藏木水電站施工期實(shí)測(cè)應(yīng)力監(jiān)測(cè)成果分析與評(píng)價(jià)

馮宇強(qiáng),鐘 聲

(中國電建集團(tuán)成都勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，四川 成都 610072)

藏木水電站施工期實(shí)測(cè)應(yīng)力監(jiān)測(cè)成果分析與評(píng)價(jià)

馮宇強(qiáng),鐘 聲

(中國電建集團(tuán)成都勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，四川 成都 610072)

對(duì)藏木電站大壩應(yīng)變計(jì)組監(jiān)測(cè)資料進(jìn)行處理與分析，對(duì)于了解大壩安全性態(tài)和指導(dǎo)工程運(yùn)行具有重要意義。本文結(jié)合壩體導(dǎo)流底孔下閘蓄水前的混凝土應(yīng)力計(jì)算成果對(duì)壩體應(yīng)力狀態(tài)進(jìn)行了定性、定量分析。綜合分析認(rèn)為藏木水電站大壩應(yīng)力狀態(tài)正常，安全狀態(tài)良好。

藏木水電站；施工期；實(shí)測(cè)應(yīng)力

0 前 言

藏木水電站是雅魯藏布江干流中游桑日～加查峽谷段規(guī)劃5級(jí)電站的第4級(jí)電站，上游銜接街需水電站，下游為加查水電站，電站位于西藏自治區(qū)山南地區(qū)加查縣城上游17 km、雅魯藏布江中游桑日～加查峽谷段出口處，處于西藏中部電網(wǎng)負(fù)荷中心位置。藏木水電站開發(fā)任務(wù)為發(fā)電，無航運(yùn)、漂木、防洪、灌溉等綜合利用要求。電站總裝機(jī)容量510 MW，水庫正常蓄水位3 310.00 m，校核洪水位3 310.61 m，設(shè)計(jì)洪水位3 310.00 m，死水位為3 305.00 m，電站具有日調(diào)節(jié)能力。

藏木大壩為混凝土重力壩，壩基和壩體應(yīng)力是評(píng)價(jià)大壩安全的重要指標(biāo)之一。因此，對(duì)大壩蓄水前的實(shí)測(cè)應(yīng)力監(jiān)測(cè)成果進(jìn)行分析與評(píng)價(jià)，將十分有利于了解整個(gè)大壩施工期的安全性態(tài)，對(duì)于今后整個(gè)樞紐工程的安全運(yùn)行將起到重要的指導(dǎo)作用。

1 測(cè)點(diǎn)布置

壩體應(yīng)力結(jié)合工程特點(diǎn)，將5號(hào)溢流壩段、9號(hào)底孔壩段、12號(hào)廠房擋水壩段作為重點(diǎn)監(jiān)測(cè)壩段，每個(gè)壩段設(shè)置1個(gè)監(jiān)測(cè)斷面，在不同高程布置應(yīng)變計(jì)組。其中最上游一組為九向應(yīng)變計(jì)組，共14組，其余為五向應(yīng)變計(jì)組，共56組。每組應(yīng)變計(jì)組附近埋設(shè)一套無應(yīng)力計(jì)，共70套。在5號(hào)溢流壩段和9號(hào)底孔壩段的上游壩踵處各布置1套九向應(yīng)變計(jì)組和1支無應(yīng)力計(jì)，監(jiān)測(cè)大壩基礎(chǔ)部位應(yīng)力應(yīng)變。

2 應(yīng)變計(jì)組合方式

根據(jù)不同部位應(yīng)力狀態(tài)，混凝土應(yīng)變計(jì)按五向、九向布置，各組應(yīng)變計(jì)組合方式參見圖1、2。

圖1 五向應(yīng)變計(jì)組 圖2 九向應(yīng)變計(jì)組

3 混凝土試驗(yàn)參數(shù)及實(shí)測(cè)應(yīng)力計(jì)算步驟

根據(jù)研究內(nèi)容成果，對(duì)混凝土彈性模量和徐變參數(shù)進(jìn)行擬合。

3.1 混凝土彈性模量(見表1)

表1 混凝土彈模試驗(yàn)成果

采用朱伯芳提出的公式，計(jì)算公式如下：

E(τ)=E0[1-eaxb]

式中τ——混凝土齡期；

E0——最終彈性模量，GPa；

a、b——常數(shù)。

擬合結(jié)果[1]見表2。

表2 混凝土彈性模量參數(shù)擬合

3.2 徐變參數(shù)擬合

混凝土徐變擬合公式的函數(shù)表達(dá)式為：

C(t,τ)=(a0+b0τ-c0)×

[1-e-(a1+b1τ-c1)×(t-τ)a2+b2ln(x+1)]

式中τ為齡期,d;t～τ為持荷時(shí)間,d;a0、b0、c0、a1、b1、c1、a2、b2為公式系數(shù)，結(jié)果[1]見表3。

表3 混凝土徐變度參數(shù)擬合

3.3 應(yīng)力計(jì)算步驟

壩體混凝土應(yīng)變計(jì)組實(shí)測(cè)應(yīng)變轉(zhuǎn)化為應(yīng)力計(jì)算步驟如下【2】：

(1)為了分析扣除溫度影響后的混凝土自生體積的變化，首先需求得溫度線膨脹系數(shù)α，由此分析混凝土的溫度變形，通過分離實(shí)測(cè)資料中溫度變形對(duì)無應(yīng)力計(jì)測(cè)值的影響，計(jì)算混凝土的自生體積變形值?？鄢郎囟扔绊懞蠡炷磷陨w積計(jì)算公式為：

G(t)=ε0-αΔT0

式中G(t)——自生體積變形;

