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
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。
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
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
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
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,無異常現(xiàn)象。
圖5 廠房典型滲流監(jiān)測過程線圖
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)
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)
(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?,F(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。