,由前后端座、保護(hù)鋼管、信號傳輸電纜、振弦及激振電磁線圈等組成,適用于長期埋設(shè)在水工混凝土建筑物中,測量結(jié)構(gòu)物內(nèi)部應(yīng)變,并可同步測量埋設(shè)點溫度。

其工作原理為:當(dāng)被測結(jié)構(gòu)物發(fā)生變化時將引起應(yīng)變計的變形,變形通過前后端座傳遞給振弦轉(zhuǎn)變成振弦應(yīng)力的變化,從而改變振弦的振動頻率,電磁線圈激振振弦并測量其振動頻率,頻率信號由電纜傳輸至讀數(shù)裝置,即可測出引起結(jié)構(gòu)物變化的應(yīng)變量,同時可同步測出埋設(shè)點的溫度。在應(yīng)變計測點附近埋設(shè)無應(yīng)力計,以觀測混凝土的非應(yīng)力變形 (在溫度、濕度及化學(xué)作用下的變形),并從混凝土的總變形中扣除非應(yīng)力變形,即可求得應(yīng)力應(yīng)變。

一般計算公式:

式中:ε為被測結(jié)構(gòu)物的應(yīng)變量,10-6;K為應(yīng)變計的最小讀數(shù),10-6/kHz2;Δ F為應(yīng)變計實時測量的頻率模數(shù)相對于基準(zhǔn)值的變化量,kHz2;b為應(yīng)變計的溫度修正系數(shù),取13.5×10-6/℃;Δ T為應(yīng)變計實時測量的溫度相對于基準(zhǔn)值的變化量,℃;ε0為無應(yīng)力計實時測量的頻率模數(shù)相對于基準(zhǔn)值的變化量,10-6。

當(dāng)無應(yīng)力計的溫度和應(yīng)變計的溫度不同時,直接將同一測次的無應(yīng)力計資料代入式(1)時,需要進(jìn)行溫度修正,其公式如下:

式中:αc為混凝土線膨脹系數(shù),10-6/℃;Δ T1為應(yīng)變計的溫度增量;G(t)+ε為無應(yīng)力計的自生體積變形和濕度變形。

4 觀測資料分析

根據(jù)式(2),選取埋設(shè)高程較低的無應(yīng)力計W2和較高的無應(yīng)力計W5,其應(yīng)變過程線見圖2。從圖2可以看出,埋設(shè)高程較低的無應(yīng)力計溫度變化較小,而高程較高的無應(yīng)力計由于受外界環(huán)境的影響,溫度變化與外界氣溫變化呈現(xiàn)相關(guān)性。所有混凝土防滲墻無應(yīng)力計應(yīng)變隨溫度變化而變化,并與溫度呈正相關(guān),符合混凝土無應(yīng)力的一般變化規(guī)律,可認(rèn)為是正常的。

利用計算公式可以從無應(yīng)力計測值ε0計算混凝土的線膨脹系數(shù)αc,將無應(yīng)力計應(yīng)變測值和溫度測值繪制成過程線,在這一曲線上取降溫階段的短時間間隔的應(yīng)變變化 Δ ε0和相應(yīng)的溫度 Δ T0,則混凝土線膨脹系數(shù)可按式 (3)計算:

式中:Δ ε0為無應(yīng)力計在降溫階段的應(yīng)變變化值,10-6;T0為同一時段的溫度變化值,℃;αc為混凝土線膨脹系數(shù),10-6/℃。

圖2 無應(yīng)力計W2、W5應(yīng)變過程線圖

混凝土澆筑以后,自生體積變形G(t)及溫度變化都很大,經(jīng)過一定時間后,G(t)的發(fā)展趨于平緩,溫度開始下降,一般認(rèn)為εw變化不大,在降溫階段認(rèn)為△G(t)+εw≈0,可得出式 (3)。

從降溫階段取ε0、T0繪制成相關(guān)線 ε0～T0(見圖 3),用最小二乘法計算直線斜率,即為混凝土的線膨脹系數(shù)。

通過上述方法求得的混凝土溫度膨脹系數(shù)αc列于表1,求出每個斷面無應(yīng)力計的平均溫度膨脹系數(shù),將該系數(shù)代入式 (2),再利用式 (1)計算經(jīng)修正后的各應(yīng)變計的應(yīng)變,過程線見圖4。分析表明,在2008年1月大壩未填筑前,墻體內(nèi)各應(yīng)變監(jiān)測儀器曲線平緩,表明防滲墻受力狀態(tài)穩(wěn)定,在2008年1月大壩開始填筑時,數(shù)據(jù)顯示防滲墻呈現(xiàn)受拉的趨勢,在大壩填筑至2/3壩高時,拉應(yīng)變至最大,之后又逐漸變小。2009年5月水庫蓄水后,由于庫水壓力的作用,墻體呈現(xiàn)受壓狀態(tài)。

表1 混凝土溫度膨脹系數(shù) αc表 10-6/℃

圖4 經(jīng)修正后的應(yīng)變計變化過程線圖

5 結(jié) 語

本文通過對各無應(yīng)力計監(jiān)測數(shù)據(jù)的分析,計算出各無應(yīng)力計監(jiān)測對象的溫度膨脹系數(shù),利用該系數(shù)對防滲墻應(yīng)變計監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行相應(yīng)的修正。結(jié)果表明,應(yīng)變計能更有效地反應(yīng)墻體的工作狀態(tài),并能與外界環(huán)境變化相呼應(yīng),驗證了該方法的可行性,可以為今后其它類似工程應(yīng)變計的資料分析提供參考。