ε0——無應(yīng)力計(jì)測(cè)值；

α——溫度線膨脹系數(shù)；

ΔT0——溫度變化量。

(2)五向應(yīng)變計(jì)組、九向應(yīng)變計(jì)組根據(jù)第一平衡不變量原理做平衡修正。

(3)在大體積混凝土中布置埋設(shè)的應(yīng)變計(jì)組可以認(rèn)為是代表點(diǎn)應(yīng)力狀態(tài)的一個(gè)測(cè)點(diǎn)，根據(jù)彈性力學(xué)基本原理，任意方向的應(yīng)變?chǔ)臢與正應(yīng)變、剪應(yīng)變有如下關(guān)系式：

εN=εxl2+εym2+εzn2+γxylm+γyzmn+γxzln

式中εx、εy、εz——分別為x、y、z三個(gè)方向的正應(yīng)變;

γxy、γyz、γxz——分別為剪應(yīng)變;

l、m、n——為方向余弦，l=cos(N,X)，m=cos(N,Y)，N=cos(N,Z)。

對(duì)于由n支儀器組裝而成的應(yīng)變計(jì)組，可建立n個(gè)方程，方程組的矩陣形式如下：

[A]×{ε}={E}

式中 [A]——方程組的系數(shù)矩陣；

{ε}——正應(yīng)變和剪應(yīng)變矩陣；

{E}——實(shí)測(cè)應(yīng)變矩陣。

(4)由正應(yīng)變計(jì)算單軸應(yīng)變：

取μ=0.167。

(5)根據(jù)《混凝土安全監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范》，在實(shí)測(cè)應(yīng)變和徐變?cè)囼?yàn)資料的條件下，采用變形法計(jì)算各個(gè)方向混凝土的應(yīng)力[3]。應(yīng)力計(jì)算流程見圖3。

圖3 應(yīng)力計(jì)算流程

4 應(yīng)力計(jì)算成果分析

本文以藏木水電站5號(hào)壩段為例，進(jìn)行應(yīng)力計(jì)算成果分析[4]。

(2)壩體。5號(hào)壩段3 236 m高程X向(壩軸線方向)應(yīng)力在-2.88～1.57 MPa之間，拉應(yīng)力主要

圖4 5號(hào)壩段壩踵部位3 229.00 m高程應(yīng)力過程線

發(fā)生在一冷階段，上游、中部目前基本穩(wěn)定，總體為壓應(yīng)力；Y向(順河向)應(yīng)力在-3.91～1.38 MPa之間，下閘前總體表現(xiàn)為壓應(yīng)力；Z向(豎向)應(yīng)力在-2.84～1.61 MPa之間，上游側(cè)表現(xiàn)為壓應(yīng)力，壓應(yīng)力隨時(shí)間增長而增大，下游部位存在一定拉應(yīng)力，但量值較小，且變化較平穩(wěn)(見圖5)。

5號(hào)壩體3 240.25 m高程X向應(yīng)力在-1.50～1.30 MPa之間，拉應(yīng)力主要發(fā)生在冷卻階段，目前總體表現(xiàn)為壓應(yīng)力；Y向應(yīng)力在-1.52～1.65 MPa之間，上游、中部總體為不大的拉應(yīng)力，拉應(yīng)力主要發(fā)生在一冷階段，目前基本穩(wěn)定；Z向應(yīng)力在-1.64～1.31 MPa之間，目前總體為壓應(yīng)力，壓應(yīng)力隨時(shí)間增長而增大。

圖5 5號(hào)壩段3 236.50 m高程應(yīng)力過程線

3 244.5 m高程X向應(yīng)力在-3.33～0.89 MPa之間，拉應(yīng)力主要發(fā)生在冷卻階段，目前均表現(xiàn)為壓應(yīng)力；Y向應(yīng)力在-3.02～0.73 MPa之間，目前均表現(xiàn)為壓應(yīng)力，量值在-1.12～-2.86 MPa；Z向應(yīng)力在-4.34～0.96 MPa之間，目前均為壓應(yīng)力，量值在-0.95～-3.11 MPa之間，壓應(yīng)力隨時(shí)間增長而增大(見圖6)。

圖6 5號(hào)壩段壩踵部位3 240.25 m高程應(yīng)力過程線

5 結(jié) 語

綜合上述分析可知，藏木電站下閘前，大壩混凝土實(shí)測(cè)應(yīng)力總體表現(xiàn)為受壓，壩踵處于受壓狀態(tài)；壩體存在少量拉應(yīng)力，主要發(fā)生在混凝土一冷期間，之后逐漸表現(xiàn)為受壓狀態(tài)，并持續(xù)增加；豎直向應(yīng)力表現(xiàn)為受壓，并隨著壩體澆筑高程的增加而增大。整體來看，壩體混凝土實(shí)測(cè)應(yīng)力符合一般規(guī)律，無異常突變，大壩施工期間，壩體應(yīng)力狀態(tài)正常。

[1] 雅魯藏布江藏木水電站石灰石粉摻合料混凝土特性試驗(yàn)研究[R].成都勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院,2013.

[2] 吳中如.水工建筑物安全監(jiān)控理論及其應(yīng)用[M」.北京:高等教育出版社,2003.

[3] DL/T5178-2003混凝土壩安全監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范[S].中國電力出版社,2003.

[4] 藏木水電站導(dǎo)流底孔下閘蓄水前安全監(jiān)測(cè)資料初步分析報(bào)告[R].成都勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院,2013.

2016-08-23

馮宇強(qiáng)(1984-)，男，山西忻州人，碩士，工程師，從事工程安全監(jiān)測(cè)工作。

698.1+1

B

1003-9805(2017)01-0074-04