陳旭峰

（山西唐河水電有限責任公司，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，唐河水電站總庫容950萬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娬尽Ｋ娬窘ǔ珊?，每年可發(fā)電136.6萬度，工業(yè)供水915萬m3，滿足灌溉面積3 026.67 hm2，使水電站下游兩岸的防洪標準提高到20年一遇。

2 應變觀測

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，每個斷面設3個測點，每個測點布置2支應變計（二向）和1支無應力計，共布置測點6個，應變計12支，無應力計6支，來實時監(jiān)測砼面板壩在施工期及運用期的應力狀態(tài)，以確保大壩整體安全運行。

基于兩個斷面自2012年10月安裝應變儀器，到目前已正常運行近2年，監(jiān)測數(shù)據(jù)基本完整，因此對兩個斷面所設的應變計組及相關無應力計數(shù)據(jù)進行分析。其埋設位置及時間見表1、表2。其安裝位置參數(shù)見表1。

3 應變計構造及工作原理

3.1 應變計構造

唐河水庫混凝土面板應變監(jiān)測采用是美國基康公司生產(chǎn)的VCE-4200振弦式應變計，埋入大體積混凝土中，用來長期監(jiān)測混凝土應變量變化。應變計構造主要包括：振弦式鋼弦、熱敏電阻及激勵與接收線圈、保護管等幾部分，見圖1。

3.2 GK－4420型應變計，應變數(shù)據(jù)分析公式：

表1 面板變形觀測點位移參數(shù)一覽表

圖1 VCE-4200應變計構造及實物

式中：ε——行程，1/150 mm；

G——廠家檢驗率定系數(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 應變計安裝

唐河水電站面板堆石壩段面板施工，采用逐塊、逐層澆注,因此應變計的埋設應與所在斷面面板澆注同步進行。主要分應變計組及無應力計的安裝。

4.1 應變計組的埋設

應變計埋設前逐支量測，保證儀器正常。預制好安裝模板；在混凝土澆筑到層面后，在埋設處，以埋設位置為中心，開挖一個埋設坑；放入模板，平整埋設坑坑底，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。

安裝好應變計，借助水準和角尺檢查儀器方向的正確性，單支應變計的角度誤差不超過±1.0°；握緊應變極支桿，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；振搗時不能碰到儀器。

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

4.2 無應力計的埋設

無應力計是應變計組的配套儀器，用以監(jiān)測混凝土的自生體積變形。事先準備好無應力計筒，埋設前將筒的內(nèi)壁用標號較低的瀝青涂刷5 mm厚，并將應變計用鐵絲固定在筒中央。無應力計也用挖坑法埋設，其方法與應變計組的方法基本相同。埋設在應變計組附近，兩者距離1～1.5 m。放入無應力計筒后，填入與應變計相同，并剔除了大于8 cm骨料的混凝土，人工搗實。

用BGK 408讀數(shù)儀分別讀取應變計組及無應力計初始數(shù)據(jù)。具體安裝效果圖見圖2：

圖2 應變儀器安裝效果圖

5 監(jiān)測數(shù)據(jù)分析

觀測數(shù)據(jù)較多，以典型數(shù)據(jù)分析為基礎。由于監(jiān)測儀器在施工期間，沒有蓄水的影響，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，因此此處為了說明情況，選擇接近原河床地質(zhì)斷面處0+180斷面監(jiān)測數(shù)據(jù)來分析，由于考慮溫度的因素，選擇高程1057.4m，樁號0-014.074處混凝土應變量值，該測點安裝運行穩(wěn)定后，取一個月內(nèi)實測值的均值作為初始值，具體見表2。

表2 典型應變監(jiān)測儀器的埋設初期數(shù)據(jù)

安裝后，取3個月該測點監(jiān)測數(shù)據(jù)平均值帶入應變數(shù)據(jù)分析公式，該點監(jiān)測數(shù)據(jù)見表3。

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

圖3 X、Y方向施工期間混凝土應變曲線圖

由上圖可知，在儀器安裝后，由于大壩施工期，沒有蓄水，X方向（沿著壩軸線）、Y方向（垂直壩軸線）混凝土應變量穩(wěn)定變化，與溫度同步變化。對于圖中應變的突變，具體了解后，該觀測點測值的變化，由于該段時間該測點附近有挖填作業(yè)，引出強烈震動，因此振弦變化突變，則該測值舍去。

圖4 無應力桶內(nèi)混凝土施工期間應變曲線圖

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

圖5 蓄水期X方向面板混凝土應變曲線圖

圖6 蓄水期Y方向面板混凝土應變曲線圖

蓄水期，水位1 052 m時，所選數(shù)據(jù)為2013年1月份，所選位置面板無應力桶內(nèi)混凝土應變量變化圖見圖7。

圖7 蓄水期無應力桶混凝土應變曲線圖

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；無應力桶內(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表5和表6。

表5 X方向面板混凝土應力變化變化

表6 Y方向面板混凝土應力變化變化

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）混凝土應變均值為18.1 με,與蓄水前相比基本沒有變化。

6 結論

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；對于X方向混凝土應變均值受水壓力的影響影響較為明顯；Y方向混凝土應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。